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公交車使用廢食用油制生物柴油的污染物排放及VOCs成分譜_胡志遠,林驃騎,黃成,王紅麗,景盛翱,樓狄明

北京市國四、國五公交車實際道路試驗結果表明[27~29]:國四公交車可有效降低其CO、THC、PM 排放,但由于公交車實際運行工況的排氣溫度較低,致使SCR 系統效率較低,國四公交車的NOx 排放高于
下載次數:391 瀏覽次數:672發布時間:2017-12-23 16:24
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文檔詳情

揮發性有機污染物(volatile organic compounds, VOCs)是大氣中普遍存在的一類化合物,VOCs化學活性強,是光化學污染物生體健康存在重要危害[3],各類人為源對區域VOCs的貢獻引起研究者的廣泛關注[4-7]。國內外源解析結果表明,機動車排放的VOCs占美國墨西哥城[8]、洛杉磯阿蘇薩地區[9]、泰國曼谷[10]、伊朗德黑蘭[11]城市大氣VOCs的58.7%、22%、26%和61%,國內上海[12]、天津[13]、南京北郊[14]夏季空氣VOCs的34%、25.1%和33.1%[14],并對北京市大氣環境影響顯著[3]。機動車排放的VOCs中含有大量烷徑、烯烴、芳香烴等有毒有害物質,低碳數烷烴、烯徑具有大氣化學反應活潑性[15],是形成光化學煙霧的重要前體物,芳香烴對二次有機氣溶膠貢獻最大[16],不同車型機動車VOCs 排放分譜不同,汽油車以及摩托車尾氣組成中芳香烴比例較高,柴油車的尾氣組成中烷烴比例較高[17],柴油卡車實際道路尾氣VOCs排放中羰基化合物占40%[18],農用車排放的甲苯、乙醛、二甲苯、對二甲苯等之和是其VOCs排放量的68.6%[19]。排放控制技術有利于降低車輛的VOCs排放,車輛行駛里程增加則VOCs排放增大 [20],汽油車起動工況排放的VOCs數量較高[21],隨著排放標準的加嚴,汽油車VOCs排放降低[22]。生物柴油具有可再生性好等優點,可直接在柴油機上使用[23]。目前,生物柴油VOCs排放特性研究較少,且集中在發動機上。例如:Peng等[24]的研究表明,發動機使用混合比例為20%的生物柴油混合燃料后,其VOCs排放降低61.2%;Hu等[25]在一臺單缸柴油上分析了乙醇-生物柴油-柴油混合燃料對發動機VOCs排放的影響。有關柴油車使用生物柴油后的VOCs成分譜研究未見報道。本文以國三、國五柴油公交車為研究對象,在重型底盤測功機上運行中國典型城市公交循環,分析其使用柴油、體積混合比例為10%的廢食用油制生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放及VOCs 成分譜特征。成的主要前體物[1],也是二次有機氣溶膠重要前體物[2],對環境空氣質量和人試驗時將公交車固定在底盤測功機上,根據車輛最大總質量的70%加載,通過滑行確定阻力系數,試驗車輛為冷車狀態。試驗循環采用GB/T 19754-2005《重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》推薦的中國典型城市公交循環。該循環由怠速、低速、勻速、中速和中高速等工況構成,運行時間1314s,平均車速16.16 km·h-1,最高車速60 km·h-1。該循環與公交車實際行駛時低平均車速、高比例怠速,發動機低轉矩、低轉速等工況特點吻合較好[26]。試驗時駕駛員根據司機助屏幕顯示的車速-時間曲線駕駛車輛,車輛速度誤差區間為該時目標車速的±3 km·h-1。通過實際駕駛循環與理論循環的相關性系數(>0.95)來判斷試驗的有效性。試驗時利用CVS 系統測量車輛氣體及顆粒物排放,同時利用射流稀釋器抽取部分尾氣,稀釋比8.21,稀釋溫度120 ℃,利用蘇瑪罐采集稀釋后的尾氣,再進行離線VOCs 組分分析。由表4 可見,與國三柴油公交車比較,國五柴油公交車的THC、CO、PM 和固態PM2.5 數量排放分別降低39.3%、19.9%、77.4%和28.4%,NOx 排放升高31.7%。這是因為,國五柴油公交車采用了缸內清潔燃燒降低顆粒物+選擇性催化還原SCR 尾氣后處理裝置降低NOx 的技術路線,缸內清潔燃燒技術導致國五公交車THC、CO、PM 和固態PM2.5 數量排放降低;另一方面,由于公交車試驗循環的負荷相對較低,排氣溫度較低,致使SCR 系統效率偏低,國五公交車的NOx 排放高于國三公交車。北京市國四、國五公交車實際道路試驗結果表明[27~29]:國四公交車可有效降低其CO、THC、PM 排放,但由于公交車實際運行工況的排氣溫度較低,致使SCR 系統效率較低,國四公交車的NOx 排放高于國三公交車,當公交車車速>30 km·h-1 時,SCR 才能逐漸呈現出其對NOx 的降低效果。同時由表4 可見,與使用柴油比較,國三、國五柴油公交車使用B10 的THC、CO、PM 和固態PM2.5數量排放降低,國三柴油車的NOx 排放增加,國五柴油車的NOx 排放降低。這是因為,生物柴油含氧,促進燃燒,THC、CO、PM 和固態PM2.5 數量排放降低,NOx 排放增加[23,30];另一方面,發動機使用生物油后導致其排溫升高[31],提高了SCR 系統工作效率,這可能是國五公交車使用B10 后其NOx 排放降低的主要原因。2.2 VOCs 成分譜試驗國三、國五柴油公交車使用柴油、B10 的VOCs 排放如圖2 所示。從中可見,與國三柴油公交車比較,國五柴油公交車的VOCs 排放降低37.8%;與使用柴油比較,國三、國五公交車使用B10 后的VOCs排放分別降低10.3%和7.3%。因為,缸內清潔燃燒技術導致國五公交車VOCs 排放降低;同時,B10的含氧特性改善了燃料在缸內的燃燒,VOCs 降低。尤可為等[32]的研究結果表明:B20 發動機歐洲穩定循環的VOCs 排放降低了42.98%。由于中國典型城市公交循環發動機工況不同,且生物柴油混合比例不同,本研究得到的VOCs 降低比例相對較低。
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