我國汽車尾氣排放控制現(xiàn)狀與對策..1234

內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 1 目錄 摘要 2 引言 3 一 我國尾氣污染現(xiàn)狀 尾氣排放的途徑 成因及危害 4 二 柴油車排放的尾氣分析 4 三 柴油車廢氣排放控制具體措施 6 1 從發(fā)動機機內進行控制 6 2 從發(fā)動機機外進行控制 7 3 提高燃油品質 9 4 采用代用燃料 9 四 我國新出臺的汽車尾氣排放標準 10 結言 11 致謝 12 參考文獻 13 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 2 摘摘要要 隨著柴油車的應用越來越普遍 其排放的尾氣危害也就 日益嚴重 已成為 我國城鄉(xiāng)大氣污染的重要源頭之一 本文首先對尾氣排放的成因及危害性進行 了分析 然后再分別從柴油機機內外 提高燃油品質及采用代用燃料的角度詳 細地探討了其尾氣排放的控制措施 關鍵詞 柴油車 尾氣排放 尾氣分析 排放控制 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 3 引言 在我國隨著人們對 低碳生活 理念不斷加深與認同 汽車用戶市場對環(huán)保 節(jié)能新動力汽車的呼聲越來越高 在此背景下 柴油機因具有燃燒效率高 耐 用性好 保養(yǎng)要求低等優(yōu)勢 得到了汽車制造企業(yè)和用戶的青睞 但是柴油車 并不是無污染 零排放 它排放的尾對人們的生活環(huán)境同樣造成危害 如何對 柴油車的尾氣排放進行控制 使之危害降到最低 已成為汽車行業(yè)亟待認真研 究的重要課題 本文首先對我國柴油車排放的尾氣進行分析 然后分別從柴油 機機內外 提高燃油品質及采用代用燃料的角度探討了柴油車尾氣排放控制技 術 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 4 一 我國汽車尾氣污染現(xiàn)狀 目前全世界的汽車保有量已超過 6 億輛 全世界每千人擁有汽車 110 輛 全 世界的汽車保有量以每年 3000 萬輛的速度增長 預測到 2010 年全球汽車數(shù)量將 增到 10 億輛 來自聯(lián)合國教科文衛(wèi)組織和環(huán)境組織的聯(lián)合調查顯示 現(xiàn)代城市 污染中 汽車污染占 34 其尾氣污染至少在 20 年內無法排除 而這 20 年將給 都市人帶來不可估量的災難 將給人的呼吸 視覺 聽覺 精神造成巨大損害 中國的汽車保有量已超過 1000 萬輛 并以每年 10 的數(shù)量增加 目前我國 定期發(fā)布空氣質量周報的 47 個城市中 有相當一部分城市的空氣質量不容樂觀 甚至呈現(xiàn)中度 重度污染 環(huán)保部門監(jiān)測表明 大氣中 HC 的 96 CO 的 86 NOx 的 56 來自機動車排放 北京 上海 廣州等十余個城市已經(jīng)出現(xiàn)最為嚴重的光 化學煙霧的先兆 北京市中心區(qū)二氧化硫濃度日超標率達 10 至 15 一氧化碳 和氮氧化合物濃度日超標率達 60 至 70 最大濃度時大氣污染超過國家二級標 準 1 至 3 倍 上海市機動車排放的碳氫化合物占總排放量 56 以上 氮氟化合物 占 20 以上 四川機動車每年排放一氧化碳 142 萬噸 其他有害物超過 60 萬噸 80 的一氧化碳和 90 的氮氫化合物等 均來自機動車排放 二 柴油車排放的尾氣分析 柴油發(fā)動機排放的尾氣包含復雜的有機物和無機物 具有氣體 液體 固 體等 3 態(tài) 其成分為一氧化碳 CO 碳氫化合物 HC 氮氧化合物 NOX 二 氧化硫和顆粒狀物質 PM 其尾氣排放的途徑 成因及危害如下 1 1 一氧化碳 