非道路移动机械排放污染的控制和治理研究

项雅静 陈佳昊 王东方

摘要：随着城乡基础建设和产业发展，中国非道路移动机械的产量、保有量与使用量不断增加。2020年非道路移动源颗粒物和氮氧化物排放量分别为机动车的3.5倍和0.75倍，相关防治策略研究亟待加强。中国非道路移动机械国四排放标准明显受严颗粒物排放限值，但氮氧化物限值仍与欧美标准存在差距。为有效实现非道路移动机械减排，有必要在新生产机械结构升级，在用机械奎链条管理、远程监控监管、油品质量管理和老旧机械升级改造等方面形成防治策略。

关键词：非道路移动机械；排放标准；污染防治

中图分类号：X32 文献标志码：A

1非道路移动机械概述与排放污染治理需求

非道路移动机械主要是指不在道路上行驶的自驱动移动式机械设备和可运输工业设备，种类繁多，分布广泛。包括但不限于推土机、挖掘机、装载机等工程机械，拖拉机、收割机、农用运输车等等农用机械，叉车、拖车等场（厂）内和港口作业机械以及工业钻探设备、机场地勤设备等。多分布在国防建设、交通运输和能源工业施工工地，物流园区和工矿企业生产经营区域，港口、码头、机场和铁路货场等区域。

非道路移动机械与船舶、铁路内燃机车和飞机等移动式大气污染源同属于非道路移动源，非道路移动源与汽车、摩托车和三轮汽车等道路车辆同属于移动污染源。非道路移动机械用发动机与道路车辆相比，具有使用功率范围广、作业环境差、随机性强、油品质量低等特点，更容易产生大气污染排放且更难监管。相关研究表明，非道路移动源排放的颗粒物（PM）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO2）、碳氢化合物（HC）等物质在移动源中占比达到12%-27%。根据《中国机动车环境管理年报（2021）》的统计，2020年中国非道路移动源SO2、HC、NO2和PM四项污染物排放总量分别为16.3万吨、42.5万吨、478.2万吨、23.7万吨，除SO2同比2019年升高2.52%外，HC、NO2和PM均同比略有下降，降幅分别为2.30%、3.06%和1.25%。在各类污染物中，非道路移动机械的NO：排放量与机动车的排放量相当（626.3万吨），PM排放量明显高于机动车的排放量（6.8万吨），农业机械、工程机械和船舶为非道路移动机械NO2和PM的主要贡献源（如图1所示），NO2占比分别为34.9%、31.3%和29.9%，PM占比分别为38.8%、32.5%和25.7%。非道路移动源是大气污染排放NO2和PM等污染物的关键来源，一方面对雾霾的形成起到重要作用，另一方面在长时间的光照作用下，产生大量的挥发性有机物（VOCs）和臭氧（O3）等二次污染物，将直接或间接威胁人类的身体健康，严重的可能会引起肺气肿、支气管炎等重大疾病。

目前，中国机动车已执行国六排放标准，且油品质量升级和黄标车淘汰等污染防治力度较大，排放控制成效明显。但是在用非道路移动机械排放标准参差不齐，以嘉兴市已编码登记的非道路移动机械为例，在用非道路移动机械中达到国三排放标准、国二排放标准和国一排放标准的比例分别为40.2%、29.5%和16.3%，但仍另有14%的机械无法判定其排放标准，同时也无法判定机械的基本使用年限长，而技术的老旧状况直接影响机械的劣化速度和排放贡献。随着2018年发布《非道路移动机械污染防治技术政策》，2020年发布《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求》，中国非道路移动机械及其装用的柴油机的更新换代进程加快，同时意味着中国非道路移动机械的管控重点将由增量管控向存量管控和在线监控转变，也体现了国家减少非道路移动源污染排放的决心。在环境管理方面，为了进一步拓展移动源减排范围，挖掘非道路移动机械污染防治潜力，有必要深入开展相关污染防治研究。

2国内外非道路移动机械减排管理现状

全球气候变化和城市空气污染等问题正在对人类文明和生态可持续发展构成重要挑战。在非道路移动机械污染排放控制方面，由于内燃机技术已日趋完善且短时间内不会有技术性变革，从发达国家制定和执行内燃机动设备等工程机械的排放法规经验来看，通过提升排放标准倒逼机械结构和技术标准升级来减少NO2和HC等污染物的排放量，是控制排放和提升环境质量的最有效方法之一，环境收益显著。

