大气污染控制工程_城市机动车污染控制.pptx
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《大气污染控制工程》课件
大气污染控制的重要性
详细介绍大气污染控制的重要性，包括保护人民健康和维护生态平衡。
大气污染控制的目标和策略
阐述大气污染控制的目标，包括降低污染物排放和改善空气质量，并介绍一些常用的控制策略。
大气污染控制工程的原理和技 术
介绍大气污染控制工程中常用的原理和技术，如静电除尘、吸附等，以及它 们的工作原理和应用范围。
大气污染控制案例研究
通过实际案例，展示大气污染控制工程在不同地区的应用，以及取得的成效和挑战。
总结和展望
总结各个方面的内容，并展望大气污染控制工程的未来发展，以及我们每个人在环境保护中的角色。
《大气污染控制工程》
这个PPT课件将带您了解大气污染的定义和概述，包括其影响以及控制工程的 重要性和目标，同时讨论了控制工程的原理和技术，并提供了一些案例研究， 最后进行总结和展望。
大气污染的定义和概述
探讨大气污染的定义，了解它对环境和人类的影响，并介绍一些常见的大气 污染源。
大气污染的影响
深入了解大气污染对人类健康、环境质量和气候变化等方面带来的影响。
《大气污染物控制工程》城市机动车污染控制
全球因燃烧矿物燃料而产生的CO、HC、NOx的排放 量，有50％来自于汽油机和柴油机
机动车排放是造成铅污染的主要原因 机动车排放的污染物严重影响城市大气环境质量
5
第十一章 城市机动车污染控制
二、汽油发动机污染物 的形成与控制
第十一章 城市机动车污染控制
1. 汽油发动机的工作原理与污染来源
机内控制: 发动机设计 燃烧室表面积/容积 越小越好; 改善点火系统；提高燃 烧过程的压缩比；采用电子控制技术; 多气门技术
机外控制: 热反应器, 催化反应器(氧化, 还原 三效)
第十一章 城市机动车污染控制
3. 主要控制技术
降低污染排放的发动机技术
（1）改进点火系统
采用延迟点火可以降低燃 烧温度，降低NOx 随着点火提前角的推迟， NOx和HC同时降低，但燃 油耗率增大
是目前世界上最常用的排气催化净化技术 原理 组成
催化剂、载体、助催化剂 影响因素
空气过剩系数 温度 油品质量
19
第十一章 城市机动车污染控制
汽油机的污染来源
油箱和化油器蒸发 HC的15%
曲轴箱泄漏 HC 的 20%
排气管 所有的CO、NOX、Pb和
HC的 60%
20
油膜和积炭的吸附
表11－4
11
第十一章 城市机动车污染控制
（3）NOx的形成
2. 燃烧过程中污染物的形成
汽车发动机燃烧过程产生的NOx主要是NO
瞬时 NO：富燃料状态下（α＜1）容易产生
燃料型 NO：汽油含N量很低（表11-5）
热力型NO： NOx的主要来源 O2 → O＋O O＋N2 → NO＋N N＋O2 → NO＋O
机动车排放是造成铅污染的主要原因 机动车排放的污染物严重影响城市大气环境质量
5
第十一章 城市机动车污染控制
二、汽油发动机污染物 的形成与控制
第十一章 城市机动车污染控制
1. 汽油发动机的工作原理与污染来源
机内控制: 发动机设计 燃烧室表面积/容积 越小越好; 改善点火系统；提高燃 烧过程的压缩比；采用电子控制技术; 多气门技术
机外控制: 热反应器, 催化反应器(氧化, 还原 三效)
第十一章 城市机动车污染控制
3. 主要控制技术
降低污染排放的发动机技术
（1）改进点火系统
采用延迟点火可以降低燃 烧温度，降低NOx 随着点火提前角的推迟， NOx和HC同时降低，但燃 油耗率增大
是目前世界上最常用的排气催化净化技术 原理 组成
催化剂、载体、助催化剂 影响因素
空气过剩系数 温度 油品质量
19
第十一章 城市机动车污染控制
汽油机的污染来源
油箱和化油器蒸发 HC的15%
曲轴箱泄漏 HC 的 20%
排气管 所有的CO、NOX、Pb和
HC的 60%
20
油膜和积炭的吸附
表11－4
11
第十一章 城市机动车污染控制
（3）NOx的形成
2. 燃烧过程中污染物的形成
汽车发动机燃烧过程产生的NOx主要是NO
瞬时 NO：富燃料状态下（α＜1）容易产生
燃料型 NO：汽油含N量很低（表11-5）
热力型NO： NOx的主要来源 O2 → O＋O O＋N2 → NO＋N N＋O2 → NO＋O
大气污染控制工程城市机动车污染控制
大气污染控制工程城市机动车污染控 制
Engine Cylinder
ε= (Vc+Vd)/Vc
ε=6~10，而柴 油机ε=16~24
大气污染控制工程城市机动车污染控 制
Actual Combustion
尾气管排放物
Q Lead Q Hydrocarbons Q Carbon
Monoxide Q Oxides of
世界机动车增长趋势
大气污染控制工程城市机动车污染控 制
城市机动车污染现状
➢随着经济的快速发展，我国汽车保有量 连年高速增长
➢ 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
大气污染控制工程城市机动车污染控 制
中国机动车保有量增长情况
➢ 近10年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速 度约14%
Nitrogen Q Carbon Dioxide Q Particulates Q Other pollutants Q Water Vapor
Ambient Air Real Fuel
Engine/Emission Technology
大气污染控制工程城市机动车污染控 制
Stoichiometry等当点
due to "blow-by"
大气污染控制工程城市机动车污染控 制
讨比对污染物排放有何影响? Q 汽车排放的污染物有哪些? Q 汽油车污染排放包括哪些环节? Q 这些环节排放哪几种污染物?
