淺談國(guó)內(nèi)柴油機(jī)排放過(guò)濾器的應(yīng)用
摘 要:簡(jiǎn)述了我國(guó)應(yīng)對(duì)機(jī)動(dòng)車污染防治的概況;針對(duì)柴油車污染后處理裝置,指出流通式或部分流通式過(guò)濾器不能有效降低柴油車排氣中的微粒數(shù)量,對(duì)微粒質(zhì)量的降低比例也僅在50%左右,而壁流式微粒過(guò)濾器對(duì)超細(xì)微粒的分離效率超過(guò)90%,能有效解決超細(xì)微粒對(duì)公眾健康的危害。
關(guān)鍵詞:柴油車;污染排放控制;流通式過(guò)濾器;壁流式微粒過(guò)濾器
改革開放30多年來(lái),中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展速度十分迅猛,目前已成為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)。2009年,我國(guó)已成為全球最大的汽車生產(chǎn)國(guó)。隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和車輛的大量使用,其污染排放亦給大中城市的大氣質(zhì)量帶來(lái)巨大的環(huán)境壓力。盡管近10年來(lái),國(guó)家汽車污染排放標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí),排放限值一再加嚴(yán),但是單車污染量的削減仍抵消不了汽車保有量的飛速增長(zhǎng),所帶來(lái)的大氣環(huán)境污染仍不斷惡化;同時(shí),汽車的快速增長(zhǎng)又給城市滯后建設(shè)的道路造成擁堵和大量“怠速排放”,更加加劇了尾氣排放造成的污染。這些都與節(jié)能減排、改善環(huán)境、以人為本等城市建設(shè)原則格格不入。
二十世紀(jì)九十年代,為了控制汽車污染排放,在參考?xì)W洲排放法規(guī)基礎(chǔ)上,我國(guó)相繼出臺(tái)了一系列排放標(biāo)準(zhǔn)、政策法規(guī)和管理措施。到目前為此,汽油車排放控制基本進(jìn)入了有效控制階段,三效催化轉(zhuǎn)化器得到了廣泛應(yīng)用;柴油車的污染排放控制在2008年底首次頒布了《柴油車排氣后處理裝置》(HJ 451-2008)標(biāo)準(zhǔn),但柴油車污染排放仍未能得到有效控制。造成柴油車污染排放控制滯后的原因很多,其中一個(gè)重要的原因是,我國(guó)還沒(méi)有掌握適合國(guó)情的柴油車排放后處理裝置技術(shù)。
目前國(guó)內(nèi)外柴油車排放控制目標(biāo)主要是柴油機(jī)廢氣中危害人體健康的微粒物(PM)。近年的最新研究發(fā)現(xiàn),微粒中的20~300納米的超細(xì)微?梢郧秩肴梭w的肺泡,沉積在肺部深處,是嚴(yán)重的致癌物質(zhì)。傳統(tǒng)的柴油車治理方法僅僅只能降低柴油車排氣中微粒物的質(zhì)量(重量),而不能真正減少微粒對(duì)人體的危害,因?yàn)橹挥薪档蛷U氣中20~300納米的超細(xì)微粒數(shù)量,才能有效地降低微粒對(duì)人體的危害。目前,歐盟已經(jīng)將柴油車排放超細(xì)微粒數(shù)量的限值6 × 1011 個(gè)/km列入歐5b標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)定歐5b標(biāo)準(zhǔn)將在2011年9月開始執(zhí)行,可見控制超細(xì)微粒對(duì)人體的危害的觀念已經(jīng)得到各國(guó)的認(rèn)同并付諸實(shí)施。
目前,控制柴油車微粒排放的裝置是主要有流通式或部分流通式微粒過(guò)濾器和壁流式微粒過(guò)濾器兩種。與壁流式微粒過(guò)濾器相比,流通式或部分流通式過(guò)濾器雖然能通過(guò)氧化反應(yīng)把捕集到的一部分微粒去除掉,但是由于該過(guò)濾器是流通式的,一部分微粒能直接順著通道排出過(guò)濾器。另外,一些非可氧化微粒物(如硫酸鹽)雖然會(huì)在過(guò)濾器上沉積一段時(shí)間,但最終還是會(huì)隨著尾氣氣流排到大氣中,從而對(duì)人體健康形成危害。所以該類型裝置不能有效降低柴油車排氣中的微粒數(shù)量,對(duì)微粒質(zhì)量的降低比例僅在50%左右,不能從根本上解決超細(xì)微粒對(duì)人體健康的危害。而壁流式微粒過(guò)濾器使用封閉型的過(guò)濾壁面對(duì)所流經(jīng)的微粒進(jìn)行攔截,對(duì)超細(xì)微粒數(shù)量的分離效率超過(guò)90%,因此大家公認(rèn)只有壁流式微粒過(guò)濾器才能最有效地解決超細(xì)微粒對(duì)公眾健康的危害。
