大氣污染控制工程11

1、1第11章 城市機(jī)動(dòng)車污染控制2機(jī)動(dòng)車排放的污染物：機(jī)動(dòng)車排放的污染物： CO2、 CO、NOX、HC、顆粒物、顆粒物第一個(gè)排放法規(guī)：第一個(gè)排放法規(guī)：20世紀(jì)世紀(jì)40年代年代345教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容:1城市交通趨勢(shì)及影響城市交通趨勢(shì)及影響2汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制3柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制4新型動(dòng)力車新型動(dòng)力車5交通規(guī)劃與交通管理交通規(guī)劃與交通管理6第一節(jié)第一節(jié) 城市交通趨勢(shì)及影響城市交通趨勢(shì)及影響7中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)情況中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)情況 2000年為年為702萬(wàn)輛；萬(wàn)輛； 至至2010年年9月底，為月底，為1.99億輛。

2、億輛。89城市機(jī)動(dòng)車污染現(xiàn)狀城市機(jī)動(dòng)車污染現(xiàn)狀 汽車單車排放因子高汽車單車排放因子高 機(jī)動(dòng)車污染物排放總量大，城市機(jī)動(dòng)車機(jī)動(dòng)車污染物排放總量大，城市機(jī)動(dòng)車污染分擔(dān)率高污染分擔(dān)率高 嚴(yán)重影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量10第二節(jié)第二節(jié) 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制111213一、汽油機(jī)的工作原理與污染來(lái)源一、汽油機(jī)的工作原理與污染來(lái)源1、汽油機(jī)工作原理、汽油機(jī)工作原理14151617= Va/Vc汽油機(jī)汽油機(jī)=610，而柴油機(jī)而柴油機(jī)=1624182、汽油機(jī)的污染來(lái)源、汽油機(jī)的污染來(lái)源19汽車污染物產(chǎn)生來(lái)源 曲軸箱曲軸箱HC 的的 25%排氣管排氣管所有的

3、所有的CO、NOX、Pb和和 HC的的 55-65%油箱和化油器蒸發(fā)油箱和化油器蒸發(fā)HC的的10-20%20沒(méi)有采用排放控制措施的汽車：沒(méi)有采用排放控制措施的汽車： 排氣管：排氣管：CO 9899%； NOx9899%；HC5556 曲軸箱：曲軸箱：CO 12%； NOx12%； HC25 蒸發(fā)：蒸發(fā)： CO 0； NOx0%； HC1020213、發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率、發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率指示熱效率：指示功與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際所消耗的燃料熱量比；指示熱效率：指示功與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際所消耗的燃料熱量比；有效熱效率：發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功與實(shí)際所消耗燃料能量比。有效熱效率：發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功與實(shí)際所消耗燃料能量比。22二、燃

4、燒過(guò)程中污染物的形成二、燃燒過(guò)程中污染物的形成1、CO的形成的形成原因：原因：a、空氣過(guò)剩系數(shù)小于、空氣過(guò)剩系數(shù)小于1b、混和不均勻，局部空氣過(guò)剩系數(shù)小于、混和不均勻，局部空氣過(guò)剩系數(shù)小于1c、熱分解反應(yīng)、熱分解反應(yīng)d、排氣中未燃、排氣中未燃HC的不完全氧化的不完全氧化e、“凍結(jié)凍結(jié)”現(xiàn)象的存在現(xiàn)象的存在232、HC化合物的形成化合物的形成原因：原因：（1）不完全燃燒）不完全燃燒怠速、高負(fù)荷、減速（失火）怠速、高負(fù)荷、減速（失火）（2）壁面淬熄）壁面淬熄冷啟動(dòng)、怠速冷啟動(dòng)、怠速（3）油膜和積炭的吸附）油膜和積炭的吸附24包括包括: Thermal NOPrompt NOFuel NO3、NOx

