大气污染控制工程11

1第11章城市机动车污染控制2机动车排放的污染物：CO2、CO、NOX、HC、颗粒物第一个排放法规：20世纪40年代345教学内容:§1城市交通趋势及影响§2汽油发动机污染物的形成与控制§3柴油发动机污染物的形成与控制§4新型动力车§5交通规划与交通管理6第一节城市交通趋势及影响7中国机动车保有量增长情况2000年为702万辆；至2010年9月底，为1.99亿辆。89城市机动车污染现状汽车单车排放因子高机动车污染物排放总量大，城市机动车污染分担率高严重影响城市大气环境质量10第二节汽油发动机污染物的形成与控制111213一、汽油机的工作原理与污染来源1、汽油机工作原理14151617ε=Va/Vc汽油机ε=6~10，而柴油机ε=16~24182、汽油机的污染来源19汽车污染物产生来源曲轴箱HC的25%排气管所有的CO、NOX、Pb和HC的55-65%油箱和化油器蒸发HC的10-20%20没有采用排放控制措施的汽车：排气管：CO98~99%；NOx98～99%；HC55～56％曲轴箱：CO1~2%；NOx1～2%；HC25％蒸发：CO0；NOx0%；HC10～20％213、发动机的有效热效率指示热效率：指示功与发动机实际所消耗的燃料热量比；有效热效率：发动机的有效功与实际所消耗燃料能量比。22二、燃烧过程中污染物的形成1、CO的形成原因：a、空气过剩系数小于1b、混和不均匀，局部空气过剩系数小于1c、热分解反应d、排气中未燃HC的不完全氧化e、“冻结”现象的存在232、HC化合物的形成原因：（1）不完全燃烧怠速、高负荷、减速（失火）（2）壁面淬熄冷启动、怠速（3）油膜和积炭的吸附24包括:ThermalNOPromptNOFuelNO3、NOx的生成机理NOX浓度与空燃比和停留时间的关系254、发动机运行条件对污染物排放的影响（1）加速和高速行驶时NOx排放量较高（2）怠速和加速时CO排放量较高（3）减速时CO、HC排放量较高三、降低污染物排放的技术前处理:无铅汽油（低于0.013g/L）、低硫汽油和柴油机内控制:发动机设计机外控制技术:催化反应器27降低污染排放的发动机技术1.改进点火系统点火时间的不同影响燃烧室的温度282930优点：（1）减少了NOX的排放量（原因：温度降低）（2）减少了HC的排放量（原因：排烟温度升高）缺点：燃油效率恶化（原因：存在后燃）312.闭环电子控制汽油喷射技术传统气缸外喷射：单点喷射，多点喷射闭环电子控制汽油喷射技术：可控制空燃比32333.废气再循环(EGR)优点：（1）降低燃烧最高温度，减少NOX生成（2）减少了排气总量缺点：燃油经济性下降3435四、汽油车尾气排放后处理技术1、氧化型和还原型催化转化器2.三效催化净化技术同时净化:CO,HC,NOx主要使用贵金属（Pt,Pd,Rh）+陶瓷载体,寿命要求80000-160000km,防中毒很关键38只能在很窄的空燃比窗口工作:闭环电控燃油喷射技术40五曲轴箱的污染物排放与控制存在“窜气”排气组分：85％未燃空气燃料混合物；15％燃烧产物控制方法：循环燃烧4142六、燃油蒸发排放控制1.汽车本身的油箱2.汽油的运转3.加油过程43七、汽油车排放污染控制的最新发展1.车载诊断技术(OBD)自动检测诊断车辆排放控制系统状况自动提示故障存储信息有利于维修2.针对三效催化器的研究冷启动排放控制催化剂需要一定的起燃温度电加热催化剂3.稀燃发动机的开发44第三节柴油发动机污染物的形成与控制454647一、四冲程柴油机的工作原理1.汽油,柴油发动机的区别汽油发动机燃烧为预混火焰,柴油为扩散火焰柴油发动机压缩比高,热效率高30-50%柴油发动机以喷油雾化方式燃烧,产生碳烟较多柴油车经济性好,马力大492.柴油机的燃烧过程（1）着火落后期燃烧准备阶段燃油雾化、蒸发、与空气混和50（2）速燃期着火后压力急剧上升期燃油分布不均匀，生成NOX和碳烟51（3）缓燃期燃烧速率降低的阶段容易产生碳烟52（4）后燃期燃料基本燃尽，压力开始下降的阶段。降低了发动机的热效率533.柴油机污染物排放（1）HC、CO量少，只有汽油机的几十分之一（2）与汽油机相比，中小负荷时，NOX排放量较少；高负荷时基本相同（3）颗粒物排放量大（4）基本不存在曲轴箱泄漏和燃油蒸发54二、柴油机污染物的形成过程1.HC的形成机理（1）燃烧过程中产生HC的主要途径：混合过稀或过浓（2）燃烧过程后期离开喷油器的燃油（3）喷油器压力室容积的影响5556572.颗粒污染物的生成机理（1）颗粒污染物的成分干碳烟可溶性有机物硫酸盐颗粒58（2）碳烟及颗粒物的产生机理燃油分子→不饱和烃→原子态碳→碳核→碳烟基元→多孔聚合物→颗粒物593.空燃比对柴油机排放的影响总空燃比大，但分布不均匀改善手段：加强气流混和60三、控制柴油机排放的发动机技术1、废气再循环2、改进供油系统高压喷射（150～180MPa）3、采用增压和中冷技术进气密度提高，柴油机功率提高30～100％4、分隔式燃烧室类似于两段燃烧技术5、电控柴油喷射选择最佳喷油量、喷油压力、喷油提前角、喷油速率等。616263四、柴油车排气后处理技术过虑捕集法催化转化法64第四节新型动力车一、电动汽车二、燃料电池汽车三、混和动力车65一、城市交通的综合规划二、城市交通规划方法三、关键的战略规划第五节交通规划与交通管理66672004年，中国城市由于空气污染共造成近35.8万人死亡，约64万呼吸和循环系统病人住院，约25.6万新发慢性支气管炎病人，造成的经济损失高达1527.4亿元。68据美国国家航空署公布的一张世界空气质量地图显示，全球细颗粒物污染最高的地区是北非以及中国的华北、华东和华中全部，中国大部分地区细颗粒物平均浓度接近80微克/立方米，超出世界卫生组织规定的有关污染指标的8倍。69在中国，可吸入颗粒物国家标准是年平均浓度每立方米空气100微克，是世界卫生组织标准的5倍。中国只有1%的城市居民生活在40微克的标准以下，而有58%的城市居民生活在100微克标准以上的空气中。70上海、广州、天津、深圳等城市灰霾天数占到了全年天数的30%～50%。中国已成为世界上大气污染最严重的国家之一。71人体每天需要呼吸15立方米的空气，住在城市里的人就相当于一个“吸尘器”和“过滤器”。长期下去，细粒子污染对身体的危害要比切尔诺贝利核辐射严重。72专家因此发出告诫，晨练的人们最好待在家里，灰霾天里锻炼和运动无疑是“挥刀自戕”，若要外出必须戴好口罩。73重现蓝天任重而道远！