我国汽车尾气排放控制现状与对策..1234

内蒙古交通职业技术学院论文 1 目录 摘要 2 引言 3 一 我国尾气污染现状 尾气排放的途径 成因及危害 4 二 柴油车排放的尾气分析 4 三 柴油车废气排放控制具体措施 6 1 从发动机机内进行控制 6 2 从发动机机外进行控制 7 3 提高燃油品质 9 4 采用代用燃料 9 四 我国新出台的汽车尾气排放标准 10 结言 11 致谢 12 参考文献 13 内蒙古交通职业技术学院论文 2 摘摘要要 随着柴油车的应用越来越普遍 其排放的尾气危害也就 日益严重 已成为 我国城乡大气污染的重要源头之一 本文首先对尾气排放的成因及危害性进行 了分析 然后再分别从柴油机机内外 提高燃油品质及采用代用燃料的角度详 细地探讨了其尾气排放的控制措施 关键词 柴油车 尾气排放 尾气分析 排放控制 内蒙古交通职业技术学院论文 3 引言 在我国随着人们对 低碳生活 理念不断加深与认同 汽车用户市场对环保 节能新动力汽车的呼声越来越高 在此背景下 柴油机因具有燃烧效率高 耐 用性好 保养要求低等优势 得到了汽车制造企业和用户的青睐 但是柴油车 并不是无污染 零排放 它排放的尾对人们的生活环境同样造成危害 如何对 柴油车的尾气排放进行控制 使之危害降到最低 已成为汽车行业亟待认真研 究的重要课题 本文首先对我国柴油车排放的尾气进行分析 然后分别从柴油 机机内外 提高燃油品质及采用代用燃料的角度探讨了柴油车尾气排放控制技 术 内蒙古交通职业技术学院论文 4 一 我国汽车尾气污染现状 目前全世界的汽车保有量已超过 6 亿辆 全世界每千人拥有汽车 110 辆 全 世界的汽车保有量以每年 3000 万辆的速度增长 预测到 2010 年全球汽车数量将 增到 10 亿辆 来自联合国教科文卫组织和环境组织的联合调查显示 现代城市 污染中 汽车污染占 34 其尾气污染至少在 20 年内无法排除 而这 20 年将给 都市人带来不可估量的灾难 将给人的呼吸 视觉 听觉 精神造成巨大损害 中国的汽车保有量已超过 1000 万辆 并以每年 10 的数量增加 目前我国 定期发布空气质量周报的 47 个城市中 有相当一部分城市的空气质量不容乐观 甚至呈现中度 重度污染 环保部门监测表明 大气中 HC 的 96 CO 的 86 NOx 的 56 来自机动车排放 北京 上海 广州等十余个城市已经出现最为严重的光 化学烟雾的先兆 北京市中心区二氧化硫浓度日超标率达 10 至 15 一氧化碳 和氮氧化合物浓度日超标率达 60 至 70 最大浓度时大气污染超过国家二级标 准 1 至 3 倍 上海市机动车排放的碳氢化合物占总排放量 56 以上 氮氟化合物 占 20 以上 四川机动车每年排放一氧化碳 142 万吨 其他有害物超过 60 万吨 80 的一氧化碳和 90 的氮氢化合物等 均来自机动车排放 二 柴油车排放的尾气分析 柴油发动机排放的尾气包含复杂的有机物和无机物 具有气体 液体 固 体等 3 态 其成分为一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 氮氧化合物 NOX 二 氧化硫和颗粒状物质 PM 其尾气排放的途径 成因及危害如下 1 1 一氧化碳 一氧化碳 1 11 1 排放途径 排放途径 排气管 曲轴箱 1 21 2 成因 成因 混合气燃烧不完全所致 即使是 d l 