在用非道路移动机械排气烟度排放限值及测量方法.docx
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在用非道路移动机械排气烟度排放限值及测量方法
《在用非道路移动机械排气烟度排放限值及测量方法》
（征求意见稿）
上海市地方标准编制说明
二〇一五年五月
项目名称：
《在用非道路移动机械排气烟度测量方法及限值》项目统一编号：
沪环科（2014-40）
承担单位：
上海机动车检测中心
编制组主要成员：
标准所技术管理负责人：
标准处项目负责人：
《在用非道路移动机械排气烟度测量方法》（征求意见稿）
上海市地方标准编制说明
1.项目背景
1.1任务来源
根据上海市环保科研项目合同书，由上海机动车检测中心负责《非道路移动机械排气烟度测量方法制订》的研究工作，项目统一编号为：
沪环科（2014-40）。
1.2工作过程
2014年8月，市环保局下达任务后，上海机动车检测中心立即成立了课题研究小组，开展前期调研工作。
2014年9月15日课题组召开了项目启动会议，确立了具体的科研技术路线及研究方案。
2014年11月7日，课题组到上海市环境科学研究院开展调研活动，了解有关非道路移动机械相关管理政策及信息技术咨询。
2014年12月3日，课题组到上海市农机安全监理所对上海市非道路农业机械保有量、运行情况及管理方法等方面进行调研。
2014年12月4日，课题组在上海市建筑建材业行政管理服务中心，与上海市建设工程质量监督总站、上海市机械行业协会、上海市建设安全协会等企业协会就上海市非道路工程机械保有量、运行情况及管理政策情况等进行座谈交流。
2015年1月26日，课题组对外冈镇农业合作社已有的非道路农业机械设备运行情况及工作特点等方面进行调研。
2015年2月13日，课题组到上海市环境保护局就项目进展情况及测试样车需求等事项进行了汇报，明确了后续工作计划要求。
2015年3月11日至3月22日，课题组对上海机动车检测中心两台叉车在怠速、自由加速以及实际工作状态下的排气烟度进行了实测工作。
2015年3月25日，课题组到上海市天佐建设工程有限公司施工场地（杨高中路云山路地铁9号线延伸工地）作业的非道路工程机械进行调研，为选取样机及现场测试做前期准备。
2015年4月20-24日，课题组对工地现场作业的非道路工程机械挖掘机、起重机等设备在怠速、自由加速、自由加载等工况下进行了烟度测试。
2.标准制定必要性分析
2.1日益糟糕的空气质量需求
根据《2013中国环境状况公告》，京津冀、长三角、珠三角等重点区域及直辖市、省会城市和计划单列市共74个城市按照新标准开展监测，依据《环境空气质量标准》2013年新标准第一阶段监测实施城市各指标不同浓度区间城市
比例（GB3095-2012）对SO
2
、NO
2
、PM
10
、PM
2.5
年均值，CO日均值和O
3
日
最大8小时均值进行评价，74个城市中仅海口、舟山和拉萨3个城市空气质量达标，仅占4.1%；超标城市比例为95.9%。
根据《2013上海市环境状况公报》》全年有124个污染日，其中首要污染物为细颗粒物（PM2.5）的有87天，占70.2%；首要污染物为O3的天数为33天，占比26.6%；首要污染物为可吸入颗粒物（PM10）的天数有4天，占3.2%。
上海市全年达标天数比例仅为67.4%，重度及以上污染天数比例为6.3%。
主要污
染物为PM
2.5
、PM
10
和NO
2
。
PM
2.5
年均浓度为62微克/立方米，超标0.77倍；
PM
10
年均浓度为84微克/立方米，超标0.20倍；NO
2
年均浓度为48微克/立方