5、的生成機(jī)理的生成機(jī)理NOX濃度與空燃比和停留時(shí)間的關(guān)系濃度與空燃比和停留時(shí)間的關(guān)系254、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件對(duì)污染物排放的影響、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件對(duì)污染物排放的影響 （1） 加速和高速行駛時(shí)加速和高速行駛時(shí)NOx排放量較高排放量較高 （2） 怠速和加速時(shí)怠速和加速時(shí)CO排放量較高排放量較高 （3） 減速時(shí)減速時(shí)CO、HC排放量較高排放量較高三、降低污染物排放的技術(shù)三、降低污染物排放的技術(shù) 前處理前處理: 無(wú)鉛汽油（低于無(wú)鉛汽油（低于0.013 g/L）、低硫汽）、低硫汽油和柴油油和柴油 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) 機(jī)外控制技術(shù)機(jī)外控制技術(shù): 催化反應(yīng)器催化反應(yīng)器27降低污染排放的發(fā)動(dòng)機(jī)技

6、術(shù)降低污染排放的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù) 1. 改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng) 點(diǎn)火時(shí)間的不同影響燃燒室的溫度點(diǎn)火時(shí)間的不同影響燃燒室的溫度282930 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）減少了）減少了NOX的排放量（原因：溫度降低）的排放量（原因：溫度降低） （2）減少了）減少了HC的排放量（原因：排煙溫度升高）的排放量（原因：排煙溫度升高） 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 燃油效率惡化（原因：存在后燃）燃油效率惡化（原因：存在后燃）31 2. 閉環(huán)閉環(huán)電電子控制汽油噴子控制汽油噴射射技術(shù)技術(shù) 傳統(tǒng)氣缸外噴射：?jiǎn)吸c(diǎn)噴射，多點(diǎn)噴射傳統(tǒng)氣缸外噴射：?jiǎn)吸c(diǎn)噴射，多點(diǎn)噴射 閉環(huán)閉環(huán)電電子控制汽油噴子控制汽油噴射射技術(shù)：可控制空燃比技術(shù)：可控制空燃比32

7、33 3. 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）降低燃燒最高溫度，減少）降低燃燒最高溫度，減少NOX生成生成 （2）減少了排氣總量減少了排氣總量 缺點(diǎn)：燃油經(jīng)濟(jì)性下降缺點(diǎn)：燃油經(jīng)濟(jì)性下降3435四、汽油車尾氣排放后處理技術(shù)1、氧化型和還原型催化轉(zhuǎn)化器、氧化型和還原型催化轉(zhuǎn)化器 2. 三效催化凈化技術(shù)三效催化凈化技術(shù) 同時(shí)凈化同時(shí)凈化: CO, HC, NOx 主要使用貴金屬（主要使用貴金屬（Pt, Pd, Rh）+陶瓷載體陶瓷載體, 壽命要求壽命要求80000-160000km, 防中毒很關(guān)鍵防中毒很關(guān)鍵38 只能在很窄只能在很窄的空燃比窗的空燃比窗口工作口工作: 閉環(huán)電控燃閉

8、環(huán)電控燃油噴射技術(shù)油噴射技術(shù)40五五 曲軸箱的污染物排放與控制曲軸箱的污染物排放與控制存在存在“竄氣竄氣”排氣組分：排氣組分：85未燃空氣燃料混合物；未燃空氣燃料混合物； 15燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物控制方法：循環(huán)燃燒控制方法：循環(huán)燃燒4142六、燃油蒸發(fā)排放控制六、燃油蒸發(fā)排放控制1. 汽車本身的油箱汽車本身的油箱2. 汽油的運(yùn)轉(zhuǎn)汽油的運(yùn)轉(zhuǎn)3. 加油過(guò)程加油過(guò)程43七、汽油車排放污染控制的最新發(fā)展七、汽油車排放污染控制的最新發(fā)展 1. 車載診斷技術(shù)車載診斷技術(shù)(OBD)自動(dòng)檢測(cè)診斷車輛排放控制系統(tǒng)狀況自動(dòng)檢測(cè)診斷車輛排放控制系統(tǒng)狀況自動(dòng)提示故障自動(dòng)提示故障存儲(chǔ)信息有利于維修存儲(chǔ)信息有利于維修 2.

