环保部我国柴油车颗粒物排放现状与控制对策建议.docx

1、环保部我国柴油车颗粒物排放现状与控制对策建议 我国柴油车颗粒物排放现状与控制对策建议 王燕军 环境保护部机动车排污监控中心 2012 年10 月18 日 环境空气质量指标 总悬浮颗粒物(TSP ): 100m 以下; 颗粒物(PM ):可吸入颗粒物; 10颗粒物(PM ):细颗粒物- 机动车排放的大多为细颗2.5粒物; 黑碳(Black Carbon ,BC ): 不完全燃烧过程中产生的固体 颗粒物 ; 露天燃烧23%工业交通41%住宅25% 柴油车颗粒粒径分布 11%(Harris, S., and Maricq, M ,2001 ) 2000年全球黑碳排放源强 (ICCT ,2010 )

2、颗粒物浓度限值 1996年和2012年空气质量标准限值比较 浓 度 限 值(微克/ 立方米) 污染 平均时间 一级 二级 三级 物项目 2012 1996 2012 1996 2012 1996 PM10 年平均 40 40 70 100 - 150 PM10 PM2.5 24 小 时平均 50 50 150 150 - 250 年平 24 小 年平 24 小 PM2. 年平均 15 - 35 - - - 均 时平 均 时平 5 均 均 24 小 时平均 35 - 75 - - - 过 渡 期目 70 150 35 75 TSP 年平均 80 80 200 200 - 300 标-1 24 小

3、 时平均 120 120 300 300 - 500 过 渡 期目 50 100 25 50 标-2 过 渡 期目 30 75 15 37.5 WHO 对于颗粒物的标-3 空气质量指导值和空 气 质量 20 50 10 25 过渡期目标 指导值 颗粒物对空气质量的影响 颗粒物:首要污染物 10080颗粒对空气质量的影响 60城市的灰霾天气(细颗粒、光化学烟雾等)40全国113个环境保护重点城市环境20空气质量达标等级初步评定结果 0优 良 轻度超标 中度超标 重度超标 严重超标5040其他城市环境空气达标等级30初步评定结果 20关于征求“城市空气质量10达标管理办法”意见的函0(环办函201

4、2989 号) 优 良 轻度超标 中度超标 重度超标 严重超标广州 北京 上海 城市数城市数 1961 1961- -1965 1965 1971 1971 1971- - -1975 1975 1975十二五重点区域大气污染防治规 划 我国东部城市的能见度(清华) 重点区域规划 2001 2001 2001- - -2005 2005 20051991 1991 1991- - -1995 1995 1995新疆京津 冀乌鲁 木 齐山西 辽宁 中 部中北 部甘肃 兰 白山东陕西 关 中长三 角武汉及周 边成渝长株 潭海峡 西 岸珠三 角?按新修订的空气质量标准评价,2010 年重点共计90个

5、城市(87 个地 级 市,3 个县级市)超过PM 二 级 浓 度限 值 ,占 重 点 区1013 个 区 域 , 涉 及18 个 省 ( 区 、域城市总数的75.6% 。 ( 杨 金田, 环境环 保部环 境市),131.66 万 平 方 公 里,116 个规 划 院) 地 级 以 上 城 市 。 颗粒物对人体健康的影响 不同粒径颗粒在呼吸系统的沉积 ( Gehr, 2010 ) WHO 上呼吸道 可能致癌 气管 肺部 肺部 肺泡 确定致癌 柴油车颗粒 Boehringer Ingelheim 细 胞 中的 颗 粒 颗粒物 浓度与癌 症的关系 bei 500 000 Personen der a

6、merikanischen Krebsstudie, 1982-20021982年至2002 年 美 国人 癌 症研 究 (500 ,000 人) Zus?tzliche Sterblichkeit pro 10 ?g Feinstaub in %3020+ 14%10+ 6 % + 9%0-10所有疾 病 心肺疾 病 肺癌 其他疾 病Pope 2002死亡原因 Pope et al, 2002, J Am Med Assoc 3PM 浓 度每上升10?g/m 增加的病 例数% 2.5颗粒物对生态系统的影响 影响植物生长 覆盖叶面,妨碍呼吸,白天影响光合作用;覆盖花蕊,影响花粉传播和结果;生态

