我国尾气排放控制现状与对策论文.doc

Anhui Vocactional 中国在 1989 年至 1993 年又相继颁布 了 轻型汽车排气污染物排放标准 车用汽油机排气污染物排放标准 二个 限值标准和 轻型汽车排气污染物测量方法 车用汽油机排气污染物测量方 法 二个工况法测量方法标准 至此 中国已形成了一套较为完整的汽车尾气排 放标准体系 北京市 轻型汽车排气污染物排放标准 的出台和实施 拉开了中 国新一轮尾气排放法规制订和实施的序曲 2005 年国家环保总局公布了五项机 动车污染物排放新标准 新标准包括 轻型汽车污染物排放 和 IV 号排放标准 两项重型汽车污染物排放限值 摩托车和轻便摩托车加速行驶噪声限值及测量 方法 其中 轻型汽车 排放标准自 2007 年 7 月 1 日起在全国实施 IV 号标准 7ee5faff51e5d68fdbf70045d90c46f3 pdf 于 2010 年 7 月 1 日起实施 目前 世界汽车排放标准并立 分为欧洲 美国 日本标准体系 欧洲标准测试要求 相对而言比较宽泛 是发展中国家大都沿用的汽车尾气排放体系 并且 由于我国的轿车 车型大多从欧洲引进生产技术 中国大体上采用欧洲标准体系 2 2 我国尾气排放看国情 中国汽车技术信息研究所专家李京生认为 中国有自己的国情 实施排放 标准的背景也与欧洲有所不同 其中最直接涉及到的就是城乡差别问题 因此 中国应该有自己的标准 我国机动车污染物排放标准中污染物排放限值大体等 同欧盟排放标准 故国内也沿用类似称呼 但两者仍存有一定的技术差异 我 国制定的 轻型汽车污染物排放限值及测量方法 等效于 欧 标准 轻型汽车污染物排放限值及测量方法 等效于 欧 标准 而欧 则 比欧 标准上了个台阶 有关专家做了一个形象的比喻 7 辆执行欧 标准的 汽车 相当于 1 辆化油器车的污染物排放量 14 辆执行欧 标准的汽车 才相 当于 1 辆化油器车的污染物排放量 按照轻型汽车 号标准 家庭轿车和轻型 汽车的一氧化碳排放量将在原有基础上减少 30 碳氢和氮氧化合物则分别减 少 40 路况油品将影响 OBD 的准确率 为保证车辆在使用过程中稳定达到排放限 值要求 在实施新标准时 一个名叫车载诊断系统 OBD 要被加装到汽车上 OBD 系统将根据发动机的工作状况随时监测汽车排放的尾气是否超标 超标时 即发出警示 然而 这个 OBD 系统的实行体现出了很大的中国特色 根据国家 环保总局的规定 2007 年 7 月 1 日 全国生产和销售的新车都必须符合这一标 准 OBD 系统将推迟一年实施 据中国汽车技术研究中心首席专家方茂东介绍 与欧 相比 欧 排放标 准中最大的变化在于车辆出厂前必须装配核心组件 OBD 即车载自诊断系统 该系统特点在于 检测点增多 检测系统增多 在三元催化转化器的进出口上 都有氧传感器 完全通过实时监控车辆排放来控制达标 可以更加保证欧 排 放标准的执行 据了解 现在部分国产品牌轿车已经具备达到欧 排放标准的 条件 但是 专家也指出 目前能够达到欧 排放标准的发动机 只是排放方 面相比欧 有所改进 对于国标 号 由于这些车辆出厂之前没有安装 OBD 系 我国汽车尾气排放控制现状与对策 统 因此尚不能称在完全意义上达到欧 排放标准 同时 OBD 系统也不能在 车辆出厂之后经过改造加上 因此即使现在购买那些已经具备达到欧 排放标 准条件的车辆 今后也不会视同已经符合我国新排放标准 小小的 OBD 成为汽车厂商和环保部门争论的重点 可能成为欧 排放标准最难解决 的问题 许多厂家认为关键所在是油品的问题 如果油品质量不断反复 必然会导致排放 标准不合要求 而北京市环保局则认为 加装 