非道路移动机械柴油车排气污染治理技术与对策研究

1 引言

1.1研究背景

近年来我国非道路移动机械发展迅速，其污染物排放已呈快速上升之势，非道路移动机械柴油车作为主流非道路移动机械设备，却面临着排放标准规章不健全、管理制度不规范、污染物排放量大、使用范围面积广等问题。而非道路移动机械柴油车排放治理作为一项复杂的系统工程，涉及诸多方面以及排放治理方案、治理产品选择与匹配、后期监控等诸多环节，各相关方及环节均会影响排放治理效果。对研究非道路移动机械柴油车的污染治理技术及有利于响应我国相关法律法规、规范目前行业现状，推动相关技术发展并进一步治理环境问题，为目前严峻的环保态势解决机械污染物排放最大来源。

1.2 非道路移动机械柴油车简介

非道路机械是指装配有发动机的机械和可运输机械设备，常见的主要包括拖拉机、农用运输车（农机牌照）、联合收割机、排灌机械、装载机、起重机、挖掘机、割草机、推土机、压路机、沥青摊铺机、公路用卡车、铲车、压路机、沥青摊铺、叉车、机械制造、工程机械、矿山机械、园林机械、机械设备制造生产等，使用动力主要是柴油或者是汽油发动机。本文旨在研究使用动力为柴油发动机的非道路移动机械柴油车的排气污染治理技术及相关对策。

1.3排放污染物危害

非道路移动机械尾气中含有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、二氧化硫（SO2）、烟尘等污染物，这些污染物对人体健康有很大危害。一氧化碳是烃燃料燃烧的中间产物，当非道路移动机械负重过大或空挡运转时，燃料不能充分燃烧，废气中一氧化碳含量会明显增加。一氧化碳由呼吸道进入人体的血液后，会和血液里的红血蛋白 Hb 结合，形成碳氧血红蛋白，导致携氧能力下降，使人体出现反应，如听力会因为耳内的耳蜗神经细胞缺氧而受损害等。吸入过量的一氧化碳会使人发生气急、嘴唇发紫、呼吸困难甚至死亡。虽然对人体无副作用的一氧化碳阈值尚未确定，但长期吸收一氧化碳对城市居民身体健康是一个潜在威胁。氮氧化合物是在内燃机气缸内生成的，排放量取决于燃

烧温度、时间和空燃比等因素。从燃烧过程看，排放的氮氧化物 95%以上是一氧化氮，其余的是二氧化氮。人体受一氧化氮毒害的事例尚未发现，但二氧化氮是一种红棕色呼吸道刺激性气体，对人体影响甚大。碳氢化合物和氮氧化合物在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，发生一种复杂的光化学反应，生成一种新的污染物，形成光化学烟雾，会导致支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡等事件显著增加。柴油机所排放的颗粒物大多为2.5微米以下的细微颗粒，可以深入人体的肺泡之中。重要的是，这些细微颗粒是许多有毒物或致癌物的载体。美国对柴油机所排放的细微颗粒的风险评估研究表明，环境空气中每增加10微克/m3，由此所引发的癌症死亡率就可能增加1％。[1]

1.4 研究内容

非道路移动机械柴油车种类繁多，应用领域广阔，在我国国民经济中占有重要的地位，主要配套行业有农业机械、工程机械、发电机组等。2018年11月，环境保护部正式发布了《非道路移动柴油机械排气烟度限值及测量方法》（GB 36886-2018），国家正式对非道路移动柴油机械排气进行控制和管理，进一步降低柴油动力的排放污染。随着我国排放标准的愈加严格，非道路移动机械的污染权重将会越来越大，现阶段排放限值已经不能满足行业技术发展的需要和国家日益严格控制环境污染的政策要求，同时也面临着现行标准缺失对机械排放的监管等问题。本文旨在探索现行非道路移动机械柴油车的排气污染治理技术及对策，探讨《非道路移动柴油机械排气烟度限值及测量方法》及现行标准实施情况和存在的问题并对现行行业现状进行调研，总结理论要求与实际现状存在的差距，并总结提出存在问题的解决措施。

2 非道路移动机械柴油车排气污染治理的发展现状

2.1 国外研究发展现状

1998年，欧盟就以立法的形式（97/68/EC指令）对非道路移动机械用柴油机的排放进行了规定。法规分两个阶段实施，第I阶段于1998年实施；第II阶段于2001~2004执行，柴油机的各污染物排放数值按输出功率大小进行了不同的

限定。2002年，欧盟对97/68/EC进行了第三次修订，修订后改为2004/26/EC指令，新的指令中提出了非道路机械用柴油机的IIIA、IIIB和IV阶段要求。法规在分两阶段实施中对柴油机的各污染物排放数值按输出功率大小进行了不同的限定。而2016年欧盟正式发布的非道路机械欧V排放新法规EU2016/1628，规定了安装或打算安装在非道路移动机械上的发动机的排放限制和型式试验程序并引入了颗粒数量的限值来减小排放，扩展了前指令（97/68/EC指令）的适用范围并设定了执行时间表，对世界各国非道路机械排放标准的制定有良好的借鉴意义。

实施年份指令控制阶段氮氧化物（NO X）颗粒物（PM）1990 88/77/EEC欧O 15.8 (注1）

1992 91/512/EEC欧I9 0.4

1995 欧II7 0.15

1999 1999/96/EC欧III 5.0/5.0(注2）0.10/0.16 2005 2011/24/EC欧IV 3.0、3.0 0.02/0.03 2008 欧V 2.0/2.0 0.02/0.03 2012 欧VI0.4 0.01

表1欧洲重型柴油机排放限值

而美国对非道路移动机械用柴油机的控制早在1990年，美国国家环保局（EPA）就开始研究和限制非道路移动机械用柴油机的尾气排放，并在1998年签署了40 CFR PART89法规，提出了Tier1、Tier2和Tier3共三个阶段的排放标准。为了进一步提高非道路移动机械用柴油机的尾气排放标准，美国国家环保局（EPA）制订了40 CFR PART 1039法规，规定了Tier4排放阶段数值。为给企业流出足够的缓冲期，将2008年到2014年规定为过渡期，2014年及以后才正式实施Tier4排放标准。[2]

全球统一的非道路移动机械排放法规是第11号全球统一技术法规（Global technical regulation No. 11），于2009年11月12日颁布。该法规没有制定统一的排放限值要求，也没有统一的实施日期，只规定了排气污染物的测量方法，该方法直接与欧美第四阶段测量方法的要求相对应。

2.2 我国研究发展现状