米，超标0.20倍；SO
2
、CO和O
3
均达标。
2.2政策法规要求
为应对严重的大气染污情况，2013年9月10日国务院印发《大气污染防治行动计划》，主要内容有行动大十条，小三十五条。
在发布该行动计划后，国务院于2014年4月30日发布了《大气污染防治行动计划实施情况考核办法（试行）》（考核十条），考核指标中明确提出了将机动车污染控制作为单项考核指标。
该考核办法的发布明确了环保治理作为地方政府政绩的考核内容，这是以前从未有过的现象。
同时该考核办法的实施确保了行动计划内容落到实处。
上海市政府在国务院颁布相关条款后，也相应发布了地方相关政策法规。
在2013年10月18日上海市政府发布《上海市清洁空气行动计划（2013-2017）》，2014年5月26日上海市政府又发布了《关于进一步加强黄标车和老旧车辆环保治理的实施方案》，2014年7月25日上海市政府颁发了《上海市大气污染防治条例》，从而使环境治理具体实施有法（例）可依。
在《上海市大气污染防治条例》中第四十条以及第八十七条分别明确提出针对非道路移动机械排放要求及处罚措施。
为应对《上海市大气污染防治条例》的有效实施，制订非道路移动机械排气烟度排放限值及测量方法显得尤为重要。
3.上海市非道路移动机械现状分析
在国家相关移动污染源划分中非道路移动污染源分为陆用机械、水上船舶、轨道机械和航空机械四个大类，相关排放标准的适用范围正是按照这个划分来分别定义各自适用范围。
本标准适用陆用非道路移动机械。
3.1非道路移动机械种类分类
非道路移动机械按照设备工作场地可分为以下几类：
1）建筑工程机械（装载机、推土机、挖掘机压路机、非道路用卡车等）
2）港作机械（起重机械、吊塔机械等）
3）企业场（厂）内机械（叉车、厂内运输车辆、材料装卸机械等）
4）农林机械（包括大型拖拉机、联合收割机、木材切割运输机械等）5）机场地勤设备
6）铁路机车
7）船舶发动机
非道路移动机械按照用途又可分为如下几类：
1）娱乐车辆（越野摩托车和全地面越野车等）
2）割草机,清扫风机（树叶、积雪）
3）海上游艇（摩托艇和油轮）
4）测井仪器（工业钻探）
5）工业机械（铲车、清扫车，叉车等）
6）农用拖拉机
7）推土机、挖掘机和筛选机等工程机械
8）火车发动机等内燃机、喷气式和螺旋桨式飞机
3.2上海市非道路移动机械保有量
由于历史发展缘由，截止目前为止，有关上海市非道路移动机械保有量尚
无相关资料可鉴。
在上海市环境保护部协调下，课题组分别走访调研了各条线行政主管部门以及行业协会，针对非道路移动机械的保有量、种类分布、技术现状进行了调研，对上海市非道路移动机械情况大致摸了一个底。
各非道路移动机械设备（按应用领域）相对应主管部门及保有量情况如下表3.1所示。
表3.1非道路移动机械保有量及对应主管部门
序号
应用领域
主管部门
保有量（万台）
1
建筑工程机械
市建管委
1.0
2
港作机械
市交通委
市质监局
2.0
3
企业场（厂）内机械
市质监局
3.5
4
农林机械
市农委
1.7
5
机场地勤设备
国际机场公安分局机场集团
0.5
合计
8.7
备注：
本表所列保有量与实际保有可能有所出入。
3.2.1建筑工程机械
建筑工程机械行政主管部门为上海市建设管理委员会。
当前上海市建设管理委员会未针对建筑工程机械执行备案登记管理制度。
施工场地及建设工地作业的非道路移动机械（挖掘机、起重机等）由上海市建设机械检定中心出具有关安全方面的检定报告证书即可施工作业，而由于施工场地非道路移动机械作业时间短及流动性较强等特点，因此获取上海市在用建筑工程机械保有量的准确数据还比较困难。
