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南昌市七洗清洁服务有限公司

汽车废气污染和控制技术

2016-09-26

    本世纪发生的8次重大的世界公害有5次是由于工业废气而引发的大气污染(其中3次为工业废水引发的水源污染),造成大量的人畜死亡,森林、植物被毁,影响极其深远。其中40年代初的美国洛杉矶光化学烟雾事件就是由于当时的250万辆汽车每天向大气排放出大量的一氧化碳、碳化氢和氮氧化物等有害气体,在强烈的阳光下发生光化学反应,产生大量的光化学烟雾而造成人畜死亡,成为重大的汽车废气污染公害事件。

  随着汽车工业的发展,世界汽车年产量已达5 000余万辆,废气污染在严重地威胁着人类的生态环境。美、欧、日等发达国家已先后制订了严格的汽车排放法规,汽车生产商也先后投入巨额资金对汽车废气污染进行控制和改进,目前已取得了相当的成就,值得我们借鉴。

  我国的汽车工业还十分落后,废气污染十分严重。例如,广州市目前的机动车(包括摩托车)数量约为90余万辆,仅为洛杉矶和东京的1/10,但其污染物的排出量却与这两个城市的总量相当,每天排放到大气的有害物质所产生的大气污染十分严重,已出现了类似洛杉矶40年代初期所发生的光化学烟雾征兆,同时已成为全国上呼吸道和肺癌的高发病率区,严重地威胁着市民的身体健康和生态环境。

    1 汽车排放污染物的成份和危害性

    汽车排放污染物中含有大量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫、铝、碳微粒和其他杂质粉尘等,这些物质对人类和整个生态环境危害极大。

  一氧化碳(CO)与人体血液中的血红素有很强的亲和力,使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。当环境中CO的浓度超过100 ppm(100×10-6)时,人体就会产生头晕、乏力等不适感;随着CO浓度的增加,会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状;当CO浓度超过600 ppm时,短期内会引起窒息死亡。

  汽车废气中排出多种氮氧化物(NOx),其中一氧化氮(NO)与人体血液中血红素的亲和力比CO还强,两者结合后会产生与CO相似的症状,一般情况下对人体的眼睛、鼻子、咽喉、支气管和肺部等会带来更大的损害,严重时至人于死地。

  碳氢化合物(HC)为燃油未经完全燃烧后排出的气体,具有一定的毒性和易燃易爆的特性,其中的苯类物质又具有致癌作用。

  HC与NOx在阳光下极易发生光化学反应,形成以臭氧(O3)和以醛类为主的光化学烟雾。当O3达到一定浓度时,会令生物在短期内发生高温氧化而脱水死亡;醛类有机物带有毒性,对眼睛和呼吸系统有强烈的刺激作用,严生的会导致中毒死亡。

    二氧化硫(SO2)为燃油中的硫燃烧后的生成物,人体吸入SO2后,即产生咳嗽、咽喉肿痛、呼吸困难、胸闷、四肢乏力,进一步会引起支气管炎、肺炎和心脏病等,严重的会导至人畜死亡。SO2还极易与大气中的水蒸气结合生成亚硫酸烟雾,达到一定积聚量后便形成酸雨,使水土酸化,破坏林木、植物的生长。故此,应尽量减少燃油中的含硫量。

  铅(Pb)为一种有毒的金属,它由燃油中的铅化物添加剂(如四乙铅)经高温燃烧后还原而成的铅微粒。铅与血液中的血红素结合后,使血红素产生异变。当血液中的铅含量达到一定的程度时,会积聚于肝、肾、大脑和脊髓中,严重地破坏人体的神经系统和造血功能。

  碳微粒和其他杂质粉尘是柴油机的主要排放物,由于其粒径极小,约为0.01~0.2um,能长期悬浮于空气中,易于通过呼吸系统而沉积于肺泡内,极具致癌作用。

  铅、碳微粒和其他杂质粉尘等因粒径极小,SO2又具有胶粘性,特别是铅微粒,因无法燃烧,一旦被吸附在催化剂的表面上,便令三元催化净化器丧失催化功能,此即为三元催化净化器的铅中毒。

    2 汽车废气排放物的影响因素

  汽车废气中CO、HC和NOx三种有害气体的影响因素比较多,主要为可燃混合气的空燃比,点火提前角、发动机的负荷和转速以及发动机的内部结构等。

    2.1 可燃混合气空燃比的影响

  空燃比(A/F)对CO、HC和NOx的影响见图1。在理论空燃比附近,CO曲线有一个拐点,当A/F减少时,可燃混合气过浓,燃油无法充分燃烧,CO生成物便急剧增加;当A/F增大时,氧含量充足,燃油可以充分燃烧,使CO生成量减少,而且比较稳定。

  HC曲线在A/F为17~18附近有一个拐点,此时废气中的HC含量最低。除此之外,HC的生成量都有所增加。其原因是当A/F少于17时,混合气过浓,燃烧不彻底,当A/F大于18时,混合气过稀,燃烧速度缓慢同样会出现燃烧不彻底现象,HC都会增加。

  NO曲线在A/F为15~16附近有一个波峰,此时生成的NO量最多,除此之外,过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度,使NO的生成量都有所下降。

    2.2 点火提前角的影响

  点火提前角对CO的生成量影响不大,但对HC和NOx的影响较大。

  随着点火提前角的增大,HC和NOx生成物都会急剧增加,其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关,当点火提前角增大到一定值后,由于燃烧时间过短,HC和NOx生成量便有所下降。当然,正确的调整点火正时是非常必要的,过迟的点火提前角会使发动机动力下降,油耗增大,工作不稳。

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