地下停車場機動車尾氣治理技術(shù)的研究

艾 華，邊 靖，張 磊，賴志強,張娟

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

地下停車場機動車尾氣治理技術(shù)的研究

艾 華，邊 靖，張 磊，賴志強,張娟

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

介紹了地下停車場機動車尾氣污染現(xiàn)狀及特征，旨在減少地下停車場機動車尾氣中微細(xì)顆粒物在城市霧霾中的占有率，提出窄極距雙區(qū)高速電除塵技術(shù)，并分析指出窄極距雙區(qū)高速電除塵技術(shù)與低溫等離子體技術(shù)的有效結(jié)合，可實現(xiàn)對地下停車場機動車尾氣中微細(xì)顆粒物及氣態(tài)污染物的綜合治理，指出此高效的復(fù)合凈化技術(shù)是今后解決地下停車場空氣污染問題的重要方向。

地下停車場；機動車尾氣；窄極距雙區(qū)高速電除塵；低溫等離子體

0 前言

20世紀(jì)中后期，歐美國家汽車及交通的快速發(fā)展導(dǎo)致大氣污染從“燃煤類”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔矚忸悺?，機動車尾氣轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕拇髿馕廴驹础?/p>

近三十年來，我國經(jīng)濟連續(xù)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，工業(yè)和家庭的需求使得機動車保有量持續(xù)增加。由于我國目前的機動車尾氣排放控制技術(shù)水平較低，尾氣排放造成的環(huán)保問題日益嚴(yán)重，大量機動車的尾氣排放控制技術(shù)僅相當(dāng)于發(fā)達國家50年前的水平。目前我國的機動車尾氣排放也逐漸成為城市大氣污染的主要污染源。

地下停車場多為封閉、半封閉結(jié)構(gòu)，通風(fēng)條件差，再加上車輛往來頻繁，進出停車場剎車、怠速及啟動時排放了大量沒有完全燃燒的尾氣，主要包含碳煙懸浮顆粒物(PM)、氮氧化物(NOx)、碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)，其中碳煙懸浮顆粒物(PM)主要來源于浮塵、風(fēng)沙和機動車尾氣排放。地下停車場屬于封閉性環(huán)境，尾氣排放量大且排放時間集中，容易累積。國內(nèi)目前通常采用機械通風(fēng)來改善停車場內(nèi)的空氣質(zhì)量，排出的污染物并無處理，且出于節(jié)省資金的考慮，大部分地下停車場均存在排風(fēng)量嚴(yán)重不足的現(xiàn)象[1-2]。

1 地下停車場機動車尾氣污染現(xiàn)狀

經(jīng)過對汽油車和柴油車尾氣的研究表明，柴油車尾氣中CO和HC的成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于汽油車，NOx成分約為汽油車的一半，固態(tài)C微粒(碳煙)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽油車。汽油車和柴油車排放廢氣中CO和C微粒的含量均較高。換句話說，固態(tài)C微粒和氣態(tài)CO、NO是汽車尾氣中最主要的有害成分[3]，也是形成城市霧霾的重要因素。

污染空氣中的煙塵會影響人體健康及能見度，能見度的下降又會危及行車安全。C微粒一般是由直徑為0.1～40 μm的多孔性炭粒構(gòu)成。吸入人體后，部分較大的炭粒會以痰的形式排出呼吸道，剩余部分會侵入肺泡導(dǎo)致塵肺等病變。

我國暫對地下停車場內(nèi)污染物無專門的標(biāo)準(zhǔn)，考慮到地下停車場內(nèi)長時間停留的多為工作人員，故參照《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2—2002)[4]和《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18883—2002)[5]中的相關(guān)指標(biāo)作為地下停車場內(nèi)空氣質(zhì)量的評價基準(zhǔn)。

2 地下停車場機動車尾氣治理技術(shù)