7、过程的影响 颗粒物中的重金属、硫酸盐和硝酸盐等通过干湿沉降进入水体和土壤后,改变水体和土壤的结构与组成,改变水生物、植物对营养物质的吸收,导致生态系统的结构形态和生态过程功能改变。 机动车颗粒排放源强 车辆所排放的PM 占大城市所有PM2.5 的2.520%左右:光化学反应 光化学反应 变SOx NOx 化大气 HC 的NH3 二 次 有机粒 子 二 次 无机粒 子 VOC NOx 发Prof. Nino Knzli 病瑞士热带与健康研O NO 率 究院 瑞士TPH 3 2 CO 瑞士伯尔尼大学 % NOx 一次粒子 由 Sally Liu 制作 PM VOC 柴油机在中国应用广泛 柴油车的颗

8、粒组成 柴油机微粒的组成质量分数 主要成分 干碳烟(Dry Soot , DS ) 40-50% 可溶性有机成分(Soluble Organic Fraction ) 35-45% 硫酸盐(包括水) 5-10% 柴油车颗粒组成 颗粒固态部分形态 Maricq, 2007 (Leutert, 2010 ) 我国机动车颗粒排放 2010 年,机动车颗粒排放59.8 万 吨 ;我国非道路用柴油车的颗粒排放 :? (美国EPA 估计:非道路用柴油车PM 排 放与柴 油车相 当)机动车行驶引起的道路扬尘排放 ;?国家干线公路网:高速、国道、省道;?县、乡(包括村)道路;?城市内道路;? 刹车和轮胎磨损排

9、放的颗粒;不同类型机动车的颗粒排放 占汽车保有量20.2% 的“黄标车”却排放了91.1% 的PM 柴油车/机颗粒物后处理技术氧化催化器DOC: 氧化颗粒物的可溶性有机物部分氧化催化剂:贵金属成分(如Pt );氧化催化剂是一种商品化技术,已在欧洲的柴油小轿车、轻型卡车以及美国重型柴油卡车上安装使用。氧化催化剂对颗粒物的净化性能受柴油品质,特别是受硫含量的影响; DOC的去除效率 DOC前后颗粒物质量变化 DOC前后颗粒物粒径的变化 颗粒物过滤器颗粒物过滤器DPF : 用燃烧等方法将过滤器内堆积的颗粒物除去?壁流式颗粒过滤器应用的要求:具有优良的颗粒物去除率 效率; 排气背压不影响发动机性 能;

10、小 于20mbar : 对车辆运行时及燃烧再生 时的温 度变化 具有耐久性; 优良的机械强度及抗振动 性能; 适于车辆搭载的尺寸大小 ; 再生方法 再生原理 经济性 耐硫性 耐久性说明 增 加 负荷再 生 利 用 大负荷 提高排 气温度 , 较 简 单,较 便宜 对 硫 含量无 要 求 捕集器 能耐高 温,不 适合城使 得 颗粒 物 进行 燃 烧 要求 市 在 用车 改 造,进 气 节流再 生 利 用 进气节 流,提 高燃烧 温 进 气 节流改 造需 对 硫 含量无 耐 久 性较差 ,实际 上较少 用 度 和 排气温 度,实 现再生 重 新 改造发 动机 要求 , 经 济性较 差 喷 油 辅助

