(中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會機(jī)動車污染控制防治技術(shù)專業(yè)委員會,北京 100037)
2013年我國機(jī)動車污染防治行業(yè)發(fā)展報告
(中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會機(jī)動車污染控制防治技術(shù)專業(yè)委員會,北京 100037)
綜述了2013年我國機(jī)動車污染防治行業(yè)的發(fā)展環(huán)境,以及行業(yè)的技術(shù)發(fā)展情況;介紹了行業(yè)主要(骨干)企業(yè)的發(fā)展情況;分析了我國機(jī)動車后處理裝置市場規(guī)模及市場潛力,并對行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了展望。
機(jī)動車;污染防治;行業(yè)發(fā)展;對策建議
1.1 行業(yè)發(fā)展環(huán)境
環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《2013年中國機(jī)動車污染防治年報》中數(shù)據(jù)顯示:2012年全國機(jī)動車保有量達(dá)到約2.24億輛,我國已連續(xù)四年成為世界機(jī)動車產(chǎn)銷第一大國,機(jī)動車尾氣污染已成為我國空氣污染的重要來源,是造成灰霾、光化學(xué)煙霧污染的重要原因,機(jī)動車污染防治的緊迫性日益凸顯。
2013年9月,國務(wù)院批準(zhǔn)發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》,對大氣中細(xì)顆粒物(PM2.5)治理工作提出了更高的要求,機(jī)動車污染防治已成為關(guān)鍵領(lǐng)域。針對移動污染源排放已成為影響中國大氣質(zhì)量突出因素的現(xiàn)狀,《大氣污染防治行動計劃》提出要加強(qiáng)城市交通管理,北京、上海、廣州等特大城市要嚴(yán)格限制機(jī)動車的保有量。同時提升燃油品質(zhì),加速黃標(biāo)車和老舊車輛淘汰,到2017年,全國范圍黃標(biāo)車基本淘汰。此外,要強(qiáng)化車輛環(huán)保監(jiān)管,加速推進(jìn)低速汽車轉(zhuǎn)型升級,大力推廣使用新能源汽車。各地區(qū)和有關(guān)部門紛紛制定機(jī)動車污染防治計劃,從新車環(huán)境準(zhǔn)入、“黃標(biāo)車”加速淘汰、車用燃料清潔化等方面采取綜合措施,扎實推進(jìn)工作。在機(jī)動車保有量比2011年增長7.8%的情況下,四項污染物排放總量與2011年基本持平,治理工作取得了初步成效。
環(huán)境保護(hù)部今后將繼續(xù)加大工作力度,全面實施機(jī)動車污染控制,進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)動車生產(chǎn)、使用、淘汰等全過程環(huán)境監(jiān)管;同時與有關(guān)部門密切協(xié)作,從行業(yè)發(fā)展規(guī)劃、城市公共交通、清潔燃油供應(yīng)等方面采取綜合措施,協(xié)調(diào)推進(jìn)“車、油、路”同步發(fā)展,大力防治機(jī)動車尾氣排放對大氣環(huán)境的影響。
環(huán)境保護(hù)部和機(jī)動車污染型大城市的環(huán)保部門正進(jìn)一步加大工作力度,不斷完善新生產(chǎn)機(jī)動車、在用機(jī)動車環(huán)境監(jiān)管,全力削減機(jī)動車污染物排放量。機(jī)動車污染治理主要是指汽油與柴油為燃料的發(fā)動機(jī)汽車的尾氣排放防治問題。我國近三十年的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,推動了汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,但隨著汽車保有量的急劇增長,也引發(fā)出嚴(yán)重的汽車尾氣排放污染問題。汽車排放源主要來自三個方面:尾氣排放、燃油蒸發(fā)排放和曲軸箱通風(fēng)。相對尾氣排放而言,通常燃油蒸發(fā)排放和曲軸箱通風(fēng)所造成的一氧化碳、氮氧化物的排放量占總排放量的1%~2%,碳?xì)浠衔餅?0%左右。因此,汽車排放主要來自于發(fā)動機(jī)燃燒產(chǎn)生的尾氣。
國家政策和法規(guī)的執(zhí)行是機(jī)動車污染防治產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動力量,政策法規(guī)方向和執(zhí)行力度對機(jī)動車污染防治行業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。從國家及地方近幾年出臺的有關(guān)法規(guī)、政策方面的工作,顯示出政府有關(guān)部門對機(jī)動車污染防治工作的重視和關(guān)注,并取得了顯著的成績。同時,相關(guān)促進(jìn)行業(yè)發(fā)展的重要政策、法規(guī)也頻頻出臺,機(jī)動車污染防治行業(yè)得到了快速發(fā)展。
1.1.1 國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第五階段)》發(fā)布
