爆破炮煙與汽車尾氣毒害成分相似性研究

摘要:本文就工業炸藥爆炸產生炮煙中的有毒有害氣體和汽車排放尾氣中的有毒有害氣體的種類、危害性、產生的原因的相似性以及為減少其產生量所采取的有效措施等進行了簡單的分析研究。

關鍵詞：爆破炮煙 汽車尾氣 毒害研究

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

隨著經濟和社會的不斷發展，工業炸藥也已經成為工程中不可缺少的工程材料，而工業炸藥爆破產生的炮煙含有有毒有害氣體，對該工作范圍內的人員生命健康有著嚴重的影響。另外，作為先進科學技術代表產物的汽車數量越來越多，它給人們的生活帶來了許多便利，也大大提高了人們的工作效率，與此同時汽車排放的大量尾氣中的有毒有害氣體對環境的污染也越來越嚴重，已經引起了人們的高度重視。

1工程爆破炮煙的主要成分

炸藥絕大多數是有機化合物，其爆炸反應的實質，是炸藥中所含C、H、O、N等元素之間發生氧化還原反應，釋放出大量熱能，而生成較為穩定的化合物。爆轟產物主要是氣體產物，有時也伴有液體和固體殘渣，成分較為復雜，但主要有：CO2、H2O、CO、NOx （NO、NO2等）、C、O2、N2、H2S、SO2、HN3等。其中常見的有害氣體有CO、NO2、H2S、SO2等。

1.1毒氣產生的原因

炸藥主要是由氧、氮與碳原子組成的化合物。炸藥爆炸的實質是炸藥中的氧、氮與碳原子等發生劇烈的氧化還原反應，按照理想的反應結果，碳原子被氧化為CO2，氮原子則被還原為N2。但實際上，由于具體反應時的環境條件和參與的物質不同，爆炸產物往往有一定量的氮氧化合物（主要是NO2）和CO，這兩種氣體為炮煙的主要有毒氣體，其中以NOx毒性最大。首先，炸藥的成分是產生有毒氣體的主要因素。據研究敏感度高的炸藥爆炸比較完全，產生有毒氣體較少，因此，作為炸藥中的氧化劑KNO3、NaNO3、比NH4NO3更有助于促進爆炸完全而減少NO2的產生量。其次，影響有毒氣體生產的因素是炸藥的氧平衡。

1.2工程爆破中降低有毒氣體產生的措施

（1）根據工程巖石條件和爆破要求，從炸藥的種類和組分上選擇合適的工業炸藥。

（2）工程中正確使用炸藥，合適的裝藥結構、起爆雷管的位置、炮泥的種類、填塞質量等。

（3）起爆能要足夠，對于感度較低的炸藥如銨油炸藥或硝酸銨炸藥，起爆能不足，將增大有毒氣體的生成量。

（4）加強工作面的通風與灑水，通風可驅散密度較小的CO，灑水既可以把溶解度高的與N2O4轉變為亞硝酸與硝酸，又有助于把難溶的NO從碎石堆或巖石裂縫中逐出以便隨風流出工作面。另外，水中加上一定濃度的堿性溶液如石灰水或蘇打水也是合理措施。

2 汽車尾氣的主要成分

汽油發動機汽車，是以汽油與氧氣在汽缸中燃燒產生熱能并將熱能轉化為機械能做功的機器。它的排放污染物主要來自汽油燃燒后排出的尾氣，還有燃油箱、化油器等處的汽油蒸汽和曲軸箱竄出的氣體。汽油機排放的污染物主要是指CO、CH、NOx、SO2和H2S等，與炸藥爆炸炮煙的有害成分基本相似，所不同的是多了一種污染物CH。

