艾 華，邊 靖，張 磊，賴(lài)志強(qiáng),張娟

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

地下停車(chē)場(chǎng)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣治理技術(shù)的研究

艾 華，邊 靖，張 磊，賴(lài)志強(qiáng),張娟

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

介紹了地下停車(chē)場(chǎng)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染現(xiàn)狀及特征，旨在減少地下停車(chē)場(chǎng)機(jī)動(dòng)車(chē)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(shí)現(xiàn)對(duì)地下停車(chē)場(chǎng)機(jī)動(dòng)車(chē)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(chē)場(chǎng)空氣污染問(wèn)題的重要方向。

地下停車(chē)場(chǎng)；機(jī)動(dòng)車(chē)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(guó)家汽車(chē)及交通的快速發(fā)展導(dǎo)致大氣污染從“燃煤類(lèi)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔矚忸?lèi)”，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕拇髿馕廴驹础?/p>

近三十年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(jī)動(dòng)車(chē)保有量持續(xù)增加。由于我國(guó)目前的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放控制技術(shù)水平較低，尾氣排放造成的環(huán)保問(wèn)題日益嚴(yán)重，大量機(jī)動(dòng)車(chē)的尾氣排放控制技術(shù)僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家50年前的水平。目前我國(guó)的機(jī)動(dòng)車(chē)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(chē)場(chǎng)多為封閉、半封閉結(jié)構(gòu)，通風(fēng)條件差，再加上車(chē)輛往來(lái)頻繁，進(jìn)出停車(chē)場(chǎng)剎車(chē)、怠速及啟動(dòng)時(shí)排放了大量沒(méi)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(lái)源于浮塵、風(fēng)沙和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放。地下停車(chē)場(chǎng)屬于封閉性環(huán)境，尾氣排放量大且排放時(shí)間集中，容易累積。國(guó)內(nèi)目前通常采用機(jī)械通風(fēng)來(lái)改善停車(chē)場(chǎng)內(nèi)的空氣質(zhì)量，排出的污染物并無(wú)處理，且出于節(jié)省資金的考慮，大部分地下停車(chē)場(chǎng)均存在排風(fēng)量嚴(yán)重不足的現(xiàn)象[1-2]。

1 地下停車(chē)場(chǎng)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)對(duì)汽油車(chē)和柴油車(chē)尾氣的研究表明，柴油車(chē)尾氣中CO和HC的成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于汽油車(chē)，NOx成分約為汽油車(chē)的一半，固態(tài)C微粒(碳煙)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽油車(chē)。汽油車(chē)和柴油車(chē)排放廢氣中CO和C微粒的含量均較高。換句話(huà)說(shuō)，固態(tài)C微粒和氣態(tài)CO、NO是汽車(chē)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(huì)影響人體健康及能見(jiàn)度，能見(jiàn)度的下降又會(huì)危及行車(chē)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(huì)以痰的形式排出呼吸道，剩余部分會(huì)侵入肺泡導(dǎo)致塵肺等病變。

我國(guó)暫對(duì)地下停車(chē)場(chǎng)內(nèi)污染物無(wú)專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)，考慮到地下停車(chē)場(chǎng)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留的多為工作人員，故參照《工作場(chǎng)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(chē)場(chǎng)內(nèi)空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)。

2 地下停車(chē)場(chǎng)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣治理技術(shù)

由于地下停車(chē)場(chǎng)內(nèi)污染物種類(lèi)較多，采用單一的凈化手段難以實(shí)現(xiàn)污染物的有效凈化，為達(dá)到各種污染物的凈化要求、成本低、運(yùn)行維護(hù)方便、長(zhǎng)期運(yùn)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(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)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(chǎng)風(fēng)速較低，且占用空間大[6-7]。地下停車(chē)場(chǎng)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(chǎng)風(fēng)速必須提高。相較于普通電除塵器電場(chǎng)風(fēng)速范圍1～2 m/s，窄極距高速電除塵器電場(chǎng)風(fēng)速可達(dá)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(duì)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(jì)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(shí)進(jìn)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(shí)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(dú)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(jìn)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(jìn)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(chǎng)。

1. 電暈線(xiàn) 2.陽(yáng)極板 3. 殼體 4.陽(yáng)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(chǎng) 2.均勻電場(chǎng)圖3 窄極距雙區(qū)高速電除塵電場(chǎng)Fig.3 Electric field of narrow distance dual-zone high- speed electrostatic precipitation

在收塵機(jī)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(jìn)入該區(qū)域的粉塵顆粒充分荷電，同時(shí)在陽(yáng)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(yáng)極板形成均勻電場(chǎng)，可以大大的提高電場(chǎng)強(qiáng)度和擊穿電壓，整個(gè)電場(chǎng)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(jī)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(gè)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(yùn)行費(fèi)用低、二次污染少、能同時(shí)處理尾氣中NOx、CO、HC等多種污染物和凈化徹底等優(yōu)點(diǎn)。

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(qiáng)的原子團(tuán)[10-12]。尾氣通過(guò)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(tuán)[13]，并與煙氣中的污染物發(fā)生一系列通常條件下難以進(jìn)行的氣相化學(xué)作用，將CO、HC氧化成CO2和H2O；對(duì)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(dá)到脫除的目的?；痉磻?yīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)。隨著城市大量修建地下停車(chē)場(chǎng)，其空間內(nèi)的環(huán)境污染治理問(wèn)題就顯得非常迫切和必要，因此地下停車(chē)場(chǎng)機(jī)動(dòng)車(chē)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(chē)庫(kù)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(duì)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(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)進(jìn)展, 1998,6 (2) :40-44.

[4] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部. GBZ 2-2002工作場(chǎng)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(jìn)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(jī)電多復(fù)式雙區(qū)電除塵器的應(yīng)用[J]. 中國(guó)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(jī)NOx和PM試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào),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(chē)尾氣治理的發(fā)展動(dòng)向[J].環(huán)境科學(xué)動(dòng)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(xiàng)目(2012KTZB03)

艾華 (1971-)，男，中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司 高級(jí)工程師。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-196X(2016)02-0051-03