国内外非道路移动机械用柴油机排放分析及应对策略
发布时间：2018/8/13 17:10:50 | 点击数：次：4528
1、非道路移动机械概念
非道路移动机械是指用于非道路上的，根据其是否具有驱动功能，可分为两种类别：
1）自驱动或具有双重功能：既能自驱动又能进行其他功能操作的机械；
2）不能自驱动，但被设计成能够从一个地方移动或被移动到另一个地方的机械。
如：常见的工程机械、农业机械、林业机械、工业钻探设备、材料装卸机械、机场地勤设备等。
2、国内外排放标准（法规）
2.1欧盟法规
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。
表1 欧盟非道路柴油机污染物排放限值及实施时间
|
标准 阶段 |
功率（kW） |
排放限值（g/kWh） |
实施日期 |
||||
|
CO |
THC |
HC+NOX |
NOX |
PM |
|||
|
欧I |
37≤P＜75 |
6.5 |
1.3 |
|
9.2 |
0.85 |
1998.07.01 |
|
75≤P＜130 |
5.0 |
1.3 |
|
9.2 |
0.7 |
||
|
130≤P≤560 |
5.0 |
1.3 |
|
9.2 |
0.54 |
||
|
欧II |
18≤P＜37 |
5.5 |
1.5 |
|
8.0 |
0.8 |
2000.01.01 |
|
37≤P＜75 |
5.0 |
1.3 |
|
7.0 |
0.4 |
2003.01.01 |
|
|
75≤P＜130 |
5.0 |
1.0 |
|
6.0 |
0.3 |
2002.01.01 |
|
|
130≤P≤560 |
3.5 |
1.0 |
|
6.0 |
0.2 |
2001.01.01 |
|
|
欧IIIA |
19≤P<37 |
5.5 |
|
7.5 |
|
0.6 |
2006.01.01 |
|
37≤P<75 |
5.0 |
|
4.7 |
|
0.4 |
2007.01.01 |
|
|
75≤P<130 |
5.0 |
|
4.0 |
|
0.3 |
2006.01.01 |
|
|
130≤P≤560 |
3.5 |
|
4.0 |
|
0.2 |
2005.07.01 |
|
|
欧IIIB |
37≤P<56 |
5.0 |
|
4.7 |
|
0.025 |
2012.01.01 |
|
56≤P<75 |
5.0 |
0.19 |
|
3.3 |
0.025 |
2011.01.01 |
|
|
75≤P<130 |
5.0 |
0.19 |
|
3.3 |
0.025 |
2011.01.01 |
|
|
130≤P≤560 |
3.5 |
0.19 |
|
2.0 |
0.025 |
2010.01.01 |
|
|
欧IV |
56≤P<130 |
5.0 |
0.19 |
|
0.4 |
0.025 |
2013.10.01 |
|
130≤P≤560 |
3.5 |
0.19 |
|
0.4 |
0.025 |
2013.01.01 |
|
2.2美国法规
美国对非道路移动机械用柴油机的控制最早，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。
表2 美国非道路柴油机污染物排放限值及实施时间
|
排放阶段 |
功率（kW） |
排放限值（g/kWh） |
实施日期 |
|||||
|
CO |
THC |
NOX |
NMHC+NOX |
PM |
||||
|
Tier1 |
P<8 |
8.0 |
/ |
/ |
10.5 |
1.0 |
2000 |
|
|
8≤P<19 |
6.6 |
/ |
/ |
9.5 |
0.80 |
2000 |
||
|
19≤P<37 |
/ |
/ |
9.2 |
/ |
/ |
1999 |
||
|
37≤P<75 |
/ |
/ |
9.2 |
/ |
/ |
1998 |
||
|
75≤P<130 |
/ |
/ |
9.2 |
/ |
/ |
1997 |
||
|
130≤P<225 |
11.4 |
1.3 |
9.2 |
/ |
0.54 |
1996 |
||
|
225≤P<450 |
11.4 |
1.3 |
9.2 |
/ |
0.54 |
1996 |
||
|
450≤P≤560 |
11.4 |
1.3 |
9.2 |
/ |
0.54 |
1996 |
||
|
P>560 |
11.4 |
1.3 |
9.2 |
/ |
0.54 |
2000 |
||
|
Tier2 |