-----------------目标是提高燃烧效率, 降低排放
大气污染控制工程城市机动车污染控 制
汽油车行驶工况与排放
Q 1. 怠速, 减速时CO, HC排放高, 浓度约为: CO: 1.0-6%; HC: 400-3000ppm NOx: 10-100ppm
大气污染控制工程：第11章 城市机动车污染控制
第十一章
城市机动车污染控制
主要内容
1. 城市交通趋势及影响 2. 汽油发动机污染物的形成和控制 3. 柴油发动机污染物的保有量增长情况 1、世界机动车增长趋势
5000万(0.5亿)
6.5亿
第一节 城市交通趋势及影响 2、中国机动车保有量增长情况：
第二节 汽油发动机污染物的形成和控制
工作循环包括四冲程： 进气冲程、压缩冲程、 气体燃烧 做功冲程、排气冲程
2、污染物来源 汽油机排气中有害物质由燃烧产生，主要有：
CO、HC、NOx以及少量的铅、硫等 其中： 硫化物控制：通过降低燃料的含硫量
铅化物控制：采样无铅汽油 目前排放法规限制的是CO、HC、NOx和柴油机颗粒物
➢ 车辆技术改进，燃料同步改善
第一节 城市交通趋势及影响
（2）汽车排放标准 欧洲和美国都制定了相关的汽车排放标准。 其中欧洲标准是我国借鉴的汽车排放标准
欧洲标准：
由欧洲经济委员会（ECE）的排放法规和欧盟（EU）的排放 指令共同加以实现的，排放法规由ECE参与国自愿认可，排 放指令是ECE或EU参与国强制实施。
第一 类车
_
全部
2.2 1.0
1 级
RM≤1250
2.2
1.0
第二 类车
2 1250＜ 级 RM≤1700
4.0
1.25
3 级
1700＜RM
5.0
1.5
HC＋NOx
汽油 机
非直 喷柴 油机
0.5 0.7
0.5 0.7
0.6 1.0
0.7 1.2
直喷 柴油 机 0.9
0.9
1.3
1.6
PM 非直 喷柴 油机 0.08
第一节 城市交通趋势及影响
城市机动车污染控制
主要内容
1. 城市交通趋势及影响 2. 汽油发动机污染物的形成和控制 3. 柴油发动机污染物的保有量增长情况 1、世界机动车增长趋势
5000万(0.5亿)
6.5亿
第一节 城市交通趋势及影响 2、中国机动车保有量增长情况：
第二节 汽油发动机污染物的形成和控制
工作循环包括四冲程： 进气冲程、压缩冲程、 气体燃烧 做功冲程、排气冲程
2、污染物来源 汽油机排气中有害物质由燃烧产生，主要有：
CO、HC、NOx以及少量的铅、硫等 其中： 硫化物控制：通过降低燃料的含硫量
铅化物控制：采样无铅汽油 目前排放法规限制的是CO、HC、NOx和柴油机颗粒物
➢ 车辆技术改进，燃料同步改善
第一节 城市交通趋势及影响
（2）汽车排放标准 欧洲和美国都制定了相关的汽车排放标准。 其中欧洲标准是我国借鉴的汽车排放标准
欧洲标准：
由欧洲经济委员会（ECE）的排放法规和欧盟（EU）的排放 指令共同加以实现的，排放法规由ECE参与国自愿认可，排 放指令是ECE或EU参与国强制实施。
第一 类车
_
全部
2.2 1.0
1 级
RM≤1250
2.2
1.0
第二 类车
2 1250＜ 级 RM≤1700
4.0
1.25
3 级
1700＜RM
5.0
1.5
HC＋NOx
汽油 机
非直 喷柴 油机
0.5 0.7
0.5 0.7
0.6 1.0
0.7 1.2
直喷 柴油 机 0.9
0.9
1.3
1.6
PM 非直 喷柴 油机 0.08
第一节 城市交通趋势及影响
大气污染控制工程幻灯片
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• 3.2.5 烟流形状与大气稳定度 的关系
• 波浪型（不稳） • 锥型（中性or弱稳） • 扇型（逆温） • 爬升型（下稳，上不
稳） • 漫烟型（上逆、下不
稳）
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3.3 大气的运动和风
• 3.3.1 引起大气运动的作用力
直接作用力
重力 水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）
间接作用力
很厚的气层下沉 压缩变扁 顶部增温比底部多
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• 3）平流逆温：暖空气平流到冷地面上而形成 • 4）湍流逆温：低层空气的湍流混合形成
d 下层湍流混合达 d 上层出现过渡层 逆温
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• 5）锋面逆温：冷暖空气团相遇时，由于在锋面温差过
大所形成。
冷、暖气团相遇 暖气上爬，形成锋面
冷暖间逆温
• 能见度表示了大气清洁、透明的程度或大气的混浊程度。 能见度的观测值通常分为10级。
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3.2 大气的热力过程
