第1章环境污染与内燃机排放污染物

汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系1太原理工大学机械工程学院内燃机排放与控制太原理工大学机械工程学院车辆工程系主讲人：张翠平[e-mail]汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系2太原理工大学机械工程学院教材《内燃机排放与控制》张翠平王铁机械工业出版社《汽车排放及控制技术》第2版龚金科人民交通出版社主要参考书汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系3太原理工大学机械工程学院课程目的汽车排放污染与控制技术课程是车辆工程专业一门重要的专业课程，其教学目的是：通过本课程的学习，要求学生掌握汽车发动机三种有害气体排放物即一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOx及光化学烟雾和微粒的生成机理和影响因素，掌握发动机有害排放物控制的基本理论与方法、净化技术和发展趋势，主要包括汽油机和柴油机的机内净化技术、后处理净化技术，掌握气体污染物的测量原理和方法以及微粒的测量和分析。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系4太原理工大学机械工程学院了解燃料性质对排放的影响，了解车用汽油机污染物排放法规和车用柴油机排气烟度及可见污染物排放法规，了解欧美等国家的排放法规及其最新发展。在学完本课程之后，应具备分析和设计发动机排放控制技术的能力，能开展发动机排放污染及控制技术方面的研发工作。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系5太原理工大学机械工程学院学时分配章节教学内容学时1环境污染与内燃机排放污染物22内燃机排放污染物的生成机理与影响因素43汽油机机内净化技术44汽油机后处理净化技术45柴油机机内净化技术46柴油机后处理净化技术47排放污染物的测试技术48汽车排放法规及测试规范39车用低排放燃料及新型动力系统3合计32汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系6太原理工大学机械工程学院第1章环境污染与内燃机排放污染物1.1环境污染与保护1.2环境空气质量标准1.3大气污染与汽车1.4汽车发动机排放污染物及其危害1.5污染物的评定指标汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系7太原理工大学机械工程学院目前全球环境问题表现为森林植物破坏、水土严重流失、土地沙漠化扩大、生物多样性减少、大气污染日益严重、温室效应加剧、大气臭氧层破坏、酸雨蔓延、能源危机、水污染加剧、各种自然灾害频繁发生等等。总之，生态平衡遭破坏，环境严重恶化，将严重危害人体健康，发展下去最终将使自然界失去供养人类生存的能力。因此环境问题己成为国际性热点问题，引起人们的严重关注。1.1环境污染与保护汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系8太原理工大学机械工程学院在诸多的环境问题中，大气污染是一个十分严重的问题。世界上许多城市都曾出现过很严重的空气污染事件。1943年，美国洛杉矶市发生了世界上最早的光化学烟雾事件，此后，在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现这种烟雾。经过反复的调查研究，直到1958年才发现，这一事件是由于洛杉矶市拥有的250万辆汽车排气污染造成的，这些汽车每天消耗约1600t汽油，向大气排放1000多吨碳氢化合物和400多吨氮氧化物，这些气体受阳光作用，酿成了危害人类的光化学烟雾事件。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系9太原理工大学机械工程学院1952年12月伦敦上空受强冷空气控制，形成逆温层。大雾弥漫，连续四天烟雾笼罩，二氧化琉（SO2）浓度高达3.5mg/m3，颗粒物质高达4.5mg/m3。成千上万市民胸部憋闷，咳嗽呕吐，心血管、呼吸系统疾病迅速上升，4天内死亡4000多人，造成震惊世界的“伦敦烟雾事件”。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系10太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系11太原理工大学机械工程学院1955年格杉矶又出现“光化学烟雾事件”，由于汽车排气造成大气中臭氧严重超标，使烟雾的浓度高达0.65ppm。造成大批森林枯黄死亡，成千上万人得红眼病，呼吸系统疾病迅速上升，65岁以上老人几天内死亡400多人。这些典型的大气污染事件表明，大气污染与人类对能源的利用有着密切的关系。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系12太原理工大学机械工程学院大气污染分类按污染区域分类大气污染①局部污染②区域性污染③全球性污染汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系13太原理工大学机械工程学院①局部污染——出现在一个城市或更小区域范围的空气污染，如北京、广州、兰州等城市的空气污染，其距离尺度一般小于100km2。②区域性污染——范围在500km2以上的地区出现的空气污染，以及这些污染物的跨国输送，最典型的是酸雨问题，如北美、欧洲、中国西南三大酸雨区。③全球性污染——污染范围在数千km2以上的大气环境问题，如温室气体排放引起的全球气候变化，以及空调制冷剂和有机溶剂在使用中排放的氯氟烃（CFCS）对地球平流层臭氧的破坏等。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系14太原理工大学机械工程学院大气污染分类按大气污染源①人为污染源②天然污染源①生活污染源②工业污染源③交通污染源汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系15太原理工大学机械工程学院天然污染源是指自然界向大气排放污染物的地点或地区，如排放灰尘、二氧化硫、硫化氢等污染物的活火山、自然逸出的瓦斯气、土壤和岩石的风化，以及发生森林火灾、地震等发生自然灾害的地方.汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系16太原理工大学机械工程学院2010年4月22日晚，冰岛埃亚菲亚德拉火山喷发出的黑烟汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系17太原理工大学机械工程学院冰岛火山喷发汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系18太原理工大学机械工程学院人为污染源按人们的社会活动功能可分为生活污染源、工业污染源、交通污染源等。其中交通运输业是最主要的污染源之一，汽车、火车、轮船、飞机等交通工具都需要燃烧燃料，排放废物，对大气造成污染，其中以汽车为甚。