大气污染控制工程：第11章 城市机动车污染控制
《大气污染物控制工程》城市机动车污染控制
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7-11章思考题
第七章气态污染物控制技术基础内容提要：本章主要介绍气态污染物控制的原理及相关计算，包括气体扩散，气体吸收、吸附和催化的基本原理、工艺及气态污染物控制中的一些问题。
思考题：1.用双膜理论解释化学吸收的传质机理。
2.亨利定律可以推导出那些关系？亨利常数、相平衡常数、吸收系数、界面浓度之间有什么关系？3.如何理解传质方程式中总传质系数和分传质系数的实际意义？4.试解释物理吸附6种类型的吸附等温线的特点。
5.物理吸附和化学吸附相同点。
6.在希洛夫方程中K和h各有什么物理意义？其中h与哪些因素有关？7.试述确定保护作用时间和吸附层厚度的方法。
8.简述吸附剂再生方法。
9.什么是催化剂的活性、选择性和稳定性？催化剂的活性一般如何表示？10.空间速度和接触时间的含义是什么？11.为什么说气固催化反应过程的总反应速度受三个过程的影响？三个过程指什么？12.SO2催化氧化的动力学方程。
13.工业上常用的催化反应器有几种形式？选择催化反应器时应遵循的原则？第八章硫氧化物的污染控制内容提要：本章在简要介绍硫循环和硫排放的基础上，系统讨论二氧化硫的各种控制方法，包括基本原理、操作工艺条件、设备选择、适用范围及经济特性。
思考题：1.全球硫循环过程。
2.分析我国S02排放的主要来源，并指出应推行的控制政策与技术。
3.试描述燃烧前燃料脱硫的优缺点。
4.描述流化床燃烧脱硫及脱硫剂再生的化学机理。
5.分析流化床燃烧脱硫的主要影响因素，如何提高其脱硫效率?6.如何对流化床燃烧的脱硫剂进行再生?7.如果回收我国所有燃煤电厂排放的S02，并制成硫或硫酸，将会对化学工业造成什么影响?8.目前有哪些类型的脱硫塔?其优缺点各是什么?9.试分析比较抛弃法和回收法烟气脱硫的优缺点。
10.燃煤电厂可采取何种控制措施以达到我国当前的S02排放标准? 分析这些措施的可行性。
11.脱硫系统的不同部分对设备材料有何要求?如何延长设备的使用寿命?12.如何解决脱硫系统的结垢和堵塞问题?13.海水脱硫的原理是什么?该工艺有哪些潜在的问题?14. 影响喷雾干燥脱硫效率的主要因素有哪些?15. 如何提高炉内喷钙工艺的脱硫效率?该脱硫方法会对锅炉和除尘器有哪些不利影响?为什么它适合于老厂改造?16. 干法脱硫相对于湿法有哪些优越性?17. 查阅文献，分析目前脱硫技术的发展方向。
大气污染控制工程重点
大气污染控制工程重点第一章概论第一节大气与大气污染1、大气污染：大气污染系指由于人类活动或者自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了生态环境。
2、酸雨：在清洁的空气中被CQ饱和的雨水pH为5.6,故将pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水（如雾、露、霜）称为酸雨。
第二节大气污染物及其来源1、大气污染物的种类很多,按其存在的状态可概括为两大类：气溶胶状态污染物、气体状态污染物。
2、气溶胶状态污染物：气体介质和悬浮在其中的分散粒子所组成的系统称为气溶胶。
3、霾（或灰霾）：霾天气是大气中悬浮的大量微小尘粒使空气浑浊,能见度降低到10km以下的天气现象,易出现在逆温、静风、相对湿度较大等气象条件下。
4、总悬浮颗粒（TSP :指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100 口的颗粒物。
5、可吸入颗粒物（PM io）:指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径10g 的颗粒物。
6、气态污染物的种类很多，总体上可分为五类：以二氧化硫为主的含硫化合物，以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物，碳的化合物，有机化合物和卤素化合物等。
7、对于气态污染物，可分为一次污染物和二次污染物。
一次污染物是指直接从污染源排到大气中的原始污染物质；二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。
8、硫酸烟雾：硫酸烟雾系大气中的SQ等硫氧化合物，在有水雾、含有重金属的悬浮颗粒物或氮氧化物存在时，发生一些列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。
9、光化学烟雾：光化学烟雾是在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾（有时带些紫色或黄褐色）。
其主要成分有臭氧、过氧乙酰硝酸酯、酮类和醛类等。
光化学烟雾的刺激性和危害要比一次污染物严重得多。
第四节大气污染综合防治本节内容为了解的章节（不排除在最后一题中出现，最后一章的机动车污染防治也是一样），防治措施为以下7种，具体内容请看书本。
大气污染控制工程-教学大纲
《大气污染控制工程》教学大纲一、课程基本信息课程代码：课程英文名称：Air Pollution Control Engineering课程类型：必修课先修课程：《高等数学》《环境工程原理》《物理化学》学分：4总学时：64（理论学时：64）二、课程性质、目的与任务《大气污染控制工程》是环境工程专业的一门主干专业课程，由讲课、实验、课程设计等环节组成。