燃烧产物中也会含有 CO 汽 油机使用浓混合气能产生大量的 CO 柴油机使用稀混合气 由于混合气在燃烧 室内分布不均匀 也会生成低浓度的 CO 1 31 3 危害 危害 血液中的血红素对 CO 比对 有较强的亲和力 人在含有 CO 的空气 中停留 生理上会有强烈的反应 CO 浓度越大 停留的时间越长 其毒性反应 越大 空气中的 CO 浓度超过 100ppm 时 会引起头痛 呕吐 耳呜 全身无 力 精神不振甚至昏厥 超过 900ppm 时 若长时间停留 会使人肢体瘫痪 痉 内蒙古交通职业技术学院论文 5 挛甚至死亡 2 2 碳氢化合物 碳氢化合物 2 12 1 排放途径 排放途径 排气管 曲轴箱通风口 2 22 2 成因 成因 没有完全参加化学反应的 HC 即使有过量的氧 也会由于燃烧不完 全和热分解而产生 燃烧室表面的温度比燃烧气体低得多 当燃烧进行时 火 焰从核心传到距离燃烧室表面约 1 2mm 时将会熄灭 称为壁面冷激效应 这 会使壁面积存一层 HC 随燃烧产物一起排出 2 32 3 危害 危害 形成酸雨 污染湖泊 土壤 影响林业 渔业 牧业生产 侵蚀石 质建筑物 铜像等 对人的呼吸系统 神经系统 造血系统都有严重的损坏作 用 具有刺激性气味 是形成光化学烟雾的组成部分 某些高分子环状 HC 在 动物体上有致癌作用 3 3 氮氧化合物 氮氧化合物 3 13 1 排放途径 排放途径 排气管 曲轴箱 3 23 2 成因 成因 气缸充量中的氮在高温条件下与充量中残留的一定量的氧发生化学 反应生成氮氧化合物 因此 氮氧化合物生成有两个基本条件 即氧的存在和 高温 3 33 3 危害 危害 吸人人的肺部后 与肺中的水汽结合 形成稀硝酸 损害人体 在 日光照射下 氮氧化合物与未燃或已燃的气态 HC 会生成化学烟雾 使人眼 红 头痛 手足抽搐 使植物枯死 橡胶破裂 并能污染海洋 二氧化氮 及 其聚合 N204 最为有害 4 4 二氧化硫 二氧化硫 4 14 1 排放途径 排放途径 排气管 4 24 2 成因 成因 由于高温缺氧 烃分子发生裂解形成微粒 在柴油机中 即使有过 量的氧形成稀混合气 但由于燃烧室内部分区域的燃油含量过多 燃料的裂解 和燃烧同时进行 因而生成碳烟 汽油机在正常情况下产生的碳烟极少 4 34 3 危害 危害 与水汽结合生成盐酸 与大气中其它物质结合生成硫化物 最终形 成浮游微粒 这些物质均有害 能引起并加重呼吸器官的疾病 污染空气 腐 蚀某些合成纤维 内蒙古交通职业技术学院论文 6 5 5 颗粒状物质 颗粒状物质 5 15 1 排放途径 排放途径 排气管 5 25 2 成因 成因 由于高温缺氧 烃分子发生裂解形成微粒 在柴油机中 即使有过 量的氧形成稀混合气 但由于燃烧室内部分区域的燃油含量过多 燃料的裂解 和燃烧同时进行 因而生成碳烟 汽油机在正常情况下产生的碳烟极少 5 35 3 危害 危害 车用柴油机的排放源距离地面较近 排气微粒的粒径小 质量轻 属亚微米级粒子 能够长期悬浮在大气中而不沉降 污染环境 阻碍视线 易 被吸人人体内部 微粒主要来自 HC 含铅添加剂和 SO2 这些物质均很有害 它们呈复杂的链状或团絮状结构 其比表面积极大 又有较强的吸附能力 能 吸附相当数量的高分子液相 三 柴油车废气排放控制具体措施 1 1 从发动机机内进行控制 从发动机机内进行控制 从发动机机内的角度对柴油车尾气排放进行控制 