欧盟非道路移动机械有害物排放要求
2019-07-30 16:00控制建筑施工机械的有害物排放,是减少空气污染、保护环境、保护人类健康、促进可持续发展的重要举措。在该领域欧盟最主要的技术法规就是《关于协调各成员国采取措施防治非道路移动机械用内燃机气体污染物和颗粒物排放的97/68/EC指令》,简称非道路移动机械排放指令。原始指令97/68/EC在1997年12月16号正式成为欧盟成员的法律。指令制定的目的,在于协调欧盟各成员国非道路移动机械的排放限量标准、型式批准程序,在保护环境的同时也促进欧盟市场的统一。其中,“非道路移动机械”(non-road mobile machinery, NRMM)是指,装配有发动机的移动机械、可运输的工业设备以及不以道路客运或货运为目的的车辆。根据指令附件I的规定,指令适用的发动机净功率在18kw~560kw之间,涉及的非道路移动机械包括(但不限于):工业用钻采设备、压缩机等;建筑装备,包括轮胎式装载机、推土机、履带式拖拉机、履带式装载机、自动装载机、越野载重车、水力挖掘机等;农业用装备;林业用装备;自力推进的农用交通工具(拖拉机除外);手持式机械;叉式起重车;道路养护装备(平地机、压路机、沥青整修机);扫雪机;机场地勤设备;高空起重设备;移动式起重机。
97/68/EC指令自发布以来一共进行了数次修订,主要是2001年08月17日发布的2001/63/EC号指令;2002年12月09日发布的2002/88/EC号指令;2004年04月21日发布的2004/26/EC号指令;以及2010年03月31日发布的2010/26/EU指令。尽管历经数次修订,但指令的核心内容、历次的主要修订条款,都是各类发动机的型式核准要求、排放限值标准和测试程序要求等。发动机型式核准的申请须由制造商向型式核准机构提出,有关技术资料的提供应符合指令附件II的要求。型式核准机构对满足指令要求的发动机机型或发动机系族(engine family)应予以型式核准,并颁发型式核准证书。
有关污染物的排放限值,通过2004/26/EC等指令的修正和调整,欧盟的有害物排放要求已与美国环保署的排放要求基本保持一致。其中2004/26/EC号指令,规定了非道路用压燃式柴油机第IIIA、IIIB、IV阶段的排放指标和实施日期。从2005年6月30日起,将根据柴油机的功率范围和实际用途,分阶段强制执行第III(细分为IIIA和IIIB两个阶段)、IV阶段排放要求。其中,欧盟IIIB标准在IIIA基础上降低了颗粒物排放限值,使之与美国环保署的Tier3标准相当,欧盟IV阶段标准与美国Tier4标准相当,进一步降低了氮氧化物的排放限值。通过这种分阶段、持续降低排放限值,至2014年,欧盟将削减90-95%的排放,与美国环保署的排放标准保持同步。
欧盟非道路移动机械用柴油机排气污染物中一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOX)、颗粒物(PM)的在IIIA、IIIB和IV阶段的排放限量,详见表1-表3。
表1 欧盟非道路移动机械用内燃机气体污染物和颗粒物排放限值及实施阶段表
表1 IIIA阶段排放限值
发动机类型 |
净功率 P(kW) |
非恒定转速 |
恒定转速 |
CO |
HC + NOx |
PM |
实施时间 |
g/kWh |
|||||
H |
130≤P≤560 |
2006.01 |
2011.01 |
3.5 |
4.0 |
0.2 |
I |
75≤P≤130 |
2007.01 |
2011.01 |
5.0 |
4.0 |
0.3 |
J |
56≤P≤75 |
2008.01 |
2012.01 |
5.0 |
4.7 |
0.4 |
K |
37≤P≤56 |
2007.01 |
2011.01 |
5.5 |
7.5 |
0. 6 |
表2 IIIB阶段排放限值
发动机类型 |
净功率 P(kW) |
实施时间 |
CO |
HC |
NOx |
PM |
g/kWh |
||||||
L |
130≤P≤560 |
2011.01 |
3.5 |
0.19 |
2.0 |
0.025 |
M |
75≤P<130 |
2012.01 |
5.0 |
0.19 |
3.3 |
0.025 |
N |
56≤P<75 |
2012.01 |
5.0 |
0.19 |
3.3 |
0.025 |
P |
37≤P<56 |
2013.01 |
5.0 |
4.7 |
0.025 |
表3 IV阶段排放限值
发动机类型 |
净功率 P(kW) |
实施时间 |
CO |
HC |
NOx |
PM |
g/kWh |
||||||
Q |
130≤P≤560 |
2014.01 |
3.5 |
0.19 |
0.4 |
0.025 |
R |
56≤P<130 |
2014.10 |
5.0 |
0.19 |
0.4 |
0.025 |
根据规定,IIIB阶段排放标准中颗粒物排放限值为0.025g/kWh,与II阶段相比消减了约90%的排放。可以预见,要符合限量标准,发动机将不得不安装颗粒物过滤器。针对IV阶段排放标准严格的氮氧化物排放限量标准,氮氧化物排放控制及后处理也必须加以考虑、认真对待。
在测序程序方面,IIIA阶段,恒转速柴油机气体和颗粒物排放适用稳态测试(Non-Road Steady Cycle, NRSC);IIIB阶段和IV阶段,在功率在19~560kw间歇转速柴油机气体和颗粒物排放,稳态测试和瞬态测试(Non-Road Transient Cycle, NRTC)都必须适用。
根据新修订的2010/26/EU指令,稳态测试设备规格要求和瞬态测试程序见表4、表5。
表4 稳态测试设备规格A
19~560kw间歇运转的压燃式发动机或有轨机车的压燃式发动机 |
|||
工况号 |
转速(r/min) |
负载(%) |
加权值 |
1 |
额定或基准转速 |
100 |
0.15 |
2 |
额定或基准转速 |
75 |
0.15 |
3 |
额定或基准转速 |
50 |
0.15 |
4 |
额定或基准转速 |
10 |
0.10 |
5 |
中间 |
100 |
0.10 |
6 |
中间 |
75 |
0.10 |
7 |
中间 |
50 |
0.10 |
8 |
怠速 |
— |
0.15 |
注:n基准=n低+0.95×(n高-n低) 其中: 高转速是70%额定功率时的最高转速; 低转速是50%额定功率时的最低转速; 根据ISO 8178-11:2006《往复式内燃机--排气污染测定--第11部分:在瞬态条件下空栽移动机械用内燃机汽体和颗粒物质排放污染的试验台测定法》测量基准转速在发动机制造商宣布的基本转速±3%以内,就用宣布基本转速,否则用测量基本转速。 |
表5 稳态测试设备规格B
19~560kw恒速运转的压燃式发动机 |
|||
工况号 |
转速(r/min) |
负载(%) |
加权值 |
1 |
额定 |
100 |
0.05 |
2 |
额定 |
75 |
0.25 |
3 |
额定 |
50 |
0.30 |
4 |
额定 |
25 |
0.30 |
5 |
额定 |
10 |
0.10 |
表6 排放测试流程
发动机准备,测试前测量及校准 |
↓
NRTC测试 |
↓
生成发动机图(最大转矩曲线) 产生基准测试循环 |
↓
视需要进行一次或多次测试循环,以便检查发动机、试车台和排放系统是否正常 |
↓
自然或强制冷却 |
↓
所有系统准备抽样(包括分析器校准)和数据采集 |
↓
自然或强制冷却 |
↓
冷启动排放测试阶段 |
↓
热浸处理 |
↓
热启动排放测试阶段 |
湖南省质量和标准化研究院编辑整理