鑒于流通式或部分流通式過(guò)濾器存在上述嚴(yán)重缺陷,歐洲國(guó)家及我國(guó)北京市目前從技術(shù)上提出了對(duì)采用這種裝置的一些限制。歐5b標(biāo)準(zhǔn)提出了微粒數(shù)量排放限值,實(shí)際上也就是針對(duì)流通式或部分流通式過(guò)濾器的缺陷。歐盟委員會(huì)在2007年12月的會(huì)議后規(guī)定:壁流式過(guò)濾器具有降低被認(rèn)為最有害于健康的超細(xì)微粒的優(yōu)點(diǎn),開放式過(guò)濾器盡管能滿足新的微粒排放質(zhì)量限值,但能夠使大量超細(xì)微粒通過(guò)。為阻止將來(lái)開放式過(guò)濾器發(fā)展的可能性,根據(jù)計(jì)劃在隨后階段會(huì)采用新的標(biāo)準(zhǔn)限制排放的微粒數(shù)量。
德國(guó)2008年在TGRS 554規(guī)定中明確指出,部分流通過(guò)濾器、開放式系統(tǒng)(即流通式)不屬于微粒過(guò)濾器(DPF)的技術(shù)規(guī)則范圍。TGRS過(guò)濾器技術(shù)規(guī)則中定義微粒過(guò)濾器,是一個(gè)由耐隔熱和耐腐蝕的外殼密封的合適的過(guò)濾介質(zhì),連續(xù)清除柴油引擎廢氣流的微粒成分,包括主要由碳組成的黑色固體、較小程度凝聚部分未燃的燃料,這保留了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行阻力在過(guò)濾器制造商批準(zhǔn)的微粒過(guò)濾系統(tǒng)的限制。DPF系統(tǒng)工作時(shí)不保證固定的分離比大于90%,部分流通過(guò)濾器、開放式系統(tǒng)等不屬于本技術(shù)規(guī)則的目的。
北京市制定的柴油車改造計(jì)劃也否定了部分流通及全流通式過(guò)濾器。2008年6月,當(dāng)時(shí)的技術(shù)支持單位北京汽車研究所專家指出,“正在開展的北京柴油機(jī)改造計(jì)劃中,我們只使用壁流式柴油機(jī)微粒過(guò)濾器。因?yàn)槲覀兊脑囼?yàn)研究發(fā)現(xiàn),柴油機(jī)氧化催化器、部分流通式柴油機(jī)微粒過(guò)濾器、流通式柴油機(jī)微粒過(guò)濾器不能有效降低柴油車對(duì)公眾健康的危害。”
具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳化硅壁流式微粒過(guò)濾器生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化基地已于2010年建成,并且該產(chǎn)品和再生控制系統(tǒng)(ART)已通過(guò)國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)及瑞士VERT規(guī)則檢測(cè),且比國(guó)外進(jìn)口同類產(chǎn)品的價(jià)格低廉,但因國(guó)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)尚未真正執(zhí)行,以及欠缺必要的油品質(zhì)量和政策支持等原因,這些產(chǎn)品未能全面進(jìn)行推廣;而且這類國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)口價(jià)格高昂、汽車企業(yè)不了解國(guó)內(nèi)的純碳化硅壁流式微粒過(guò)濾器的產(chǎn)品,因此建議國(guó)內(nèi)相關(guān)部門對(duì)這類產(chǎn)品的推廣能給予實(shí)際的支持,同時(shí)加強(qiáng)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)有效實(shí)施的力度,將好的環(huán)保產(chǎn)品應(yīng)用于實(shí)際,真正降低柴油車顆粒物對(duì)大氣環(huán)境和公眾健康的傷害。
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