浅谈国内柴油机排放过滤器的应用
摘 要:简述了我国应对机动车污染防治的概况；针对柴油车污染后处理装置，指出流通式或部分流通式过滤器不能有效降低柴油车排气中的微粒数量，对微粒质量的降低比例也仅在50％左右，而壁流式微粒过滤器对超细微粒的分离效率超过90％，能有效解决超细微粒对公众健康的危害。
关键词:柴油车;污染排放控制;流通式过滤器;壁流式微粒过滤器
改革开放30多年来，中国汽车工业发展速度十分迅猛，目前已成为我国的支柱产业。2009年，我国已成为全球最大的汽车生产国。随着我国汽车产业的快速发展和车辆的大量使用，其污染排放亦给大中城市的大气质量带来巨大的环境压力。尽管近10年来，国家汽车污染排放标准不断升级，排放限值一再加严，但是单车污染量的削减仍抵消不了汽车保有量的飞速增长，所带来的大气环境污染仍不断恶化；同时，汽车的快速增长又给城市滞后建设的道路造成拥堵和大量“怠速排放”，更加加剧了尾气排放造成的污染。这些都与节能减排、改善环境、以人为本等城市建设原则格格不入。
二十世纪九十年代，为了控制汽车污染排放，在参考欧洲排放法规基础上，我国相继出台了一系列排放标准、政策法规和管理措施。到目前为此，汽油车排放控制基本进入了有效控制阶段，三效催化转化器得到了广泛应用；柴油车的污染排放控制在2008年底首次颁布了《柴油车排气后处理装置》（HJ 451-2008）标准，但柴油车污染排放仍未能得到有效控制。造成柴油车污染排放控制滞后的原因很多，其中一个重要的原因是，我国还没有掌握适合国情的柴油车排放后处理装置技术。
目前国内外柴油车排放控制目标主要是柴油机废气中危害人体健康的微粒物（PM）。近年的最新研究发现，微粒中的20～300纳米的超细微粒可以侵入人体的肺泡，沉积在肺部深处，是严重的致癌物质。传统的柴油车治理方法仅仅只能降低柴油车排气中微粒物的质量（重量），而不能真正减少微粒对人体的危害，因为只有降低废气中20～300纳米的超细微粒数量，才能有效地降低微粒对人体的危害。目前，欧盟已经将柴油车排放超细微粒数量的限值6 × 1011 个/km列入欧5b标准中，规定欧5b标准将在2011年9月开始执行，可见控制超细微粒对人体的危害的观念已经得到各国的认同并付诸实施。
目前，控制柴油车微粒排放的装置是主要有流通式或部分流通式微粒过滤器和壁流式微粒过滤器两种。与壁流式微粒过滤器相比，流通式或部分流通式过滤器虽然能通过氧化反应把捕集到的一部分微粒去除掉，但是由于该过滤器是流通式的，一部分微粒能直接顺着通道排出过滤器。另外，一些非可氧化微粒物（如硫酸盐）虽然会在过滤器上沉积一段时间，但最终还是会随着尾气气流排到大气中，从而对人体健康形成危害。所以该类型装置不能有效降低柴油车排气中的微粒数量，对微粒质量的降低比例仅在50％左右，不能从根本上解决超细微粒对人体健康的危害。而壁流式微粒过滤器使用封闭型的过滤壁面对所流经的微粒进行拦截，对超细微粒数量的分离效率超过90％，因此大家公认只有壁流式微粒过滤器才能最有效地解决超细微粒对公众健康的危害。
鉴于流通式或部分流通式过滤器存在上述严重缺陷，欧洲国家及我国北京市目前从技术上提出了对采用这种装置的一些限制。欧5b标准提出了微粒数量排放限值，实际上也就是针对流通式或部分流通式过滤器的缺陷。欧盟委员会在2007年12月的会议后规定：壁流式过滤器具有降低被认为最有害于健康的超细微粒的优点，开放式过滤器尽管能满足新的微粒排放质量限值，但能够使大量超细微粒通过。为阻止将来开放式过滤器发展的可能性，根据计划在随后阶段会采用新的标准限制排放的微粒数量。
德国2008年在TGRS 554规定中明确指出，部分流通过滤器、开放式系统（即流通式）不属于微粒过滤器（DPF）的技术规则范围。TGRS过滤器技术规则中定义微粒过滤器，是一个由耐隔热和耐腐蚀的外壳密封的合适的过滤介质，连续清除柴油引擎废气流的微粒成分，包括主要由碳组成的黑色固体、较小程度凝聚部分未燃的燃料，这保留了发动机的运行阻力在过滤器制造商批准的微粒过滤系统的限制。DPF系统工作时不保证固定的分离比大于90％，部分流通过滤器、开放式系统等不属于本技术规则的目的。
北京市制定的柴油车改造计划也否定了部分流通及全流通式过滤器。2008年6月，当时的技术支持单位北京汽车研究所专家指出，“正在开展的北京柴油机改造计划中，我们只使用壁流式柴油机微粒过滤器。因为我们的试验研究发现，柴油机氧化催化器、部分流通式柴油机微粒过滤器、流通式柴油机微粒过滤器不能有效降低柴油车对公众健康的危害。”
具有中国自主知识产权的碳化硅壁流式微粒过滤器生产技术及产业化基地已于2010年建成，并且该产品和再生控制系统（ART）已通过国家有关机构及瑞士VERT规则检测，且比国外进口同类产品的价格低廉，但因国Ⅳ标准尚未真正执行，以及欠缺必要的油品质量和政策支持等原因，这些产品未能全面进行推广；而且这类国外产品进口价格高昂、汽车企业不了解国内的纯碳化硅壁流式微粒过滤器的产品，因此建议国内相关部门对这类产品的推广能给予实际的支持，同时加强国家排放标准有效实施的力度，将好的环保产品应用于实际，真正降低柴油车颗粒物对大气环境和公众健康的伤害。
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