一氧化碳 1 11 1 排放途徑 排放途徑 排氣管 曲軸箱 1 21 2 成因 成因 混合氣燃燒不完全所致 即使是 d l 燃燒產(chǎn)物中也會含有 CO 汽 油機使用濃混合氣能產(chǎn)生大量的 CO 柴油機使用稀混合氣 由于混合氣在燃燒 室內分布不均勻 也會生成低濃度的 CO 1 31 3 危害 危害 血液中的血紅素對 CO 比對 有較強的親和力 人在含有 CO 的空氣 中停留 生理上會有強烈的反應 CO 濃度越大 停留的時間越長 其毒性反應 越大 空氣中的 CO 濃度超過 100ppm 時 會引起頭痛 嘔吐 耳嗚 全身無 力 精神不振甚至昏厥 超過 900ppm 時 若長時間停留 會使人肢體癱瘓 痙 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 5 攣甚至死亡 2 2 碳氫化合物 碳氫化合物 2 12 1 排放途徑 排放途徑 排氣管 曲軸箱通風口 2 22 2 成因 成因 沒有完全參加化學反應的 HC 即使有過量的氧 也會由于燃燒不完 全和熱分解而產(chǎn)生 燃燒室表面的溫度比燃燒氣體低得多 當燃燒進行時 火 焰從核心傳到距離燃燒室表面約 1 2mm 時將會熄滅 稱為壁面冷激效應 這 會使壁面積存一層 HC 隨燃燒產(chǎn)物一起排出 2 32 3 危害 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)都有嚴重的損壞作 用 具有刺激性氣味 是形成光化學煙霧的組成部分 某些高分子環(huán)狀 HC 在 動物體上有致癌作用 3 3 氮氧化合物 氮氧化合物 3 13 1 排放途徑 排放途徑 排氣管 曲軸箱 3 23 2 成因 成因 氣缸充量中的氮在高溫條件下與充量中殘留的一定量的氧發(fā)生化學 反應生成氮氧化合物 因此 氮氧化合物生成有兩個基本條件 即氧的存在和 高溫 3 33 3 危害 危害 吸人人的肺部后 與肺中的水汽結合 形成稀硝酸 損害人體 在 日光照射下 氮氧化合物與未燃或已燃的氣態(tài) HC 會生成化學煙霧 使人眼 紅 頭痛 手足抽搐 使植物枯死 橡膠破裂 并能污染海洋 二氧化氮 及 其聚合 N204 最為有害 4 4 二氧化硫 二氧化硫 4 14 1 排放途徑 排放途徑 排氣管 4 24 2 成因 成因 由于高溫缺氧 烴分子發(fā)生裂解形成微粒 在柴油機中 即使有過 量的氧形成稀混合氣 但由于燃燒室內部分區(qū)域的燃油含量過多 燃料的裂解 和燃燒同時進行 因而生成碳煙 汽油機在正常情況下產(chǎn)生的碳煙極少 4 34 3 危害 危害 與水汽結合生成鹽酸 與大氣中其它物質結合生成硫化物 最終形 成浮游微粒 這些物質均有害 能引起并加重呼吸器官的疾病 污染空氣 腐 蝕某些合成纖維 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 6 5 5 顆粒狀物質 顆粒狀物質 5 15 1 排放途徑 排放途徑 排氣管 5 25 2 成因 成因 由于高溫缺氧 烴分子發(fā)生裂解形成微粒 在柴油機中 即使有過 量的氧形成稀混合氣 但由于燃燒室內部分區(qū)域的燃油含量過多 燃料的裂解 和燃燒同時進行 因而生成碳煙 汽油機在正常情況下產(chǎn)生的碳煙極少 5 35 3 危害 危害 車用柴油機的排放源距離地面較近 排氣微粒的粒徑小 質量輕 屬亞微米級粒子 能夠長期懸浮在大氣中而不沉降 污染環(huán)境 阻礙視線 易 被吸人人體內部 微粒主要來自 HC 含鉛添加劑和 SO2 這些物質均很有害 它們呈復雜的鏈狀或團絮狀結構 其比表面積極大 又有較強的吸附能力 能 吸附相當數(shù)量的高分子液相 三 柴油車廢氣排放控制具體措施 1 1 從發(fā)動機機內進行控制 從發(fā)動機機內進行控制 