2014年APEC期间北京市空气颗粒物粒谱分布特征研究

为了研究APEC减排期间不同模态颗粒物数浓度分布特征,使用扫描电迁移率粒径分析仪（Scanning Mobility Particle Sizer,3936,TSI,4~737 nm）和空气动力学粒径谱仪（Aerodynamic Particle Sizer,3321,TSI,0.54~19.81 μm）对2014年APEC会议期间北京市空气颗粒物进行观测.根据核模态、爱根核模态、积聚模态和粗粒子模态颗粒物的数浓度变化和粒谱分布特征.结果表明：APEC会议期间（减排第2阶段,11月6日-12日）空气颗粒物主要以爱根核模态和积聚模态颗粒物为主,其数浓度分别为9.96×10³ cm^-3和9.19×10³ cm^-3,其次是核模态颗粒物,其数浓度为1.16×10³ cm^-3,粗粒子模态颗粒物数浓度相对较低,为13 cm^-3,其中11月2、6和12日颗粒物总数浓度均出现最低谷值,分别为1.1×10⁴ cm^-3、1.0×10⁴ cm^-3和6.3×10³ cm^-3.相比减排前,减排期核模态颗粒物浓度降低最多,平均降低39.1%,爱根核模态和积聚模态缓慢降低,但与往年同期相比各模态颗粒物数浓度均有明显下降.     

DOC+CDPF对重型柴油车排放特性的影响

基于重型转毂试验平台对比研究国Ⅲ重型柴油车加装催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)前后的气态物及颗粒物排放性能,结果表明从市区循环、公路循环到高速循环,原车的CO、THC、CO_2及颗粒质量(PM)排放因子依次减小,NO_x及颗粒数量(PN)排放因子依次增大,颗粒数量浓度随粒径呈双峰分布并且以聚集态颗粒排放为主;加装DOC+CDPF后,各污染物排放因子均有所下降,且下降趋势从市区循环、公路循环到高速循环依次增大,从整个C-WTVC循环来看,CO排放因子下降70.36%,THC排放因子下降72.73%,CO_2排放因子下降17.00%,NO_x排放因子下降7.76%,PM、PN排放因子分别下降93.77%和98.91%,颗粒数量浓度随粒径仍呈双峰分布,但排放以核模态颗粒为主,并且聚集态峰值对应粒径减小.     

DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物道路排放特性的影响

基于道路试验,通过车载排放测试系统研究DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物排放的影响。研究结果显示:在原车排放中,颗粒物质量(PM)大部分是聚集态颗粒物,其占总颗粒物质量的97.5%;颗粒物数量(PN)大部分是核膜态颗粒,其占总颗粒物数量的93.8%。对于粒径分布,原车排放颗粒物数量与质量均呈对数双峰状,安装DOC+CDPF后处理装置后,粒径分布图变为三峰状。其中DOC+CDPF对聚集态颗粒质量的减排率为85%~90%,对聚集态颗粒数量、核膜态颗粒质量与数量的减排率均在90%以上。     

住宅建筑室内PM_(2.5)污染特征与控制

基于道路试验,通过车载排放测试系统研究DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物排放的影响。研究结果显示:在原车排放中,颗粒物质量(PM)大部分是聚集态颗粒物,其占总颗粒物质量的97.5%;颗粒物数量(PN)大部分是核膜态颗粒,其占总颗粒物数量的93.8%。对于粒径分布,原车排放颗粒物数量与质量均呈对数双峰状,安装DOC+CDPF后处理装置后,粒径分布图变为三峰状。其中DOC+CDPF对聚集态颗粒质量的减排率为85%~90%,对聚集态颗粒数量、核膜态颗粒质量与数量的减排率均在90%以上。     

