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柴油發電機排放標準

 

摘要：柴油發電機排放標準是指柴油發電機排放物中限定的各種污染物的最高排放限值。它是由國家環境保護部門制定的，旨在限制污染物對環境的影響，并促進我們社會的可持續發展。由于柴油發電機是我們社會中提供能源的主要設備，因此柴油發電機排放標準至關重要。

 

一、排放污染物的組成

 

從總體看，由于柴油機的平均混合氣濃度比汽油機稀得多，即使在高負荷區，平均過量空氣系數也遠大于1，所以柴油機總有足夠的氧氣對已形成的CO和HC進行氧化。柴油機的CO和HC排放量要比汽油機低得多。從細節上看，柴油機CO和HC的具體生成原因也與汽油機有所不同。

 

圖1 柴油發電機排放污染物比例

 

1、CO

柴油機CO主要源于缺氧造成噴注中過濃部分的不完全燃燒。

2、HC

柴油機HC的生成主要有下述兩個原因：

（1）滯燃期中，處于噴注前緣（圖2）的極稀混合氣，其濃度遠低于燃燒極限而無法著火便產生HC。滯燃期越長，滯燃期中噴油量越多，過分稀釋的混合氣也越多，HC排放也就增多。

（2）在柴油機中，噴霧質量、噴霧貫穿度、與空氣的混合等因素對未燃HC的生成影響很大。噴油器結構不合理，特別是針閥后壓力室容積過大是形成未燃HC的重要原因。此外，竄機油，起動時不著火以及不正常噴射（如二次噴射）也是產生未燃HC的原因。在冷起動、怠速、低負荷等條件下，噴注中的大顆粒油滴來不及蒸發，嚴重的后燃也會造成未燃HC的排放。

3、NO_X

柴油機的NO_X生成條件與汽油機相同，也是高溫、富氧和較長的作用時間，但是達到上述條件的具體情況各不相同。

柴油機在燃燒過程中產生NO_x的區段有速燃期的稀燃火焰區和緩燃期的擴散燃燒區。因為這兩個區段具有生成NOx的條件。

4、微粒和碳煙

柴油機中，微粒和碳煙的生成源于高溫和局部混合氣過濃。

混合氣越濃，其中碳成分就越多。在柴油噴注中，混合氣濃度由芯部的極濃到前緣的極稀，所以噴注在燃燒過程，芯部總會有自由碳產生。

混合氣在高于一定溫度條件下，某些燃料分子會產生熱裂解而分解成許多分子量低而碳比例高的碳氫化合物，如乙炔、乙烯等，其中也有自由碳。以這些裂解產物為核心，會不斷使表面增和凝聚，尺寸不斷擴大，形成球形粒子。到一定尺寸后，多個粒子又會聚成鍵狀的集合體。當燃燒進行到末期，缸內溫度下降，一些未燃HC和有機、無機物凝結和赫附在這些集合體表面，這就成為柴油機排氣中的微粒。

碳煙生成量與溫度和混合氣濃度的關系見圖3。 1327～1427℃的溫度對碳煙形成的影響最大；混合氣越濃，碳煙值越大。

 

圖2 柴油機滯燃期噴入氣缸的噴注形狀圖

圖3 柴油機碳煙生成量與溫度和混合氣濃度關系

 

 

二、柴油發電機排放標準內容

 

1、柴油發電機的排放中，二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NO_x）是必須控制的主要污染物，其最高排放限值分別為0.25克/升和0.25克/升。

2、柴油發電機煙氣排放中有害氣體含量也是必須嚴格控制的，一般來說，CO，HC，PM等有害氣體的最高排放限值分別為1.2克/升，0.07克/升，0.01克/升。

3、柴油發電機的噪聲也是必須進行控制的，一般來說，噪聲的最高排放限值為85分貝。

4、柴油發電機的排放也必須按照一定的標準進行控制，如排放必須符合國家環保法規的要求。

在使用柴油發電機的過程中，必須加強污染物檢測，確保機組符合國家排放標準。只有這樣，才能確保柴油發電機排放物對環境的影響是可控的，從而實現我們社會的可持續發展。

 

三、最新國四標準的要求

 

“非道路國四”標準于2022年12月1日如期施行，要求所有生產、進口和銷售的560kW以下（含560kW）非道路移動機械及其裝用的柴油機應符合本標準要求。

1、提升排放控制技術

選擇性催化還原裝置（SCR如圖4所示）和顆粒捕集器（DPF如圖5所示）等先進排放控制技術在非道路移動機械領域的應用大幅度提升，促進柴油機及相關零部件行業進一步發展。

2、提升環境監管效果

通過遠程監控排放控制系統運行狀況，保證其在實際使用過程中正常發揮作用，防止污染控制裝置失效或遭到破壞。

3、提升產品國際競爭力

排放控制水平與技術要求與歐、美現階段標準相當，實現國際接軌，同時在整機實際排放測試等方面更加先進。

4、提升空氣環境質量貢獻

NO_x、HC和PM排放限值均有所提升，據中國環境科學研究院機動車排污監控中心測算，到2025年將減排NOx 37.5萬噸、PM 3.2萬噸，減排比例分別達到12.5%和19.3%。

目前現行的排放標準已經達到國四標準，原先一般地區使用的柴油發電機組一般采用國二標準即可。京津冀地區則主要選用國三標準，對于環保要求高的地區，也建議選擇國三標準，而隨著國四標準的發布實施，柴油發電機組必將逐步采取更高的環保執行標準。

 

圖4 柴油機SCR尾氣處理系統

圖5 柴油機DPF系統工作原理圖

 

 

四、環保部關于GB16297-1996 的適用范圍的回復

 

1、來信：

　　最近幾年來，隨著社會各方對大氣環境狀況的越來越重視，各級環保部門的執法力度也逐漸加強，但由于各種原因，也帶來一些法規適用性方面的困惑。 GB16297-1996 《大氣污染物綜合排放標準》從1997年1月開始實施，對規范各類固定式污染源的污染物排放起到了極大的作用。其中適用范圍1.2.1條規定：“按照綜合性排放標準與行業性排放標準不交叉執行的原則，......，其它大氣污染物排放均執行本標準。” 這里“其他大氣污染物排放”涵蓋了所有的情況，因此，很多地方政府在進行項目環境評審時，將固定式柴油發電機組也納入到該標準的適用范圍。 但實際情況中，固定式柴油發電機組常常無法滿足該標準的要求，比如該標準第5章規定一類區域禁止新建擴建污染源，但很多新建設施需要安裝應急用發電機組，另外標準規定排氣筒要高出周圍200米范圍內建筑物5米以上，這對柴油發電機組來說也是無法滿足要求的。同時，該標準規定的氮氧化物和顆粒物排放濃度對于當前市場的產品來說也是非常苛刻的，無法滿足要求。 希望能針對該標準的使用范圍做一說明，明確是否適用于固定式柴油發電機組產品。

2、回復內容：

　　目前，我國還沒有專門的固定式柴油發電機污染物排放標準，柴油發電機污染物排放控制應參照《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）執行。該標準除對污染物排放濃度有明確要求外，對排氣筒高度和排放速率也有具體規定。考慮到加高固定式柴油發電機排氣筒高度會導致燃料燃燒不充分、增大污染物排放等現象，以及大功率柴油機存在無法滿足排放速率限值的情況，建議目前固定式柴油發電機污染物排放濃度按照《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）中的最高允許排放濃度指標進行控制，對排氣筒高度和排放速率暫不作要求。待《固定式壓燃式發動機及設施排放標準》出臺后，固定式柴油發電機污染物排放按此標準執行。

 

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