從發(fā)動機機內的角度對柴油車尾氣排放進行控制 主要是對柴油機燃燒過 程進行優(yōu)化 使柴油機達到燃油與空氣混合均勻 燃燒充分 工作柔和 起動 可靠 從而達到降低尾氣污染的目的 其具體措施主要有以下 5 項 1 11 1 渦輪增壓及增壓中冷技術渦輪增壓及增壓中冷技術 渦輪增壓是提高柴油發(fā)動機強化程度及控制燃 燒與廢氣排放的有力措施 傳統(tǒng)的增壓系統(tǒng)在發(fā)動機低轉速工況下無法提供足夠大的空燃比來控制碳煙 而當柴油發(fā)動機在高轉速工況下工作時則會在燃燒室產(chǎn)生過強的渦流 這就會 破壞油束的合理分布 降低燃油經(jīng)濟性 采用可變噴嘴技術可以優(yōu)化增壓器與 柴油發(fā)動機之間的匹配 改善柴油發(fā)動機的全工況性能和有害物質排放 特別 是在低轉速工況下可以顯著減少碳煙的排放 為了提高柴油發(fā)動機的升功率 減少其質量 柴油發(fā)動機多采用增壓并配合中冷技術來提高發(fā)動機進氣充量 增壓后 發(fā)動機著火落后期變短 機械效率增大 因此 其燃油消耗率和碳煙 微粒排放得到改善 NO 在采用中冷后增加不多 增壓中冷已成為提高柴油發(fā)動 機性能的一種有效手段 1 21 2 廢氣再循環(huán)技術廢氣再循環(huán)技術 廢氣再循環(huán)技術可以有效地控制氮氧化合物的排放量 該技術由于減少了 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 7 進氣中的含氧量 廢棄的熱容量增加而使最高燃燒溫度下降 所以只在部分負 荷 或空燃比足夠大的工況下采用 以不使碳氫和碳煙顆粒物排放量明顯增加 廢氣再循環(huán)技術的關鍵是在不影響柴油機經(jīng)濟性和碳氫 碳煙顆粒物排放的情 況下最大程度地降低 NO 通常采用有效的調整來優(yōu)化柴油發(fā)動機整個工作范 圍的廢氣再循環(huán)量 電控技術與增壓中冷技術的結合使用 可有效地解決這一 矛盾 提高發(fā)動機的整機性能 1 31 3 多氣門技術和可變渦流比控制多氣門技術和可變渦流比控制 為了提高充氣效率 并使燃燒室中實現(xiàn)盡可能均衡的空燃混合 得到均勻 的混合分布 在直噴式柴油發(fā)動機中傾向于采用多氣門技術 這樣 燃燒室和 噴油器可布置在氣缸的中心 從而為燃油和空氣的良好混合提供有力的先決條 件 多氣門機構的另一個優(yōu)點是可以根據(jù)發(fā)動機轉速和負荷的變化改變渦流的 強度 由此可確保柴油發(fā)動機在任何轉速和各種負荷工況下 燃燒室內均能獲 得適合的充氣運動 1 41 4 燃油噴射系統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng) 燃油噴射系統(tǒng)是柴油發(fā)動機供給系統(tǒng)的核心 柴油發(fā)動機多采用高壓噴射 與噴油規(guī)律定形技術 在對供給系統(tǒng)進行優(yōu)化過程中 燃油噴射系統(tǒng)占最重要 的地位 是控制柴油發(fā)動機廢氣排放的重要措施 研究表明 提高噴油壓力和 減小噴孔直徑可明 顯降低顆粒物排放中碳的成分 高噴射壓力有助于在整個噴 油持續(xù)期內提供較高的混合勢能 從而改善霧化和混合氣的品質 抑制此時碳 煙的生成 促進此時局部碳煙的氧化 但過高的噴射壓力對于碳煙的降低無明 顯的作用 基于此原因 采用噴油規(guī)律定形技術則可精確地設計柴油發(fā)動機的 燃燒進程 使之服從低排放柴油機的規(guī)律與要求 從而達到降低排放的目的 1 51 5 燃燒室優(yōu)化技術燃燒室優(yōu)化技術 燃燒室優(yōu)化是指改進柴油機燃燒系統(tǒng) 使其燃燒室的形狀 供油系統(tǒng) 進 氣流動達到最佳匹配 即保證在發(fā)動機整個工況范圍內 燃油在燃燒室中均勻 