3.2.1 太阳、大气和地面的热交换 太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量 太阳辐射加热地球表面 地面长波辐射加热大气 近地层大气温度随地表温度变化
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3.2.2 气温的垂直变
5）若气温随高度增加而递减，γ为正值，反 之为负值。
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6）温度层结：用以表示气温沿高度变化 的曲线。
大气的温度层结分四种类型：
(1)γ>γd，正常分布层结(递减层结)，气 温随高度增加而递减；
(2)γ=γd，中性层结，气温直减率接近1K /100m；
(3)γ=0，等温层结，气温不随高度变化； (4)γ<0，逆温，气温随高度增加而增加。
1）大气的绝热过程与泊松方程
T/T0=(P/P0)0.288
大气污染控制工程：第11章 城市机动车污染控制
3. 加速, 定速时NOx高, 浓度约为: NOx: 800～2500ppm 此时HC: 90～200ppm
4. 加速时碳烟最高, 约为0.30g/m3
第二节 柴油发动机污染物的形成和控制
三、控制柴油机污染物的发动机技术
1、废气再循环 作用同汽油机，主要降低热力型NOx
2、改进供油系统 降低各种类型燃烧室NOx生成
13.17 195.55
4.5 6.74 72.97 3.29
第一节 城市交通趋势及影响 二、城市机动车对城市空气污染的影响 1、能源消耗与污染排放
➢ 全世界所产生的全部能源中20％以上用于交通运输； ➢ 发达国家的城市中，汽车排放成为空气污染的最主要来
源。
➢ 燃料燃烧产生CO、HC、NOx ➢ 机动车排放是造成铅污染的主要原因
第一 类车
_
全部
2.2 1.0
1 级
RM≤1250
2.2
1.0
第二 类车
2 1250＜ 级 RM≤1700
4.0
1.25
3 级
1700＜RM
5.0
1.5
HC＋NOx
汽油 机
非直 喷柴 油机
0.5 0.7
0.5 0.7
0.6 1.0
0.7 1.2
直喷 柴油 机 0.9
0.9
1.3
1.6
PM 非直 喷柴 油机 0.08
第十一章
城市机动车污染控制
主要内容
1. 城市交通趋势及影响 2. 汽油发动机污染物的形成和控制 3. 柴油发动机污染物的形成和控制
第一节 城市交通趋势及影响 一、机动车保有量增长情况 1、世界机动车增长趋势
5000万(0.5亿)
6.5亿
4. 加速时碳烟最高, 约为0.30g/m3
第二节 柴油发动机污染物的形成和控制
三、控制柴油机污染物的发动机技术
1、废气再循环 作用同汽油机，主要降低热力型NOx
2、改进供油系统 降低各种类型燃烧室NOx生成
13.17 195.55
4.5 6.74 72.97 3.29
第一节 城市交通趋势及影响 二、城市机动车对城市空气污染的影响 1、能源消耗与污染排放
➢ 全世界所产生的全部能源中20％以上用于交通运输； ➢ 发达国家的城市中，汽车排放成为空气污染的最主要来
源。
➢ 燃料燃烧产生CO、HC、NOx ➢ 机动车排放是造成铅污染的主要原因
第一 类车
_
全部
2.2 1.0
1 级
RM≤1250
2.2
1.0
第二 类车
2 1250＜ 级 RM≤1700
4.0
1.25
3 级
1700＜RM
5.0
1.5
HC＋NOx
汽油 机
非直 喷柴 油机
0.5 0.7
0.5 0.7
0.6 1.0
0.7 1.2
直喷 柴油 机 0.9
0.9
1.3
1.6
PM 非直 喷柴 油机 0.08
第十一章
城市机动车污染控制
主要内容
1. 城市交通趋势及影响 2. 汽油发动机污染物的形成和控制 3. 柴油发动机污染物的形成和控制
第一节 城市交通趋势及影响 一、机动车保有量增长情况 1、世界机动车增长趋势
5000万(0.5亿)
6.5亿
大气污染控制工程2010-第12讲 城市机动车污染控制
中国汽车年产量（万辆）
16000
1000
888
15000 14000
722
900 800 700 600 500 400 300
183 207 234 325 444 571 507
12000 10000 8000 6467 6000 4000 2724 2000
200 100 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
6.0
NOx, g/kW hr
10
扬州大学环境科学与工程学院
城市交通趋势及影响
汽车新油耗法规（二氧化碳法规） 16
14 12
FC（L/100km）
10 8 6 4 2 0 USA Light Truck USA Car EUROPE
1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022 2026
Vehicles Per 1000 Person
800
600