汽车成为主要的运输和代步工具后，在提高社会生产效率，改善人们生活质量的同时，也消耗了大量的能源，排放的尾气也成了主要的交通污染源。与固定污染源相比，汽车尾气排放的高度与人群呼吸带相同，排出的污染物长时间在城市的街道、楼群中滞留，对人们健康的危害最直接。可以说，汽车是一个流动的污染源。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系19太原理工大学机械工程学院《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》制定了《环境空气质量标准》（GB3095-1996）我国评价空气质量好坏的科学依据1.2环境空气质量标准汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系20太原理工大学机械工程学院2012年根据经济社会发展状况和环境保护要求，对该标准进行了适时修订，环境空气质量标准（GB3095-2012）规定了环境空气功能区分类、标准分级、污染物项目、平均时间及浓度限值、监测方法、数据统计的有效性规定及实施与监督等内容。GB3095-2012分期实施的时间要求为：汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系21太原理工大学机械工程学院GB3095-1996污染物项目包括二氧化硫SO2、总悬浮物颗粒TSP、可吸入颗粒物PM10、氮氧化物NOx、碳氧化物等，总悬浮颗粒物(TotalSuspendedParticicular，TSP)：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物。可吸入颗粒物(Particularmatterlessthan10μm，PM10)：指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物。氮氧化物(以NOX计)：指空气中主要以一氧化氮和二氧化氮形式存在的氮的氧化物。铅(Pb)：指存在于总悬浮颗粒物中的铅及其化合物。苯并(a)芘(B[a]P)：指存在于可吸入颗粒物中的苯并[a]芘。氟化物(以F计)：以气态及颗粒态形式存在的无机氟化物。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系22太原理工大学机械工程学院GB3095-2012修订的主要内容有：——调整了环境空气功能区分类，将三类区并入二类区；——增设了细颗粒物PM2.5（粒径小于等于2.5μm）浓度限值和臭氧O38小时平均浓度限值；——调整了可吸入颗粒物PM10（粒径小于等于10μm）、二氧化氮、铅和苯并[a]芘等的浓度限值；——调整了数据统计的有效性规定。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系23太原理工大学机械工程学院GB3095-2012将环境空气功能区分为二类：一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的区域；二类区为居住区、商业交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区。一类区适用一级浓度限值，二类区适用二级浓度限值。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系24太原理工大学机械工程学院环境空气污染物基本项目浓度限值序号污染物项目平均时间浓度限值单位一级二级1二氧化硫（SO2）年平均2060μg/m324小时平均501501小时平均1505002二氧化氮（NO2）年平均404024小时平均80801小时平均2002003一氧化碳（CO）24小时平均44mg/m31小时平均10104臭氧（O3）日最大8小时平均100160μg/m31小时平均1602005颗粒物（粒径小于等于10μm）年平均407024小时平均501506颗粒物（粒径小于等于2.5μm）年平均153524小时平均3575汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系25太原理工大学机械工程学院环境空气污染物其他项目浓度限值序号染物项目平均时间浓度限值单位一级二级1总悬浮颗粒物（TSP）年平均80200μg/m324小时平均1203002氮氧化物（NOx）年平均505024小时平均1001001小时平均2502503铅（Pb）年平均0.50.5季平均114苯并[a]芘（BaP）年平均0.0010.00124小时平均0.00250.0025汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系26太原理工大学机械工程学院2011年12月，位于北京的美国驻华大使馆监测到高达522ug/m3的PM2.5瞬时浓度，对应的空气质量指数已经超过上限值。这也是继2010年11月21日后，美使馆监测到的PM2.5瞬时浓度的第二次“爆表”。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系27太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系28太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系29太原理工大学机械工程学院汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系30太原理工大学机械工程学院表1空气污染指数对应的污染物浓度限值空气污染指数的定义及分级限值API（AirPollutionIndex的英文缩写）是空气污染指数，我国城市空气质量日报API分级标准如表1：污染指数污染物浓度（mg/m3）APISO2日均值NO2日均值PM10日均值CO小时均值O3小时均值500.0500.0800.05050.1201000.1500.1200.150100.2002000.8000.2800.350600.4003001.6000.5650.420900.8004002.1000.7500.5001201.0005002.6200.9400.6001501.200汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系31太原理工大学机械工程学院空气污染指数划分为0~50、51~100、101~150、151~200、201~250、251~300和大于300七档，对应于空气质量的七个级别，指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响也越明显。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系32太原理工大学机械工程学院空气质量指数（AirQualityIndex，简称AQI）是定量描述空气质量状况的无量纲指数。针对单项污染物的还规定了空气质量分指数（IndividualAirQualityIndex，简称IAQI）。利用空气质量指数可以直观地评价大气环境质量状况并指导空气污染的控制和管理。汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系33太原理工大学机械