交通運(yùn)輸業(yè)污染與其控制措施

1、交通運(yùn)輸業(yè)污染與其控制措施第一頁，共66頁。2一、交通運(yùn)輸業(yè)概況二、汽車尾氣成分、產(chǎn)生過程及其機(jī)理 三、汽車尾氣污染處理技術(shù)四、我國機(jī)動車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容概要第二頁，共66頁。3一、交通運(yùn)輸業(yè)概況交通運(yùn)輸業(yè) 指國民經(jīng)濟(jì)中專門從事運(yùn)送貨物和旅客的社會生產(chǎn)部門，包括鐵路、公路、水運(yùn)、航空等運(yùn)輸部門。第三頁，共66頁。4交通運(yùn)輸污染源 是指對周圍環(huán)境造成污染的交通運(yùn)輸設(shè)施和設(shè)備。它以發(fā)出噪聲、引起振動、排放廢氣和洗刷廢水、泄漏有害液體、散發(fā)粉塵等方式污染環(huán)境。排放的主要污染物有一氧化碳、氮氧化物、碳?xì)浠衔?、二氧化硫、鉛化合物、苯并芘、石油和石油制品以及具毒有害運(yùn)載物等。除污染城市環(huán)境外，對河流、湖

2、泊、海域構(gòu)成威脅。排放的廢氣是大氣污染物的主要來源之一。 第四頁，共66頁。5交通所消耗的能源造成了地區(qū)乃至全世界范圍的空氣污染。機(jī)動車輛要比任何一種單獨(dú)的人力活動產(chǎn)生更多的空氣污染。世界上的一氧化碳，碳?xì)浠衔锖投趸獨(dú)怏w有將近50%是由以汽油和柴油為動力的發(fā)動機(jī)所燃燒的礦物燃料釋放的。在城市中心，特別在嚴(yán)重?fù)頂D的街道上， 交通運(yùn)輸造成了高達(dá)90% 一95%的周圍空氣中的一氧化碳排放量，80%一90%的氮氧化合物和碳?xì)浠衔镔|(zhì)， 以及大部分的顆粒物質(zhì)，對人類健康和自然資源構(gòu)成威脅。第五頁，共66頁。6汽車尾氣污染情況據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前世界各國各種類型汽車總共約有7億多輛。美國是世界上擁有汽車最多

3、的國家，2.6億人口擁有1.9億輛各類汽車，其中20%以上的家庭擁有3輛汽車，60%以上的家庭擁有2輛汽車。日本擁有小汽車4000多萬輛。我國已擁有汽車1400萬輛。按現(xiàn)在汽車增加的速度計(jì)算，預(yù)計(jì)到2030年，世界汽車保有量將達(dá)到10億輛。第六頁，共66頁。7汽車尾氣污染 - 來源汽車排放源主要來自三個(gè)方面：尾氣排放，燃油蒸發(fā)排放和油箱通風(fēng)。后兩方面所造成的排放物相對第一方面來說要小得多，通常后兩方面一氧化碳、氮氧化物為總排放量的1%-2%，碳?xì)浠衔餅?0%左右。因此，汽車排放主要來自發(fā)動機(jī)燃燒產(chǎn)生的尾氣。第七頁，共66頁。8汽車尾氣污染 是由汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染。主要污染物為碳?xì)浠?/p>

4、合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含鉛化合物、苯丙芘及固體顆粒物等，能引起光化學(xué)煙霧等。 第八頁，共66頁。9二、汽車尾氣成分、產(chǎn)生過程及其機(jī)理第九頁，共66頁。10（一）汽車尾氣的產(chǎn)生機(jī)理1. 尾氣的產(chǎn)生及主要有害組分汽車發(fā)動機(jī)是能量轉(zhuǎn)換器和動力發(fā)生源，其作用是把燃料中貯藏的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，提供人們想得到的機(jī)械能。在燃料燃燒轉(zhuǎn)換過程中，以空氣作為氧化劑，在尾氣中除了兩種最終氧化物(CO2和H2O)外，還有CO、未燃盡的碳?xì)浠衔?HkCi;)以及高溫燃燒時(shí)產(chǎn)生的NOx等有害氣體。燃油在汽缸里燃燒的機(jī)理，可粗略地用如反應(yīng)式表達(dá):HmCn+N2+O2 HkCi+CO+CO2+NOX+H2O

5、800816 /第十頁，共66頁。112、汽車發(fā)動機(jī) 四沖程發(fā)動機(jī)是最常見的一種. 四沖程發(fā)動機(jī)屬于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，根據(jù)所用燃料種類的不同，分為汽油機(jī)、柴油機(jī)和氣體燃料發(fā)動機(jī)三類。以汽油或柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)分別稱作汽油機(jī)或柴油機(jī)。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)稱作氣體燃料發(fā)動機(jī)。汽油和柴油都是石油制品，是汽車發(fā)動機(jī)的傳統(tǒng)燃料。非石油燃料稱作代用燃料。燃用代用燃料的發(fā)動機(jī)稱作代用燃料發(fā)動機(jī)，如乙醇發(fā)動機(jī)、氫氣發(fā)動機(jī)、甲醇發(fā)動機(jī)等。 第十一頁，共66頁。12四沖程汽油機(jī)工作原理 汽油機(jī)是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點(diǎn)火燃

