城市公交汽車冒黑煙治理方法

周欣悅　嚴(yán)國慶　王艷娜

摘要：城市公交汽車越來越多地采用柴油燃料，由于頻繁起步停車造成車況不佳，出現(xiàn)在站臺、路口起步時排放大量黑煙，造成城市空氣污染，嚴(yán)重影響居民身心健康。本文介紹了一種利用布袋除塵器對汽車排放尾氣進(jìn)行吸附過濾的專利技術(shù)（專利號：ZL200720306423.1），把公交汽車柴油機(jī)排放廢氣的危害降到最低，保證城市空氣質(zhì)量符合國家環(huán)保要求，為城市居民創(chuàng)造一個美好的居住環(huán)境。

關(guān)鍵詞：公交汽車 黑煙 布袋除塵器 吸附

中圖分類號：TD534文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

0引言

目前，城市公交汽車大多采用柴油發(fā)動機(jī)，由于頻繁起步停車造成車況不佳，另外公交公司對運(yùn)營車輛維護(hù)、保養(yǎng)不及時，使公交車輛帶病運(yùn)轉(zhuǎn)，就出現(xiàn)公交汽車排放大量黑煙，這對在站臺上等車的乘客造成身心傷害，同時，也制造了城市空氣污染。雖然各汽車廠家對汽車排放采取一系列技術(shù)措施，降低噪音、達(dá)標(biāo)排放，但是不能從根本上解決冒黑煙問題。

1 汽車柴油機(jī)排放黑煙原因分析

1.1 柴油發(fā)動機(jī) 柴油發(fā)動機(jī)具有低油耗、高熱效率、低排放的特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，已成為城市公交汽車主力發(fā)動機(jī)。柴油機(jī)所用燃料為柴油，柴油是從石油中提煉的產(chǎn)品，是一種碳?xì)浠衔铮渲懈鞒煞仲|(zhì)量分?jǐn)?shù)為：碳87％、氫12.6％、氧0.4％。柴油機(jī)公交汽車是城市交通低成本運(yùn)營首選車型，也符合中國汽車柴油化的發(fā)展趨勢。

1.2 柴油機(jī)可燃混合氣的形成與燃燒過程 柴油和汽油比較，粘度大、蒸發(fā)性差，因而不可能在進(jìn)氣管道內(nèi)形成可燃混合氣，柴油機(jī)在進(jìn)氣行程吸入汽缸的是純空氣，采用高壓噴射的方法，在壓縮行程接近終了時才把柴油噴入汽缸，直接在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣。由于混合氣形成時間極短，只不過占150~350曲軸轉(zhuǎn)角，因而造成混合氣的成分在燃燒室各處極不均勻，而且由于不可能一下子把所有燃料都噴入汽缸，故隨著燃燒不斷噴入汽缸內(nèi)的混合氣成分也是不斷變化的，鑒于上述原因，柴油機(jī)往往采取下列措施來保證可燃混合氣的質(zhì)量和正常燃燒：準(zhǔn)確控制噴油提前角；適當(dāng)加大壓縮比；高質(zhì)量的噴油霧化；適合的燃燒室形狀；配制較稀的可燃混合氣（過量空氣系數(shù)α=1.15-2.2）。

1.3 柴油機(jī)冒黑煙原因 公交汽車頻繁重載起步，駕駛員就要踩油門加速，汽車才能平穩(wěn)起步，此時要求柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率迅速加大，而由于慣性原因柴油供應(yīng)量跟不上空氣量要求，因而需要燃料過量供給，適合補(bǔ)充加濃混合氣，這就造成可燃混合氣過量空氣系數(shù)α＜1，柴油燃燒后產(chǎn)生過量黑煙。

2 柴油機(jī)排放廢氣的危害

柴油機(jī)排放的廢氣中有害成分有：CO、NOx、HC、SO2和炭煙，與同功率的汽油機(jī)相比，柴油機(jī)的HC和CO排放量比汽油機(jī)少得多，NOx排放量幾乎差不多，因此柴油機(jī)廢氣凈化的主要任務(wù)是降低NOx、SO2和炭煙。

2.1 人體健康危害 廢氣污染對人體健康的危害有現(xiàn)場反應(yīng)和后期反映。當(dāng)冒著黑煙的公交車駛過你身旁時，人的呼吸道和眼睛受到刺激，明顯感到不舒服。后期反應(yīng)造成的危害更大，長期生活在空氣污染的城市里，使人的心理和身體發(fā)生病變，呼吸道疾病的患病率要高于非城市居民。

2.2 居民生活費(fèi)用增加 內(nèi)燃機(jī)排放污染使居民生活費(fèi)用增加，包括家庭清掃、洗滌和生活物質(zhì)損壞三方面，據(jù)估算每年全國損失幾十億元。

2.3 物質(zhì)材料破壞 排放到大氣中的SO2、NOx、各種有機(jī)物等不僅直接腐蝕建筑物、橋梁、各種機(jī)器和設(shè)備，而且衍生二次污染物光化學(xué)氧化劑、酸雨等，對環(huán)境造成更大的破壞。

2.4 全球大氣環(huán)境影響 內(nèi)燃機(jī)排放污染物不僅污染低層大氣，而且對上層大氣產(chǎn)生影響，形成酸雨破壞臭氧層、造成城市氣溫升高等，會帶來更嚴(yán)重的危害和災(zāi)難。

綜上所述，汽車發(fā)動機(jī)排放危害不容忽視，目前，石家莊市大氣污染中的30%是由汽車尾氣造成，汽車噪音占城市噪音污染的45%，汽車尾氣和噪音已成為城市的主要污染源。2008北京奧運(yùn)會期間，北京地區(qū)汽車實(shí)行單雙號出行，在緩解交通壓力的同時，北京空氣質(zhì)量有明顯好轉(zhuǎn)，這得到國際環(huán)境組織的承認(rèn)，為成功舉辦北京奧運(yùn)會作出了貢獻(xiàn)。

