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公交车使用废食用油制生物柴油的污染物排放及VOCs成分谱_胡志远,林骠骑,黄成,王红丽,景盛翱,楼狄明

北京市国四、国五公交车实际道路试验结果表明[27~29]:国四公交车可有效降低其CO、THC、PM 排放,但由于公交车实际运行工况的排气温度较低,致使SCR 系统效率较低,国四公交车的NOx 排放高于
下载次数:832 浏览次数:1504发布时间:2017-12-23 16:24
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挥发性有机污染物(volatile organic compounds, VOCs)是大气中普遍存在的一类化合物,VOCs化学活性强,是光化学污染物生体健康存在重要危害[3],各类人为源对区域VOCs的贡献引起研究者的广泛关注[4-7]。国内外源解析结果表明,机动车排放的VOCs占美国墨西哥城[8]、洛杉矶阿苏萨地区[9]、泰国曼谷[10]、伊朗德黑兰[11]城市大气VOCs的58.7%、22%、26%和61%,国内上海[12]、天津[13]、南京北郊[14]夏季空气VOCs的34%、25.1%和33.1%[14],并对北京市大气环境影响显著[3]。机动车排放的VOCs中含有大量烷径、烯烃、芳香烃等有毒有害物质,低碳数烷烃、烯径具有大气化学反应活泼性[15],是形成光化学烟雾的重要前体物,芳香烃对二次有机气溶胶贡献最大[16],不同车型机动车VOCs 排放分谱不同,汽油车以及摩托车尾气组成中芳香烃比例较高,柴油车的尾气组成中烷烃比例较高[17],柴油卡车实际道路尾气VOCs排放中羰基化合物占40%[18],农用车排放的甲苯、乙醛、二甲苯、对二甲苯等之和是其VOCs排放量的68.6%[19]。排放控制技术有利于降低车辆的VOCs排放,车辆行驶里程增加则VOCs排放增大 [20],汽油车起动工况排放的VOCs数量较高[21],随着排放标准的加严,汽油车VOCs排放降低[22]。生物柴油具有可再生性好等优点,可直接在柴油机上使用[23]。目前,生物柴油VOCs排放特性研究较少,且集中在发动机上。例如:Peng等[24]的研究表明,发动机使用混合比例为20%的生物柴油混合燃料后,其VOCs排放降低61.2%;Hu等[25]在一台单缸柴油上分析了乙醇-生物柴油-柴油混合燃料对发动机VOCs排放的影响。有关柴油车使用生物柴油后的VOCs成分谱研究未见报道。本文以国三、国五柴油公交车为研究对象,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交循环,分析其使用柴油、体积混合比例为10%的废食用油制生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放及VOCs 成分谱特征。成的主要前体物[1],也是二次有机气溶胶重要前体物[2],对环境空气质量和人试验时将公交车固定在底盘测功机上,根据车辆最大总质量的70%加载,通过滑行确定阻力系数,试验车辆为冷车状态。试验循环采用GB/T 19754-2005《重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》推荐的中国典型城市公交循环。该循环由怠速、低速、匀速、中速和中高速等工况构成,运行时间1314s,平均车速16.16 km·h-1,最高车速60 km·h-1。该循环与公交车实际行驶时低平均车速、高比例怠速,发动机低转矩、低转速等工况特点吻合较好[26]。试验时驾驶员根据司机助屏幕显示的车速-时间曲线驾驶车辆,车辆速度误差区间为该时目标车速的±3 km·h-1。通过实际驾驶循环与理论循环的相关性系数(>0.95)来判断试验的有效性。试验时利用CVS 系统测量车辆气体及颗粒物排放,同时利用射流稀释器抽取部分尾气,稀释比8.21,稀释温度120 ℃,利用苏玛罐采集稀释后的尾气,再进行离线VOCs 组分分析。由表4 可见,与国三柴油公交车比较,国五柴油公交车的THC、CO、PM 和固态PM2.5 数量排放分别降低39.3%、19.9%、77.4%和28.4%,NOx 排放升高31.7%。这是因为,国五柴油公交车采用了缸内清洁燃烧降低颗粒物+选择性催化还原SCR 尾气后处理装置降低NOx 的技术路线,缸内清洁燃烧技术导致国五公交车THC、CO、PM 和固态PM2.5 数量排放降低;另一方面,由于公交车试验循环的负荷相对较低,排气温度较低,致使SCR 系统效率偏低,国五公交车的NOx 排放高于国三公交车。北京市国四、国五公交车实际道路试验结果表明[27~29]:国四公交车可有效降低其CO、THC、PM 排放,但由于公交车实际运行工况的排气温度较低,致使SCR 系统效率较低,国四公交车的NOx 排放高于国三公交车,当公交车车速>30 km·h-1 时,SCR 才能逐渐呈现出其对NOx 的降低效果。同时由表4 可见,与使用柴油比较,国三、国五柴油公交车使用B10 的THC、CO、PM 和固态PM2.5数量排放降低,国三柴油车的NOx 排放增加,国五柴油车的NOx 排放降低。这是因为,生物柴油含氧,促进燃烧,THC、CO、PM 和固态PM2.5 数量排放降低,NOx 排放增加[23,30];另一方面,发动机使用生物油后导致其排温升高[31],提高了SCR 系统工作效率,这可能是国五公交车使用B10 后其NOx 排放降低的主要原因。2.2 VOCs 成分谱试验国三、国五柴油公交车使用柴油、B10 的VOCs 排放如图2 所示。从中可见,与国三柴油公交车比较,国五柴油公交车的VOCs 排放降低37.8%;与使用柴油比较,国三、国五公交车使用B10 后的VOCs排放分别降低10.3%和7.3%。因为,缸内清洁燃烧技术导致国五公交车VOCs 排放降低;同时,B10的含氧特性改善了燃料在缸内的燃烧,VOCs 降低。尤可为等[32]的研究结果表明:B20 发动机欧洲稳定循环的VOCs 排放降低了42.98%。由于中国典型城市公交循环发动机工况不同,且生物柴油混合比例不同,本研究得到的VOCs 降低比例相对较低。
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