从上世纪60年代美国就率先提出了控制车辆尾气排放的净化空气法案，以加州为代表开始限制新生产的民用车尾气排放，同时限制非道路发动机PM总排放量控制，严格管控各类工程机械尾气排放以及发动机排放，并在1970年通过了“净化尾气法”，同年12月成立了美国国家环保局（EPA），属于直属联邦政府的独立机构。欧洲和日本也在70年代相继制定出台了相应的排放控制标准，开始实施较为严格的排放限值。从上世纪90年代开始，世界各国先后制定了不同的非道路移动机械技术指南和排放标准。美国非道路移动机械排放标准的第一部法规Tierl于1994年提出，1996年-2000年逐步实施。2000年-2008年Tier2和Tier3逐步生效。2004年EPA签署引入Tier4排放标准，并于2008年-2015年期间生效，即美国现行的非道路移动机械排放标准。1997年，欧盟发布关于非道路移动机械的第一部法规（Directive97/68/EC），该法规分为StageI和StageⅡ（以下简称欧I和欧Ⅱ）两个阶段。欧I于1999年实施，欧Ⅱ于2001年- 2004年在欧盟各成员国相继实施。2004年通过欧Ⅲ和欧Ⅳ排放标准（Directive2004/26/EC），又于2005年2月21日发布了针对农用和林业机械的排放标准修订版。欧Ⅲ被分为ⅢA和ⅢB两个阶段，于2006年-2013年逐步实施。更加严格的欧Ⅳ和欧V排放标准分别在2014和2019年实施。各国通过不断更新实施更加严格的技术指标，逐步降低了排放限值，有效减少了污染物的排放。

由于非道路移动机械用发动机相较于道路车辆更难监管，中国上世纪对各类工程机械的污染排放的监管相对较为松散。进入21世纪，随着房地产业的进一步兴起和基础设施的大规模建设，工程机械的保有量大幅增加，对环境的影响日趋显著，也对居民的健康造成极大隐患。中国以减污降碳协同增效推动绿色节能发展，环境污染减排防控战略地位日益突出，车用发动机国一标准于2001年7月全面实施，而非道路移动机械排放标准实施日期同比相对滞后，行业环保要求逐渐收紧，国一、国二、国三及国四标准分别从2007年10月、2009年10月、2016年1月、2022年12月开始实施，北京地区提早于2021年12月实施国四标准。相比国三标准，国四标准最大的不同是37-560 kW功率段的发动机都要求加装废气后处理设备，与国外相关标准相比，中国非道路移动机械尾气的NO2排放限值仍相对宽松，PM排放限值则已与欧美标准相当（如图2所示）。据北京市生态环境局细颗粒物源解析结果显示，本地排放中移动源贡献占45%（非道路移动机械占移动源的14%），通过提前实施《非道路机械国四标准》限制新增非道路移动机械排放，单台机械减排效益可达20%左右，将有效促进空气质量改善。

3非道路移动机械排放控制措施及治理对策

3.1新生产机械结构升级

针对中国非道路移动机械应用范围广，保有量大等特征，相关环保部门应考虑城乡差异，结合国内各个地区的生产、道路、扩散条件等实际情况，做好机械油耗的控制，制定因地制宜的非道路移动机械动力技术指标和排放标准，淘汰落后产能，做好小型机械的环保升级，降低单机排放量。国内的相关生产企业也应提高自主研发能力，加大技术储备，同时积极引进国外先进工业设备制造公司的新技术，结合新型材料，生产和推广以天然气发动机和柴油一电力驱动为代表的环境友好型非道路工业机械，提高企业自身在国内外更高环保标准下的竞争力。