课题组通过走访调研各行业协会及施工现场，初步评估上海市建筑工程机械约为1.0万台。
3.2.2
港作机械
图3.1港作机械保有量情况（按燃料分类）
港作机械行政主管部门为上海市交通管理委员会和上海市质量技术监督局。
港作机械需每年在上海市质量技术监督局下属的上海市特种设备监督检验技术研究院进行年检，目前管理方式为年检备案管理制度。
课题组通过走访调研该院，获取到港作机械保有量约为2万台左右。
港作机械种类分布主要以叉车、牵引车和吊车为主，该类机械燃料种类主要以柴油为主，天然气辅之。
港作机械按燃料类型分布情况如下图3.1所示。
图3.1港作机械保有量情况（按燃料分类）
从备案登记资料信息分析，港作机械各功率段分布情况如下图3.2所示。
从图可见，叉式装卸车功率段分布在37kW至560kW之间，其中37kW至56kW的保有量与56kW至130kW的保有量基本一致，而港作牵引车作业吨位均较大，因此功率段主要分布在130kW至560kW之间。
图3.2港作机械功率段分布情况
港作机械备案材料信息中无发动机排放阶段信息栏，为分析现有港作机械发动机排放水平情况，课题组依据港作机械设备的登记时间推断满足适用排放标准阶段。
典型柴油叉车和柴油牵引车满足排放阶段情况如下图3.3所示。
在柴油叉车中，国0排放阶段数量占叉车总量的38.1%，国1占叉车总量的32.0%，国2占叉车总量的29.9%；柴油牵引车中，国0排放阶段数量占牵引车总量的82.6%，国1占牵引车总量的2.8%，国2占牵引车总量的14.6%。
图3.3港作机械满足相应排放阶段情况
从图3.3中各机械所占比例我们也可以看出港作机械设备的使用特点，如港作叉车使用频率较高的机械设备，几乎每年均有更新，因此每个排放阶段保有量几乎保持一致，设备更新速度较快，而港作机械牵引车使用频率没有叉车那么高，另外港作机械设备单台设备价格昂贵，因此设备更新速度较慢。
3.2.3
企业场（厂）内机械
企业场（厂）内机械行政主管部门为上海市质量技术监督局。
该类机械设备每年需在上海市质量技术监督局下属的上海市特种设备监督检验技术研究院进行检验，该类机械保有量约为3.5万台（不含电力车辆，含电力约为5.8万辆）。
按照车型及燃烧燃料种类分布如图3.4所示，场（厂）内机械中主要以厂内叉车为主，占总量的90%以上，燃料种类以柴油和电为主要动力来源。
图3.4场（厂）内机械按燃料类型分类
从备案登记资料信息分析，场（厂）内机械功率段分布情况如下图3.5所示。
从图中可看出，厂内叉车主要功率段分布在19kW~56kW之间。
这个功率段与场（厂）内机械主要工作吨位在1.5~2.5吨之间的关系相吻合。
图3.5场（厂）内机械功率段分布情况
企业场（厂）内机械备案登记材料无排放阶段信息栏，为分析企业场（厂）内机械当前排放水平情况，课题组依据场（厂）内机械登记时间推断满足适用排放标准阶段，对场（厂）内机械保有量较大的柴油叉车和柴油车辆满足排放阶段进行统计分析，其情况如下图3.6所示。
其中柴油叉车中，国0排放阶段数量占叉车总量的26.3%，国1排放阶段数量占叉车总量的19.7%，国2排放阶段数量占叉车总量的54.0%；厂内车辆中，国0排放阶段数量占厂内车辆总量的49.5%，国1排放阶段数量占厂内车辆总量的27.5%，国2排放阶段数量占厂内车辆数量的23.0%。
图3.6场（厂）内机械中柴油叉车和柴油汽车满足排放阶段情况
从图3.6中，我们可看出场（厂）内机械的使用特点，如场（厂）内叉车为使用频率较高的机械设备，每年均有更新，随着近几年我国经济高速发展，场内叉车增多，因此在国2排放阶段保有量较高，几乎占据一半，与此相反的是场（厂）内车辆使用频率较低，而且价格昂贵，设备更新速度较慢，在国0排放阶段的厂内车辆占总量的近一半。