在用汽油和柴油车排放颗粒物的粒径分布特征实测

分别选取国3～国5轻型汽油车9辆和重型柴油车15辆采用实验室底盘测功机和全流稀释定容采样系统(CVS)开展了汽柴油车尾气颗粒物排放因子实测和粒径分布比较,分析并比较了行驶工况和排放控制水平对汽柴油车尾气颗粒物排放因子和粒径分布的影响.结果表明,轻型汽油车和重型柴油车的颗粒数量单位燃料平均排放因子分别为(4.1±4.0)×10~(14) kg~(-1)和(5.7±4.3)×10~(15) kg~(-1),重型柴油车颗粒数量排放因子是轻型汽油车的(14±7)倍.轻型汽油车超高速工况下颗粒物数量排放因子显著高于其他工况,颗粒数排放因子达到(5.1±5.0)×10~(13) km~(-1),分别是低速、中速和中速工况的11.7、 14.1和7.3倍,重型柴油车高速工况颗粒数排放因子分别是低速和中速工况的2.5倍和1.4倍,且增长的颗粒物主要为核模态颗粒.国3～国5排放控制水平下汽油车颗粒物数量排放因子分别为(2.7±1.7)×10~(13)、(2.6±1.3)×10~(13)和(1.6±1.2)×10~(13) km~(-1),重型柴油车颗粒物数量排放因子分别为(2.2±1.2)×10~(15)、 2.0×10~(15)和(7.1±2.1)×10~(14) km~(-1),随着排放控制水平的提升,轻型汽油车和重型柴油车颗粒数排放控制总体上均呈现较好地下降趋势,但柴油车排放粒径110nm以上颗粒物随排放标准的提升未有改善,虽然柴油车粒径110 nm以上的数量排放因子相对较低,但其对环境的危害不容忽视,应当引起必要的关注.     

缸内直喷汽油车颗粒物排放特征及影响因素

随着经济的发展,机动车排放已成为大气颗粒物的重要来源,能够影响人类健康和气候变化.本研究通过整车转鼓实验对国V缸内直喷（GDI）汽油车的颗粒物排放水平及化学组成进行了研究,并探究了汽油车颗粒物排放的影响因素.研究结果表明,我国GDI汽油车的PM、OC、EC排放因子分别为（43.4±16.2）、（11.0±3.5）及（20.5±8.1）mg·kg^-1,其中EC的排放显著高于同类研究.为探索导致颗粒物排放区别的影响因素,本研究探讨了燃油类型、启动方式和循环设定对汽油车颗粒物排放的影响.结果表明,燃油类型（添加体积分数10%的乙醇与纯汽油）对颗粒物排放影响不大.冷启动会排放更多的颗粒物.同时,循环方式也会影响颗粒物排放,中国工况循环（CLTC）会排放比全球测试循环（WLTC）更多的颗粒物,这可能与我国更多的缓加速情况相关.     

DOC+CDPF对国III重型柴油货车实际道路排放的影响

利用便携式车载排放测试系统（PEMS）对2辆加装氧化催化转化器（DOC）和催化型柴油颗粒捕集器（CDPF）与否的国III重型柴油货车进行实际道路排放测试.结果表明,2辆改造重型柴油车的CO、THC、固态颗粒物粒数（SPN）和黑碳（BC）实际道路排放因子分别为（1.31±0.37）g/（kW×h）、（0.20±0.03） g/（kW×h）、（7.13×10¹⁰±5.27×10¹⁰）个/（kW×h）和（0.69±0.06）mg/（kW×h）,相对于原始排放（拆除DOC+CDPF）分别降低52.48%、55.69%、99.91%和99.22%.从低速、中速到高速,CO和THC减排比例呈现上升趋势,然而运行工况对SPN和BC减排比例则无显著影响.加装DOC+CDPF会导致NO₂在NO_x中的占比升高,且从低速、中速到高速涨幅依次增大,但对NO_x无明显减排效益,其排放因子为9.53~9.83g/（kW×h）,远高于实验室排放限值.     