6、燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復(fù)直線運(yùn)動，通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對外輸出機(jī)械能。四沖程汽油機(jī)在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做沖功程和排氣沖程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)。 第十二頁，共66頁。13（1）進(jìn)氣行程（intake stroke)活塞在曲軸的帶動下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內(nèi)氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進(jìn)氣門被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，進(jìn)氣終點(diǎn)汽缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力p0 ，即pa= (0.800.90) p

7、0。進(jìn)入汽缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn)氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340400K。 （2）壓縮行程（compression stroke)壓縮行程時(shí)，進(jìn)、排氣門同時(shí)關(guān)閉。活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，曲軸轉(zhuǎn)動180?；钊弦茣r(shí)，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，其壓力pc可達(dá)8002 000kPa，溫度達(dá)600750K。第十三頁，共66頁。14（3）做功行程（power stroke)當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，由火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pz達(dá)

8、3 0006 000kPa，溫度Tz達(dá)2 2002 800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊麖纳现裹c(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對外輸出機(jī)械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，在做功行程，進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180。 （4）排氣行程（exhaust stroke)排氣行程時(shí)，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，曲軸轉(zhuǎn)動180。排氣門開啟時(shí)，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣 。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點(diǎn)的壓力稍高于大氣壓力，即P終=(1.051.20)P0。排氣終點(diǎn)溫度為9001100K?；钊?/p>

9、運(yùn)動到上止點(diǎn)時(shí)，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。第十四頁，共66頁。15（二）汽車尾氣成分及其產(chǎn)生過程1、一氧化碳(CO) 排放途徑： 排氣管、曲軸箱 成因： 一氧化碳是烴燃料燃燒的中間產(chǎn)物，主要是在局部缺氧或低溫條件下，由于烴不能完全燃燒而產(chǎn)生，混在內(nèi)燃機(jī)廢氣中排出。當(dāng)汽車負(fù)重過大、慢速行駛時(shí)或空擋運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃料不能充分燃燒，廢氣中一氧化碳含量會明顯增加。危害： 血液中的血紅素對CO比對。有較強(qiáng)的親和力，人在含有CO的空氣中停留，生理上會有強(qiáng)烈的反應(yīng),CO濃度越大，停留的時(shí)間越長， 其毒性反應(yīng)越大?？諝庵械腃O濃度超過100ppm時(shí)，會引起頭痛、嘔吐、耳嗚、全身無力

10、、精神不振甚至昏厥;超過900ppm時(shí)，若長時(shí)間停留，會使人肢體癱瘓、痙攣甚至死亡。 第十五頁，共66頁。162、氮氧化合物(NOx)排放途徑：排氣管、曲軸箱成因：氮氧化合物是在內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)大部分氣體中生成的，氮氧化合物的排放量取決于燃燒溫度、時(shí)間和空燃比等因素。從燃燒過程看，排放的氮氧化物95%以上可能是一氧化氮，其余的是二氧化氮。危害：人受一氧化氮毒害的事例尚未發(fā)現(xiàn)，但二氧化氮是一種紅棕色呼吸道刺激性氣體，氣味閾值約為空氣質(zhì)量的1.5倍，對人體影響甚大。由于其在水中溶解度低，不易為上呼吸道吸收而深入下呼吸道和肺部，引發(fā)支氣管炎、肺水腫等疾病。在濃度為9.4mg/m2的空氣中暴露10分鐘，即

11、可造成呼吸系統(tǒng)失調(diào)。對于氮氧化合物世界衛(wèi)生組織環(huán)境健康評價(jià)組曾做出這樣的結(jié)論：二氧化氮濃度0.94mg/m3是短期暴露引起有害影響的最低水平，3最長1小時(shí)，一個(gè)月不能出現(xiàn)多于兩次才能確保公共健康。第十六頁，共66頁。173、碳?xì)浠衔?HC)排放途徑：排氣管、曲軸箱通風(fēng)口成因：汽車尾氣的碳?xì)浠衔飦碜匀N排放源。對一般汽油發(fā)動機(jī)來說，約60%的碳?xì)浠衔飦碜詢?nèi)燃機(jī)廢氣排放，20%25%來自曲軸箱的泄漏，其余的15%20%來自燃料系統(tǒng)的蒸發(fā)。危害：形成酸雨、污染湖泊、土壤，影響林業(yè)、漁業(yè)、牧業(yè)生產(chǎn) ；侵蝕石質(zhì)建筑物、銅像等；對人的呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)都有嚴(yán)重的損壞作用；具有刺激性氣味，是

12、形成光化學(xué)煙霧的組成部分；某些高分子環(huán)狀 HC在動物體上有致癌作用。 第十七頁，共66頁。18 HC和NOx在大氣環(huán)境中受強(qiáng)烈太陽光紫外線照射后，產(chǎn)生一種復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的污染物形成光化學(xué)煙霧，1952年12月倫敦發(fā)生的光化學(xué)煙霧4天中死亡人數(shù)較常年同期約多4000，45歲以上的死亡最多，約為平時(shí)的3倍，1歲以下的約為平時(shí)的2倍。事件發(fā)生的一周中，因支氣管炎、冠心病、肺結(jié)核和心臟衰弱者死亡分別為事件前一周同類死亡人數(shù)的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。第十八頁，共66頁。194、醛成因：醛是烴類燃燒不完全產(chǎn)生，主要由內(nèi)燃機(jī)廢氣排放。危害：汽車尾氣排放的醛類以甲醛為主，占60%