P<8 |
8.0 |
/ |
/ |
7.5 |
0.80 |
2005 |
|
|
8≤P<19 |
6.6 |
/ |
/ |
7.5 |
0.80 |
2005 |
||
|
19≤P<37 |
5.5 |
/ |
/ |
7.5 |
0.40 |
2004 |
||
|
37≤P<75 |
5.0 |
/ |
/ |
7.5 |
0.40 |
2004 |
||
|
75≤P<130 |
5.0 |
/ |
/ |
6.6 |
0.30 |
2003 |
||
|
130≤P<225 |
3.5 |
/ |
/ |
6.6 |
0.20 |
2003 |
||
|
225≤P<450 |
3.5 |
/ |
/ |
6.4 |
0.20 |
2001 |
||
|
450≤P≤560 |
3.5 |
/ |
/ |
6.4 |
0.20 |
2002 |
||
|
P >560 |
3.5 |
/ |
/ |
6.4 |
0.20 |
2006 |
||
|
Tier3 |
37≤P<75 |
5.0 |
/ |
/ |
4.7 |
0.40 |
2008 |
|
|
75≤P<130 |
5.0 |
/ |
/ |
4.0 |
0.30 |
2007 |
||
|
130≤P<225 |
3.5 |
/ |
/ |
4.0 |
0.20 |
2006 |
||
|
225≤P<450 |
3.5 |
/ |
/ |
4.0 |
0.20 |
2006 |
||
|
450≤P≤560 |
3.5 |
/ |
/ |
4.0 |
0.20 |
2006 |
||
|
|
||||||||
|
排放阶段 |
功率（kW） |
排放限值（g/kWh） |
实施日期 |
|||||
|
CO |
NMHC |
NOX |
NMHC+NOX |
PM |
||||
|
Tier4 Interim |
P<19 |
6.6 |
/ |
/ |
7.5 |
0.40 |
2008 |
|
|
19≤P<56 |
5.0 |
/ |
/ |
4.7 |
0.03 |
2013 |
||
|
56≤P<130 |
5.0 |
0.19 |
0.4 |
/ |
0.20 |
2012-2014 |
||
|
130≤P≤560 |
3.5 |
0.19 |
0.4 |
/ |
0.20 |
2011-2014 |
||
|
P >560 |
3.5 |
0.19 |
3.5 |
/ |
0.20 |
2011-2014 |
||
|
Tier4 Final |
P<19 |
6.6 |
/ |
/ |
7.5 |
0.40 |
2014年及以后 |
|
|
19≤P<56 |
5.0 |
/ |
/ |
4.7 |
0.03 |
|||
|
56≤P<130 |
5.0 |
0.19 |
0.4 |
/ |
0.02 |
|||
|
130≤P≤560 |
3.5 |
0.19 |
0.4 |
/ |
0.02 |
|||
|
P>560 |
发电机组 |
3.5 |
0.19 |
0.67 |
/ |
0.03 |
||
|
非发电机组 |
3.5 |
0.19 |
3.5 |
/ |
0.04 |
|||
2.3中国排放标准
中国关于非道路移动机械用柴油机的排放限值的标准出台较晚，2007年才颁布实施了《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国I、II阶段）》 （GB20891-2007）标准，修改采用了欧盟（EU）指令97/68/EC（截止到修订版2002/88/EC）《关于协调各成员国采取措施防治非道路移动机械用柴油机气态污染物和颗粒物排放的法律》的部分技术内容。2007年10月1日实施第I阶段排放要求，2009年10月1日，实施第II阶段排放要求。 2014年对GB20891标准进行了修订，发布了GB20891-2014中国第III和第IV阶段限值。2014年10月1日实施第III阶段限值（型式核准）。有关第IV阶段限值的详细实施时间，暂未作出规定。
表3 中国非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值
|
标准阶段 |
额定净功率 （Pmax/kW） |
排放限值（g/kWh） |
实施日期 |
||||
|
CO |
HC |
NOx |
HC+NOx |
PM |
|||
|
国I |
0<Pmax<8 |
12.3 |
/ |
/ |
18.4 |
/ |
2007.10.1 |
|
8≤Pmax<18 |
8.4 |
/ |