分布 有合適的氣體流動 有合理的噴油規(guī)律 采用電控制噴油泵 電控泵噴 嘴 電子調速器 可變渦流系統(tǒng) 多氣門化和中央配置噴油器等措施 既可改 善柴油機性能 又可降低柴油機尾氣排放物 尤其是顆粒 P M 物質的排放 2 2 從發(fā)動機機外進行控制 從發(fā)動機機外進行控制 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 8 從發(fā)動機機外的角度對柴油車尾氣排放進行控制 主要是用氧化催化轉化 器 以降低 HC 和 CO 的排放量和 PM 中的有機成分 用選擇性還原催化轉換 器在富氧條件下還原氮氧化合物等 其具體措施主要有以下 4 項 2 12 1 加裝氧化型催化轉化器加裝氧化型催化轉化器 柴油機加裝氧化型催化轉化器是一種有效地凈化排氣中可燃氣體和 SOF 的 常用措施 加裝氧化型催化轉化器 以鉑 鈀貴重金屬作為催化劑 能使 HC CO 減少 50 P M 減少 50 70 其中的多環(huán)芳烴和硝基多環(huán)芳烴 也有明顯減少 對于 HC 轉化效率較高的氧化催化器還可有效地減少排氣的臭 味 但是 氧化催化器的缺點是會將排氣中的二氧化硫氧化為三氧化硫 生 成硫酸霧或固態(tài)硫酸鹽顆粒 額外增加顆粒物質排放量 所以 柴油機氧化催 化器一般適于含硫量較低的柴油燃料 并要保證催化劑及載體 發(fā)動機運行工 況 發(fā)動機特眭 廢氣的流速和催化轉換器的大小以及廢氣流人轉換器的進口 溫度等正常 使凈化效果達到最佳 2 22 2 采用顆粒過濾及再生技術采用顆粒過濾及再生技術 顆粒過濾由顆粒過濾器和再生裝置組成 顆粒過濾器通過其中有極小孔隙 的過濾介質 濾芯 捕集柴油機排氣中的固定碳粒和吸附可溶性有機成分的碳 煙 顆粒過濾器對碳的過濾效率較高 可達到 60 90 在過濾過程中 顆 粒會導致柴油機排氣背壓升高 當排氣背壓達到 16 20 k Pa 時 柴油機性能 開始惡化 因此必須定期除去顆粒 使過濾器恢復到原來的工作狀態(tài) 即過濾 器再生 2 32 3 氮氧化合物催化轉化器氮氧化合物催化轉化器 氮氧化合物催化轉化器對柴油機尾氣中的氮氧化合物在溫度為 350 550 的 范圍內進行良好的催化轉化 可使氮氧化合物排放降低 20 30 NO 催化 轉化技術可分為催化熱分解和選擇性催化還原反應兩種 催化熱分解是利用由 金屬離子沸石 釩和鉬構成催化劑來降低氮氧化合物熱分解反應的活化能 使 氮氧化合物分解成無毒的 N 該方法簡單且反應生成物無毒 選擇性的還原反 應是在排氣中噴人飽和的 HC 和氮氧化合物 反應生成物為氮氣 一氧化碳和水 選擇性的還原反應將會生成額外的二氧化碳 2 42 4 SOFSOF 氧化催化氧化催化 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 9 利用鉑和鈀等貴金屬作為催化劑的組成成分 以氧化鋁和二氧化硅制成蜂 窩狀陶瓷作為載體 用下 SOF 的催化轉化 在正常的排氣溫度環(huán)境下 SOF 在 催化劑的作用下被氧化 逐步氧化為二氧化硫 硫酸及硫酸鹽 并被催化劑吸 附 SOF 在高溫時脫離催化劑載體 隨廢氣排出而達到凈化 通過氧化催化 SOF 降低率達到 60 80 從而降低 PM 排放 20 30 因此要求氧化催 化載體具有低溫吸附 SOF 性好 高溫與 SOF 脫離性好的特點 3 3 提高柴油的品質提高柴油機使用燃油品質 可以有效地降低其 提高柴油的品質提高柴油機使用燃油品質 可以有效地降低其 尾氣排放對環(huán)境的危害尾氣排放對環(huán)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 在燃燒過程中 柴油中的硫約有 98 轉化為二氧化硫 其余的 2 成為硫 酸鹽顆粒 部分二氧化硫 