9、針對(duì)三效催化器的研究針對(duì)三效催化器的研究 冷啟動(dòng)排放控制冷啟動(dòng)排放控制催化劑需要一定的起燃溫度催化劑需要一定的起燃溫度電加熱催化劑電加熱催化劑 3. 稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)44第三節(jié)第三節(jié) 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制454647一、四沖程柴油機(jī)的工作原理一、四沖程柴油機(jī)的工作原理1. 汽油, 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別 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 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30-50% 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 柴油車經(jīng)濟(jì)

10、性好柴油車經(jīng)濟(jì)性好, 馬力大馬力大492. 柴油機(jī)的燃燒過(guò)程 （1）著火落后期）著火落后期 燃燒準(zhǔn)備階段燃燒準(zhǔn)備階段 燃油霧化、蒸發(fā)、與空氣混和燃油霧化、蒸發(fā)、與空氣混和50 （2）速燃期）速燃期 著火后壓力急劇上升期著火后壓力急劇上升期 燃油分布不均勻，生成燃油分布不均勻，生成NOX和碳煙和碳煙51 （3）緩燃期）緩燃期 燃燒速率降低的階段燃燒速率降低的階段 容易產(chǎn)生碳煙容易產(chǎn)生碳煙52 （4）后燃期）后燃期 燃料基本燃盡，壓力開(kāi)始下降的階段。燃料基本燃盡，壓力開(kāi)始下降的階段。 降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率533.柴油機(jī)污染物排放柴油機(jī)污染物排放 （1）HC、CO量少，只有汽油機(jī)

11、的幾十分之一量少，只有汽油機(jī)的幾十分之一 （2）與汽油機(jī)相比，中小負(fù)荷時(shí)，）與汽油機(jī)相比，中小負(fù)荷時(shí)，NOX排放量排放量較少；高負(fù)荷時(shí)基本相同較少；高負(fù)荷時(shí)基本相同 （3）顆粒物排放量大）顆粒物排放量大 （4）基本不存在曲軸箱泄漏和燃油蒸發(fā)）基本不存在曲軸箱泄漏和燃油蒸發(fā)54二、柴油機(jī)污染物的形成過(guò)程二、柴油機(jī)污染物的形成過(guò)程 1. HC的形成機(jī)理的形成機(jī)理 （1）燃燒過(guò)程中產(chǎn)生）燃燒過(guò)程中產(chǎn)生HC的主要途徑的主要途徑：混合過(guò)稀或過(guò)濃：混合過(guò)稀或過(guò)濃 （2）燃燒過(guò)程后期離開(kāi)噴油器的燃油）燃燒過(guò)程后期離開(kāi)噴油器的燃油 （3）噴油器壓力室容積的影響）噴油器壓力室容積的影響555657 2. 顆粒污

12、染物的生成機(jī)理顆粒污染物的生成機(jī)理 （1）顆粒污染物的成分）顆粒污染物的成分 干碳煙干碳煙 可溶性有機(jī)物可溶性有機(jī)物 硫酸鹽顆粒硫酸鹽顆粒58 （2）碳煙及顆粒物的產(chǎn)生機(jī)理）碳煙及顆粒物的產(chǎn)生機(jī)理 燃油分子燃油分子不飽和烴不飽和烴原子態(tài)碳原子態(tài)碳碳核碳核碳煙基碳煙基元元多孔聚合物多孔聚合物顆粒物顆粒物59 3. 空燃比對(duì)柴油機(jī)排放的影響空燃比對(duì)柴油機(jī)排放的影響 總空燃比大，但分布不均勻總空燃比大，但分布不均勻 改善手段：加強(qiáng)氣流混和改善手段：加強(qiáng)氣流混和60 三、控制柴油機(jī)排放的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)三、控制柴油機(jī)排放的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù) 1、廢氣再循環(huán)、廢氣再循環(huán) 2、改進(jìn)供油系統(tǒng)、改進(jìn)供油系統(tǒng) 高壓噴射（高壓