/ |
12.9 |
/ |
||
|
18≤Pmax<37 |
8.4 |
2.1 |
10.8 |
/ |
1.0 |
||
|
37≤Pmax<75 |
6.5 |
1.3 |
9.2 |
/ |
0.85 |
||
|
75≤Pmax<130 |
5.0 |
1.3 |
9.2 |
/ |
0.7 |
||
|
130≤Pmax≤560 |
5.0 |
1.3 |
9.2 |
/ |
0.54 |
||
|
说明：限值是在排气后处理装置（安装）之前，柴油机排气口处应达到的限值。 |
|||||||
|
国II |
0<Pmax<8 |
8.0 |
/ |
/ |
10.5 |
1.0 |
2009.10.1 |
|
8≤Pmax<18 |
6.6 |
/ |
/ |
9.5 |
0.8 |
||
|
18≤Pmax<37 |
5.5 |
1.5 |
8.0 |
/ |
0.8 |
||
|
37≤Pmax<75 |
5.0 |
1.3 |
7.0 |
/ |
0.4 |
||
|
75≤Pmax<130 |
5.0 |
1.0 |
6.0 |
/ |
0.3 |
||
|
130≤Pmax≤560 |
3.5 |
1.0 |
6.0 |
/ |
0.2 |
||
|
国III |
Pmax<37 |
5.5 |
/ |
/ |
6.4 |
0.20 |
2014.10.1 |
|
37≤Pmax<75 |
5.0 |
/ |
/ |
4.7 |
0.40 |
||
|
75≤Pmax<130 |
5.0 |
/ |
/ |
4.0 |
0.30 |
||
|
130≤Pmax≤560 |
3.5 |
/ |
/ |
4.0 |
0.20 |
||
|
Pmax>560 |
3.5 |
/ |
/ |
6.4 |
0.20 |
||
|
国IV |
Pmax<37 |
5.5 |
/ |
/ |
7.5 |
0.60 |
暂未实施 |
|
37≤Pmax<56 |
5.0 |
/ |
/ |
4.7 |
0.025 |
||
|
56≤Pmax<75 |
5.0 |
0.19 |
3.3 |
/ |
0.025 |
||
|
75≤Pmax<130 |
5.0 |
0.19 |
3.3 |
/ |
0.025 |
||
|
130≤Pmax≤560 |
3.5 |
0.19 |
2.0 |
/ |
0.025 |
||
|
Pmax>560 |
3.5 |
0.40 |
3.5,0.67(1) |
/ |
0.10 |
||
|
（1）适用于可移动式发电机组用Pmax>900kW的柴油机。 |
|||||||
2.4全球统一的非道路移动机械排放法规
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。
2.5对比分析
我国对非道路移动机械用柴油机排放标准出台晚，与欧美国家相比，大约有8年左右的滞后，对比排放阶段来说基本上就是差一到两个排放阶段。随着《大气污染防治法》的出台以及国内面临的日益严峻的环境治理压力，国内标准更新步伐显著加快，正在逐步缩小同发达国家之间的差距。由于我国排放标准制订时参考引用了欧盟标准，所以在排放限值上与欧洲数值基本一致，如正在实施的国III相当于欧IIIA（Stage IIIA ）、国Ⅳ相当于欧IIIB（Stage IIIB ）。与美国标准相比，两者的排放限值比较接近，但不能简单的化成等号，只能说国III大致相当于美国的Tier3。
3、可见污染物（烟度）排放标准
由于欧美国家非道路移动机械已实施了第四阶段排放标准，PM颗粒质量限值已经非常低了，已基本接近技术所能达到的极端数值，因此欧美国家并未对非道路移动机械的排气烟度作出相关标准限制要求。
国内的情况截然相反，由于第三阶段标准实施时间较短，市场存量的非道路移动机械中大部分为国II车辆，甚至还有一部分的国I和早期无排放阶段的车辆，这些设备基本都存在使用时间较长，保养状况较差，排放超标严重，特别是柴油机排放黑烟现象尤为突出，因此国内一些对环境质量要求较高的地区制定了针对在用非道路移动机械柴油机的排气烟度限值。
表4 国内不同地区在用非道路移动机械柴油机排气烟度限值及测量方法
|
地区 |
标准名称（标准号）/实施日期 |
限值 |
测量方法 |
判定结论 |
备注 |
|
北京 |
在用非道路柴油机械烟度排放限值及测量方法（DB11/184-2013）/2013.7.1 |
Ⅰ类： ≤1.61m-1 Ⅱ类： ≤1.0m-1 Ⅲ类： ≤0.6m-1 |
自由加速或自由加载 |
根据情况，任选一种方法即可 |