為貫徹落實《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國大氣污染防治法》和《大氣污染防治行動計劃》(國發(fā)〔2013〕37號),保護(hù)環(huán)境,保障人體健康,防治大氣污染,國務(wù)院批準(zhǔn)《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第五階段)》為機(jī)動車污染物排放標(biāo)準(zhǔn),并由環(huán)境保護(hù)部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布。標(biāo)準(zhǔn)名稱、編號為:輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第五階段)(GB 18352.5-2013)。該標(biāo)準(zhǔn)具有強(qiáng)制執(zhí)行的效力。
該標(biāo)準(zhǔn)自發(fā)布之日起生效,即自發(fā)布之日起,可依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行新車型式核準(zhǔn)。自2018年1月1日起,所有銷售和注冊登記的輕型汽車應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)要求。自2018年1月1日起,該標(biāo)準(zhǔn)替代了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第Ⅲ、Ⅳ階段)》(GB 18352.3-2005)。但在2023年1月1日之前,第三、四階段輕型汽車的“在用符合性檢查”仍執(zhí)行GB 18352.3-2005(2013年9月17日環(huán)境保護(hù)部發(fā)布)的相關(guān)要求。
1.1.2 國務(wù)院常務(wù)會議決定加快油品質(zhì)量升級
(1)在已發(fā)布第四階段車用汽油標(biāo)準(zhǔn)(硫含量不大于50ppm)的基礎(chǔ)上,由國家質(zhì)檢總局、國家標(biāo)準(zhǔn)委盡快發(fā)布第四階段車用柴油標(biāo)準(zhǔn)(硫含量不大于50ppm),過渡期至2014年底;2013年6月底前發(fā)布第五階段車用柴油標(biāo)準(zhǔn)(硫含量不大于10ppm),2013年底前發(fā)布第五階段車用汽油標(biāo)準(zhǔn)(硫含量不大于10ppm),過渡期均至2017年底。
(2)加快國內(nèi)煉油企業(yè)升級改造,確保按照汽、柴油標(biāo)準(zhǔn)升級實施時間如期供應(yīng)合格油品。中石油、中石化、中海油要首先如期完成改造任務(wù)。加快汽車發(fā)動機(jī)相關(guān)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。
(3)按照合理補(bǔ)償成本、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價和污染者付費的原則合理確定成品油價格,并完善對困難群體和公益性行業(yè)補(bǔ)貼政策。
(4)加強(qiáng)油品質(zhì)量監(jiān)管,加大處罰力度。加強(qiáng)行業(yè)自律,企業(yè)要向社會公開產(chǎn)品質(zhì)量承諾。
1.1.3 國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》
國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》(以下簡稱《行動計劃》),這是當(dāng)前和今后一個時期全國大氣污染防治工作的行動指南?!缎袆佑媱潯分械谝粭l中明確:加快淘汰黃標(biāo)車和老舊車輛,大力發(fā)展公共交通,推廣新能源汽車,加快提升燃油品質(zhì)。
1.1.4 北京市發(fā)布《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(臺架工況法)》(DB11/964-2013)和《重型汽車排氣污染物排放限值及測量方法(車載法)》(DB11/965-2013)
北京市政府先后批準(zhǔn)發(fā)布四項重型汽車和非道路機(jī)械排放污染控制地方標(biāo)準(zhǔn),其中兩項重型汽車地方標(biāo)準(zhǔn)作為國家標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充,分別于2013年3月1日和7月1日開始實施,預(yù)計實施后第四、第五階段重型柴油車在城市運行時的單車氮氧化物排放可削減60%;另外兩項非道路機(jī)械排放地方標(biāo)準(zhǔn)于2013年7月1日起實施。
兩項重型汽車地方標(biāo)準(zhǔn)分別是《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(臺架工況法)》(DB11/964-2013)和《重型汽車排氣污染物排放限值及測量方法(車載法)》(DB11/965-2013),主要是針對最大總質(zhì)量3.5噸以上柴油車和燃?xì)廛囍贫ǖ摹D壳叭胁坏?0萬輛重型柴油車,保有量僅占全市機(jī)動車保有量的5%左右,但是其排放的氮氧化物占全市機(jī)動車排放的50%以上。