主要是对柴油机燃烧过 程进行优化 使柴油机达到燃油与空气混合均匀 燃烧充分 工作柔和 起动 可靠 从而达到降低尾气污染的目的 其具体措施主要有以下 5 项 1 11 1 涡轮增压及增压中冷技术涡轮增压及增压中冷技术 涡轮增压是提高柴油发动机强化程度及控制燃 烧与废气排放的有力措施 传统的增压系统在发动机低转速工况下无法提供足够大的空燃比来控制碳烟 而当柴油发动机在高转速工况下工作时则会在燃烧室产生过强的涡流 这就会 破坏油束的合理分布 降低燃油经济性 采用可变喷嘴技术可以优化增压器与 柴油发动机之间的匹配 改善柴油发动机的全工况性能和有害物质排放 特别 是在低转速工况下可以显著减少碳烟的排放 为了提高柴油发动机的升功率 减少其质量 柴油发动机多采用增压并配合中冷技术来提高发动机进气充量 增压后 发动机着火落后期变短 机械效率增大 因此 其燃油消耗率和碳烟 微粒排放得到改善 NO 在采用中冷后增加不多 增压中冷已成为提高柴油发动 机性能的一种有效手段 1 21 2 废气再循环技术废气再循环技术 废气再循环技术可以有效地控制氮氧化合物的排放量 该技术由于减少了 内蒙古交通职业技术学院论文 7 进气中的含氧量 废弃的热容量增加而使最高燃烧温度下降 所以只在部分负 荷 或空燃比足够大的工况下采用 以不使碳氢和碳烟颗粒物排放量明显增加 废气再循环技术的关键是在不影响柴油机经济性和碳氢 碳烟颗粒物排放的情 况下最大程度地降低 NO 通常采用有效的调整来优化柴油发动机整个工作范 围的废气再循环量 电控技术与增压中冷技术的结合使用 可有效地解决这一 矛盾 提高发动机的整机性能 1 31 3 多气门技术和可变涡流比控制多气门技术和可变涡流比控制 为了提高充气效率 并使燃烧室中实现尽可能均衡的空燃混合 得到均匀 的混合分布 在直喷式柴油发动机中倾向于采用多气门技术 这样 燃烧室和 喷油器可布置在气缸的中心 从而为燃油和空气的良好混合提供有力的先决条 件 多气门机构的另一个优点是可以根据发动机转速和负荷的变化改变涡流的 强度 由此可确保柴油发动机在任何转速和各种负荷工况下 燃烧室内均能获 得适合的充气运动 1 41 4 燃油喷射系统燃油喷射系统 燃油喷射系统是柴油发动机供给系统的核心 柴油发动机多采用高压喷射 与喷油规律定形技术 在对供给系统进行优化过程中 燃油喷射系统占最重要 的地位 是控制柴油发动机废气排放的重要措施 研究表明 提高喷油压力和 减小喷孔直径可明 显降低颗粒物排放中碳的成分 高喷射压力有助于在整个喷 油持续期内提供较高的混合势能 从而改善雾化和混合气的品质 抑制此时碳 烟的生成 促进此时局部碳烟的氧化 但过高的喷射压力对于碳烟的降低无明 显的作用 基于此原因 采用喷油规律定形技术则可精确地设计柴油发动机的 燃烧进程 使之服从低排放柴油机的规律与要求 从而达到降低排放的目的 1 51 5 燃烧室优化技术燃烧室优化技术 燃烧室优化是指改进柴油机燃烧系统 使其燃烧室的形状 供油系统 进 气流动达到最佳匹配 即保证在发动机整个工况范围内 燃油在燃烧室中均匀 分布 有合适的气体流动 有合理的喷油规律 采用电控制喷油泵 电控泵喷 嘴 电子调速器 可变涡流系统 多气门化和中央配置喷油器等措施 既可改 善柴油机性能 又可降低柴油机尾气排放物 尤其是颗粒 P M 物质的排放 2 2 从发动机机外进行控制 从发动机机外进行控制 内蒙古交通职业技术学院论文 