3 治理柴油機(jī)公交車冒黑煙的方法

控制柴油機(jī)的排放質(zhì)量，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及到柴油的品質(zhì)，柴油機(jī)的設(shè)計、制造技術(shù)、工藝水平，柴油機(jī)的尾氣凈化技術(shù)以及使用等多個方面。柴油機(jī)炭煙等顆粒物的凈化技術(shù)主要有催化轉(zhuǎn)化技術(shù)和過濾凈化技術(shù)，最為有效的方法是各種過濾器。

顆粒過濾器（DPF）的原理是先用過濾裝置過濾廢氣中的顆粒物質(zhì)（炭煙），當(dāng)過濾器收集到的顆粒物太多影響柴油機(jī)工作時，然后采用更換過濾器或?qū)κ占念w粒采用氧化燃燒技術(shù)進(jìn)行清潔，使過濾器恢復(fù)原狀重新工作。這種技術(shù)的難點(diǎn)有三個：一是過濾器的安裝使排氣背壓增大，并隨著炭煙的收集而增大；二是在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下顆粒物不能清除；三是顆粒物被點(diǎn)燃氧化后，造成DPF溫度過高，損傷或燒壞過濾器。

3.1 對顆粒過濾器的幾點(diǎn)要求 ①過濾效率高。過濾效率越高，過濾器的過濾效果越好，顆粒過濾器的過濾效率一般為50%-80%。為使過濾器過濾效率高，排氣流動阻力小，而外形尺寸又不大，就要研究它們之間的關(guān)系，并對主要結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化。在設(shè)計過濾器時，還要考慮車型及應(yīng)達(dá)到的顆粒法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。對于顆粒排放量高的重型汽車和城市公交汽車所用柴油機(jī)，過濾效率應(yīng)在80%以上，對于顆粒排放量低的輕型柴油機(jī)，要求可以低些。②較低的初始流動阻力和自行再生能力。排氣經(jīng)過過濾器時會受到一定阻力，這造成排氣背壓增加。隨著運(yùn)行時間增加，過濾器中顆粒存儲量增多，背壓也增加。排氣背壓增高可導(dǎo)致柴油機(jī)功率下降，比油耗增加，排放進(jìn)一步惡化。因此要求設(shè)計的過濾器應(yīng)有低的初始流動阻力和自行再生能力，從而保持低的流動阻力，并用輔助手段對過濾器進(jìn)行再生。③濾芯材料性能好。顆粒過濾器處于溫度變化的排氣中，溫度較高，當(dāng)炭煙再生燃燒時，溫度高達(dá)1000℃。因此對濾芯材料要求耐高溫，并有足夠的強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱裂及熔融等性能。濾芯損壞的主要形式是材料軟化，局部高溫融粘等。④過濾器容積適當(dāng)。增加過濾器容積可以提高過濾效率，減少壓力降，但使外形尺寸增大。在保證過濾效率和低流通阻力的前提下，應(yīng)盡可能減小外形尺寸，并有一定的通用性。⑤使用壽命長。過濾器在排氣管路中，要受到熱脹、振動及其應(yīng)力作用，因此應(yīng)有足夠的可靠性。過濾器成本較高，應(yīng)有較長壽命和再生能力，能在長時間保持過濾效率。

3.2 使用布袋除塵器，吸附廢氣中的炭煙及顆粒物 在汽車消聲器排氣口處串聯(lián)一布袋除塵器，汽車尾氣經(jīng)催化技術(shù)處理后，排放壓力、溫度、速度都有所降低，利用布袋纖維吸附過濾廢氣中的炭煙及顆粒物，布袋除塵器如圖1所示。

布袋除塵器外殼2為扁圓形筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)幾條由金屬骨架4支撐的纖維布袋3，布袋是專用于除塵的纖維布袋，透氣性好，不怕潮濕，耐高溫，吸附性強(qiáng)。其工作原理是：廢氣由入口1進(jìn)入除塵器并形成渦流，廢氣和纖維布袋3的外表面接觸，經(jīng)纖維布袋過濾和吸附，廢氣中的炭煙及顆粒物被吸附在布袋外表面上，氣體穿透布袋經(jīng)除塵器出口6進(jìn)入大氣中。根據(jù)汽車排氣量大小來計算布袋過濾面積，由此設(shè)計出布袋的長度和數(shù)量，確保汽車排氣壓力、溫度、噪音達(dá)到國標(biāo)要求。布袋除塵器不用動力驅(qū)動，排氣壓力使廢氣通過布袋過濾吸附，布袋吸附的炭煙及顆粒物在汽車行駛中由于顛簸和排氣裝置振動，落入除塵器殼底部，可定期開蓋清理。纖維布袋材質(zhì)可選用工業(yè)滌綸或石墨化玻璃纖維布，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：布袋耐溫130℃-250℃，阻力損失＜1.5KPa，凈化效率＞98%，過濾粒度＜1μm，使用壽命＞1年。

4 結(jié)束語

布袋除塵器在工業(yè)領(lǐng)域使用已幾十年的歷史，技術(shù)成熟，除塵效率高，除塵成本低，布袋材質(zhì)選擇方便，把布袋除塵技術(shù)用于公交汽車排放尾氣的處理上，原理可行，結(jié)構(gòu)簡單容易制造，安裝維護(hù)清理方便，布袋拆裝更換容易，且不用動力驅(qū)動，除塵效率高，能改善城市空氣質(zhì)量，符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保政策，能在所有城市公交汽車上推廣使用。

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