13、70%。甲醛是有刺激性的氣體，對眼睛有刺激性作用，也會刺激呼吸道，嗅覺閾值為0.061.2 mg，高濃度時(shí)會引起咳嗽、胸痛、惡心和嘔吐。乙醛屬低毒性物質(zhì)，高濃度時(shí)有麻醉作用。丙烯醛是一種辛辣刺激性氣體，對眼睛和呼吸道有強(qiáng)烈刺激，可引起支氣管細(xì)胞損害，嗅覺閾值為0.484.1 mg。第十九頁，共66頁。205、含鉛化合物成因：汽車尾氣排放的含鉛顆粒大部分來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣排放。四乙鉛是作為抗爆劑加進(jìn)汽油中的，一般汽油的含鉛量0.08%0.13%之間，四乙鉛燃燒后生成氧化鉛排出。危害：鉛主要作用于神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和肝、腎等器官。鉛能抑制血紅蛋白的合成代謝過程，還能直接作用于成熟的紅細(xì)胞。

14、經(jīng)由呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體的鉛粒，顆粒較大者能吸附于呼吸道的粘液上，混于痰中而吐出;顆粒較小者，便沉積于肺的深部組織，它們幾乎全被吸收。鉛在人體內(nèi)各器官中積累到一定程度，會對人的心臟、肺等造成損害，使人貧血，行為呆傻，智力下降，注意力不集中，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致不育癥以及高血壓。第二十頁，共66頁。216、顆粒狀物質(zhì)排放途徑：排氣管成因：由于高溫缺氧，烴分子發(fā)生裂解形成微粒。在柴油機(jī)中，即使有過量的氧形成稀混合氣，但由于燃燒室內(nèi)部分區(qū)域的燃油含量過多，燃料的裂解和燃燒同時(shí)進(jìn)行，因而生成碳煙。汽油機(jī)在正常情況下產(chǎn)生的碳煙極少。危害：車用柴油機(jī)的排放源距離地面較近，排氣微粒的粒徑小，質(zhì)量輕，屬亞微米級粒子，

15、能夠長期懸浮在大氣中而不沉降，污染環(huán)境、阻礙視線，易被吸人人體內(nèi)部。微粒主要來自HC、含鉛添加劑和SO2，這些物質(zhì)均很有害，它們呈復(fù)雜的鏈狀或團(tuán)絮狀結(jié)構(gòu)，其比表面積極大，又有較強(qiáng)的吸附能力，能吸附相當(dāng)數(shù)量的高分子液相。第二十一頁，共66頁。22（三）汽車尾氣中污染物排放量的影響因素 汽車尾氣中的污染物排放量，除與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)、燃料組分等有關(guān)外，還因行駛工況的不同、空燃比的不同而有所差異。第二十二頁，共66頁。231、不同工況下的污染物排放情況第二十三頁，共66頁。242.空燃比是影響污染物排放量的主要因素空氣和燃料的混合比(空燃比)，是影響汽車尾氣污染物含量的最基本因素。各種燃料的理論空燃比是不

16、相同的：汽油為14.7，柴油為14.3。 用空氣系數(shù)表達(dá)為=實(shí)際需要空氣量理論需要空氣量第二十四頁，共66頁。25當(dāng)=1時(shí)，處于最佳空燃比，發(fā)動機(jī)為最佳工作狀態(tài)，CO和HkCi排放量最低，但NOx增加;當(dāng) 1 時(shí)，空氣燃料配劑過稀，CO排量會減少，但HkCi增加；當(dāng) 1 時(shí)，空氣燃料配劑過濃，CO和HkCi均增高。第二十五頁，共66頁。26在三種主要有害成分CO、HkCi、NOx中，影響CO含量的，主要是空燃比,凡有影響空燃比的因素，諸如進(jìn)氣溫度、大氣壓力等運(yùn)轉(zhuǎn)條件，都對CO生成有影響；尾氣中HkCi含量，則決定于汽油燃燒的完全程度，包括空燃比在內(nèi)的各影響燃燒完全的因素，都對HkCi生成有影響

17、; NOx的生成機(jī)理較復(fù)雜，粗略分析,可以認(rèn)為NOx的生成需要有高溫和多余的氧為條件，空燃比、點(diǎn)火提前角、燃燒室形狀、進(jìn)排氣重疊時(shí)間、燃料組分等，都對NOx的生成有影響。（如圖一）第二十六頁，共66頁。27第二十七頁，共66頁。28在空燃比 8.0:118.5:1這個(gè)范圍內(nèi)，汽車發(fā)動機(jī)可以進(jìn)行燃燒工作;在這個(gè)范圍之外，即空燃比更濃或更稀，都將使發(fā)動機(jī)不能正常工作，甚至停車。第二十八頁，共66頁。29三、汽車尾氣污染處理技術(shù) 所謂汽車尾氣凈化就是采取種種有效措施，減少污染物的排放或使排放廢氣中CO、HC、NOx等污染物，分別被氧化或還原，生成無毒的CO2、H2O 和N2。為了減少汽車尾氣排放，采