國內(nèi)外多項研究表明,通過歐IV和歐V標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的重型汽車在低負(fù)載或低速行駛時會產(chǎn)生較高的NOx排放。從技術(shù)方面分析,導(dǎo)致過量排放的原因是排放控制系統(tǒng)在低溫狀態(tài)下運行狀態(tài)不佳,但更加根本的原因是歐IV和歐V標(biāo)準(zhǔn)存在缺陷,其包含的測試工況未能充分代表真實行駛狀態(tài),缺少冷啟動下的要求,市區(qū)內(nèi)行駛及中低速行駛狀態(tài)下,車輛排放超標(biāo)問題較嚴(yán)重。為此,歐盟計劃在實施歐VI標(biāo)準(zhǔn)時將解決這些問題,但是對于存在同樣問題的歐IV和歐V標(biāo)準(zhǔn)沒有采取任何解決措施。目前我國國家標(biāo)準(zhǔn)為等效采用歐洲機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)體系,僅公交、環(huán)衛(wèi)重型車輛實施了“國V”排放標(biāo)準(zhǔn),其余大部分重型柴油車尚未實施“國四”標(biāo)準(zhǔn)。同時,按照目前國家重型車輛排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,重型車輛不進(jìn)行整車工況測試,只進(jìn)行發(fā)動機(jī)工況試驗,發(fā)動機(jī)試驗工況與車輛實際使用工況之間存在明顯差異。
為此,北京市發(fā)布了兩項重型汽車地方標(biāo)準(zhǔn),作為國家標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充,要求重型汽車(發(fā)動機(jī))生產(chǎn)企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)解決此問題。預(yù)計第四、第五階段重型柴油車在城市運行時的單車氮氧化物排放可削減60%。兩項標(biāo)準(zhǔn)分別于2013年3月1日和7月1日開始實施。該標(biāo)準(zhǔn)的制定得到了國際清潔交通委員會(ICCT)高度認(rèn)可:“國際清潔交通委員會強(qiáng)烈推薦北京市環(huán)保局實施積極的管理措施,從而防止國IV和國V重型柴油車在特定的城市行駛工況下產(chǎn)生過量的NOx排放。對新車實施兩項附加要求—即在用車PEMS達(dá)標(biāo)測試和完善車輛排放測試要求,是解決非法規(guī)工況排放問題的全面、必要且有效的方法。北京市環(huán)保局提出的兩份規(guī)定草案基本上與我們2012年3月發(fā)布的白皮書《歐IV/V卡車及公交車的非法規(guī)工況NOx排放:歐洲及發(fā)展中國家面臨的問題和解決方案》中提出的解決方案是一致的。在制訂這些規(guī)定的過程中,北京市環(huán)保局再一次證明了其不僅是中國環(huán)保界的領(lǐng)跑者,在世界環(huán)保界也亦身處領(lǐng)先位置。我們期待這些管理措施的成功實施能夠為北京市帶來顯著的公眾健康收益,同時也希望世界上更多國家、地區(qū)和城市,包括全中國可以在日后學(xué)習(xí)北京的成功范例。”
另外兩項非道路機(jī)械地方標(biāo)準(zhǔn)分別是《非道路機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物限值及測量方法》(DB11/185-2013)和《在用非道路柴油機(jī)械煙度排放限值及測量方法》(DB11/184-2013)。這兩項非道路機(jī)械地方標(biāo)準(zhǔn)實施對象將包括工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械和園林機(jī)械三大類中使用柴油的機(jī)械,如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)和叉車等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了新生產(chǎn)和在用非道路機(jī)械的排放限值和測試方法,均于2013年7月1日起實施,其中對新生產(chǎn)的非道路機(jī)械分為兩個階段實施:2013年7月1日實施北京第三階段(相當(dāng)于歐洲3號A階段);2015年1月1日實施北京第四階段(相當(dāng)于歐洲3號B階段)。歐洲于2004年4月21日發(fā)布?xì)W洲3號非道路柴油機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn),自2006起分A、B兩個階段實施。
通過實施上述標(biāo)準(zhǔn),將有利于重型汽車企業(yè)和非道路機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)提升污染排放控制水平和排放穩(wěn)定性,有利于促進(jìn)車輛和非道路機(jī)械的維護(hù)保養(yǎng)水平,有利于開展機(jī)動車和非道路機(jī)械排放污染的監(jiān)督管理。
1.1.5 北京市發(fā)布《北京市2013-2017年清潔空氣行動計劃重點任務(wù)分解》