超低排放改造后燃煤电厂常规大气污染物排放特征

基于海口电厂"超低排放"燃煤机组在线监测数据和实测结果，研究颗粒物、SO₂、NO_x排放特征，分析颗粒物粒径分布和化学成分谱.结果显示，"超低排放"机组颗粒物、SO₂、NO_x排放浓度均值分别为（1.57±0.81）、（15.15±6.23）和（40.10±3.63）mg·m^-3，均满足超低排放限值要求.TSP、PM₁₀、PM_2.5、PM₁、SO₂、NO_x的排放因子均值分别为0.0099、0.0098、0.0092、0.0065、0.1131、0.2882 kg·t^-1，排放因子集中在很窄的区间内，呈正态或偏正态分布，与未进行超低改造研究结果比较，排放因子减小了1~2个数量级.颗粒物数浓度分布呈双峰分布，数浓度峰值粒径为0.027 μm和0.641 μm；质量浓度呈单峰分布，峰值粒径为1.100 μm.PM₁₀、PM_2.5、PM₁的成分谱差异很小，其主要化学组分为SO₄^2-、Ca、NH₄⁺、NO₃^-、OC，在PM₁₀中质量占比分别为29.41%±0.94%、12.09%±1.95%、9.49%±2.35%、6.96%±0.49%、4.93%±0.57%；在PM_2.5中质量占比分别为29.18%±1.58%、12.72%±1.77%、9.21%±2.01%、5.31%±0.13%、4.33%±0.72%；在PM₁中质量占比分别为29.04%±3.15%、17.99%±3.61%、8.42%±1.50%、4.445±0.08%、5.075±0.07%.     

基于隧道PM2.5取样研究南京市机动车尾气颗粒物排放特征

为研究南京地区机动车尾气颗粒物排放特征,于2020年8月对南京富贵山隧道内和隧道外进行PM_2.5采集,对样品中的水溶性离子、碳质组分的分布特征进行分析,综合总碳同位素（δ¹³C）与主成分分析（PCA）探究隧道内PM_2.5来源,并使用质量平衡模型计算了污染物的平均排放因子.结果显示,隧道入口、出口及隧道外早晚高峰期内PM_2.5平均值分别为（69.25±24.19）、（116.67±28.70）和（60.87±16.08）μg·m^-3,隧道内污染程度明显高于隧道外.隧道内外二次无机气溶胶（SNA）分布略有不同,隧道外NH₄⁺主要以（NH₄）₂SO₄的形式存在,其次为NH₄NO₃;隧道内则主要以（NH₄）₂SO₄和NH₄NO₃的形式存在.隧道内δ¹³C存在着较小的分馏,平均值为-26.0‰±0.72‰,综合δ¹³C与主成分分析,隧道内PM_2.5主要来源于机动车的一次排放、尾气颗粒物的二次转化和扬尘.富贵山隧道中PM_2.5、EC、OC的平均排放因子分别为82.86、24.22、7.07 mg·km^-1·veh^-1,与国内外其他隧道实验排放因子的对比结果显示,通过柴油车比例为6%的富贵山隧道远低于柴油车比例较高的地区.     

2015~2020年厦漳泉地区大气氨排放清单及分布特征

收集厦漳泉地区各类大气氨排放源的区县活动水平,基于排放因子法建立了2017年大气氨排放清单（1 km×1 km）,同时对2015~2020年大气氨排放趋势进行了分析.结果表明,厦漳泉2017年大气氨排放量为27.40 kt,其中畜禽养殖、农田生态系统、人体排放、燃料燃烧和废物处理占排放总量的比例分别为42.48%、22.04%、14.71%、7.08%和5.69%.大气氨排放密度顺序为：厦门（1.94 t ·km^-2）>泉州（1.07 t ·km^-2）>漳州（0.95 t ·km^-2）,高值区主要分布于人口集中的沿海城区和畜禽养殖业与种植业发达的内陆乡镇地区,氨排放量月度分布与温度变化规律一致.受不同地市经济结构和发展水平的影响,2015~2020年泉州市氨排放表现为下降,而厦门和漳州两市氨排放变化存在一定的波动,氨排放强度整体呈现随人均GDP上升而下降的趋势.     

不同CDPF贵金属负载量对柴油公交车VOCs组分排放影响

基于重型底盘测功机,利用质子转移反应质谱(PTR-MS)研究了柴油公交车在中国典型城市公交车循环(CCBC)下,不同CDPF贵金属负载量对尾气中挥发性有机物(VOCs)组分排放特性的影响.结果表明,柴油公交车VOCs主要组分为含氧有机物(OVOCs)、芳香烃和烯烃等,且OVOCs占比达50%以上;在贵金属成分、配比相同时,VOCs减排率随CDPF贵金属负载量增加而增加:贵金属负载量为15 g·ft~(-3)(A型后处理装置)、25 g·ft~(-3)(B型)和35 g·ft~(-3)(C型)时,VOCs总量的减排率依次为36.2%、40.1%和41.4%.C型后处理装置对烷烃全循环减排率高达70.2%,且对OVOCs的催化有微弱优势;对于不饱和烃类,3种不同贵金属负载量的后处理装置均有一定催化效果,但无明显差异;A型对含氮有机物减排率可达50.5%,但减排率随贵金属负载量增加而降低.采用DOC+CDPF后能较好地降低公交车VOCs排放量进而降低臭氧生成潜势(OFP).同时考虑不同方案减排效果与成本因素,当加权系数分别为0.8和0.2时,B型为最优方案.     