被進一步氧化與燃燒過程中生成的水結合 形成硫 酸和硫酸鹽 增加了微粒的排放量 當燃料中的 S 從 0 12 下降到 0 05 時 微 粒排放量將減少 8 10 3 23 2 減少燃油中的芳香烴成分 可以減少氮氧化合物的排放 減少燃油中的芳香烴成分 可以減少氮氧化合物的排放 3 33 3 根據(jù)燃油的餾程 合理提高燃油的十六烷值 能有效地降低發(fā)動機尾氣根據(jù)燃油的餾程 合理提高燃油的十六烷值 能有效地降低發(fā)動機尾氣 PMPM COCO 和氮氧化合物的排放 和氮氧化合物的排放 3 43 4 進行柴油的乳化處理進行柴油的乳化處理 在柴油中加入適當?shù)娜榛瘎?通過燃料中水的汽化降低氣缸套的溫度和燃 燒溫度 減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脹 成為微細的燃料油滴 促進了與空氣的迅速混合 加速了燃燒 減少了氣缸內 的激冷層 有利于 HC 的生成 3 53 5 在柴油中摻燒一定比例的消煙添加劑 在柴油中摻燒一定比例的消煙添加劑 將金屬鋇 鎂 鋅等可溶性堿化鹽或中性鹽作為消煙添加劑 通過促進碳 煙粒子在膨脹過程中再燃燒 來促進和消除噴油器頭部的積炭 可以減少 30 50 的碳煙顆粒排放 4 4 采用代用燃料 采用代用燃料 采用代用燃料將是控制柴油機尾氣排放的重要方法之一 目前代用燃料主 要有天然氣 壓縮天然氣 CNG 液化天然氣 LNG 液化石油氣 LEG 甲醇 內蒙古交通職業(yè)技術學院論文 10 乙醇 氫燃料及與柴油摻燒的復合燃料 其中甲醇 天然氣 液化石油氣被認 為是最有前途的清潔能源代用燃料 代用燃料的熱值較低 增加發(fā)動機的體積 各種代用燃料的特點如下 4 14 1 天然氣天然氣 成本低 儲量豐富 主要以 CNG 為代表 CNG 燃料本身呈氣 態(tài) 不需進行霧化 燃燒充分 尾氣中 CO 含量較低 無排煙 但動力降低 10 攜帶不便 4 24 2 甲醇甲醇 具有高辛烷值 低發(fā)熱量 低公害和無排煙的特點 但甲醇的十 六烷值低 著火性差 需要加裝點火裝置 冷起動性差 有腐蝕性 并要解決 潤滑油消耗量大和處理未燃甲醇來降低排放 4 34 3 液化石油氣液化石油氣 氮氧化合物 PM 排放較低 HC 易氧化 可實現(xiàn)稀薄燃燒 以預燃電熱輔助點火和電控 噴射液化石油氣排放為佳 通常采用雙燃料汽車 四 我國新出臺的汽車尾氣排放標準 我國新出臺的汽車尾氣排放標準 我國在 2007 年和 2010 年分別實施國家第三 四階段機動車排放標準 就 每臺發(fā)動機而言 每實施一個新階段排放標準 其單機污染物排放量就會降低 30 以上 記者從此間舉行的全國環(huán)?？萍即髸汐@悉 到 2010 年 我國生產(chǎn) 汽車的排放控制技術水平與國外先進水平差距有望由 2000 年的 8 年縮短到 5 年 環(huán)保總局科技標準司相關負責人給我們算了一筆賬 若按計劃實施這兩項標準 從 2008 年到 2012 年 僅道路車輛就將減少氧化氮排放量 180 萬噸 碳氫化合 物 220 萬噸 一氧化碳 1600 萬噸 將給社會帶來重大的環(huán)境效益 并將進一步 推動技術升級 縮短與國際先進水平的差距 增強國際競爭力 有利于相關產(chǎn) 品出口 與國外先進水平相比 我國生產(chǎn)汽車的排放控制技術水平差距將由 2000 年的 8 年縮短到 2010 年的 5 年 這位負責人說 我國機動車行業(yè)近年 來發(fā)展迅猛 最新數(shù)據(jù)顯示 中國已成為世界第三大汽車生產(chǎn)國 年產(chǎn)量超過 500 萬輛 保有量近 3300 萬輛 以頒布和實施機動車污染物排放標準為標志 我國的機動車污染防治工作始于 20 世紀 80 年代 1999 年 國家環(huán)?？偩种贫?了車用汽油有害