基于实测的道路与非道路柴油车颗粒物排放特征初步研究

来源 :中国科学院烟台海岸带研究所 | 被引量 : 19次 | 上传用户:yunpiaosifang
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针对中国灰霾问题不断恶化的现状,亟需从源头控制PM排放。但是作为PM排放的主要来源,柴油车数量却呈逐年上升趋势。如今利用车载试验对其PM排放特征的研究日渐受到重视,尤其是非道路源柴油车。本研究利用车载系统测试了5辆道路源柴油车和6辆非道路源柴油车在实际行驶和工作状态下尾气中PM及其主要成分的排放因子及特征。除此之外,结合隧道试验测算了烟台市道路源机动车综合PM2.5排放因子及特征并以此估算了烟台市道路源汽油车和柴油车年PM2.5排放量。五辆柴油货车在不同道路上行驶时的PM排放速率范围为0.254-3.16 g·hr-1。在不同类型道路上PM排放速率大小为高速路>次干道>主干道。并且分析得出PM排放速率与车辆在道路上行驶的Bin区间分布有很大关系。五辆柴油货车在不同道路上行驶时的PM排放因子范围为176-951 mg·kg-1 fuel。其中OC、EC占PM的比重最高,排放因子范围分别为0.00-155 mg·kg-1 fuel和4.72-292 mg·kg-1fuel。且OC/EC的比值相对于其它研究结果偏高,可能与道路源柴油车在实际路况下行驶的瞬时变化有关。水溶性离子和无机元素的排放因子范围分别为4.68-50.2 mg·kg-1 fuel和0.634-11.2 mg·kg-1 fuel。其中Cr、Ni、Cu、Zn主要来自于柴油燃烧排放,而Ca、Mg、Fe、Ti和V主要来自于润滑油排放。五辆柴油货车PM中总正构烷烃、总多环芳烃、总霍烷和甾烷的排放因子范围分别为7.19-40.5、0.053-2.95和0.013-0.133 mg·kg-1 fuel。正构烷烃呈单峰分布、最大碳原子出现在C19和C20上、CPI范围为0.897-1.21、LMW(含碳数小于等于24的正构烷烃)/HMW(含碳数大于24的正构烷烃)范围为16.2-47.7。四环PAHs可占总PAHs比重的70.1%-82.5%,并且PAHs的特征比值指示柴油货车排放的PAHs多来自于柴油燃烧和挥发。对于霍烷、甾烷来说,占主要比重的为17A(H)-21B(H)-30-Norhopane和17A(H)-21B(H)-Hopane,可达到总霍烷、甾烷排放因子的69.4%-82.7%。六台挖掘机在工作、怠速和行走状态下的PM排放因子范围分别为97.8-2,750、75.3-1336和75.0-636 mg·kg-1 fuel。对比本研究测试得到的柴油货车PM排放因子,挖掘机PM排放因子的最大值为柴油货车PM排放因子的4.4倍。本研究测试得到的挖掘机PM排放因子明显高于国外非道路源的PM排放标准且部分超过目前中国正在实行的非道路移动源国2标准。各工况下PM平均排放因子大小顺序为工作>怠速>行走。且实行国2排放标准的挖掘机PM排放因子相对于国1前标准下降了58%。六台挖掘机OC、EC、水溶性离子和无机元素的平均排放因子范围分别为7.24-1,247、52.1-461、1.54-16.7、1.56-8.73 mg·kg-1 fuel。其中SO2-4/NO-3的比值范围为0.06-0.70<1而V/Ni、Zn/Cu和Fe/V的特征比值为0.26±0.81、1.13±2.00和2,150±2,865。四台挖掘机的总正构烷烃排放因子范围为7.13-222 mg·kg-1 fuel,明显高于柴油货车的值。挖掘机排放总PAHs排放因子与柴油货车的值相当。但是挖掘机排放颗粒物中CPI指数及PAHs的特征比值与柴油货车的结果略有不同。五卒山隧道和魁星楼隧道内道路源机动车PM2.5排放因子分别为70.1±15.9和22.2±6.52 mg·veh-1·km-1。五卒山隧道内道路源机动车排放PM2.5中各组分占总PM2.5的比例为OM(33.2%)、EC(32.1%)、无机元素(13.9%)和水溶性离子(9.2%)。魁星楼隧道内PM2.5中各组分比例为OM(21.2%)、EC(10.4%)、无机元素(8.90%)和水溶性离子(8.87%)。PM2.5、SO2-4、Pb的排放因子随着机动车排放标准和油品质量标准的不断加严而下降。由隧道试验计算得来的汽油车和柴油车PM2.5排放因子分别为7.36±6.51和415±52.0 mg·veh-1·km-1。对比隧道试验、台架试验和车载试验,发现三者的实验结果都有不同之处,其中台架试验的结果与其它两种结果的差异最大。最后估算了烟台市从2008年到2013年汽油车和柴油车PM2.5年排放量范围分别为581±513-1,353±1,197吨和19,627±2,477-23,042±2,887吨。
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