18、取的途徑主要有兩種。 一是在不改變?nèi)剂戏N類的情況下采用清潔燃燒技術(shù)（即機(jī)內(nèi)凈化）與尾氣凈化技術(shù)（即機(jī)外凈化）。 二是提高燃油品質(zhì)及利用綠色環(huán)保燃料來減少汽車尾氣中有害物的排放。第二十九頁，共66頁。30（一） 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)主要是提高燃料質(zhì)量和改善燃料在發(fā)動機(jī)內(nèi)的燃燒條件，盡可能地減少污染物的生成， 其措施有：改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)， 改進(jìn)供油系統(tǒng)，改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)，使燃油燃燒更充分，改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)等。 目前國外已運(yùn)用的機(jī)內(nèi)凈化方法主要有： 延遲點(diǎn)火法，廢氣再循環(huán)裝置（EGR），控制燃燒裝置（CSS），清潔空氣裝置（CAP）以及低溫等離子體技術(shù)。而傳統(tǒng)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)主要包括改進(jìn)發(fā)動機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，

19、采用電控燃油噴射系統(tǒng)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)等， 但是這些措施對設(shè)備的要求較為苛刻，成本過高，而且凈化的效果也不理想。第三十頁，共66頁。311.廢氣再循環(huán)裝置（EGR） 廢氣再循環(huán)（EGR）的設(shè)計(jì)思想就是從發(fā)動機(jī)排氣中，引回部分廢氣與新鮮空氣共同進(jìn)入發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)參與燃燒，既能降低汽缸內(nèi)的燃燒溫度，又可有效控制高溫富氧條件下NOx的生成，從而大大降低發(fā)動機(jī)廢氣中NOx含量。第三十一頁，共66頁。32 EGR技術(shù)，即廢氣再循環(huán)技術(shù)(Exhaust Gas Recycle)是針對有害氣體(NOx)設(shè)置的排氣凈化裝置。它將一部分排氣循進(jìn)氣管與新鮮空氣混合后進(jìn)入汽缸燃燒,以增加混合氣的熱容量,降低燃燒時(shí)的最高

20、溫度,抑制NOx的生成。 EGR發(fā)動機(jī)控制電腦即ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷(節(jié)氣門開度)、溫度、進(jìn)氣流量、排氣溫度控制電磁閥適時(shí)地打開，進(jìn)氣管真空度經(jīng)電磁閥進(jìn)入EGR閥真空膜室，膜片拉桿將EGR閥門打開，排氣中的少部分廢氣經(jīng)EGR閥進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)，與混合氣混合后進(jìn)入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進(jìn)入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時(shí)氣缸中的溫度，因NOx是在高溫富氧的條件下生成的，故抑制了NOx的生成，從而降低了廢氣中的NOx的含量 。第三十二頁，共66頁。33圖3.1EGR發(fā)動機(jī)工作原理圖A、空氣濾清器 B、中冷器 C、進(jìn)氣歧管D、EGR冷卻器 E、EGR峰值單向閥 F、EGR控制閥第三十三頁，共

21、66頁。34 但是，過度的廢氣參與再循環(huán)，將會影響混合氣的著火、性能，從而影響發(fā)動機(jī)的動力性，特別是在發(fā)動機(jī)怠速、低速、小負(fù)荷及冷機(jī)時(shí)，再循環(huán)的廢氣會明顯地影響發(fā)動機(jī)性能，使發(fā)動機(jī)功率大大降低。第三十四頁，共66頁。352.低溫等離子體技術(shù) 低溫等離子技術(shù)，主要是將空氣在送入內(nèi)燃機(jī)燃燒室之前等離子化，使空氣中含有充足的原子氧和臭氧及其他激發(fā)態(tài)氧，從而大大提高燃料的燃燒速率；同時(shí)使等離子化空氣中的氧粒子比其中性的氧分子反應(yīng)能力強(qiáng)，這樣可以使HC，CO 得充分氧化， 從而大大減少有害氣體的生成，這樣不僅可以節(jié)約能量，且在一定程度上能降低污染物的排放量。第三十五頁，共66頁。36低溫等離子體技術(shù)的原

22、理 等離子體被稱作是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外的第4種物質(zhì)存在形態(tài)，是電子、離子、原子、分子、自由基等粒子組成的集合體。按粒子的溫度，等離子體可分為熱等離子體和低溫等離子體（NTP）。其中，低溫等離子體被稱為非平衡等離子體，主要是由氣體放電產(chǎn)生的，放電氣體的電子溫度一般要高達(dá)數(shù)萬開氏度，低溫等離子體的高速電子通過碰撞作用將其在電場中獲得的能量傳遞給周圍的原子或分子，使其激發(fā)離解或產(chǎn)生活性基團(tuán)。 在廢氣處理方面， 低溫等離子體通常利用輝光放電、電暈放電、沿面放電或介質(zhì)阻擋放電（也稱為無聲放電）產(chǎn)生。而介質(zhì)阻擋放電是一種靈活可靠的低溫等離子體放電方式，適合生成較大體積的等離子體，其兼有輝光放電的大空間