由于地下停車場內(nèi)污染物種類較多，采用單一的凈化手段難以實現(xiàn)污染物的有效凈化，為達到各種污染物的凈化要求、成本低、運行維護方便、長期運行安全可靠、且不產(chǎn)生二次污染的要求，需根據(jù)凈化技術(shù)的特點進行多項技術(shù)集成，即根據(jù)污染物的處理順序和技術(shù)手段組合成復(fù)合凈化流程，圖1即為污染物處理流程。

圖1 污染物處理流程Fig.1 Process of pollutant treatment

2.1 窄極距雙區(qū)高速電除塵

常規(guī)工業(yè)靜電除塵器處理的煙氣含塵濃度較高，設(shè)備電場風(fēng)速較低，且占用空間大[6-7]。地下停車場內(nèi)采用的電除塵器位于城市繁華區(qū)域，需占用較小空間，故設(shè)備的電場風(fēng)速必須提高。相較于普通電除塵器電場風(fēng)速范圍1～2 m/s，窄極距高速電除塵器電場風(fēng)速可達到6～8 m/s。由于處理的空氣含塵濃度較低且粉塵粒徑較小，故要求其對微細(xì)粉塵凈化率高，從而要求荷電充分且收塵效率高。

根據(jù)以上原因，本文提出窄極距雙區(qū)高速電除塵技術(shù)。常規(guī)的電除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計上不嚴(yán)格區(qū)分荷電區(qū)域和收塵區(qū)域，荷電和收塵在同一區(qū)域同時進行，其很難使粉塵充分荷電和被捕集。為在較小的空間和較短的時間內(nèi)完成粉塵顆粒物的捕集，提高收塵效率，靜電除塵器采用雙區(qū)靜電除塵器[8]。雙區(qū)靜電除塵器分別設(shè)置獨立的電離區(qū)和收塵區(qū)。電離區(qū)位于前部，內(nèi)部安裝放電極，粉塵進入此區(qū)域后在放電極電暈放電作用下荷電。收塵區(qū)位于電離區(qū)后部，內(nèi)部安裝收塵極，在前部電離區(qū)荷電的粉塵進入此區(qū)域后被捕集。圖2為窄極距雙區(qū)高速電除塵結(jié)構(gòu)。圖3為窄極距雙區(qū)高速電除塵電場。

1. 電暈線 2.陽極板 3. 殼體 4.陽極板 5.陰極板圖2 窄極距雙區(qū)高速電除塵結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of narrow distance dual-zone high-speed electrostatic precipitation

1. 非均勻電場 2.均勻電場圖3 窄極距雙區(qū)高速電除塵電場Fig.3 Electric field of narrow distance dual-zone high- speed electrostatic precipitation

在收塵機理方面，前部電離區(qū)的功能是利用放電極的電暈放電使進入該區(qū)域的粉塵顆粒充分荷電，同時在陽極板上收集帶負(fù)離子的部分粉塵；而收塵區(qū)的陰極板和陽極板形成均勻電場，可以大大的提高電場強度和擊穿電壓，整個電場內(nèi)電暈電流很小但分布均勻，不易發(fā)生反電暈。

2.2 低溫等離子體

20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)低溫等離子體技術(shù)處理柴油機尾氣的研究[9]，90年代有了較大發(fā)展。低溫等離子體技術(shù)是一個集化學(xué)、放電物理學(xué)和環(huán)境科學(xué)于一體的交叉綜合性技術(shù)，它具有處理效果好、投資少、占地面積小、運行費用低、二次污染少、能同時處理尾氣中NOx、CO、HC等多種污染物和凈化徹底等優(yōu)點。

低溫等離子體技術(shù)是利用氣體放電的高能電子參與物理、化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生離子、激發(fā)態(tài)分子、原子、自由基(OH·、HO2·、O·等)、活性粒子等化學(xué)活性極強的原子團[10-12]。尾氣通過電暈放電或介質(zhì)阻擋放電，在低溫等離子體中形成這些活化原子團[13]，并與煙氣中的污染物發(fā)生一系列通常條件下難以進行的氣相化學(xué)作用，將CO、HC氧化成CO2和H2O；對于NOx，可以將其主要成分NO氧化成NO2，然后NO2經(jīng)堿液吸收可以達到脫除的目的。基本反應(yīng)過程如下：

