自2009年开始,我国汽车产销量已连续位居世界第一位,同时,汽车污染也成为我国空气污染的重要来源。据资料介绍,柴油车排放的颗粒物约占我国汽车排放总量的90%。降低柴油车排放的颗粒物已成为我国治理大气污染重点的治理项目。
1 黄标车“黄改绿”
黄标车是指排放标准达不到国Ⅰ的汽油车或者是达不到国Ⅲ的柴油车。这一类型的车,贴的环保标志是黄色的,而不是绿色的,俗称为黄标车。
为减少机动车排气污染,对部分车况较好、残存价值较高的国Ⅱ标准柴油黄标车可以通过加装尾气净化设备,使其颗粒物排放达到国Ⅲ以上标准的绿标车水平,换发“黄改绿”标志(简称“黄改绿”)。
按照有关政策规定,参加“黄改绿”的柴油车应满足下列条件:取得黄色环保检验合格标志;非危险货物运输车辆;2005年1月1日后注册登记、排放达到国Ⅱ标准且行驶里程不超过30万km的车辆;车况及发动机应处于良好工作状态,并满足车辆轮边功率与标定功率百分比不小于50%(暂未执行)以及自由加速法光吸收系数不大于2.0 m-'。
车主自愿对在用柴油黄标车进行“黄改绿”的,政府给予财政补贴。按照“黄改绿”的改装价格,政府和车主各承担50%的费用,其中政府承担部分原则上不超过同时段、同车型的黄标车提前淘汰补贴标准。
2 柴油机颗粒物控制技术
柴油机颗粒物(PM)排放控制主要包括机内和机外两种途径。所谓机内净化,就是通过改善柴油的雾化质量、优化燃烧和发动机参数等手段,减少PM的生成;而机外净化(后处理)是指通过外加的装置或设备,将发动机产生的PM排放在从发动机排气管排出前加以降低。目前,比较常用的柴油机颗粒物后处理技术有柴油机氧化催化器(DOC)、颗粒氧化催化器(POC)、柴油机颗粒物过滤器(DPF)等。
2.1 柴油机氧化催化器(DOC)
柴油机氧化催化器DOC(Diesel Oxidation Catalyst)是最早使用的柴油机颗粒物后处理装置。DOC是将氧化催化剂(主要活性成分是铂和钯)涂敷在陶瓷或金属载体制成
的,其结构与汽油车的三元催化器类似。DOC用于氧化废气中的CO、HC及PM中的部分有机可溶物(SOF),其对颗粒物的转换效率可以达到15%左右。但对于含硫量较高的柴油,使用DOC会使颗粒物排放中的硫酸盐比例增大,因而降低了氧化SOF的效果,有时甚至使PM排放增加。燃料中的硫还会引起催化剂中毒,所以,使用高硫柴油会极大地影响DOC的净化效果,也会降低使用寿命。
2.2 颗粒氧化催化器(POC)
颗粒氧化催化器POC (Particle Oxidation Catalyst)的过滤层通常采用金属网构成,其过滤通道为流通式结构,并成褶皱形状。这种结构使得废气在流动过程中要么沿着褶皱的通道前行,要么需要穿过过滤层(过滤层即用于捕集颗粒)。DOC的过滤层上游涂覆了贵金属催化剂,具有选择性催化氧化功能,在催化剂的作用下,NO2在正常的排气温度下分子键即可断裂,NO2→NO+O,产生的O与过滤捕捉到的C颗粒燃烧,生成CO2排出。POC系统不会出现堵塞过滤层的现象,因此,使用中不需要再生和清理过滤层,其对颗粒物的转换效率可以达到50%左右。
2.3 柴油机颗粒物过滤器(DPF)
柴油机颗粒物过滤器DPF(Diesel Particulate Filter)是降低柴油机PM排放最有效且成熟的后处理技术。无论采用哪种类型的DPF,分离过程一般都是通过多孔阻碍的方式迫使颗粒物停留在过滤器上。DPF最常见的设计结构是壁流式滤芯构造,该类型DPF通常采用圆柱形陶瓷结构,在轴向上形成许多的细小、平行通道,壁流式滤芯结构在过滤层相邻的通道中,选择两端中的任意一端堵塞,从而强迫废气通过多孔壁面,实现对颗粒物的捕集。
(1)DPF的材料。DPF一般采用的材料包括铁铬镍、铝钦酸盐和多孔碳化硅等,其中,多孔碳化硅具有耐腐蚀、高机械性能、较好的热容和热导,被广泛地使用。
(2)DPF的再生。随着发动机工作时间的延长,废气中炭烟持续的流入最终将不可避免堵塞过滤器,使排气背压增大,造成发动机的性能下降。因此,必须将捕获到的颗粒物通过氧化从过滤器中去除,此过程简称DPF再生。
根据再生原理不同,DPF的再生可分为被动再生和主动再生。被动再生是利用燃油添加剂(FBC)或催化剂等来降低颗粒物的着火温度,使颗粒物在正常的柴油机排气温度下燃烧而进行再生;主动再生是利用外加能源使排气温度达到颗粒物的着火温度(500℃~600℃)而进行再生,主要有喷油或喷燃气助燃再生、电加热再生、微波加热再生、红外加热再生及逆向喷气再生等方式。
3 黄标车“黄改绿”的应用技术
目前,环保部门公布实施“黄改绿”治理的设备供应企业推荐名单(第一批)为贵州黄帝车辆净化器有限公司、北京润沃达汽车科技有限公司和深圳车佳科技有限公司。上述三家产品的应用技术类似,价格也差别不大,下文以北京润沃达公司产品为例,分析其应用的技术。
3.1 系统的组成
北京润沃达公司的DPF系统是与意大利倍耐力爱科公司战略合作产品。该系统采用壁流式无催化剂涂层的碳化硅过滤器,利用燃油添加剂(CAM FBC)实现被动再生,并采用车载电源电加热实现主动辅助再生。润沃达DPF系统的组成如图1所示。