23、均勻放電和電暈放電的高氣壓運(yùn)行特點(diǎn)，而且電子密度很高，更加有利于汽車尾氣的凈化。第三十六頁，共66頁。37 空氣經(jīng)過低溫等離子體作用后，產(chǎn)生一系列氧化性極強(qiáng)的OH、HO2、O、O3等強(qiáng)氧化物質(zhì)，這些物質(zhì)在排氣中的基本反應(yīng)過程如下： 由以上反應(yīng)過程可知，等離子體可以利用放電產(chǎn)生的自由基等強(qiáng)氧化物質(zhì)氧化PM（微粒，碳煙）與碳?xì)浠衔铮鴮τ贜Ox，可以把其主要成分NO氧化為NO2，然后將NO2還原成對環(huán)境無污染的N2。第三十七頁，共66頁。38 上圖為一種常用的介質(zhì)阻擋的低溫等離子體發(fā)生器，該低溫等離子體發(fā)生器由復(fù)合高壓電極、低溫等離子放電氣相區(qū)、石英介質(zhì)、低壓電極、進(jìn)氣口、排氣口和催化腔組成，低

24、溫等離子體發(fā)生器通過復(fù)合高壓電極連接變壓變頻等離子體電源和低壓電極接地來產(chǎn)生低溫等離子體放電。采用管狀金屬棒作為低壓電極，由進(jìn)氣口進(jìn)入低溫等離子體發(fā)生器內(nèi)的氣體經(jīng)過低溫等離子放電氣相區(qū)后可以從這些管子里排出。排氣口上設(shè)置有安放催化劑的催化腔，該種結(jié)構(gòu)在放電過程中會產(chǎn)生大量活性自由基團(tuán)與柴油機(jī)有害排氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)了去除柴油機(jī)有害氣體排放的效果。介質(zhì)阻擋的低溫等離子體發(fā)生器示意圖第三十八頁，共66頁。39 發(fā)生器開始工作時(shí)，在內(nèi)部會產(chǎn)生大量的自由基等強(qiáng)氧化物質(zhì)，它們的化學(xué)性質(zhì)非?；钴S，很容易與尾氣中的污染組分如CO、HC及NOx發(fā)生反應(yīng)，使催化劑迅速被激活，從而達(dá)到降低催化劑激活溫度的目的，

25、同時(shí)低溫等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的自由基能促進(jìn)催化劑的催化反應(yīng)過程，顯著提高尾氣催化凈化的效果。 目前，低溫等離子體技術(shù)被用于廢氣處理的研究備受關(guān)注。低溫等離子體技術(shù)具有凈化效率高、能耗低以及無二次污染等特點(diǎn)，發(fā)展前景廣闊。第三十九頁，共66頁。403、其他方法 汽車發(fā)動機(jī)內(nèi)部的調(diào)試，可減少尾氣污染物的排放量。（1）減少噴油提前角。減少噴油提前角，可降低發(fā)動機(jī)工作的最高溫度(1500攝氏度)，使NOx的生成量減少。（2）改善噴油器的質(zhì)量，控制燃燒條件(燃比、燃燒溫度、燃燒時(shí)間)，可使燃料燃燒完全，從而可減少CO、HC和煤煙。（3）調(diào)整噴油泵的供油量，可降低發(fā)動機(jī)的功率，使霧化的燃料有足夠的氧氣進(jìn)行完

26、全燃燒，從而也可以減少CO、CH和煤煙的生成。（4）燃燒室系統(tǒng)的優(yōu)化。燃燒室形狀的設(shè)計(jì)原則是面容比要小，即盡可能緊湊。緊湊的燃燒室可使燃燒時(shí)問縮短，實(shí)現(xiàn)快速燃燒。第四十頁，共66頁。41（二） 機(jī)外凈化技術(shù) 機(jī)內(nèi)凈化只能減少有害氣體的生成量，不能除去已生成的有害氣體，因此凈化效率不高。通常人們更關(guān)注的是機(jī)外凈化技術(shù)。催化凈化是目前研究與應(yīng)用最多的機(jī)外凈化方式。 機(jī)外凈化是指利用發(fā)動機(jī)外凈化反應(yīng)裝置，在尾氣排出氣缸進(jìn)入大氣之前， 將CO，HC 和NOx轉(zhuǎn)化為無害氣體的過程，可通過安裝熱反應(yīng)器，一次反應(yīng)器，催化轉(zhuǎn)化器等裝置以對排出的氣體進(jìn)行一次處理或凈化。 機(jī)外凈化采用的主要方法是凈化催化法、分催

27、化燃燒法和三元催化法等，其中三元催化技術(shù)最為有效，也是當(dāng)前用得最多的催化方法。第四十一頁，共66頁。42 三元催化技術(shù)，是指將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮?dú)?。由于這種催化器可同時(shí)將廢氣中的三種主要有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，故稱三元， 該催化技術(shù)主要是用三元催化器。三元催化技術(shù)第四十二頁，共66頁。43三元催化器結(jié)構(gòu)：三元催化反應(yīng)器類似消聲器。它的外面用雙層不銹薄鋼板制成筒形。在雙層薄板夾層中裝有絕熱材料-石棉纖維氈。內(nèi)部在網(wǎng)狀隔板中間裝有凈化劑。 凈化劑：凈化劑由載體和催化劑組成。載體一般由三氧化二鋁制成，其形狀有球形、多棱體形和網(wǎng)狀隔