8 从发动机机外的角度对柴油车尾气排放进行控制 主要是用氧化催化转化 器 以降低 HC 和 CO 的排放量和 PM 中的有机成分 用选择性还原催化转换 器在富氧条件下还原氮氧化合物等 其具体措施主要有以下 4 项 2 12 1 加装氧化型催化转化器加装氧化型催化转化器 柴油机加装氧化型催化转化器是一种有效地净化排气中可燃气体和 SOF 的 常用措施 加装氧化型催化转化器 以铂 钯贵重金属作为催化剂 能使 HC CO 减少 50 P M 减少 50 70 其中的多环芳烃和硝基多环芳烃 也有明显减少 对于 HC 转化效率较高的氧化催化器还可有效地减少排气的臭 味 但是 氧化催化器的缺点是会将排气中的二氧化硫氧化为三氧化硫 生 成硫酸雾或固态硫酸盐颗粒 额外增加颗粒物质排放量 所以 柴油机氧化催 化器一般适于含硫量较低的柴油燃料 并要保证催化剂及载体 发动机运行工 况 发动机特眭 废气的流速和催化转换器的大小以及废气流人转换器的进口 温度等正常 使净化效果达到最佳 2 22 2 采用颗粒过滤及再生技术采用颗粒过滤及再生技术 颗粒过滤由颗粒过滤器和再生装置组成 颗粒过滤器通过其中有极小孔隙 的过滤介质 滤芯 捕集柴油机排气中的固定碳粒和吸附可溶性有机成分的碳 烟 颗粒过滤器对碳的过滤效率较高 可达到 60 90 在过滤过程中 颗 粒会导致柴油机排气背压升高 当排气背压达到 16 20 k Pa 时 柴油机性能 开始恶化 因此必须定期除去颗粒 使过滤器恢复到原来的工作状态 即过滤 器再生 2 32 3 氮氧化合物催化转化器氮氧化合物催化转化器 氮氧化合物催化转化器对柴油机尾气中的氮氧化合物在温度为 350 550 的 范围内进行良好的催化转化 可使氮氧化合物排放降低 20 30 NO 催化 转化技术可分为催化热分解和选择性催化还原反应两种 催化热分解是利用由 金属离子沸石 钒和钼构成催化剂来降低氮氧化合物热分解反应的活化能 使 氮氧化合物分解成无毒的 N 该方法简单且反应生成物无毒 选择性的还原反 应是在排气中喷人饱和的 HC 和氮氧化合物 反应生成物为氮气 一氧化碳和水 选择性的还原反应将会生成额外的二氧化碳 2 42 4 SOFSOF 氧化催化氧化催化 内蒙古交通职业技术学院论文 9 利用铂和钯等贵金属作为催化剂的组成成分 以氧化铝和二氧化硅制成蜂 窝状陶瓷作为载体 用下 SOF 的催化转化 在正常的排气温度环境下 SOF 在 催化剂的作用下被氧化 逐步氧化为二氧化硫 硫酸及硫酸盐 并被催化剂吸 附 SOF 在高温时脱离催化剂载体 随废气排出而达到净化 通过氧化催化 SOF 降低率达到 60 80 从而降低 PM 排放 20 30 因此要求氧化催 化载体具有低温吸附 SOF 性好 高温与 SOF 脱离性好的特点 3 3 提高柴油的品质提高柴油机使用燃油品质 可以有效地降低其 提高柴油的品质提高柴油机使用燃油品质 可以有效地降低其 尾气排放对环境的危害尾气排放对环境的危害 3 13 1 降低燃油中的含硫量 降低燃油中的含硫量 在燃烧过程中 柴油中的硫约有 98 转化为二氧化硫 其余的 2 成为硫 酸盐颗粒 部分二氧化硫 被进一步氧化与燃烧过程中生成的水结合 形成硫 酸和硫酸盐 增加了微粒的排放量 当燃料中的 S 从 0 12 下降到 0 05 时 微 粒排放量将减少 8 10 3 23 2 减少燃油中的芳香烃成分 可以减少氮氧化合物的排放 