大氣污染控制工程2014-第12講-城市機(jī)動(dòng)車污染控制

1、大氣污染控制工程第十二講 城市機(jī)動(dòng)車污染控制揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 1. 城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響l 2. 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的形成與控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的形成與控制l 3. 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的形成與控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的形成與控制l 4. 機(jī)動(dòng)車污染排放控制新技術(shù)機(jī)動(dòng)車污染排放控制新技術(shù)城市機(jī)動(dòng)車污染控制2揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 3p 我國(guó)汽車產(chǎn)量我國(guó)汽車產(chǎn)量20092009年已達(dá)年已達(dá)13651365萬(wàn)輛，產(chǎn)量首次超過(guò)日本，排名全球第萬(wàn)輛，產(chǎn)量首次超過(guò)日本，排名全球第1 1位。位。p 20

2、082008年我國(guó)汽車保有量已達(dá)年我國(guó)汽車保有量已達(dá)7185.77185.7萬(wàn)輛萬(wàn)輛, ,預(yù)計(jì)到預(yù)計(jì)到20202020年將達(dá)年將達(dá)1.51.5億輛。億輛。城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 40200400600800100005000100001500020000250003000035000GDP/Cap. PPP (USD)Vehicles Per 1000 PersonChina(51)Poland(345)Brazil(119)S. Korea(286)UK(526)Italy(667)France(588)Germany(588) Japa

3、n(588)US(816)到2020年中國(guó)每千人擁有汽車100輛（按15億人口計(jì)算），基本接近目前世界平均水平，將達(dá)到1.5億輛（目前世界平均每千人擁有100輛汽車）。城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 20065揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 6進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的民用汽車保有量、汽油和交通運(yùn)輸柴油消費(fèi)量都增長(zhǎng)迅猛，給資源和環(huán)境都帶來(lái)很大壓力城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 20067城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)

4、州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 8200300050100150200250300350400400CO2 concentration (ppm)- 55Temperature (C)6005001000Todays CO2 concentrationProjected concentration After 50 more years of unrestricted fossil fuel burningThousand years ago城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 9城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響我國(guó)2009年CO2 排放已達(dá)63億噸成為世界第一排放大

5、國(guó)963.0 （2009）揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 200610揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 200611揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13 JANVIER 200612揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 13輕微型客車：?jiǎn)诬囉秃暮团欧泡^低，但保有量巨大，總油耗和排放仍占重要比例重型車：?jiǎn)诬囉秃暮团欧鸥?，雖然保有量較小，但總油耗和排放占重要比例2007年中國(guó)民用汽車保有量構(gòu)成城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 14

6、汽車排放標(biāo)準(zhǔn)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)NOx, g/kW hrPM, g/kW hr0.000.050.100.150.01.02.03.04.05.06.0USA 2007美國(guó)歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)(5.0; 0.10)(5.36; 0.13)(3.5; 0.02)(2.7; 0.13)(2.0; 0.02)(0.02; 0.01)(1.2; 0.01)國(guó)國(guó)4 4（20102010）國(guó)國(guó)3 3（20072007）城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 15城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10北京 中國(guó)一階

7、段全國(guó) 中國(guó)一階段China 5 中國(guó)五階段 北京：計(jì)劃2012年實(shí)施 全國(guó)：原計(jì)劃對(duì)重型柴油車2012年執(zhí)行中國(guó)二階段中國(guó)三階段中國(guó)四階段中國(guó)二階段中國(guó)三階段中國(guó)四階段新生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 16城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 17p氣候變化問(wèn)題導(dǎo)致車輛二氧化碳法規(guī)車輛二氧化碳法規(guī)的出臺(tái)，的出臺(tái)，車輛油耗法規(guī)日趨嚴(yán)厲。p從2015年起，歐洲新銷售汽車平均CO2排放達(dá)到130g/km，2020年將達(dá)95g/km 。城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 18

8、美國(guó)在2007年底通過(guò)新法案，在2020年前轎車和卡車平均燃油消耗達(dá)到每加侖35英里。2009年5月奧巴馬政府頒布的新法規(guī)2016年前達(dá)到平均每加侖35.5英里。世界主要國(guó)家汽車燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)世界主要國(guó)家汽車燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)城市機(jī)動(dòng)車發(fā)展趨勢(shì)及影響揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 曲軸箱曲軸箱HC 的的 20%排氣管排氣管所有的所有的CO、NOX、Pb和和 HC的的 60%油箱和化油器蒸發(fā)油箱和化油器蒸發(fā)HC的的15%19汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 Fuel+OxygenCarbonDioxideEnergy動(dòng)力動(dòng)力Ign

9、ition點(diǎn)火點(diǎn)火WaterVaporet汽油車汽油車: 0.250.3柴油車柴油車: 0.30.45汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制20揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 EngineCylinder汽油機(jī)汽油機(jī)=610，而而柴油機(jī)柴油機(jī)=1624= (Vc+Vd)/Vc汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制21揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 22汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l Leadl Hydrocarbonsl Carbon Monoxidel Oxides of Nitrogenl Carbon Diox