28、板等。凈化劑實(shí)際上是起催化作用的，也稱為催化劑。催化劑用的是金屬鉑、銠、鈀。將其中一種噴涂在載體上，就構(gòu)成了凈化劑。 三元催化器是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置。 第四十三頁，共66頁。44工作原理發(fā)動機(jī)通過排氣管排氣時(shí)，CO、HC、和NOx三種氣體通過三元催化反應(yīng)器中的凈化劑時(shí)，增強(qiáng)了三種氣體的活性，進(jìn)行氧化-還原化學(xué)反應(yīng)。其中CO在高溫下氧化成無色、無毒的二氧化碳（CO2）氣體。HC化合物在高溫下氧化成H2O和CO2。NOx還原成N2和O2。三種有害氣體變成無害氣體，使排氣得以凈化。氧化反應(yīng)： HC + O2 CO2 + H2O CO + O2 CO2還原反應(yīng)： NOx + CO

29、 N2 + CO2 NOx + H2 N2 + H2O第四十四頁，共66頁。45為了充分發(fā)揮三元催化器的降污效率，防止早期損壞失效，在汽車使用中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：1、裝有三元催化器的汽車，不能使用含鉛汽油，尤其到外地加油時(shí)一定要注意，因?yàn)楹U油燃燒后，鉛顆粒隨廢氣排經(jīng)三元催化器時(shí)，會覆蓋在催化劑表面，使催化劑作用面積減少，從而大大降低催化器的轉(zhuǎn)換效率，這就是常說的的“三元催化器鉛中毒”，經(jīng)驗(yàn)表明即使只使用過一箱含鉛汽油，也會造成三元催化器的嚴(yán)重失效。2、應(yīng)避免未燃燒的混合氣進(jìn)入催化器。三元催化器開始起作用的溫度是200攝氏度左右，最佳工作溫度在400攝氏度至800攝氏度，而超過1000攝氏度

30、后作為催化劑的貴金屬成分自身也將會產(chǎn)生化學(xué)變化，從而使催化器內(nèi)的有效催化劑成分降低，使催化作用減弱?；鹘档吞?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)這兩種有害物質(zhì)是通過在催化器內(nèi)部進(jìn)行燃燒使其轉(zhuǎn)化為水(H2O)及二氧化碳(CO2)而實(shí)現(xiàn)的，而這種反映會產(chǎn)生熱量，發(fā)動機(jī)工作正常情況下，這兩種成分的含量適當(dāng)，燃燒所產(chǎn)生的熱量會使催化器保持在最佳工作溫度附近，而發(fā)動機(jī)工作出現(xiàn)異常時(shí)排氣中這兩種成分的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常情況。第四十五頁，共66頁。46（三）提高燃油品質(zhì)及使用綠色環(huán)保燃料處理尾氣1、提高燃油品質(zhì)（汽油為例）燃油品質(zhì)與汽車尾氣也有著重要的關(guān)系，為此世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家不斷對汽油質(zhì)量做出越來越

31、嚴(yán)格的規(guī)定。通常，降低汽油中苯、硫、芳烴、烯烴含量，降低雷德蒸汽壓，并在汽油中添加含氧化合物，可以減少汽車尾氣中污染物的排放。如由中石化北京石油科學(xué)研究院開發(fā)的低烯烴含量的FCC 催化劑、由齊魯石化公司研究院開發(fā)的輕汽油醚化技術(shù)、美國UOP公司開發(fā)的固體酸烷基化技術(shù)都能有效減少汽油中的烯烴含量，降低汽油的蒸汽壓。此外，采用吸附脫硫技術(shù)、美國催化蒸餾技術(shù)研究公司開發(fā)的催化蒸餾脫硫技術(shù)、EXXON公司開發(fā)的選擇性加氫脫硫工藝、在重整裝置中增加苯抽提工藝等都能有效減少汽油中硫、苯、芳烴的含量，提高汽油的品質(zhì)，改善汽油的質(zhì)量，從而降低汽車尾氣中有害物質(zhì)的排放量，減輕汽車尾氣的危害。第四十六頁，共66頁

32、。472、綠色環(huán)保燃料（或能源）（1）燃料電池燃料電池是一種新型的無污染、無噪聲的汽車動力源，它可不經(jīng)過燃燒而直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。其可靠性高，適用性強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，污染小，噪聲低。按電解質(zhì)劃分，燃料電池大致分為五類：堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、固體氧化物燃料電池（ SOFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。以PEMFC為例，其反應(yīng)原理如圖1 所示。第四十七頁，共66頁。48氫氣（為了保持膜濕潤，一般在進(jìn)入電池前進(jìn)行濕化處理）進(jìn)入電池?cái)U(kuò)散至陽極催化層與膜的界面，在鉑催化劑的作用下失去電子，形成質(zhì)子，質(zhì)子由膜導(dǎo)通，在陰極與膜

33、的界面，在鉑催化劑的作用下與氧結(jié)合生成水，形成的水以蒸汽或冷凝水的形式由過剩的反應(yīng)氣從陰極氣室排走。第四十八頁，共66頁。49（2）燃?xì)猓ㄌ烊粴?、液化石油氣）采用清潔燃料治理汽車尾氣污染，天然氣、液化石油氣是汽車燃料的理想替代物。它們在發(fā)動機(jī)內(nèi)可以充分燃燒，汽車發(fā)動機(jī)不必作大的改動就可直接使用，使汽車所排放的污染成分大大低于汽油發(fā)動機(jī)和柴油車。近年來由于環(huán)境保護(hù)的壓力和能源危機(jī)的影響，燃?xì)馄嚨玫绞澜缟洗蠖鄶?shù)國家政府的重視支持。日本已決定從2000年開始，在國內(nèi)大量推廣燃?xì)馄嚒Ｆ渌細(xì)馄嚿a(chǎn)大國，如德國、法國等也不甘落后，紛紛投入研制開發(fā)新型的燃?xì)馄?。大量的研究表明，汽車采用燃?xì)夂?，尾?/p>