减少燃油中的芳香烃成分 可以减少氮氧化合物的排放 3 33 3 根据燃油的馏程 合理提高燃油的十六烷值 能有效地降低发动机尾气根据燃油的馏程 合理提高燃油的十六烷值 能有效地降低发动机尾气 PMPM COCO 和氮氧化合物的排放 和氮氧化合物的排放 3 43 4 进行柴油的乳化处理进行柴油的乳化处理 在柴油中加入适当的乳化剂 通过燃料中水的汽化降低气缸套的温度和燃 烧温度 减少氮氧化合物的排放 另外 乳化燃料中的水分子迅速汽化膨胀 成为微细的燃料油滴 促进了与空气的迅速混合 加速了燃烧 减少了气缸内 的激冷层 有利于 HC 的生成 3 53 5 在柴油中掺烧一定比例的消烟添加剂 在柴油中掺烧一定比例的消烟添加剂 将金属钡 镁 锌等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂 通过促进碳 烟粒子在膨胀过程中再燃烧 来促进和消除喷油器头部的积炭 可以减少 30 50 的碳烟颗粒排放 4 4 采用代用燃料 采用代用燃料 采用代用燃料将是控制柴油机尾气排放的重要方法之一 目前代用燃料主 要有天然气 压缩天然气 CNG 液化天然气 LNG 液化石油气 LEG 甲醇 内蒙古交通职业技术学院论文 10 乙醇 氢燃料及与柴油掺烧的复合燃料 其中甲醇 天然气 液化石油气被认 为是最有前途的清洁能源代用燃料 代用燃料的热值较低 增加发动机的体积 各种代用燃料的特点如下 4 14 1 天然气天然气 成本低 储量丰富 主要以 CNG 为代表 CNG 燃料本身呈气 态 不需进行雾化 燃烧充分 尾气中 CO 含量较低 无排烟 但动力降低 10 携带不便 4 24 2 甲醇甲醇 具有高辛烷值 低发热量 低公害和无排烟的特点 但甲醇的十 六烷值低 着火性差 需要加装点火装置 冷起动性差 有腐蚀性 并要解决 润滑油消耗量大和处理未燃甲醇来降低排放 4 34 3 液化石油气液化石油气 氮氧化合物 PM 排放较低 HC 易氧化 可实现稀薄燃烧 以预燃电热辅助点火和电控 喷射液化石油气排放为佳 通常采用双燃料汽车 四 我国新出台的汽车尾气排放标准 我国新出台的汽车尾气排放标准 我国在 2007 年和 2010 年分别实施国家第三 四阶段机动车排放标准 就 每台发动机而言 每实施一个新阶段排放标准 其单机污染物排放量就会降低 30 以上 记者从此间举行的全国环保科技大会上获悉 到 2010 年 我国生产 汽车的排放控制技术水平与国外先进水平差距有望由 2000 年的 8 年缩短到 5 年 环保总局科技标准司相关负责人给我们算了一笔账 若按计划实施这两项标准 从 2008 年到 2012 年 仅道路车辆就将减少氧化氮排放量 180 万吨 碳氢化合 物 220 万吨 一氧化碳 1600 万吨 将给社会带来重大的环境效益 并将进一步 推动技术升级 缩短与国际先进水平的差距 增强国际竞争力 有利于相关产 品出口 与国外先进水平相比 我国生产汽车的排放控制技术水平差距将由 2000 年的 8 年缩短到 2010 年的 5 年 这位负责人说 我国机动车行业近年 来发展迅猛 最新数据显示 中国已成为世界第三大汽车生产国 年产量超过 500 万辆 保有量近 3300 万辆 以颁布和实施机动车污染物排放标准为标志 我国的机动车污染防治工作始于 20 世纪 80 年代 1999 年 国家环保总局制定 了车用汽油有害