2013年6月30日（含）以前注册等级或销售的执行Ⅰ类限值；2013年7月1日（含）以后执行Ⅱ类；2015年1月1日以后（含）执行Ⅲ类 |
|
无明显可见烟度，不超过林格曼1级 |
林格曼法 |
培训认可的监管人员采用 |
|||
|
天津 |
在用非道路柴油机械烟度排放限值及测量方法（DB12/588-2015）/2015.7.1 |
Ⅰ类： ≤1.61m-1 Ⅱ类： ≤1.0m-1 Ⅲ类： ≤0.6m-1 |
自由加速或自由加载 |
根据情况，任选一种方法即可 |
2015年6月29日（含）以前注册等级或销售的执行Ⅰ类限值；2015年7月1日（含）至2016年3月31日执行Ⅱ类；2016年4月1日（含）执行Ⅲ类 |
|
不超过林格曼1级 |
林格曼法 |
|
|||
|
河北 |
在用非道路柴油机械排气烟度排放限值及测量方法（DB13/2543-2017）/2017.1.1 |
Ⅰ类： ≤1.6m-1 Ⅱ类： ≤0.6m-1 |
自由加速或自由加载 |
根据情况，任选一种方法即可 |
2016年11月30日（含）以前销售的执行Ⅰ类限值；2016年12月1日（含）以后执行Ⅱ类 |
|
不超过林格曼1级 |
林格曼法 |
|
|||
|
上海 |
在用非道路移动机械用柴油机排气烟度排放限值及测量方法 （DB31/981-2016）/2016.7.1 |
Ⅰ类： ≤1.6m-1（启动时≤3.0m-1） Ⅱ类： ≤0.5m-1（启动时≤1.0m-1） |
自由加速或自由加载 |
先判定启动烟度，然后再用自由加速及加载测量判定 |
2016年7月1日起新购置的执行Ⅱ类限值；2016年10月1日起，外环线（含）以内区域及高污染禁用区执行执行Ⅱ类限值；2016年10月1日起，在2016年7月1日前购置的且在外环线区域及高污染禁用区外的在用设备执行Ⅰ类限值。 |
|
深圳 |
在用非道路移动机械用柴油机排气烟度排放限值及测量方法 （SZJG49-2015）/2015.7.1 |
≤0.5m-1 |
自由加速或自由加载 |
采取两种的一种即可 |
|
2018年5月，浙江省质量技术监督局下达了《在用非道路移动机械用柴油机排气烟度排放限值及测量方法》地方标准制订计划，预计年底可以编制完成并对外发布。由此可见，对在用非道路移动机械用柴油机排气烟度的严格监管已经形成共识，各地区将会根据自身实际情况提出本地区标准限值要求，合力做好市场已有非道路移动机械的管理。
4、国家环保标准“十三五”发展规划摘要
2017年4月，生态环境部（原国家环境保护部）印发了国家环保标准“十三五”发展规划。发展规划中已对《非道路用机械烟度排放标准》进行了立项，预计在2019年发布，此外还准备提出中国第五阶段排放限值。总之，非道路移动机械的排放限值一定会越来越严，必将倒逼生产企业进行技术革新，从而促进减排工作的顺利实施，更好的保护好国内空气环境质量。
表5 非道路移动机械用柴油机标准发展规划
|
序号 |
名称 |
拟发布年份 |
归口业务司 |
备注 |
|
1 |
非道路用机械烟度排放标准 |
2019 |
大气司 |
已立项 |
|
2 |
非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限 值及测量方法（中国第五阶段） |
2022 |
大气司 |
2020 |
5、在用非道路移动机械用柴油机的治理
影响非道路移动机械用柴油机排放的因素主要有使用的柴油品质、柴油机的进排气系统、柴油机的后处理装置等几个方面。其中对于柴油品质，国家已经制订了国V和国VI阶段的柴油标准，新标准中柴油品质有了显著提高，使柴油对车辆排放的影响逐步减小；而进排气系统的改造较为复杂，且价格昂贵；简单有效的办法就是在后处理装置上下功夫。目前，市场上普遍采用的就是加装颗粒捕集器（DPF）来降低排气烟度数值，通过调研发现，只要定期清理DPF滤芯，加强使用中的维护保养，加装DPF后的车辆排放烟度数值都得到了较大幅度的降低，一般可控制在0.3m-1以下，满足了国内环保要求，是一种行之有效的解决办法。
5.1专业的第三方检测机构 - 中博检测
中博工程机械检验检测有限公司是首家获得CMA资质的专业工程机械烟度检测机构，主要从事工程机械发动机排放烟度检测及技术咨询业务。
公司按照GB3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》和DB13/2543-2017及《在用非道路柴油机械烟度排放限值及测量方法》等标准规定的测量方法进行作业。在检测设备方面，采用先进的不透光烟度检测仪，具有精度高、稳定性强、检测时间短等显著优点，是现阶段测量柴油机排放烟度的最先进仪器之一。