2013年8月23日,北京市發(fā)布了《北京市2013-2017年清潔空氣行動計劃重點任務(wù)分解》,其中對提高機(jī)動車和非道路動力機(jī)械排放限值標(biāo)準(zhǔn)提出了明確的要求:2014年底前,新增重型柴油車全部實施機(jī)動車第五階段排放標(biāo)準(zhǔn),其中市域內(nèi)使用的重型柴油車必須安裝顆粒捕集器;市交通委示范運營100輛達(dá)到第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)的公交車;低速貨車執(zhí)行與輕型貨車同等的節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn);市環(huán)保局、市質(zhì)監(jiān)局研究起草了北京市第六階段輕型汽車排放標(biāo)準(zhǔn)。2015年1月起,未達(dá)到第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)的非道路動力機(jī)械依法禁止在本市銷售和使用;市環(huán)保局將制定完成汽油車車載油氣回收系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實施計劃。力爭2016年實施第六階段機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)。
1.1.6 南京市開展在用柴油車排放治理改造
根據(jù)《市政府關(guān)于印發(fā)南京市黃標(biāo)車淘汰補(bǔ)貼工作方案的通知》(寧政發(fā)〔2013〕171號),南京市將對部分車況較好且行駛里程較少、殘存價值較高的國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)黃標(biāo)柴油車,加裝顆粒過濾器(DPF)進(jìn)行治理改造,使其顆粒物排放達(dá)到國Ⅲ以上標(biāo)準(zhǔn)綠標(biāo)車水平,換發(fā)綠色環(huán)保標(biāo)志(國Ⅲ),并且接受日后的道路排放實時監(jiān)控及定期排放檢測。
1.2 2013年行業(yè)技術(shù)發(fā)展情況
1.2.1 國Ⅳ/Ⅴ柴油車排放控制技術(shù)
(1)柴油車排放控制技術(shù)
重型柴油車國IV標(biāo)準(zhǔn)已于2014年7月1日起,在有條件的地區(qū)已開始實施,且國IV車用柴油將于2014年底全面供應(yīng),因此將進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷升級。柴油車排放的污染物主要是NOx和PM。一般來說,重型柴油車的歐Ⅲ技術(shù)路線是運用了電控高壓噴射技術(shù),增加進(jìn)氣中冷,同時改進(jìn)了燃油噴射系統(tǒng)以在整個發(fā)動機(jī)運行區(qū)域內(nèi)更好的控制空燃比等方法實現(xiàn)的。對于歐Ⅳ排放法規(guī),NOx排放從歐Ⅲ的5g/kW·h 降低到3.5g/kW·h,PM排放從0.1g/kW·h 降低到0.02 g/kW·h,僅僅依靠發(fā)動機(jī)內(nèi)優(yōu)化燃燒技術(shù)或廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)已經(jīng)無法達(dá)到排放法規(guī)的要求,因此對柴油發(fā)動機(jī)需加裝尾氣后處理裝置才能進(jìn)一步降低NOx和PM排放,其技術(shù)路線見圖1。粒物的削減率及硫含量要求。
圖1 柴油車NOx和PM排放控制技術(shù)路線
目前國內(nèi)外通常都是采用改進(jìn)發(fā)動機(jī)機(jī)內(nèi)燃燒技術(shù)+選擇性催化還原系統(tǒng)(SCR),或者+廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)+壁流式顆粒物捕集器(DPF)/通透式顆粒物捕集器(POC)尾氣后處理技術(shù)兩大主流技術(shù)路線來實現(xiàn)。
1) SCR后處理裝置
Urea-SCR集成及匹配控制系統(tǒng)主要由尿素儲存罐、尿素噴射系統(tǒng)和催化器組成,使用尿素作為還原劑Urea-SCR(尿素選擇性催化還原器)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用。SCR催化器主要通過還原劑氨氣將發(fā)動機(jī)排放物中的NOx轉(zhuǎn)化為N2和H2O,起燃溫度一般需要在220℃以上。
LNT催化器可明顯降低發(fā)動機(jī)富氧燃燒情況下NOx排放物,在發(fā)動機(jī)稀燃情況下LNT可以吸附并儲存NOx,然后在氣缸混合氣中加入燃油,使發(fā)動機(jī)處于短暫的富燃狀態(tài),此時廢氣中的氧氣濃度降低,NOx被釋放出來,再以化學(xué)方式將它們還原為氮氣,但在低溫條件下LNT技術(shù)的NOx轉(zhuǎn)換效率較低。
2) 氧化催化轉(zhuǎn)化器(DOC)
柴油氧化催化轉(zhuǎn)化器(DOC)通過催化氧化反應(yīng),同時可降低柴油車尾氣中CO、THC和顆粒污染物排放量,其結(jié)構(gòu)主要由載體、墊層和殼體組成。載體形式有陶瓷載體和不銹鋼金屬兩種,催化劑成分主要是鉑(Pt)和鈀(Pd)等貴金屬。不同類型的DOC中鉑、鈀、銠等貴金屬比例和含量不同,因此受燃油硫含量的影響不同。表1列出了不同類型DOC對氣態(tài)污染物和顆粒物的削減率及硫含量要求。
表1 不同類型DOC對氣態(tài)污染物和顆粒物的削減率及硫含量要求