3.2.4
农林机械
农林机械行政主管部门为上海市农业管理委员会。
该类机械需在上海市农业管理委员会下属的上海市农机安全监理所进行备案登记。
课题组根据上海市农机所提供的农林机械设备备案信息以及结合上海市农业机械化管理统计年报的数据，分析得出本市农林机械设备保有量约为3.7万台。
农林机械主要集中在小功率发动机，因此使用燃料有柴油、汽油、天然气（CNG）、电等多能源型设备，其具体分布情况如下图3.7所示。
图3.7农业机械保有量情况（按燃料类型分类）
农林机械中主要以植保机械和拖拉机为主，其中以柴油和汽油为主要燃料来源，其保有量按燃料类型分布，情况如图3.7所示。
图3.8农林机械功率段分布情况
为进一步分析农林机械现状技术特点，课题组将农林机械设备按功率段进行统计分布，具体情况如图3.8所示。
由图可看出，农林机械主要以拖拉机为主，功率主要分布在19kW~56kW之间，而植被机械主要为<19kW的小型点燃式发动机。
同样农林机械备案材料中也无排放阶段信息栏，为进一步研究农林机械排放水平现状，课题组依据农林机械登记时间推断满足适用排放标准阶段，选取保有量较大的拖拉机和联合收割机进行统计分析。
如下图3.9所示，其中拖拉机中，在国0排放阶段的数量占62.6%，在国1排放阶段的数量占11.3%，在国2排放阶段的数量占26.1%；联合收割机中，在国0排放阶段数量占10.1%，在国1排放阶段数量占21.7%，在国2排放阶段的数量占68.2%。
3.2.5
图3.9农业机械中拖拉机和联合收割机的登记时间机场地勤设备
机场地勤设备无相应行政主管部门，由机场自行负责管理，无相应备案登记制度，因此较难掌握机场地勤设备保有量及种类分布情况。
课题组通过调研走访上海市机场集团相关部门工作人员，初步评估上海市机场地勤设备约为0.5万辆，主要使用燃料为柴油。
机场地勤设备种类主要包括客车、货车和专用工程车等，其中专用工程车的数量远远超过客车和货车。
货车和专用工程以柴油为主，汽油辅之，客车中以柴油和汽油两种为主要燃料来源，保有量分布情况如下图3.10所示。
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
汽油
柴油
客车
货车
专用工程车
图3.10机场地勤机械分布情况（按燃料类型分类）
3.3排放控制技术
我国于2007年10月1日针对非道路移动机械实施国Ⅰ排放标准，于2009年10月1日实施国Ⅱ排放标准，目前我国于2014年10月1实施国Ⅲ排放标准。
非道路移动机械排放标准实施日期与欧美国家相比晚了将近8年，横向与我国车用发动机相应排放阶段标准实施也相对滞后了7年。
因此我国整个非道路移动机械行业排放水平相对比较落后。
柴油机排放主要控制原理如下表3.1所示。
表3.1柴油机排放主要控制原理
主要具体技术措施
1）增压和增压中冷
将发动机排气废气能量利用涡轮增压器将进气进行增压，加大进气量，防止混合气过浓，因缺氧而生成微粒。
对增压后空气进行冷却（可能包括EGR系统混合的部分废气）控制NOx的生成。
虽然NOx排放控制与发动机整体设计相关，但每降低10℃进气温度，则可对应降低NOx排放量5%-7%。
比较典型的做法是，通过热交换器对增压后的空气进行冷却（通称中冷器），降低进气温度，增加进入气缸内的空气密度，加大发动机输出功率。
发动机需要增压器在所有工况提供足够的空气量来保证合适的空燃比，控