Italy(667) Germany(588) France(588) UK(526) Japan(588)
400
Poland(345)
200
China(51)
0 0
Brazil(119)
S. Korea(286)
5000
10000
15000
HC:
不完全燃烧
壁面猝灭 油膜吸附
19
扬州大学环境科学与工程学院
汽油发动机污染物的形成与控制
NOx:
Thermal NO
Prompt NO Fuel NO
20
扬州大学环境科学与工程学院
16000
1000
888
15000 14000
722
900 800 700 600 500 400 300
183 207 234 325 444 571 507
12000 10000 8000 6467 6000 4000 2724 2000
200 100 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
6.0
NOx, g/kW hr
10
扬州大学环境科学与工程学院
城市交通趋势及影响
汽车新油耗法规（二氧化碳法规） 16
14 12
FC（L/100km）
10 8 6 4 2 0 USA Light Truck USA Car EUROPE
1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022 2026
Vehicles Per 1000 Person
800
600
Italy(667) Germany(588) France(588) UK(526) Japan(588)
400
Poland(345)
200
China(51)
0 0
Brazil(119)
S. Korea(286)
5000
10000
15000
HC:
不完全燃烧
壁面猝灭 油膜吸附
19
扬州大学环境科学与工程学院
汽油发动机污染物的形成与控制
NOx:
Thermal NO
Prompt NO Fuel NO
20
扬州大学环境科学与工程学院
第11章 城市机动车污染控制
汽车动力系统 Theoretical Combustion
•Carbon •Dioxide
•Water •Vapor
•Fuel •+
•Oxygen
•Energy动力
•Ignition点火
•ηet •汽油车: 0.25~0.3 •柴油车: 0.3~0.45
第11章 城市机动车污染控制
Engine Cylinder
第11章 城市机动车污染控制
•NOx: •Thermal NO •Prompt NO •Fuel NO
第11章 城市机动车污染控制
汽油车 Other Emissions
• Refueling Losses
• displaced vapors
• Evaporative Emissions • diurnal, running losses, hot soak
。 Q 1971年美国环保署为主要污染物制订国家环境大气质量标准。 Q 1975年第一个催化转换器在加州使用。 Q 1977年清洁空气法增补更严格的氮氧化物标淮，该标淮1988年起执行。 Q 1980年汽车制造商开始使用三元催化转换器，它能同时控制碳氢化合物、一氧化碳和氮
氧化物。 Q 1988年加州要求从1994年开始装备车上诊断仪。 Q 1990年加州提出低排放和零排放车辆的要求，联邦清洁空气法进一步修改，要求1994
Q 机内控制: 发动机设计 表面积/容积 越小越好; 电子控制技术; 多气门技术
Q 机外控制技术: 热反应器, 催化反应器(氧化, 还原--三效)
第11章 城市机动车污染控制
改进点火系统
第11章 城市机动车污染控制
Q 电控燃油 喷射系统
第11章 城市机动车污染控制
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尾气管排放物
Lead Hydrocarbons Carbon
Monoxide Oxides of
Nitrogen Carbon Dioxide Particulates Other pollutants Water Vapor
Ambient Air Real Fuel
Engine/Emission Technology
第11章城市机动车污染控制
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
1
第11章城市机动车污染控制
1、教学要求 要求了解城市交通趋势及影响 理解汽（柴）油发动机污染物的形成与来源 掌握其控制技术 2、教学重点 本章重点介绍汽油发动机污染物的形成与控制
，柴油发动机污染物的形成与控制 3、教学难点 柴油发动机污染物的形成与控制
建议学时数：2学时
2
Emission control of Internal Combustion Engines
3
Sectis
4
世界机动车增长趋势
21
行驶工况的影响 (IM240)
22
汽油车行驶工况与排放