3) 壁流式顆粒物捕集器(DPF)
壁流式顆粒過濾器(DPF)可以降低PM達(dá)85%以上,同時可大大減少CO和HC的排放量。
DPF(Diesel Particulate Filters)是降低車用柴油機(jī)顆粒物排放的最有效手段,是應(yīng)對更嚴(yán)格的顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。依據(jù)不同的車型和不同的過濾需求,DPF可以分為直流式(FT-DPF)和壁流式(WFDPF)。通常情況下, 直流式顆粒物捕集器過濾效率為40%~60%,而壁流式顆粒捕集器的過濾效果可能達(dá)到80%~95%。按照再生方式,DPF還可以分為主動再生式和被動再生式,再生的方法有電子式、機(jī)械式(燃燒器)和化學(xué)式。
直流式顆粒物捕集器為一個內(nèi)裝織物狀載體和催化劑的不銹鋼筒, 能夠有效彌補(bǔ)低端的氧化催化器(DOC)與高端的壁流式顆粒捕集器對顆粒物削減率的差距,直流式顆粒捕集器由于再生方式的不同要求需要選用不同硫含量的燃油。表2列出了不同類型直流式顆粒物捕集器對顆粒物的削減率及硫含量水平。
表2 不同類型直流式顆粒物捕集器對顆粒物的削減率及硫含量要求
壁流式顆粒物捕集器主要通過尾氣流經(jīng)載體壁面進(jìn)行過濾的方式來減少柴油機(jī)排放出的顆粒物,使用一段時間后顆粒物會積累在捕集器中,顆粒物積累到一定程度后會影響到發(fā)動機(jī)的正常運轉(zhuǎn)。因此設(shè)計時必須考慮到清除積累顆粒物的方法,最方便的途徑就是在適當(dāng)?shù)臏囟认率怪紵蜓趸?,這種使DPF重新變得清潔的過程被稱之為“再生”?!霸偕辈⒎窃谒械臏囟葪l件下都會產(chǎn)生,催化劑技術(shù)便被用于降低顆粒物燃燒的溫度。催化劑可以放在WT-DPF的前端,也可放在WT-DPF上或直接添加到燃油中(燃油催化劑)。此外,催化劑還起著減少CO和HC排放的作用。表3列出了不同類型壁流式顆粒物捕集器對顆粒物的削減率及硫含量要求。
表3 不同類型壁流式顆粒物捕集器對顆粒物的削減率及硫含量要求
4) 流通式顆粒物捕集器(POC)
流通式顆粒捕集器(POC),可以捕捉柴油車尾氣排放中的顆粒物,降低PM效率可達(dá)30%~80%。另外,POC質(zhì)量輕、體積小、尺寸可變,易于集成到排氣系統(tǒng)中。
對國內(nèi)后處理產(chǎn)業(yè)鏈上的總體技術(shù)水平和產(chǎn)品研發(fā)等情況進(jìn)行系統(tǒng)性調(diào)研分析,結(jié)果如圖2至圖6所示。
圖2 在國內(nèi)設(shè)立研發(fā)中心的后處理企業(yè)比例
圖3 2013年國內(nèi)后處理行業(yè)中準(zhǔn)備為國VI柴油車投資企業(yè)的比例
圖4 2013年國內(nèi)后處理行業(yè)中研發(fā)費用比重
圖5 國內(nèi)后處理行業(yè)主要技術(shù)來源
圖6 國內(nèi)后處理行業(yè)區(qū)域分布比例
(2)燃油噴射系統(tǒng)
燃油噴射系統(tǒng)的技術(shù)路線主要有高壓共軌、電控單體泵和電控分配泵三種。
1)高壓共軌。國內(nèi)實現(xiàn)高壓共軌批量生產(chǎn)的企業(yè)有遼寧新風(fēng)和博世。其中,遼寧新風(fēng)的共軌系統(tǒng)主要是來自德國利勃海爾公司的技術(shù)許可;博世主要是來自母公司博世集團(tuán)的技術(shù)許可和專利授權(quán)。此外,北京亞新科、山東鑫亞、龍口龍泵、成都威特和南岳電控都在積極進(jìn)行高壓共軌系統(tǒng)的研發(fā),其中山東鑫亞、成都威特和南岳電控已經(jīng)實現(xiàn)了樣品和小批量的試制。
2)電控單體泵。國內(nèi)關(guān)注電控單體泵的主要企業(yè)是南岳電控和成都威特。此外,北京亞新科和龍口龍泵都在對電控單體泵進(jìn)行研發(fā),但是北京亞新科對電控單體泵沒有投產(chǎn)規(guī)劃;龍口龍泵計劃在三年內(nèi),將電控單體泵的年產(chǎn)量提升至3萬套。
目前,調(diào)研企業(yè)的電控單體泵產(chǎn)品大都用于中重型柴油機(jī)上,在3.5噸以下的輕型柴油車上的應(yīng)用很少。
3)電控分配泵。國內(nèi)滿足國IV排放標(biāo)準(zhǔn)的電控分配泵主要生產(chǎn)企業(yè)有南京威孚金寧和龍口龍泵,但兩者的技術(shù)來源不同。威孚金寧生產(chǎn)的電控分配泵(VP泵)主要來源于博世的技術(shù)許可;龍口龍泵的電控分配泵主要是以日本電裝的ECD-V5為導(dǎo)向進(jìn)行的自主研發(fā)。目前國內(nèi)外電控分配泵技術(shù)的主要差異在于,國外使用的電控分配泵在油嘴總成上裝有針閥升程傳感器,而國內(nèi)電控分配泵產(chǎn)品無此裝置。
山東鑫亞雖也生產(chǎn)電控分配泵,但由于認(rèn)為電控分配泵滿足國IV標(biāo)準(zhǔn)具有一定難度,因此暫沒有生產(chǎn)符合國IV排放標(biāo)準(zhǔn)的電控分配泵的計劃。
關(guān)于燃油噴射系統(tǒng)的研發(fā)能力,各主要電噴企業(yè)在國內(nèi)都設(shè)立了相應(yīng)的研發(fā)中心,利用國內(nèi)研發(fā)中心引進(jìn)了國外先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品,并進(jìn)行了本地化生產(chǎn)及技術(shù)支持。目前,技術(shù)和產(chǎn)品基本成熟。