OBD 自动诊断系统才是当务之急 北京市 环保局大气处处长冯玉桥表示 会尽量争取欧 标准与 OBD 系统同步实施 有厂商认为 北京的路况与国外有差距 城市堵车严重 油品质量也不够好 如果安装了 OBD 系统 会导致系统频繁误报 这样会使消费者对车辆本身的质量产生怀疑 此外 OBD 系统的售 后 维修培训需要的时间为期不短 能不能与欧 标准同步实施也是问题 而这些都关乎 影响企业生死的品牌问题 另外 由于 OBD 在欧美是作为汽车召回项目中的一项 是否 加装 OBD 将决定企业未来召回成本的问题 2 3 油品对汽车尾气的影响 业内人士指出 油品质量对于汽车尾气排放效果的影响相当明显 车辆在 使用过程中 如果车与油不相配 会造成因油损车的情况 如果使用相应的低 品质燃油 排放同样达不到新标准要求 要使汽车达到更严格的尾气排放标准 不仅要求汽车生产厂家提高整车生产技术 还需油品供应商提高相应的燃油质 量 国家环保总局机动车排污监控中心汤大钢主任表示 在全国市场提供质量 稳定的燃油产品是实施更高排放标准的先决条件 如果汽油中的硫 锰 铁等 杂质含量过高 可能损害三元催化器和氧传感器 降低对污染物的催化效果 若汽油饱和蒸气压较高 也会带来挥发性污染 新油品标准的制定体现了车厂 和油厂的利益之争 从技术层面讲 石油企业完全具备生产欧 标准燃油的能 力 但标准迟迟不出使得石油企业有了坐观其变的最好借口 对汽车生产厂家 而言 喝不到好油 也成为汽车排放降不下来的很好托辞 一位合资汽车生产 厂家负责人告诉记者 他们的产品在国外能够达到严格的欧 排放标准 为适 应国内油品质量不稳定的状况 只好自降标准 局部采用以往的技术通过目前 的欧 排放标准就行了 对此 汤大钢主任解释说 同样是欧 标准 油品质 量高 对于汽车自身控污能力的要求就低 油品质量差 对于汽车自身控污能 力的要求就高 在企业最看重的效益面前 提高油品质量和提高汽车的控污能 7ee5faff51e5d68fdbf70045d90c46f3 pdf 力都需要投入研发资金和增加生产成本 汽车厂家和石油企业在此问题上的博 弈其实早在我国执行欧 I 标准时就已开始了 实际上 令众多汽车及石油企业心存疑虑的还有一个原因 即由于北京的 第三阶段用油品质标准是一个完全的地方标准 他们担心的是这一标准能否得 到有关部门的有力支持并在全国范围内实施 某汽车公司老总指出 我国油品 质量地域差异性较大 北京等大城市的燃油质量肯定优于中小城市及乡村 油 品质量对于欧 标准的影响不能忽略 截止目前 北京油品市场上只有 98 号汽 油的排放水平达到了欧 标准 但是这种油价格不仅高 而且只在少数加油站 供应 汽车尾气无时无刻不在直接或间接地危害着人类的正常生活及健康 必须 予以高度重视 目前 汽车尾气控制和治理已成为世界重要课题 发达国家由 于汽车总体技术较为先进 汽车尾气控制技术也较为先进 已经取得了重要进 展 现在正向超低污染排放和零排放迈进 而我国在这方面起步较晚 许多控 制技术处于探索和试用阶段 但我们正努力与国际接轨 我国汽车尾气排放控制现状与对策 3我国汽车尾气污染控制对策 3 1 机内燃烧控制 汽车尾气的控制有机内控制与机外净化两种形式 机内控制是通过改变发 动机设计 制造工艺等手段来减少有害物质的生成 废气再循环 EGR 就是常 见的一种机内净化形式 其设计思想就是从发动机排气中 引回部分废气与新 鲜空气共同进入发动机汽缸内参与燃烧 既能降低汽缸内的燃烧温度 又可有 效控制高温富氧条件下 NOx 的生成 从而大大降低发动机废气中 NOx 含量 2005 年年底 中国重汽技术发展中心组织中国重汽重庆燃油喷射系统公司 历 时一年半间 