13、噴射（150180MPa） 3、采用增壓和中冷技術(shù)、采用增壓和中冷技術(shù) 進(jìn)氣密度提高，柴油機(jī)功率提高進(jìn)氣密度提高，柴油機(jī)功率提高30100 4、分隔式燃燒室、分隔式燃燒室 類似于兩段燃燒技術(shù)類似于兩段燃燒技術(shù) 5、電控柴油噴射、電控柴油噴射 選擇最佳噴油量、噴油壓力、噴油提前角、噴油速率等。選擇最佳噴油量、噴油壓力、噴油提前角、噴油速率等。616263 四、柴油車排氣后處理技術(shù)四、柴油車排氣后處理技術(shù) 過(guò)慮捕集法過(guò)慮捕集法 催化轉(zhuǎn)化法催化轉(zhuǎn)化法64第四節(jié)第四節(jié)新型動(dòng)力車新型動(dòng)力車一、電動(dòng)汽車一、電動(dòng)汽車二、燃料電池汽車二、燃料電池汽車三、混和動(dòng)力車三、混和動(dòng)力車65 一、城市交通的綜合規(guī)劃一、

14、城市交通的綜合規(guī)劃 二、城市交通規(guī)劃方法二、城市交通規(guī)劃方法 三、關(guān)鍵的戰(zhàn)略規(guī)劃三、關(guān)鍵的戰(zhàn)略規(guī)劃第五節(jié)交通規(guī)劃與交通管理第五節(jié)交通規(guī)劃與交通管理6667 2004年，中國(guó)城市由于空氣污染共造成年，中國(guó)城市由于空氣污染共造成近近35.8萬(wàn)人死亡，約萬(wàn)人死亡，約64萬(wàn)呼吸和循環(huán)系萬(wàn)呼吸和循環(huán)系統(tǒng)病人住院，約統(tǒng)病人住院，約25.6萬(wàn)新發(fā)慢性支氣管萬(wàn)新發(fā)慢性支氣管炎病人，造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)炎病人，造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1527.4億億元。元。68 據(jù)美國(guó)國(guó)家航空署公布的一張世界空氣據(jù)美國(guó)國(guó)家航空署公布的一張世界空氣質(zhì)量地圖顯示，全球細(xì)顆粒物污染最高質(zhì)量地圖顯示，全球細(xì)顆粒物污染最高的地區(qū)是的地區(qū)是北非以

15、及中國(guó)的華北、華東和北非以及中國(guó)的華北、華東和華中全部，華中全部，中國(guó)大部分地區(qū)細(xì)顆粒物平中國(guó)大部分地區(qū)細(xì)顆粒物平均濃度接近均濃度接近80微克微克/立方米立方米，超出世界衛(wèi)，超出世界衛(wèi)生組織規(guī)定的有關(guān)污染指標(biāo)的生組織規(guī)定的有關(guān)污染指標(biāo)的8倍倍。69 在中國(guó)，可吸入顆粒物國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是年平在中國(guó)，可吸入顆粒物國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是年平均濃度每立方米空氣均濃度每立方米空氣100微克，是世界衛(wèi)微克，是世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)的生組織標(biāo)準(zhǔn)的5倍。倍。 中國(guó)只有中國(guó)只有1%的城市居民生活在的城市居民生活在40微克的微克的標(biāo)準(zhǔn)以下，而有標(biāo)準(zhǔn)以下，而有58%的城市居民生活在的城市居民生活在100微克標(biāo)準(zhǔn)以上的空氣中。微克標(biāo)準(zhǔn)以上的空氣中。70 上海、廣州、天津、深圳等城市灰霾天上海、廣州、天津、深圳等城市灰霾天數(shù)占到了全年天數(shù)的數(shù)占到了全年天數(shù)的30%50%。中國(guó)。中國(guó)已成為世界上大氣污染最嚴(yán)重的國(guó)家之已成為世界上大氣污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一。一。71 人體每天需要呼吸人體每天需要呼吸15立