Effect of catalyzed diesel particulate filter and its catalyst loading on emission characteristics of a non-road diesel engine

In this study, the effects of a diesel oxidation catalyst (DOC) coupled with a catalyzed diesel particulate filter (CDPF) with different catalyst loadings on the power, fuel consumption, gaseous and particulate emissions from a non-road diesel engine were investigated. Results showed that the after-treatment had a negligible effect on the power and fuel consumption. The reduction effect of the DOC on the CO and hydrocarbon (HC) increased with the engine load. Further reductions occurred coupling with the CDPF. Increasing the catalyst loading resulted in a more significant reduction in the HC emissions than CO emissions. The DOC could increase the NO₂ proportion to 37.9%, and more NO₂ was produced when coupled with the CDPF below 250°C; above 250°C, more NO₂ was consumed. The after-treatment could reduce more than 99% of the particle number (PN) and 98% of the particle mass (PM). Further reductions in the PN and PM occurred with a higher CDPF catalyst loading. The DOC had a better reduction effect on the nucleation particles than the accumulation ones, but the trend reversed with the CDPF. The DOC shifted the particle size distribution (PSD) to larger particles with an accumulation particle proportion increasing from 13% to 20%, and the geometric mean diameter (GMD) increased from 18.2 to 26.0 nm. The trend reversed with the CDPF and the accumulation particle proportion declined to less than 10%. A lower catalyst loading on the CDPF led to a higher proportion of nucleation particles and a smaller GMD.     

Ultrafine particle emission characteristics of diesel engine by on-board and test bench measurement

This study investigated the emission characteristics of ultrafine particles based on test bench and on-board measurements. The bench test results showed the ultrafine particle number concentration of the diesel engine to be in the range of (0.56-8.35) × 10⁸ cm^-3. The on-board measurement results illustrated that the ultrafine particles were strongly correlated with changes in real-world driving cycles. The particle number concentration was down to 2.0 × 10⁶ cm^-3 and 2.7 × 10⁷ cm^-3 under decelerating and idling operations and as high as 5.0 × 10⁸ cm^-3 under accelerating operation. It was also indicated that the particle number measured by the two methods increased with the growth of engine load at each engine speed in both cases. The particle number presented a "U" shaped distribution with changing speed at high engine load conditions, which implies that the particle number will reach its lowest level at medium engine speeds. The particle sizes of both measurements showed single mode distributions. The peak of particle size was located at about 50-80 nm in the accumulation mode particle range. Nucleation mode particles will significantly increase at low engine load operations like idling and decelerating caused by the high concentration of unburned organic compounds.     

Effects of continuously regenerating diesel particulate filters on regulated emissions and number-size distribution of particles emitted from a diesel engine

The effects of continuously regenerating diesel particulate filter (CRDPF) systems on regulated gaseous emissions, and number-size distribution and mass of particles emanated from a diesel engine have been investigated in this study. Two CRDPF units (CRDPF-1 and CRDPF-2) with di erent specifications were separately retrofitted to the engine running with European steady-state cycle (ESC). An electrical low pressure impactor (ELPI) was used for particle number-size distribution measurement and mass estimation. The conversion/reduction rate (RCR) of hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) across CRDPF-1 was 83% and 96.3%, respectively. Similarly, the RCR of HC and CO and across CRDPF-2 was 91.8% and 99.1%, respectively. The number concentration of particles and their concentration peaks; nuclei mode, accumulation mode and total particles; and particle mass were highly reduced with the CRDPF units. The nuclei mode particles at downstream of CRDPF-1 and CRDPF-2 decreased by 99.9% to 100% and 97.8% to 99.8% respectively; and the particle mass reduced by 73% to 92.2% and 35.3% to 72.4%, respectively, depending on the engine conditions. In addition, nuclei mode particles increased with the increasing of engine speed due to the heterogeneous nucleation initiated by the higher exhaust temperature, while accumulation mode particles were higher at higher loads due to the decrease in the air-to-fuel ratio (A/F) at higher loads.     