学习本课程之前要求先修完《高等数学》、《环境工程原理》、《物理化学》等有关基础课或专业基础课。
通过本课程的学习与实践，全面掌握大气污染的来源、途径和机理（包括基本概念、基本理论、基本技能）、大气污染控制的原理、方法和实践以及前沿研究领域，同时，还要求掌握与此相关的标准和政策法规及其发展前景。
通过本课程的学习，达到三个目标：（1）学习必要的理论知识和方法、技巧；（2）培养学生工程设计能力和研究能力，解决大气污染问题的实际操作、设计等实践实验能力；（3）了解大气污染控制工程领域前沿研究内容，激发学生的创造力，培养创新思维。
三、课程教学内容与要求（一）概论要求了解大气污染的分类、组成、分布及大气污染问题，理解大气污染的综合防治措施定义。
（1）大气污染和大气污染物（2）大气污染及其控制情况（3）大气污染的综合防治措施（4）大气环境标准2、教学重点大气污染的综合防治措施。
3、教学难点大气污染的来源，大气污染的综合防治措施。
（二）燃烧与大气污染1、教学内容与要求要求了解燃料的种类、组成，理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理，掌握燃烧的计算。
（1）燃料的性质（2）燃料燃烧过程（3）烟气体积及污染物排放量计算（4）燃烧过程硫氧化物的形成与控制（5）燃烧过程氮氧化物的形成与控制（6）燃烧过程中颗粒污染物的形成（7）燃烧过程中其他污染物的形成重点理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理，重点掌握燃烧过程污染物排放计算。
3、教学难点燃烧过程污染物排放计算。
（三）大气污染气象学1、教学内容与要求要求了解与大气污染相关的气象学基本知识，理解和掌握大气圈的结构、主要气象要素、大气稳定度和逆温的概念。
郝吉明第三版大气污染控制工程课后答案完整版
大气污染控制工程课后答案（第三版）主编：郝吉明马广大王书肖目录第一章概论第二章燃烧与大气污染第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式第五章颗粒污染物控制技术基础第六章除尘装置第七章气态污染物控制技术基础第八章硫氧化物的污染控制第九章固定源氮氧化物污染控制第十章挥发性有机物污染控制第十一章城市机动车污染控制第一章 概 论1.1 干结空气中N 2、O 2、Ar 和CO 2气体所占的质量百分数是多少？ 解：按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n N2=0.781mol ，n O2=0.209mol ，n Ar =0.00934mol ，n CO2=0.00033mol 。
质量百分数为%51.75%100197.2801.28781.0%2=⨯⨯⨯=N ，%08.23%100197.2800.32209.0%2=⨯⨯⨯=O ；%29.1%100197.2894.3900934.0%=⨯⨯⨯=Ar ，%05.0%100197.2801.4400033.0%2=⨯⨯⨯=CO 。
1.2 根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO 2、NO 2、CO 三种污染物日平均浓度限值的体积分数。
解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO ：4.00mg/m 3。
按标准状态下1m 3干空气计算，其摩尔数为mol 643.444.221013=⨯。
故三种污染物体积百分数分别为：SO 2：ppm 052.0643.44641015.03=⨯⨯-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03=⨯⨯- CO ：ppm 20.3643.44281000.43=⨯⨯-。
1.3 CCl 4气体与空气混合成体积分数为1.50×10－4的混合气体，在管道中流动的流量为10m 3N 、/s ，试确定：1）CCl 4在混合气体中的质量浓度ρ（g/m 3N ）和摩尔浓度c （mol/m 3N ）；2）每天流经管道的CCl 4质量是多少千克？解：1）ρ（g/m 3N ）334/031.1104.221541050.1N m g =⨯⨯⨯=-- c （mol/m 3N ）3334/1070.6104.221050.1N m mol ---⨯=⨯⨯=。
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
大气污染控制技术课件——城市机动车污染控制
Turbo-charge and Emission (采用增压和中冷技术)
Inter-cooler
Oxidation catalyst (氧化催化剂)
Particulate Trap (颗粒补集器)
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
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)
Compressed Ignition Engines