(3)渦輪增壓器系統(tǒng)
渦輪增壓器能夠有效提高重型柴油機(jī)功率、改善經(jīng)濟(jì)性能、降低污染物排放。目前,渦輪增壓器在柴油車上已得到了廣泛應(yīng)用,國Ⅲ、國Ⅳ重型柴油機(jī)都已裝配了渦輪增壓器,未來技術(shù)發(fā)展方向是可變截面渦輪增壓系統(tǒng)。
1.2.2 國Ⅳ/Ⅴ汽油車排放控制技術(shù)
汽油車排放的污染物主要是CO和HC。對于國Ⅰ~國Ⅳ階段的汽油車而言,汽油車燃油噴射系統(tǒng)主要采用進(jìn)氣道噴射,其主要污染物是CO和HC。在這階段,汽油車應(yīng)用最廣泛的機(jī)外控制技術(shù)是三元催化轉(zhuǎn)化器,也有少量的熱反應(yīng)器。三元催化轉(zhuǎn)化器用鉑、鈀、銠三種貴金屬作為催化劑,將發(fā)動機(jī)排放的有害氣體利用催化技術(shù)加速汽車廢氣中CO、HC和NOx的氧化還原反應(yīng),使大部分污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和N2,起到凈化汽車尾氣的作用。以三元催化轉(zhuǎn)化器與發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)組合,已成為當(dāng)前和未來較長時期內(nèi)汽油機(jī)控制的標(biāo)準(zhǔn)配置,是排放控制最有效和最主要的技術(shù)。
對于國Ⅳ/Ⅴ汽油車排放控制技術(shù)應(yīng)不斷優(yōu)化和提高,主要體現(xiàn)在:1)催化劑性能的優(yōu)化,包括耐硫性能、耐久性能提高,涂層更耐高溫,起燃溫度更低,貴金屬含量少等方面;2)發(fā)動機(jī)標(biāo)定策略的優(yōu)化,主要包括發(fā)動機(jī)標(biāo)定的精細(xì)化,對更多不同工況下參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和優(yōu)化,并且對車載自動診斷系統(tǒng)(OBD)性能進(jìn)行優(yōu)化。
1.2.3 國Ⅲ摩托車排放控制技術(shù)
尾氣催化轉(zhuǎn)化技術(shù)在國內(nèi)外已較為成熟,在汽車上已廣泛使用,在部分國家和地區(qū)的摩托車上也有廣泛使用,可明顯降低排氣污染物的排放,達(dá)到良好的凈化效果。因為其是機(jī)外凈化方式,相當(dāng)于將排氣中未燃混合氣和有害氣體在排氣管中繼續(xù)通過氧化和還原反應(yīng)變?yōu)闊o害氣體。所以催化轉(zhuǎn)化器并不能達(dá)到節(jié)省燃油的效果,相反由于在排氣管中加入了金屬蜂窩狀的載體和催化劑,使得排氣受阻,背壓上升,發(fā)動機(jī)功率還會受到一定的損失。
摩托車排放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)路線主要采用兩種:1)基于化油器的技術(shù)方法:“化油器+兩級催化轉(zhuǎn)化器+二次補(bǔ)氣裝置+炭罐”或“電控化油器+催化轉(zhuǎn)化器+炭罐”的應(yīng)對方案;2)基于電噴的技術(shù)方法:采用“電噴+催化轉(zhuǎn)化器+炭罐”。
1.3 機(jī)動車排放控制新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用
隨著排放法規(guī)的加嚴(yán),尾氣后處理裝置行業(yè)也不斷涌現(xiàn)出一些新技術(shù)和新產(chǎn)品,從而形成了相關(guān)的新興行業(yè)。在政府有關(guān)部門的扶持下,國內(nèi)機(jī)動車環(huán)保生產(chǎn)企業(yè)和高等院校、科研院所的聯(lián)合攻關(guān),突破了國外企業(yè)的技術(shù)壁壘,在多個技術(shù)方面已經(jīng)形成了自主研發(fā)的實力,在產(chǎn)業(yè)建設(shè)方面也初步形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模,具備了一定的供給能力。
為進(jìn)一步研究和應(yīng)用新的機(jī)動車排放控制技術(shù),還應(yīng)加大力度對相關(guān)技術(shù)項目進(jìn)行深入的研發(fā)和應(yīng)用。例如:
(1)堇青石蜂窩陶瓷蜂窩載體是尾氣凈化催化劑的重要基體材料,在實施國Ⅴ和國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)時,高孔密度、薄壁堇青石陶瓷蜂窩載體將是一個主流的配置。所以,應(yīng)該設(shè)立基礎(chǔ)研究,作適當(dāng)支持。碳化硅/堇青石壁流式顆粒物捕集器DPF,使用封閉型的過濾壁面對所流經(jīng)的微粒進(jìn)行攔截,對超細(xì)微粒數(shù)量的分離效率可超過90%。所以,應(yīng)該進(jìn)行DPF載體研究和DPF再生控制方法的研究,促進(jìn)其發(fā)展。
(2)在控制機(jī)動車排放污染物領(lǐng)域,尾氣凈化催化劑是科學(xué)和技術(shù)同時密集產(chǎn)品。所以,應(yīng)支持高性能催化劑技術(shù)的研究,如:高性能稀土儲氧催化劑技術(shù)、耐高溫高比表面材料制備技術(shù)、汽油發(fā)動機(jī)低溫THC與耐高溫三效催化劑的制備技術(shù)、稀燃汽油發(fā)動機(jī)的NSR(NOx存儲還原)催化技術(shù)、密偶催化劑的制備技術(shù)、抗老化分子篩SCR催化劑、高性能鈰基SOF(可溶性有機(jī)物)凈化催化劑、NOx與PM同時凈化技術(shù);研究解決V-W-Ti體系的SCR催化劑V的流失和CSF(催化劑涂層微粒捕集器)抗硫老化問題。