10、idel Particulatesl Other pollutantsl Water VaporAmbient AirReal FuelEngine/EmissionTechnology尾氣管排放物尾氣管排放物汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制23揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 101012121414161618182020Ai r - Fuel R ati oAi r - Fuel R ati o0 02 24 46 68 8101012121414O O2 2Percent Percent M ol esM ol es0 0400400800800120012001600

11、1600200020002400240028002800N ON OC OC O2 2C OC OH CH CPP M PP M M ol esM ol esStoi chi om et ryStoi chi om et ry汽油汽油(C8H17)理理論空燃比論空燃比: 約約14.7CO:局部不均勻局部不均勻殘余殘余HC汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制24揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 HC: 不完全燃燒不完全燃燒壁面猝滅壁面猝滅油膜吸附油膜吸附汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制25揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 NOx: Thermal NOPrompt N

12、OFuel NO汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制26揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 Evaporative Emissions diurnal, running losses, hot soakCrankcase Losses due to blow-byRefueling Losses displaced vaporsOther Emissions brake linings, tire wear, fluid leaks汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制27揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制28揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)

13、境科學(xué)與工程學(xué)院 l 1. 怠速怠速, 減速時(shí)減速時(shí)CO, HC排放高排放高, 濃度約為濃度約為: CO: 1.0%6%; HC: 4003000ppm NOx: 10100ppml 2. 加速加速, 定速時(shí)定速時(shí)NOx高高, 濃度約為濃度約為: NOx: 10004000ppm CO: 0.53.0%; HC: 200600ppm 加速時(shí)加速時(shí), 碳煙約為碳煙約為: 0.005g/m3 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制29揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 前處理前處理: 無(wú)鉛汽油無(wú)鉛汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油低硫汽油和柴油(1200ppm50ppm) 廢氣

14、再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR): 20%循環(huán)循環(huán), 降低降低NOx約約60%, 但油耗增加但油耗增加3%l 機(jī)內(nèi)控制機(jī)內(nèi)控制: 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 表面積表面積/容積容積 越小越好越小越好; 電子控制技術(shù)電子控制技術(shù); 多氣門(mén)技術(shù)多氣門(mén)技術(shù)l 機(jī)外控制技術(shù)機(jī)外控制技術(shù): 熱反應(yīng)器熱反應(yīng)器, 催化反應(yīng)器催化反應(yīng)器(氧化氧化, 還原還原-三效三效)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制30揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制31揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 電控燃油電控燃油噴射系統(tǒng)噴射系統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制32揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)

15、與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制33揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 同時(shí)凈化同時(shí)凈化3種污染物種污染物: CO, HC, NOxl 只能在很窄的空燃比窗口工作只能在很窄的空燃比窗口工作: 閉環(huán)電控燃油噴射技術(shù)閉環(huán)電控燃油噴射技術(shù) 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制34揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 主要使用貴金屬主要使用貴金屬+陶瓷載體陶瓷載體, Pt, Rd, Pdl 壽命要求壽命要求80000160000km, 防中毒很關(guān)鍵防中毒很關(guān)鍵! 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制35揚(yáng)州大學(xué)環(huán)

16、境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制36揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制37揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒為預(yù)混火焰汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒為預(yù)混火焰, 柴油為擴(kuò)散火焰柴油為擴(kuò)散火焰l 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比高, 熱效率高熱效率高3050%l 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以噴油霧化方式燃燒柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以噴油霧化方式燃燒, 產(chǎn)生碳煙較多產(chǎn)生碳煙較多l(xiāng) 柴油車經(jīng)濟(jì)性好柴油車經(jīng)濟(jì)性好, 馬力大馬力大, 最先實(shí)現(xiàn)最先實(shí)現(xiàn)3升車升車l 汽油車加速性好汽油車加速性好, 正在開(kāi)發(fā)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)正

17、在開(kāi)發(fā)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制38揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制39揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 NOx,HC,CO排放的體積分?jǐn)?shù)排放的體積分?jǐn)?shù)/10-6碳煙排放碳煙排放/gm-3柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制40揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 l 1. CO總是很低總是很低, 約約0.1%l 2. 減速減速, 怠速時(shí)怠速時(shí)HC相對(duì)較高相對(duì)較高, 濃度約為濃度約為400ppm 此時(shí)此時(shí)NOx較低較低, 約為約為3070ppm l 3. 加速加速, 定速時(shí)定速時(shí)NOx高高, 濃度約為濃度約為: NOx: 8002500ppm 此時(shí)此時(shí)HC: 90200ppml 4. 加速時(shí)碳煙最高加速時(shí)碳煙最高, 約為約為0.30g/m3 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制41揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 廢氣再循環(huán)改進(jìn)供油系統(tǒng)采用增壓和中冷技術(shù)分隔式燃燒室電控柴油噴射柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制42揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制43揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制44揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與