CO的氧化反應(yīng)：

CO+O·→CO2

CO+OH·→CO2+H2O

CO+HO2·→CO2+H2O

NO的氧化反應(yīng)：

NO+O·→NO2

NO+OH·→NO2+H2O

NO+HO2·→NO2+OH

HC的氧化反應(yīng)：

HC+O·→CO2+H2O

HC+OH·→CO2+H2O

HC+HO2·→CO2+H2O

3 結(jié)論

窄極距雙區(qū)高速電除塵技術(shù)與低溫等離子體技術(shù)的有效結(jié)合，可實現(xiàn)對微細(xì)顆粒物及氣態(tài)污染物的綜合治理。此技術(shù)不受溫度、風(fēng)速等條件的制約，具有占地小、處理風(fēng)量大等特點。隨著城市大量修建地下停車場，其空間內(nèi)的環(huán)境污染治理問題就顯得非常迫切和必要，因此地下停車場機動車尾氣治理技術(shù)具有很好的應(yīng)用推廣前景。

[1] 《福建質(zhì)量信息》編輯部. 地下車庫空氣污染驚人[J]. 福建質(zhì)量信息, 2001(5):14.

[2] 韓宗偉,王嘉,邵曉亮,等.城市典型地下空間的空氣污染特征及其凈化對策[J].暖通空調(diào),2009, 39(11):21-29.

[3] 雷玉勇, 李曉紅, 盧義玉等. 公路隧道空氣污染治理的研究進展[J].環(huán)境科學(xué)進展, 1998,6 (2) :40-44.

[4] 中華人民共和國衛(wèi)生部. GBZ 2-2002工作場所有害因素職業(yè)接觸限值[S]. 北京:法律出版社，2002.

[5] GB/ T 18883 -2002,室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] 王元元，張立志空氣凈化技術(shù)的研究與進展[J].暖通空調(diào),2006,36(12):24- 27. 39.

[7] Yu B F, Hu Z B, Liu M. Review of research on air-conditioning systems and indoor air quality control for human health [ J ]. International Journal of Refrigeration, 2009, 32(1): 3-20.

[8] 黃煒.機電多復(fù)式雙區(qū)電除塵器的應(yīng)用[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2006(10):28-30.

[9] Eliasson B, Kogelsehatz U. Modeling and applications of silent discharge plasmas [J].IEEE TransPlasmaSei, 1999, 19(2):309-323.

[10]朱士堯.等離子體物理基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，1996.

[11]吳江霞,蔡憶昔,趙衛(wèi)東,等.低溫等離子體處理柴油機NOx和PM試驗研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報,2008, 2(8):1078-1082.

[12]陳殿英. 低溫等離子體及其在廢氣處理中的應(yīng)用[J]. 化工環(huán)保, 2001, 21(3): 136-139.

[13]劉海明，鄒欽崇.低溫等離子體技術(shù)在汽車尾氣治理的發(fā)展動向[J].環(huán)境科學(xué)動態(tài), 1999(3):18-20.

Researching of vehicle exhaust treatment technology in underground parking

AI Hua，BIAN Jing，ZHANG Lei，LAI Zhi-qiang，ZHANG Juan

(China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710032, China)

This paper introduced the status and characteristics of vehicle exhaust pollution in underground parking. In order to reduce the occupancy rate fine particulate of the exhaust in city fog-haze, a new technology was proposed. That is combining narrow distance dual-zone high-speed electrostatic precipitation with low temperature plasma, fine particulate and gaseous pollutants of vehicle exhaust were comprehensively treated in underground parking. The technology was an important method to treat air pollution in underground parking.

underground parking; vehicle exhaust; narrow distance dual-zone high-speed electrostatic precipitation; low temperature plasma

2015-10-28；

2015-12-10

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程項目(2012KTZB03)

艾華 (1971-)，男，中國重型機械研究院股份公司 高級工程師。

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-196X(2016)02-0051-03