2.1汽車尾氣中有毒氣體產生的原因

理想的汽車排放的尾氣應該是CO2、N2和H2O。但由于汽車所處的工況點不同和燃燒條件的變化，不可避免的產生有毒有害氣體。CO在排放的污染物中所占比例最大，主要是由于氧氣不足燃燒不完全造成的。CH是由于氣缸內溫度或可燃氣體不均勻，燃料沒有完全燃燒而造成的，它是未燃燃料裂解反應的中間產物。氮氧化合物（NOx）是由于燃燒室的溫度、壓力過高，在燃燒過程中形成的。汽油燃燒的氧氣是由進氣系統供給空氣獲得，用過量空氣系數α（即燃燒1kg燃油實際供給的空氣質量（kg）與理論上1kg燃油完全燃燒所需的空氣質量（kg）的比值）表示進氣量的多少，（1）當α<1時，可燃氣變濃，氧氣相對不足，CO、CH迅速增加，NOx急劇下降。當α在1.1左右時，CO、CH排量很少，而NOx排量最多。當α>1.15時，混合氣不均勻，局部缺氧，有少量CO排出。由于燃燒溫度下降，CH排量又增加，NOx迅速下降。當用濃可燃混合氣時轉速升高，散熱時間縮短，燃燒溫度升高，NOx排量增加。當用稀可燃混合氣時，燃燒溫度下降，NOx排量減少。（2）點火時刻對排放的影響，點火提前角減少則排氣溫度上升，燃燒室最高溫度下降，CH及NOx排量減少。點火提前角增大時，CH及NOx排量增加。（3）發動機負荷：怠速及小負荷時，新鮮可燃氣量進入少，廢氣相對較多，燃燒室溫度低，燃燒速度慢，CO和CH排量增加。中等負荷時，CO、CH排量少，但NOx生成量增多。大負荷、滿負荷時，燃燒室氣體壓力、溫度上升，NOx排量增多，CH排量減少，但CO排量增加。（4）發動機轉速：發動機轉速升高時，氣缸內紊流加強，可燃氣混合較好，CO、CH排量減少。提高發動機怠速轉速，使混合氣變戲，CO、CH排量減少。怠速和轉速不高時，CO和CH排量較多，氮氧化合物（NOx）在加速和有負荷中速時，則排量增加。（5）發動機熱狀況：冷卻水溫度提高時，缸壁溫度提高，燃燒情況改善，CH排量減少，NOx排量增多。冷卻水溫從30℃提高到80℃時，NOx增加（500～700）×10-6。發動機過熱時，CH排量增加。

2.2現代汽車減少尾氣污染物采取的措施

為了降低汽車尾氣污染物的排放量，除了正確的操作和使用汽車之外，現代汽車設計安裝了一些先進的新型電子控制裝置，來降低污染物排放量。

（1）采取封閉式曲軸箱強制通風系統。發動機工作過程中，燃燒室的廢氣、未燃燒的混合氣及水蒸氣沿活塞環與缸壁之間的間隙竄入曲軸箱后排入大氣，這些流竄氣體以CH為主，并含有CO等成分。從空濾器引出新鮮空氣，進入曲軸箱，與流竄氣體混合后，從缸蓋經管道由計量閥（PVC閥）計量后，吸入進氣管，進入汽缸內燃燒，使CH和CO排放量減少。

（2）為了減少NOx的排放，采用廢氣再循環的方法，可使5%～20%的廢氣再回到燃燒室，用以降低燃燒的最高溫度，從而可以有效的控制NOx的排放量。

（3）在排氣管與消聲器之間安裝三元催化反應器，利用催化劑（鉑和銠等金屬）將廢氣中的有害成分CO、CH和NOx轉化成CO2、N2和H2O等無毒氣體。

（4）汽油蒸發主要在油箱處。溫度越高，蒸發越厲害，CH污染越嚴重。一般采用蒸發污染控制系統（ESC）收集汽油蒸氣，以減少污染。即在汽油箱上部裝有一個氣液分離器，蒸氣冷凝后變成油滴流回油箱。發動機停機后殘留的汽油蒸氣經管路被送至活性炭罐，由活性碳吸附，大負荷時供給氣缸燃燒做功。

3 結論

通過以上分析，可以得出炸藥爆炸產生的有毒氣體和汽車尾氣中的有害成分相似的，主要是CO、NOx、SO2、H2S這些劇毒氣體。不同的是汽車尾氣中還有碳氫化合物，有刺激性氣味，有致癌作用。它們都是由于反應條件限制沒有進行完全或高溫高壓條件下產生的。人們應該正確認識這些有毒有害氣體對環境和人體的危害作用，以便采取合理的措施降低或減少這些氣體的產生，為人們的工作和生活提供一個良好環境。

參考文獻

[1] 渾寶炬 郭立穩《礦井通風與除塵》冶金工業出版社2010.