27
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, 最先实现3升车。 汽油车加速性好, 正在开发缸内直喷发动机技术。
------目标是提高燃烧效率, 降低排放
排放性能的劣化 Conventional carburetor car
2.5 2
HC emissions of LDGV
y = 0.0114x + 0.6433 R2 = 0.1748
Emission Factor(g/km)
1.5
1
0.5
Байду номын сангаас
0
0
20
40
60
Section 4
新型动力车
Advanced Technology
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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
第二时期（美国20世纪80年代到90年代初）
汽车排放控制技术发展最快阶段。 ➢ CO、HC、NOx排放限值是实施前的十分之一左右 ➢ 实现了汽油无铅化 ➢ 主要技术：三效催化剂、电子燃油喷射技术
第三时期（美国20世纪90年代到21世纪初） 低排放时期
➢ CO、HC、NOx排放限值先降低30－60％再降低50 ％，几乎达到零排放
0.64
0.2
0.15
0.50
0.56
0.05
RM≤13 05
2.3
0.64
0.2
0.15
0.50
0.56
0.05
1305＜
RM≤17 4.17
0.80
0.25
0.18
0.65
0.72
0.07
60
1760＜ RM
5.22
0.95
0.29
0.21
0.78
0.86
0.10
第一节 城市交通趋势及影响
➢我国的机动车污染防治工作始于20世纪80年代。 ➢1999年，国家环保总局制定了车用汽油有害物质控制标准和 相当于欧洲1号和欧洲2号排放法规的国家第一、二阶段轻型 汽车和重型车用压燃式发动机排气污染物排放标准
➢1992年起开始实施欧Ⅰ（欧Ⅰ型式认证排放限值） ➢1996年起开始实施欧Ⅱ（欧Ⅱ型式认证和生产一致性排放限值） ➢2000年起开始实施欧Ⅲ（欧Ⅲ型式认证和生产一致性排放限值） ➢2005年起开始实施欧Ⅳ（欧Ⅳ型式认证和生产一致性排放限值）
第一节 城市交通趋势及影响
欧洲法规（指令）标准的计量是以汽车发动机单位行驶距离的 排污量（g/km）计算。
第一节 城市交通趋势及影响 2、汽车排放法规历程
美国光化学烟雾实件 石油型空气污染
加利福尼亚州成为世界上第一个实施控制汽车排放法规的地区 （1）汽车排放法规的发展分三个时期：
第一时期（美国20世纪70年代）排放法规的起步和完善 ➢ 污染物降低的比例为40－60％。 ➢ 主要进行发动机的改造，包括燃烧系统改进和化油器改进
数量/104辆
1400 1200 1000
800 600 400 200
0 1978
1985
1987
1989
1991 年份
1993
1995
1997
第一节 城市交通趋势及影响
➢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%
欧洲排放标准将汽车分为: 第一类车：总质量不超过3500公斤（轻型车） 第二类车：总质量超过3500公斤（重型车）两类
欧Ⅰ型式认证排放限值
车辆类别
基准质量（RM ）kg
第一类车
全部
1级 RM≤1250
第二类车 2级 1250＜RM≤1700
3级 RM＞1700
限值g/km
CO
HC＋NOx
2.72 0.97（1.36）
2.72 0.97（1.36）
5.17 1.40（1.96）
6.90 1.70（2.38）
PM 0.14（0.20） 0.14（0.20） 0.19（0.27） 0.25（0.35）
第一节 城市交通趋势及影响
欧Ⅱ型式认证和生产一致性排放限值
限值g/km
车辆类别
基准质量 （RM）kg
CO
汽油 机
柴油 机
➢中国于2007年7月1日起实施Ⅲ号标准。其尾气污染物排放限 值比第Ⅱ阶段标准降低了30%
第二节 汽油发动机污染物的形成和控制
一、汽油机的工作原理和污染来源
1、工作原理
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
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
0.08
0.12
0.17
直喷 柴油 机 0.10
0.10
0.14
0.20
第一节 城市交通趋势及影响
欧Ⅲ型式认证和生产一致性排放限值
车辆类别
第一类 车
1级
第二类 车
2级
3级
基准质 量（RM ）kg
限值g/km CO 汽油机 柴油机
HC 汽油机
NOx 汽油机
柴油机
HC＋ NOx
柴油机
PM 柴油机
全部 2.3
➢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
3、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
HC
7.24
北京
CO
72.37
NOX
1.84
HC
1.86
美国
CO
14.03
NOX
1.02
9.64 45.19 2.84 2.24 17.7 1.14