11、再 生 排 气 管喷油 和燃烧 ,提高 排 需 要 额外喷 油和 对 硫 含量无 要 求 再生燃 烧器点 火可靠 ,烟台气温度 点 火 燃烧装 置, 要求 华 龙 捕集器 用此种 技术 较 为 昂贵 电 加 热再生 利 用 电能提 高颗粒 物温度 实 较 简 单,经 济性 50ppm 以下 对 车 用电线 源的要 求很高 ,对热现再生 较好 传 导 介质有 要求 微 波 加热再 生 利 用 微波加 热颗粒 ,实现 颗 较 简 单,经 济性 对 硫 含量无 微 波 放热速 率较快 ,再生 过程难粒燃烧 较好 要求 以 控 制。 另 外, 存 在微 波 泄漏 安全 问 题。 人 工 再生 拆 卸

12、掉颗粒 捕集器 进行清 洗 简 单 便宜 对 硫 含量无 实 际 单独较 少 要求 连 续 再生 捕 集 器前加 装DOC ,利 用Pt 较 为 简单, 经济 50ppm 以下 北 京 中和大 成、日 进电气 、韩国生 成 过量NO2 , 降低 颗 粒启 性较好 科 利 诺司 应 用该 技 术, 通 过了 北燃 温 度实现 再生 京 市 柴油车 改造测 试要求 催 化 再生 过 滤 体壁上 直接涂 覆氧化 型 成 本 较高 50ppm 以下 SK 、日进、 上海华 克应用 此技术 催 化 剂,用 来降低 颗粒物 的氧 化 燃烧温 度,实 现再生 燃 油 添加剂 ( 催 化 剂加到 燃油中 ,使

13、它 能 经 济 性一般 , 燃 油 添加剂 北 京 中和大 成、韩 国SK 、 意大利FBC )再 生 与 微 粒同时 沉积在 滤芯表 面 不 同 ,对硫 倍 耐 力、韩 国科利 诺斯应 用此技上 , 燃烧后 生成的 金属氧 化 适 用 性要求 术 物 对 微粒起 催化作 用,使 微 不同 粒 起 燃温度 降低实 现再生 CRT-过滤器系统Johnson Matthey Patent PT-催化作用下将产生硫酸: 2 SO + O2 SO 2 2 3?DPF效率、耐久性 ; SO + H OH SO 3 2 2 4?环境问题;发动机问题 DPF的去除效率 颗粒物数量去除率(某FBC-DPF实验

14、结果) 颗粒物数量去除率 DPF示范运行烟度测试烟度大幅度下降(测不准);开发新的在用车颗粒排放检测方法; 1.81.61.4D P F 加装 前1.2D P F 加装 后10.80.60.40.20 0.71 2 30.60.5D P F 拆除 后初始加装 D P F 运行 1 个月0.40.30.20.101 2 3运行1个月后 -1K / m-1K / mDPF的匹配技术 匹配和监控方法 根据匹配经验,一般DPF 都有良好的颗粒物捕集效果,关键是能1. 监控烟尘聚集 否可靠再生,长期使用是否对车? 测量背压 辆的功率油耗产生明显影响,因2. 应该控制燃烧 此评估技术的重点是耐久性的考 温

15、度测量 核,以及在使用过程中的监督管 主动还是被动再生理(使用OBD 技术、远程监控等3. 选择正确的再生方法必须 掌握汽车的运行条件 尾气温度 )4. 选择正确的再生方法必须掌 握尾气成分 部分流通式颗粒捕集器POC进口 DOC 过滤器 POC去除颗粒的原理 出口 POC构成长时间怠速或低温运行时可能导致颗 粒的捕 获负荷过重,满载后完全颗粒再生所需要的 条件和 花费的时间需进一步研究; 在降低颗粒物数量上的效果也需要更 多的分 析; 系统可能会更容易吹落积累的颗粒, 尤其是 在瞬态运行时; 各种不同类型的 POC 系统的长期耐用性尚待证明; 建议 DOC 较为成熟的技术和合适的价格 使之应 成为车辆的标配;DPF是柴油机颗粒物的最终 解决 方案, 应加大 在新车和在用车上的匹配和推广工 作;推动车用柴油低硫化和无硫化:我国应进行从颗粒物质量到数量 全方位 的颗 粒物计量工作;