不同后处理器对DMCC发动机PM排放的影响

在一台整车排放达到国Ⅲ标准的YC4D140电控单体泵增压中冷柴油机上加装甲醇喷射系统,改成柴油甲醇组合燃烧(DMCC)发动机.使用AVL 415S烟度计和DMS 500快速颗粒物光谱仪研究不同后处理器对DMCC发动机颗粒物(PM)排放的影响.试验结果表明,各工况下单独CDPF、DOC+CDPF基本可以消除发动机产生的干炭烟.DOC+CDPF后处理方式与单独CDPF相比,颗粒物捕集效率明显提高,且前者对颗粒物中核态部分的捕集效果更加突出.甲醇掺烧后,炭烟和颗粒物几何平均直径降低.经CDPF和DOC+CDPF处理,415S烟度计测得的炭烟进一步降低;DMS颗粒物光谱仪显示的颗粒物粒径,因其中核态部分大部被氧化捕集而仅余较大几何平均直径的部分.小负荷时经CDPF和DOC+CDPF处理,颗粒物的几何平均直径会增大,大负荷时则相反.各工况下相比于CDPF,DOC+CDPF对核态颗粒物捕集更有效.     

长三角地区典型城市非道路移动机械大气污染物排放清单

本研究选取上海和杭州两市开展了非道路移动机械的实地调查,分析了各城市非道路移动机械的种类构成、使用特点、燃料类型、功率分布和排放标准等级,在此基础上建立了城市尺度非道路移动机械排放清单技术方法,编制了上海和杭州市2014年非道路移动机械大气污染物排放清单.结果表明,上海和杭州市非道路移动机械柴油消费分别为6.1×10~5t和3.2×10~5t,NO_x排放分别为3.09×10~4t和1.72×10~4t,PM_(2.5)排放分别为1.41×10~3t和8.1×10~2t,其中,挖掘机等建筑市政施工机械的排放贡献最为突出.非道路移动机械NO_x排放分别占两城市所有源的11.1%和16.1%,占流动源的18.5%和32.2%,已成为城市大气污染的重要来源之一.     

Experimental study on filtration and continuous regeneration of a particulate filter system for heavy-duty diesel engines

This study investigated the filtration and continuous regeneration of a particulate filter system on an engine test bench, consisting of a diesel oxidation catalyst（DOC） and a catalyzed diesel particulate filter（CDPF）. Both the DOC and the CDPF led to a high conversion of NO to NO2 for continuous regeneration. The filtration efficiency on solid particle number（SPN） was close to100%. The post-CDPF particles were mainly in accumulation mode. The downstream SPN was sensitively influenced by the variation of the soot loading. This phenomenon provides a method for determining the balance point temperature by measuring the trend of SPN concentration.     

基于燃料生命周期的中国铁路排放趋势

铁路运输是现代运输的主要方式之一,在空气质量改善和"双碳"目标的双重约束下,厘清铁路运输CO₂和污染物排放趋势,对于交通领域的减污降碳工作具有重要意义.基于燃料生命周期法分析了中国火车2001~2018年的CO₂和污染物排放特征,在此基础上,结合情景分析评估了2019~2030年的铁路排放趋势.结果表明,随着铁路电气化进程的推进、内燃机车新车投入使用和燃油标准的不断升级,铁路运输燃料生命周期的CO₂和污染物排放整体分别呈上升和下降趋势,而其上游阶段的排放占比逐年升高.2018年铁路运输的CO₂、NO_x、CO、BC和SO_x排放总量分别为3780.29万t、11.98万t、3.94万t、0.20万t和3.08万t.情景分析表明,加快电力结构改善和降低单位运输能耗分别是降低铁路CO₂、SO_x和NO_x、BC、CO排放的最佳单一控制手段.积极应对铁路减污降碳工作的综合情景下,CO₂、NO_x、CO、BC和SO_x的减排率可分别达35%、37%、39%、32%和45%.电力结构改革和铁路电气化进程的停滞均会造成铁路运输排放总量的显著增加,铁路减污降碳工作仍需高度重视.