(3)非膨脹型陶瓷襯墊的應(yīng)用,薄壁或極薄壁載體已成為機(jī)動車環(huán)保行業(yè)發(fā)展趨勢,目前我國還不具有相關(guān)制備能力,需要盡快著實支持相關(guān)研究,以保障新階段排放法規(guī)的順利實施。
(4)后處理裝置SCR系統(tǒng)除了催化劑之外,關(guān)鍵的零部件是高精度的尿素噴射系統(tǒng),應(yīng)該重點支持主要關(guān)鍵零部件—尿素噴射系統(tǒng)的研發(fā)工作。
(5)柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)的應(yīng)用是滿足日益嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的必然趨勢,但國內(nèi)自主企業(yè)與國外技術(shù)先進(jìn)企業(yè)相比,原有的技術(shù)基礎(chǔ)都很薄弱,產(chǎn)品性能滿足不了現(xiàn)有機(jī)動車排放法規(guī)的要求。所以,應(yīng)對柴油車高壓共軌系統(tǒng)這一關(guān)鍵核心零部件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作進(jìn)行持續(xù)支持。
1.4 主要(骨干)企業(yè)發(fā)展情況
1.4.1 企業(yè)總體情況
據(jù)統(tǒng)計,2013年機(jī)動車環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈上的相關(guān)企業(yè)依然保持在150多家,其中載體生產(chǎn)企業(yè)有10多家、催化劑涂層企業(yè)有10多家、隔熱襯墊企業(yè)有5家以上、催化器封裝企業(yè)有60多家、尿素噴射系統(tǒng)有5家以上、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)有17家左右、渦輪增壓系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)有10多家、EGR系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)有7家以上、燃油蒸發(fā)系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)有25家左右、曲軸箱通風(fēng)裝置生產(chǎn)企業(yè)有15家左右。主要生產(chǎn)企業(yè)見表4。
1.4.2 產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模分布情況
目前的150多家企業(yè)中,江蘇、上海、北京、浙江企業(yè)數(shù)目列為前四位。長三角地區(qū)(滬、蘇、浙)的機(jī)動車污染防治生產(chǎn)企業(yè)大約占到總數(shù)的一半,是機(jī)動車污染防治產(chǎn)品的主要生產(chǎn)基地,見圖6。
1.4.3 行業(yè)市場競爭狀況
由于目前機(jī)動車環(huán)保產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)大部分都是合資、獨資企業(yè),市場份額占有率在80%以上,其核心技術(shù)都是從國外引進(jìn)的,所以技術(shù)水平與國外技術(shù)水平相當(dāng)。
為了達(dá)到機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,采用的排放后處理裝置基本是由國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)供應(yīng)的,但是關(guān)鍵技術(shù)基本都掌握在跨國企業(yè)手中,還有一小部分是從國外采購的。因此,關(guān)鍵后處理零部件的研發(fā)和投產(chǎn),以及核心技術(shù)的研究等還應(yīng)加大投入力度,我國機(jī)動車污染防治產(chǎn)業(yè)發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。
表4 國內(nèi)機(jī)動車環(huán)保產(chǎn)品主要生產(chǎn)企業(yè)
隨著機(jī)動車排放防治工作的加強(qiáng),一方面新車排放法規(guī)不斷升級,新車的污染排放將通過采用更先進(jìn)的尾氣后處理裝置大幅降低;另一方面在用車、黃標(biāo)車和非道路機(jī)械等成為機(jī)動車污染物控制的重點,其排放必將通過尾氣治理得到大幅削減。這些都將為國內(nèi)的機(jī)動車后處理裝置帶來巨大的市場潛力。
前文中分析了滿足國Ⅳ及以上排放標(biāo)準(zhǔn)中重型柴油機(jī)主要有兩條技術(shù)路線:SCR和EGR + DPF。機(jī)動車污染防治委員會通過開展“機(jī)動車國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)實施前相關(guān)行業(yè)準(zhǔn)備狀況調(diào)研”課題,對SCR和EGR + DPF的市場供應(yīng)進(jìn)行分析,結(jié)果見圖7、圖8。