34、排放污染會顯著降低，且成本費(fèi)用低，安全性高，使用性能好。第四十九頁，共66頁。50（3）乙醇汽油將乙醇進(jìn)一步脫水再加上變性劑后生成變性燃料乙醇。所謂車用乙醇汽油就是把變性燃料乙醇和汽油以一定比例混配制成的一種汽車燃料。用乙醇汽油作為燃料的汽車早在上世紀(jì)已在巴西、印度等國家出現(xiàn)。在我國使用乙醇汽油作為汽車燃料在技術(shù)上已非常成熟，部分地方開始推廣使用，但成本較高，經(jīng)濟(jì)效益不如汽油車。（4）生物柴油生物柴油是一種可再生的能源，它是由任何天然的油脂和甲醇（或乙醇）經(jīng)過化學(xué)方法加工而成，它可以直接在柴油機(jī)上使用（B100）或與柴油以任意比例混合使用（B20） 。使用生物柴油能減少溫室氣體排放，降低空氣污

35、染另外生產(chǎn)和使用生物柴油對發(fā)展國內(nèi)經(jīng)濟(jì)，減少石油供給的需求，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等方面都有積極作用。美國最初的興趣是以大豆油作為生物柴油的原料，許多歐洲國家關(guān)注的是菜籽油。赤道氣候國家對可可脂和棕櫚油更感興趣。日本則以廢食用油作為生物柴油的原料。美國、德國和澳大利亞等已制定了生物柴油的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。第五十頁，共66頁。51四、我國機(jī)動車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)政策 與國外先進(jìn)國家相比，我國汽車尾氣排放法規(guī)起步較晚、水平較低，根據(jù)我國的實(shí)際情況，從八十年代初期開始采取了先易后難分階段實(shí)施的具體方案，其具體實(shí)施至今主要分為四個(gè)階段，也就是我們常說的國I、國II、國III、國IV。國1到國4排放標(biāo)準(zhǔn)的核心 -國1：

36、產(chǎn)品型式核準(zhǔn) -國2：產(chǎn)品生產(chǎn)一致性 -國3/4：在用車符合性（耐久性里程內(nèi)）第五十一頁，共66頁。52機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施狀況注：1999年，北京市開始實(shí)施國一標(biāo)準(zhǔn) 2004年7月1日，全國范圍內(nèi)開始實(shí)施國2排放標(biāo)準(zhǔn) 2005年的12月30號，北京市開始實(shí)施國三標(biāo)準(zhǔn) 2007年7月1日，全國范圍內(nèi)開始實(shí)施國三排放標(biāo)準(zhǔn) 2008.3.1 北京實(shí)施國4排放標(biāo) 目前上海也已實(shí)行國四標(biāo)準(zhǔn) ,全國大部分的區(qū)實(shí)行國三標(biāo)準(zhǔn)，鑒于目前滿足國四標(biāo)準(zhǔn)需求的車用柴油供應(yīng)仍不到位，嚴(yán)重制約國四標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施進(jìn)度。為保證標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施效果，我國將根據(jù)車用燃料供應(yīng)實(shí)際，決定分車型、分區(qū)域?qū)嵤﹪臉?biāo)準(zhǔn) 國家環(huán)境保護(hù)部規(guī)定自2013年

37、7月1日起，所有生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售和注冊登記的車用壓燃式發(fā)動機(jī)與汽車必須符合國四標(biāo)準(zhǔn)的要求。第五十二頁，共66頁。53 我國機(jī)動車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中污染物排放限值大體等同歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)，故國內(nèi)也沿用類似稱呼，但兩者仍存有一定的技術(shù)差異。我國制定的輕型汽車污染物排放限值及測量方法()等效于“歐”標(biāo)準(zhǔn)；輕型汽車污染物排放限值及測量方法()等效于“歐”標(biāo)準(zhǔn)。而歐則比歐標(biāo)準(zhǔn)上了個(gè)臺階，有關(guān)專家做了一個(gè)形象的比喻：7輛執(zhí)行歐標(biāo)準(zhǔn)的汽車，相當(dāng)于1輛化油器車的污染物排放量；14輛執(zhí)行歐標(biāo)準(zhǔn)的汽車，才相當(dāng)于1輛化油器車的污染物排放量。按照輕型汽車號標(biāo)準(zhǔn)，家庭轎車和輕型汽車的一氧化碳排放量將在原有基礎(chǔ)上減少30%，碳

