地下停車場機動車尾氣治理技術的研究

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狀及特征，旨在減少地下停車場機動車尾氣中微細顆粒物在城市霧霾中的占有率，提出窄極距雙區高速電除塵技術，并分析指出窄極距雙區高速電除塵技術與低溫等離子體技術的有效結合，可實現對地下停車場機動車尾氣中微細顆粒物及氣態污染物的綜合治理，指出此高效的復合凈化技術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；窄極距雙區高速電除塵；低溫等離子體

0 前言

20世紀中后期，歐美國家汽車及交通的快速發展導致大氣污染從“燃煤類”轉變為“尾氣類”，機動車尾氣轉變為主要的大氣污染源。

近三十年來，我國經濟連續快速發展，人民生活水平不斷提高，工業和家庭的需求使得機動車保有量持續增加。由于我國目前的機動車尾氣排放控制技術水平較低，尾氣排放造成的環保問題日益嚴重，大量機動車的尾氣排放控制技術僅相當于發達國家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、半封閉結構，通風條件差，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)、碳氫化合物(HC)和一氧化碳(CO)，其中碳煙懸浮顆粒物(PM)主要來源于浮塵、風沙和機動車尾氣排放。地下停車場屬于封閉性環境，尾氣排放量大且排放時間集中，容易累積。國內目前通常采用機械通風來改善停車場內的空氣質量，排出的污染物并無處理，且出于節省資金的考慮，大部分地下停車場均存在排風量嚴重不足的現象[1-2]。

1 地下停車場機動車尾氣污染現狀

經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的成分遠遠小于汽油車，NOx成分約為汽油車的一半，固態C微粒(碳煙)遠遠大于汽油車。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C微粒和氣態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致塵肺等病變。

我國暫對地下停車場內污染物無專門的標準，考慮到地下停車場內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接觸限值》(GBZ2—2002)[4]和《室內空氣質量標準》(GB/T18883—2002)[5]中的相關指標作為地下停車場內空氣質量的評價基準。

2 地下停車場機動車尾氣治理技術

由于地下停車場內污染物種類較多，采用單一的凈化手段難以實現污染物的有效凈化，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、且不產生二次污染的要求，需根據凈化技術的特點進行多項技術集成，即根據污染物的處理順序和技術手段組合成復合凈化流程，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 窄極距雙區高速電除塵

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

根據以上原因，本文提出窄極距雙區高速電除塵技術。常規的電除塵器結構設計上不嚴格區分荷電區域和收塵區域，荷電和收塵在同一區域同時進行，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靜電除塵器[8]。雙區靜電除塵器分別設置獨立的電離區和收塵區。電離區位于前部，內部安裝放電極，粉塵進入此區域后在放電極電暈放電作用下荷電。收塵區位于電離區后部，內部安裝收塵極，在前部電離區荷電的粉塵進入此區域后被捕集。圖2為窄極距雙區高速電除塵結構。圖3為窄極距雙區高速電除塵電場。

1. 電暈線 2.陽極板 3. 殼體 4.陽極板 5.陰極板圖2 窄極距雙區高速電除塵結構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，前部電離區的功能是利用放電極的電暈放電使進入該區域的粉塵顆粒充分荷電，同時在陽極板上收集帶負離子的部分粉塵；而收塵區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，整個電場內電暈電流很小但分布均勻，不易發生反電暈。

2.2 低溫等離子體

20世紀80年代中期出現低溫等離子體技術處理柴油機尾氣的研究[9]，90年代有了較大發展。低溫等離子體技術是一個集化學、放電物理學和環境科學于一體的交叉綜合性技術，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點。

低溫等離子體技術是利用氣體放電的高能電子參與物理、化學反應，產生離子、激發態分子、原子、自由基(OH·、HO2·、O·等)、活性粒子等化學活性極強的原子團[10-12]。尾氣通過電暈放電或介質阻擋放電，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生一系列通常條件下難以進行的氣相化學作用，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經堿液吸收可以達到脫除的目的。基本反應過程如下：

CO的氧化反應：

CO+O·→CO2

CO+OH·→CO2+H2O

CO+HO2·→CO2+H2O

NO的氧化反應：

NO+O·→NO2

NO+OH·→NO2+H2O

NO+HO2·→NO2+OH

HC的氧化反應：

HC+O·→CO2+H2O

HC+OH·→CO2+H2O

HC+HO2·→CO2+H2O

3 結論

窄極距雙區高速電除塵技術與低溫等離子體技術的有效結合，可實現對微細顆粒物及氣態污染物的綜合治理。此技術不受溫度、風速等條件的制約，具有占地小、處理風量大等特點。隨著城市大量修建地下停車場，其空間內的環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具有很好的應用推廣前景。

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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

陜西省科技統籌創新工程項目(2012KTZB03)

艾華 (1971-)，男，中國重型機械研究院股份公司 高級工程師。

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