制PM生成，大缸径柴油机在第1、2阶段使用普通增压器基本可满足要求，而小缸径柴油机因为转速快，排放控制难度大，采用带放气阀的废气涡轮增压器，大缸径柴油机在第3阶段也需要该技术。
通过小涡壳技术增加增压比，保证低转速时获得足够的进气量，而高转速时通过打开旁通阀放掉部分废气，以保证增压器不超速。
2）废气再循环EGR（ExhaustGasRecycle）
从排气中引出一部分经冷却/或不冷却，与发动机进气混合重新进入气缸，利用废气中的大量惰性气体参与燃烧来降低燃烧温度，以减少NOx生成几率。
按照EGR废气取气点分为三种型式：
高压EGR、低压EGR和内部EGR：
高压EGR系统是从涡轮增压器上游端取气后进入进气歧管，特点是压力高于排气压力，需要文特里管、进气节气门、泵等硬件装置，存在使得涡轮增压器动能降低的缺点；
低压EGR系统是从涡轮增压器下游端取气。
但该系统一般不会在柴油机中应用，因为增压器、中冷器等容易被排气中颗粒物或其它成分污染。
内部EGR系统是通过控制气门开启时间，或设计排气门在一个工作循环中再打开一次，引导相邻气缸的废气通过排气歧管进入气缸。
虽然EGR系统混合废气进入进气系统，使得进气温度提升。
但因为进气温度升高而使得NOx增加的量低于因为燃烧过程混入废气而使得的NOx降低的量，所以在标准前期，由于NOx控制不难，EGR只是可选择的一种技术变通或低成本技术方案，有部分生产企业选择非冷却EGR系统，或内置EGR系统。
因为EGR系统在降低NOx的同时，会使得PM排放和燃料消耗量增加，必须对发动机各工况点确定最佳的EGR率和空燃比，随着第3阶段标准要求加严，利用发动机散热器对EGR系统引出的废气进行冷却和通过电控系统精确控制EGR率成为各生产企业控制NOx的重要技术手段。
3）喷油系统
具有高喷射压力、喷射规律经电控柔性可调的电控喷油系统是先进发动机系统的代表。
国外发展阶段是从机械泵、中间阶段存在机械式电控预行程泵（在我国由于没有自主知识产权的更高级系统，是被列入国家高新产品支持内容的，在汽车国III阶段得到广泛应用）和最后阶段的电控单体泵、共轨系统及泵喷嘴系统。
机械式电控预行程泵除了使用、适用性较好，比较适合我国国情
外，灵活控制性无法达到先进喷油系统的高度。
各排放阶段供油系统压力见下表3.2。
表3.2各排放阶段供油系统压力
上海市大部分非道路移动机械设备的排放水平均处于国Ⅰ、国Ⅱ之内，尤其是建筑工程机械，由于设备价格昂贵，设备更新速度慢，排放水平低下。
而农林机械由于获得国家农机补贴政策影响，设备更新较快，设备排放水平较好。
非道路移动机械设备满足各排放阶段采取的技术手段见下表3.2。
表3.3各排放阶段技术手段
国Ⅰ
国Ⅱ
国Ⅲ
国Ⅳ
优化燃油供给优化喷油系统
优化喷油系统优化进气系统
增压中冷
电控系统
增压中冷
冷却EGR
电控系统后处理阶段
（EGR+DPF、燃烧
优化+SCR）
3.4运行工况
非道路移动机械设备种类繁多，各个机型运行工况复杂多样。
课题组选取了工程机械类以及发电机类设备等作为典型样机进行研究。
通过对典型样机在实际工作过程中运行工况的调研，各非道路移动机械运行工况见下表3.3所示。
通过表可以看出，不同类型非道路移动机械运行工况是不一致的。
表3.4非道路移动机械运行工况
机型名称
怠速
自由加速
自由加载
稳定转速
挖掘机
✓
¢
✓
✓
起重机
✓
✓
✓
✓
推土机
✓
¢
✓
✓
叉车
✓
✓
✓
✓
发电机
¢
¢
¢
✓
备注：
✓表示适用
¢表示不适用
4.国内外相关标准研究
4.1国内相关标准
在我国针对非道路移动机械不可见污染物的排放标准有：