在国内率先成功完成了自主知识产权的采用电控直列泵燃油喷射 系统和冷却的电控 EGR 废气再循环 技术的 满足排放要求的国 柴油发动 机 这也是目前国内唯一采用 EGR 技术的国 柴油发动机 EGR 技术 即废气再循环技术 Exhaust Gas Recycle 是针对有害气体 NOx 设 置的排气净化装置 它将一部分排气循进气管与新鲜空气混合后进入汽缸燃烧 以增加混合气的热容量 降低燃烧时的最高温度 抑制 NOx 的生成 EGR 发动机 控制电脑即 ECU 根据发动机的转速 负荷 节气门开度 温度 进气流量 排 气温度控制电磁阀适时地打开 进气管真空度经电磁阀进入 EGR 阀真空膜室 膜片拉杆将 EGR 阀门打开 排气中的少部分废气经 EGR 阀进入进气 与混合气 混合后进入气缸参与燃烧 少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧 降低了燃 烧时气缸中的温度 因 NOx 是在高温富氧的条件下生成的 故抑制了 NOx 的生 7ee5faff51e5d68fdbf70045d90c46f3 pdf 成 从而降低了废气中的 NOx 的含量 在中国国三排放阶段的实施中 EGR 发动机占有了一定的地位 但是由于 此类发动机出现的种种问题 使许多专业研发机构对 EGR 发动机的排放上产生 了怀疑 假国三 这顶帽子抠到了 EGR 发动机上 除了 EGR 发动机以外 还有 许多机内控制技术 但从整体上来说机内控制虽有一定的净化效率 但它只能 减少有害气体的生成 而不能除去已经生成的有害气体 3 2 净化催化剂的应用 目前治理汽车尾气排放最主要手段和最有效的方式之一就是三元净化器加 电喷系统 能削减 9O 以上有害排放物 治理汽车排气污染是一个系统工程 需要多种技术多种手段的综合利用 从一开始就考虑将机动车设计为低排放等 的源头削减技术无疑是控制污染的最佳捷径 但是现阶段就以石油为燃料的内 燃机车而言 机内控制排放在降低排放物的同时会影响发动机的其它性能 而 且无法做到从根本上解决现有的污染物排放问题 因此 在机内控制的基础上 辅之以末端治理为目的的机外控制措施 主要指催化净化措施 可以将机动车 污染控制在极小的范围内 采用净化催化剂装置净化汽车尾气的装置是一中机外净化技术 机外净化 是将尾气排出气缸进入大气之前 利用转化装置将其转化成无害气体 机外净 化包括选择代用燃料 曲轴箱强制通风 二次空气喷射 在排气尾管安装加热 反应器 在排气尾管设置点火源以及安装催化转化器 机外净化中最为有效的 是利用催化转化器 可以将已产生的有害气体再转化为无害气体 它是减少汽 车尾气污染最简单而有效的方法 例如 三元催化剂 就可以同时净化 HC CO 和 NOx三种有害气体 汽车使用催化转化装置最早在 70 年代中期从美国开始应 用 日本 欧洲等发达国家也分别在 80 年代中期 90 年代初开始使用催化转化 装置 随着电子控制燃油喷射发动机的开发 以及排放标准对大气中 NOx限量的逐 渐严格 从上世纪 70 年代末开始 国外深入开展了 NOx的还原技术和三效催化剂 的研究 迄今为止 三效催化剂已经成为控制汽车尾气污染物的主要手段 3 2 1 汽车尾气净化催化剂的主要类型 根据催化活性物质的不同将汽车尾气净化催化剂分为贵金属型 稀土金属 我国汽车尾气排放控制现状与对策 型以及其他过渡金属型 其中最后一种类型催化剂的应用研究还不很成熟 1 贵金属催化剂 上世纪 80 年代 美国首先推出了含 Pt Rh Pd 的贵金属三效催化剂 随着 技术的发展 以堇青石蜂窝陶瓷为载体 活性氧化铝为涂层的贵金属三效催化剂 已发展成熟 到 90 年代 