圖7 SCR系統(tǒng)供應(yīng)能力分析(萬套)
圖8 EGR + DPF系統(tǒng)供應(yīng)能力分析(萬套)
從調(diào)研的數(shù)據(jù)看,EGR + DPF技術(shù)路線產(chǎn)能要比SCR技術(shù)路線小,主要原因是由于國內(nèi)的燃油品質(zhì)和應(yīng)用范圍受限。另外,相關(guān)企業(yè)在市場需求不明朗的情況下未能積極擴(kuò)充產(chǎn)能。
2011年底,全國“黃標(biāo)車”的保有量為1520.3萬輛,按照柴油車占17%的比例計算,全國柴油“黃標(biāo)車”約占258萬輛。假如每年對10%的“黃標(biāo)車”進(jìn)行治理,目前的后處理裝置市場足以滿足“黃標(biāo)車”治理的需求,而且能滿足新車(柴油車)市場的需求。
針對新車和在用車治理需求的后處理裝置,假定輕中型柴油車以170萬輛/年來計算,每年將有100億元的后處理市場;重型柴油車以180萬輛/年計算,每年將有至少200億元的后處理市場;輕型汽油車年增長量以1500萬輛/年計算,每年至少300億元的后處理市場。此外,還會拉動下游環(huán)保載體、催化劑、電控裝置、尿素、機(jī)械加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè),將形成千億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,必將是新的經(jīng)濟(jì)增長點。
“十二五”期間減排目標(biāo)的任務(wù)艱巨,在新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中,增設(shè)了PM2.5平均濃度限值,而機(jī)動車行業(yè)的PM2.5排放又主要來自柴油車,再加上柴油車國IV排放標(biāo)準(zhǔn)于2013年7月1日實施。所以,未來機(jī)動車污染防治工作的重點仍是降低柴油車和摩托車污染物排放,同時要全面推動先進(jìn)的柴油機(jī)和摩托車排放控制技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用。應(yīng)引導(dǎo)柴油車和摩托車的后處理技術(shù)裝置生產(chǎn)企業(yè)積極創(chuàng)新,引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)開展后處理裝置技術(shù)研究工作,開展相關(guān)試驗研究工作,制造出新技術(shù)的產(chǎn)品,并形成一定的生產(chǎn)能力和規(guī)模,以滿足各種型式發(fā)動機(jī)的需求。
節(jié)能減排是當(dāng)下機(jī)動車發(fā)展的重點,而傳統(tǒng)的節(jié)能型汽車是發(fā)展的主要對象。機(jī)動車污染防治行業(yè)應(yīng)積極實施節(jié)能減排、新技術(shù)應(yīng)用,提高核心技術(shù)創(chuàng)新在企業(yè)發(fā)展中的地位,實現(xiàn)全面的產(chǎn)業(yè)升級。
目前國內(nèi)部分柴油車(機(jī))企業(yè)的產(chǎn)品,發(fā)動機(jī)已經(jīng)采用了先進(jìn)技術(shù),匹配了后處理裝置產(chǎn)品,并達(dá)到了國IV標(biāo)準(zhǔn)的要求。國內(nèi)大型企業(yè)已開始著手進(jìn)行實施國IV/國V標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的儲備,進(jìn)行高壓共軌系統(tǒng)、后處理裝置等與發(fā)動機(jī)相匹配的試驗研究,以及對主流的柴油機(jī)都采用選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng),在排氣溫度較低情況下性能的穩(wěn)定性等方面正在做進(jìn)一步的研究。所以,機(jī)動車污染防治新技術(shù)和新產(chǎn)品將會不斷呈現(xiàn)和廣泛應(yīng)用。
此外,柴油機(jī)排放的氮氧化物(NOx)為“十二五”期間機(jī)動車排放控制重點。相比較而言,各種重型商用車,農(nóng)用車、工程機(jī)械用柴油機(jī)技術(shù)更加落后,基本沒有采用任何排放控制裝置來控制氮氧化合物和顆粒物排放,因此具有較大的節(jié)能減排潛力,柴油機(jī)后處理裝置的市場也將是很大的。
總之,國家大氣環(huán)保新政將進(jìn)一步推動機(jī)動車污染防治行業(yè)的快速發(fā)展。
Development Report on Pollution Prevention & Control Industry of Motor-vehicles in 2013
(Specialty Committee of Pollution Prevention & Control Technology of Motor-vehicles, CAEPI, Beijing 100037, China)
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1006-5377(2014)04-0004-08