⏹GB20891-2014《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》,该标准适用于非道路移动机械用柴油机（含额定净功率不超过37kW的船用柴油机）和在道路上用于载人（货）的车辆装用的第二台柴油机；
⏹GB26133-2010《非道路移动机械用小型点燃式发动机排气污染物排放
限值与测量方法（中国第一、二阶段）》，该标准适用于非道路移动机械用净功率不大于19kW点燃式发动机。
针对非道路移动机械可见污染物排放标准有
⏹北京地标DB11/184-2013《在用非道路柴油机械烟度排放限值及测量方法》；
⏹深圳地标SZJGXX-201X《在用非道路移动机械用柴油机排气烟度排放限值及测量方法》
⏹GB/T9487-2008《柴油机自由加速排气烟度的测量方法》。
4.2国外相关标准
国外可参考标准为77/537/EEC《关于各成员国测量农用或林用轮式拖拉机用柴油机污染物排放的法律》，目前该标准已废弃。
由于国外非道路移动机械已实施第四阶段排放标准，颗粒限值已非常低，因此针对非道路的烟度未有相关限值要求。
5.标准制定内容
5.1测量方法
课题组在针对非道路移动机械工作实测过程中发现，非道路移动机械烟度
-1
①
在启动的烟度是非常大的，因此本标准采用非道路移动机械设备在启动烟度、自由加速烟度、自由加载烟度等三个工况以及林格曼烟度法作为非道路移动机械排气烟度的测量方法。
启动烟度测量方法：
发动机处于停机状态（冷机或热机均可），司机启动发动机直至发动机达到稳定怠速，不透光烟度计开启测量时刻应在发动机启动前5~10秒开始，直至非道路移动机械设备发动机到达稳定怠速，测量烟度数值稳定在±0.03m，测量结束，也可通过有经验具有相应资质的检验人员或采用林格曼烟度计连续观察或监测非道路移动机械发动机从停止至启动整个过程的林格曼烟度值。
自由加速烟度：
在进行自由加速测量时，发动机启动直至发动机到达稳定怠速转速后，将油门踏板快速、连续地完全踩到底（必须在1秒内完成），使喷油泵在最短时间内供给最大油量，并在该位置至少保持2秒以上。
自由加速烟度过程至少进行6次，以便吹净排气系统残留颗粒物和杂质，直到测量结果不再稳定下降为止，计算结果取最后三次自由加速最大测量结果的算术平均值。
自由加载烟度：
现场检验人员根据受检机械装置的实际工作状态确定加载方法，在机械装置连续正常工作过程中（例如装载机从铲土到装载完毕的全过程），用不透光烟度计连续测量机械装置连续工作3次全过程的排气光吸收系数，最终读取3次最大测量值的平均值作为计算结果。
林格曼烟度法：
具有相应资质的检验人员或采用林格曼烟度计对非道路移动机械启动烟度以及自由加载法（例如挖掘机从挖掘装载至卸载的全过程）全过程的连续观测或连续测量，确定林格曼烟度值。
5.2标准限值
课题组依据选取典型样机的测试数据，以及通过比对车用发动机颗粒物（PM）限值与非道路移动机械颗粒物限值，设置非道路移动机械排放标准限值如下表5.1所示。
经培训认可的排放监管人员，可采用目测法测量或林格曼烟度计，非道路机械在任何状态下均不应有明显的可见烟度，都不超过林格曼1级。
表5.1非道路柴油机械烟度限值
类别
限值
启动烟度
≤3.5m-1（或2级）
-1
-1
-1-1
-1
-1
I类
1.6m
II类
1.0m
注：
具体规定如下:
所有注册登记或销售的非道路柴油机械，需满足启动烟度限值，①限值为林格曼烟度。
2015年10月1日以前注册登记或销售的非道路柴油机械，执行Ⅰ类限值。
2015年10月1日（含）以后登记注册或销售的非道路柴油机械，执行Ⅱ类限值标准。
5.3结果判定
根据各非道路用柴油机械的实际情况，可以选择自由加速烟度和自由
升级会员 