贵金属三效催化剂的功能涉及面更广 还能解决汽车冷 启动时的污染控制 但该类催化剂必须使用无铅汽油 并要求实现发动机的闭环 控制 精确控制空燃比在理论值的 14 7 1 附近 2 稀土金属型催化剂 稀土型催化剂可承受一定范围内的空燃比波动 具有较好的耐久性 热稳 定性和一定的抗铅中毒能力 国内对稀土催化剂的研究很多 改进并推出了许多 新型的催化剂 取得的成绩很显著 但稀土氧化物活性比贵金属低 催化净化 效果不及贵金属起活温度高 在汽车冷起动时 不能立即起到净化作用 对 NOX 净化效果相对较差 不过稀土催化剂价格便宜 我国稀土资源丰富 储量约占 世界 70 将其与贵金属合用制成的三元催化转化器用于控制汽车排气污染效果 十分良好 因此较适合我国国情开发 3 其他催化剂 金属离子交换分子筛催化剂 如金属 ZMS 5 分子筛催化剂也可用于汽车尾 气净化 该催化剂中的金属可以是 Cu Fe In Ag 等 研究表明 这类催化剂对 汽车尾气中的 CO HC 和 NOx 均有较好的净化作用 尤其是微量贵金属改性的 Cu ZMS 5 分子筛催化剂 对 CO 的净化能力大幅提高 同时具有的高转化率操作 窗口也大大扩宽 在汽车尾气净化方面 具有潜在的应用前景 另外 以 Co Mn 等为过渡金属的复合催化剂研究也有很多报道 最近 都雪静等还开展了以半导 体 TiO2 为汽车尾气净化催化剂的应用研究 总体而言 这类催化剂的性能和催 化效果不如贵金属催化剂 材料的纳米化是提高这类催化剂性能的有效途径之一 3 2 2 就我国目前催化技术的解决策略 2O 世纪 9O 年代中后期 我国开始对汽车排放实施控制 颁布了新的汽车 排放法规 规定新车必须安装净化器 当时市场上国产催化净化器产品 无论 是稀土金属氧化物净化器还是稀土贵金属复合氧化物净化器 或是稀土过渡金 7ee5faff51e5d68fdbf70045d90c46f3 pdf 属和贵金属复合氧化物净化器 因技术含量偏低 实际的使用效果很差 这些 净化器寿命极短 经短时间装车运行后 净化效果普遍降低 汽车安装后 只 在短时间内达标 或根本不能达标 就催化剂而言 应解决的问题 1 开发新型高效催化剂研究 来减少或替代贵金属的使用 以降低成本 2 进一步提高催化剂的抗中毒能力 延长其使用寿命 3 提高催化剂的低温活性 减少汽车在冷启动时的废气排放量 4 研制性能优异的金属 或其它载体和可行的载体成型方法 以提高催化剂 的性能 3 3 开发新能源汽车 提高燃油质量 开发新一代车用能源动力系统 发展新能源汽车 重点发展各种液体代用 燃料发动机及其混合动力汽车 逐步过渡到采用生物燃料的混合动力和可充电 的混合动力 进一步发展以天然气为主体的气体燃料基础设施 分步建设长期 可持续利用的气体燃料供应网络 以天然气发动机为基础 发展各种燃气动力 尤其是天然气 氢气内燃机及其混合动力 发展新一代燃料电池发动机及其混合 动力 也是控制车辆排放污染的方法之一 目前 许多国家都致力于新能源汽车的开发研究 并取得了令人满意的效 果 液化气发动机是比较成熟的机型 已在许多环保要求严格的城市公交车上使 用 由于液化气在工作温度下呈气态 燃用时无需化油器就能与空气混合形成 良好的混合气 且燃烧完全 有害排放物远少于汽油 并且其辛烷值高 动力性 能也大大提高 醇燃料是另一类清洁能源 使用甲醇或在汽油中混入 15 20 的甲醇 可使 HC CO 排放量明显下降 NOX 也有所降低 同时抗爆性能良好 目前这种燃料已在某些国家付诸使用 氢燃料是一种非常理想的能源 由于其不 含碳 燃烧后完全没有 CO 与 HC 的排放污染 NOX 的排放量也非常低 而且由 于氢易燃烧 点火能