38、氫和氮氧化合物則分別減少40%。 以尾氣污染物含量為標(biāo)準(zhǔn)的話，國III相當(dāng)于歐III，而歐III標(biāo)準(zhǔn)里沒有裝OBD，國標(biāo)準(zhǔn)里強(qiáng)制要求安裝OBD（車載自動診斷系統(tǒng)） ，就是說只要想達(dá)到國III標(biāo)準(zhǔn)就必須裝OBD，即使尾氣中污染物含量的數(shù)值你達(dá)到了歐III的標(biāo)準(zhǔn)，如果沒有加裝OBD也不符合國III標(biāo)準(zhǔn)。 第五十三頁，共66頁。54輕型汽車汽車尾氣排放國3國4標(biāo)準(zhǔn)第五十四頁，共66頁。55輕型汽油車排放限值第一類輕型汽油車排放限值比較：國相對于：CO下降19%，HC+NOx下降48%。國 相對于： CO下降-5%，HC+NOx下降30%。國 相對于 ： CO下降15%，HC+NOx下降64%。國 相

39、對于： CO下降57%，HC+NOx下降49%。國 相對于 ： CO下降63%，HC+NOx下降81%。階段第一類輕型汽車 g/kmCOHCNOxHC+NOx國12.720.97國22.219.1%0.548.5%國32.315.4%0.2 0.15 0.3563.9%國4163.2%0.150.0%0.0846.7%0.1881.4%第五十五頁，共66頁。56輕型柴油車排放限值輕型柴油車排放限值比較： 國相對于： CO下降63%，HC+NOx下降28%，NOx下降28%，PM下降43%。國相對于： CO下降40%，HC+NOx下降21%，NOx下降21%，PM下降38% 。國相對于 ： CO

40、下降77%，HC+NOx下降42%，NOx下降42%，PM下降64% 。國相對于： CO下降22%，HC+NOx下降46%，NOx下降50%，PM下降50% 。國相對于 ： CO下降82%，HC+NOx下降69%，NOx下降71%，PM下降82% 。階段柴油轎車排放限值 g/kmCOHC+NOXNOXPM國12.720.970.860.14國2163.2%0.727.8%0.6227.9%0.0842.9%國30.6476.5%0.5642.3%0.541.9%0.0564.3%國40.581.6%0.369.1%0.2570.9%0.02582.1%第五十六頁，共66頁。57重型汽油車排放限

41、值重型汽油車：國相對于：CO下降72%，HC+Nox下降71%。國 相對于：測量方法變化，不作比較。國 相對于： CO下降17%，HC+Nox下降17%。階段重型汽油車 g/kWhCOHCNOXHC+NOX國13414 國29.771.5%4.170.7%國319.243.5%0.35 0.84 1.1991.5%國41652.9%0.2917.1%0.716.7%0.9992.9%第五十七頁，共66頁。58重型柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)重型柴油車第三階段中對采用了NOX和PM后處理裝置的柴油車，應(yīng)附加ETC（不停車收費(fèi)系統(tǒng)）試驗(yàn)。第五十八頁，共66頁。59國家環(huán)保部大氣移動源污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)（法規(guī)政策）

42、（1） 摩托車和輕便摩托車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法） - GB 146212011 代替 GB14621-2002 （2） 非道路移動機(jī)械用小型點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)排氣污染物排放限值與測量方法（中國，階段） - GB 261332010 （3） 輕便摩托車污染物排放限值及測量方法(工況法，中國第階段) - GB18176-2007 代替GB18176-2002 （4） 摩托車污染物排放限值及測量方法(工況法，中國第階段) - GB 146222007 代替GB14622-2002 （5） 摩托車和輕便摩托車燃油蒸發(fā)污染物排放限值及測量方法 - GB 209982007 （6） 非道路移動

43、機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法(中國、階段) - GB 208912007 （7） 汽油運(yùn)輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) - GB 209512007 （8） 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國、階段） - GB 18352.32005 （9） 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（） - GB 18352.1-2001 第五十九頁，共66頁。60（10） 車用壓燃式發(fā)動機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法 - GB 17691-2001（11） 裝用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)重型汽車曲軸箱污染物排放限值及測量方法 - GB 113402005 （12） 點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡

44、易工況法） - GB 18285 -2005 （13） 摩托車和輕便摩托車排氣煙度排放限值及測量方法 - GB 197582005 （14） 車用壓燃式發(fā)動機(jī)和壓燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣煙度排放限值及測量方法 - GB 3847-2005 （15） 裝用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)重型汽車燃油蒸發(fā)污染物排放限值及測量方法（收集法） - GB 147632005 （16） 車用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)及裝用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣污染物排放限值及測量方法 - GB 14762-2002 （17） 農(nóng)用運(yùn)輸車自由加速煙度排放限值及測量方法 - GB 18322-2002（18） 重型車用汽油發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中

45、國III、IV階段） - GB 14762-2008 代替GB 14762-2002 第六十頁，共66頁。61(19) 車用柴油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)（第四、五階段） - GWKB 1.2-2011 (20) 車用汽油有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)（第四、五階段） - GWKB 1.1-2011 代替GWKB 1-1999 (21) 點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)汽車瞬態(tài)工況法排氣污染物測量設(shè)備技術(shù)要求 - HJ/T 3962007(22) 壓燃式發(fā)動機(jī)汽車自由加速法排氣煙度測量設(shè)備技術(shù)要求 - HJ/T 3952007 (23) 重型汽車排氣污染物排放控制系統(tǒng)耐久性要求及試驗(yàn)方法 - GB 20890-2007 (24) 柴油車加載減速工況法排氣煙度測量設(shè)備技術(shù)要求 - HJ/T 2922006