1. 怠速, 减速时CO, HC排放高, 浓度约为: CO: 1.0-6%; HC: 400-3000ppm NOx: 10-100ppm
2. 加速, 定速时NOx高, 浓度约为: NOx: 1000-4000ppm CO: 0.5-3.0%; HC: 200-600ppm 加速时, 碳烟约为: 0.005g/m3
➢ 机动车收入弹性系数研究表明：收入增长1%，机动 车保有量增长1.02—1.94%
➢ 我国经济发展水平决定城市机动车保有量将会在一 定时期内保持迅速增加
7
中国机动车保有量增长情况
数量 (万辆)
1400 1200 1000
800 600 400 200
0 1978
1985
1987
1989 1991 年份
汽油发动机空燃比对污染物排放有何影响? 汽车排放的污染物有哪些? 汽油车污染排放包括哪些环节? 这些环节排放哪几种污染物?
-----------------目标是提高燃烧效率, 降低排放
New Cars Are Cleaner and More Efficient
注: MPG:英里/加仑
+100%
1993
1995
1997
8
中美机动车排放因子比较
污染物 轿车 轻型汽油车 重型汽油车
北京 美国
HC CO NOX HC CO NOX
7.24 72.37 1.84 1.86 14.03 1.02
9.64 45.19 2.84 2.24 17.7 1.14
13.17 195.55
4.5 6.74 72.97 3.29
Evaporative Emissions
diurnal, running losses, hot soak
Other Emissions
brake linings, tire wear, fluid leaks
17
Crankcase Losses
due to "blow-by"
讨论1: 汽车污染产生
9
北京市机动车排放污染分担率
污染物
年份
排放量 (万吨) 排放分担率(%)
1995 年
107.5
76.8
CO
1998 年
129.0
82.7
1995 年
9.38
40.2
NOx
1998 年
11.5
42.9
浓度分担率(%)
城区
中心区
76.5
86.3
84.1
89.5
68.4
72
72.8
73.6
10
汽车动力系统 Theoretical Combustion
讨论2: 影响排放的因素
汽车使用中哪些因素对排放影响大?
如何考虑汽车行驶工况对排放的影响? (如制定标准时, 计算排放量时)
主要控制技术
前处理: 无铅汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油(1200ppm-50ppm?) 废气再循环(EGR): 20%循环, 降低NOx约60%, 但油耗增加3%
机内控制: 发动机设计 表面积/容积 越小越好; 电子控制技术; 多气门技术
机外控制技术: 热反应器, 催化反应器(氧化, 还原--三效)
5
城市机动车污染现状
➢随着经济的快速发展，我国汽车保有量 连年高速增长
➢ 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
6
中国机动车保有量增长情况
➢ 近10年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速 度约14%
➢ 重点大城市保有量增长更快，北京市92年以来平均 增长速度超过20%
HC emissions of LDGV
y = 0.0114x + 0.6433 R2 = 0.1748
1
0.5
0 0
20
40
60
Accumulaged Mileage(104km)
20
汽车污染物产生来源
油箱和化油器蒸发 HC的15%
曲轴箱 HC 的 20%
排气管 所有的CO、NOX、Pb和
HC的 60%
HC CO NOx MPG
-70% -85% -85%
Percent change compared to new cars of the 1970 Model Year
19
Emission Factor(g/km)
排放性能的劣化 Conventional carburetor car
2.5 2
1.5
13
Stoichiometry等当点
汽油(C8H18)理 论空燃比: 约14.7
CO: 局部不均匀 残余HC
14
HC: 不完全燃烧 壁面猝灭 油膜吸附
15
NOx: Thermal Prompt NO Fuel NO
16
汽油车 Other Emissions
Refueling Losses
displaced vapors
Carbon Dioxide
Water Vapor
Fuel +
Oxygen
Energy动力
Ignition点火
ηet 汽油车: 0.25~0.3 柴油车: 0.3~0.45
11
Engine Cylinder
ε= (Vc+Vd)/Vc
ε=6~10，而柴 油机ε=16~24
12
Actual Combustion