3.2在用机械全链条管理

政府牵头出台完善统一的非道路移动机械从生产、销售、租赁、使用、淘汰全链条的管理制度，各个市、区管理部门对记录在册的非道路机械施行定期的运行记录收集和排放检测，增强政府各部门在非道路机械上的监管力度和职责划分。各级管理部门在非道路机械的注册、人员登记以及环保审核，执行国家阶段性排放标准和排放限值。在工程施工方面，从源头上提高非道路机械准人标准，特别是重点市政工程和民生工程，严格限制排放不达标工程机械的使用。制定非道路移动机械的尾气排放检验技术指南，参照机动车实施年检制度管理，建立非道路移动源环保检验信息监管平台，定期对非道路移动机械进行检验，并将检验数据实时上传管理部门。探索非道路移动机械的检测与维护（I/M）制度，将检验不合格的机械纳入尾气排放治理闭环管理，杜绝尾气治理弄虚作假。通过宣传教育提高居民的环保意识，积极反馈明显的偷排、超排。加大监管部门的执法力度和监管机械出租公司和个体使用者的违规行为。

3.3在用机械远程监控监管

根据2021年中国统计年鉴，中国建筑施工机械保有量达到816.64万台，农用机械拥有量达到477.27万台，还有3.72亿的机动车，但目前监管队伍仅几千人，为了有效监管移动源，有必要采用大数据远程监控的方式。各地环境部门、车管所等通过定期检查监测、加装传感器、监控抓拍、卫星监测、气体热成像等方式，对非道路机械进行全方位的监测管理。通过加装传感器，管理部门可以实时汇总非道路机械的运行轨迹和排放情况，依据机械的实时信息，综合判断整个地区所有机械的实际排放状况、各项排放控制策略是否有效运行和排放相关故障是否及时维修等信息。在非道路移动机械出厂检查和定期年检时，可以利用固定式或车载式尾气监测设备对车载终端进行检查和校准，确保每台机械终端检测的有效性，提高统一监测管理平台的准确性。

3.4加强油品质量管理

加速制订各类油品的硬性标准，保证机械所用油品达标。从2019年1月1日起，全国自2011年实行的普通柴油标准被取消，将原车用柴油、普通柴油、部分船舶用油的标准合并，并全面供应现国六标准的车用汽柴油。需要在全国范围内供应符合国六标准的车用柴油，同时加强油品生产、销售、储存和使用环节的执法监管，禁售不符合标准的柴油，尤其是对于重点区域。

3.5老旧机械升级改造

由于非道路移动机械的使用寿命较长，依据旧排放标准生产的机械保有量较大，零件存量较多，价格较贵，强制报废老旧非道路移动机械，企业的经济负担极大，也会延误现有工程项目。因此有必要根据老旧产品的排放水平，采用企业负担相对较小的排放治理措施。根据目前的减排工艺和排放标准，以下三种治理措施较为可行：

（1）对喷油泵进行参数调整或整体更换：经济实惠但实际减排效果上限较低。

（2）加装如EGR、SCR等降NO2系统、DOC等催化转化器或DPF等颗粒物捕集器。市面现有的的机械尾气后处理产品主要分主动式与被动式。主动式治理的费用较高，主要应用于产值较高且具备安装空间的道路车辆。被动式治理，则是依据柴油机机械特性，人为划分不同功率段，不同的机械依据功率大小，采用不同的减排技术和装置，尽量压缩成本，如37 kW以下功率段的柴油机，在未改变原有技术工艺的情况下，只需要优化进气系统和燃油混合系统，就能达到相对显著的排放控制效果，而其额外的生产成本几乎为零。

（3）更换同功率段的燃气发动机或符合国家排放标准的柴油发动机。更换先进的柴油机价格较昂贵，而采用柴改气产品可有效降低烟度，且价格较为合适。（见表1）

4结语

综上所述，随着中国城市基建、乡村改造的大力推进，第三产业机械化的巨大需求，近年来中国非道路移动机械产量、保有量与使用量不断增加，非道路移动机械的社会使用范围和数量还会进一步扩大，亟需正视和逐步解决其造成的环境问题。对比中国与欧美工程机械的污染排放标准，中国的PM排放限值已与欧美标准相当，但NO2仍存在一定差距，有必要结合发展实际逐步提升新生产机械排放限值。通过增强个体经营者的环保意识，进一步升级企业技术，改造老旧产品，提升综合竞争力。环境保护主管部门实施在用机械生产、销售、租赁、使用和淘汰的污染防治全链条管理，保证机械所用油品达标，并同时推动在用机械的在线监控、诊断和远程监控技术的运用和推广。