自制柴油發動機尾氣凈化處理裝置理論思考

劉文強 王巍 邵慶然

摘要：隨著國家工業的持續發展，環境問題已經成為了一個不容忽視的社會問題，環境污染引起的健康問題也越來越為國家和民眾所重視，除工業生產排放的污水和廢氣外，各種工程機械和施工機械的尾氣排放也成為國家需要嚴格治理的目標;本文介紹了一種自制發動機尾氣處理的方式和思路，意在多渠道，多角度關注和解決環境污染。

關鍵詞：工程車輛;發動機;尾氣;環保;顆粒物;氣溶膠;尾氣凈化裝置

目前各類非公路用機動設備，它們所使用的發動機類型有壓燃式發動機和火花點火發動機，即柴油機和汽油機，這兩種發動機每年排放的氮氧化合物、一氧化碳、碳氫化合物和顆粒物等有害物質逐年增高。由于柴油發動機具有很高的熱效率，因而被廣泛使用。柴油機是非公路機械的主要動力，主要用于拖拉機、挖掘機、裝載機、推土機、叉車、發電機組、抽水機等。在非公路柴油機排放中，PM（顆粒物）和氮氧化合物的排放量最為嚴重。而在柴油機的排放成分中，約0.3%（0.2%的一氧化氮（NO）、0.01%的二氧化氮（NO2）、0.01%的二氧化硫（SO2）、0.03%的碳氫化合物（HC）、和小于0.01%的PM）都對環境和人體有害，這些有害氣體能夠形成酸雨，破壞臭氧層，對人類的健康危害極大。世界衛生組織曾經在聲明中認定“柴油發動機尾氣與石棉、砒霜等物質一樣，具有高度的致癌性。”隨著各國對環境問題的重視程度不斷提高，柴油機尾氣的凈化也越來越為各個國家和人民所重視。因此，大多數國家已經將柴油機污染排放治理作為治理環境的重要手段之一，并制定了相應的公路用機動設備控制排放標準。

隨著中國工業的飛速發展，非公路設備的發展也尤為迅速，發動機尾氣對環境和人類的健康的損害已經不能忽視，很多企業跟用戶也對尾氣凈化提出了具體的要求，這就要求各個非公路設備的生產企業面對這一問題提出相應的解決辦法，而現在國內市場上出現的一些尾氣凈化設備并不能完全滿足非公路機械的性能跟成本的要求，因此企業需要根據自身條件和現狀開發出適應企業的一種尾氣凈化設備。

企業要實現自制尾氣凈化設備，首先要對柴油發動機的尾氣進行系統的分析，跟據分析數據來做出相應的處理方案。

柴油機排放的污染物主要有硫化物、碳氫化合物、氮氧化物、一氧化碳和顆粒物，它們達到一定濃度時，都會危害人體健康。

硫化物：形成懸浮顆粒物，又稱氣溶膠;碳氫化合物：許多都是有毒的。在強烈陽光照射下，伴隨著氮氧化物的存在時，碳氫化合物會發生反應，在近地面會生成臭氧，也會導致光化學煙霧污染;氮氧化物：可以和空氣中的水分、氨以及其他化合物反應，生成含硝酸的細微顆粒物，影響呼吸系統，損害肺組織。一氧化碳：血紅素和一氧化碳結合生成一氧化碳血紅素，會使人體器官和組織的供氧量不足，對心臟病和呼吸系統疾病患者特別有害;顆粒物：它們可以進入人的呼吸系統，甚至是進入肺臟的最深部，引起或加重哮喘病，急性呼吸系統癥狀如咳嗽、呼吸困難或呼吸疼痛，以及慢性支氣管炎。

國內外大量流行病學研究結果表明，大氣PM10濃度每升高10微克/立方米，可能與人群總死亡率升高約0.5%相關;大氣二氧化氮濃度每升高10微克/立方米，可能與人群總死亡率升高約1%相關，降低柴油機的污染物排放，改善工作環境的空氣質量，可以提高工作效率，降低疾病的發生。

根據以上發動機尾氣成分的分析，柴油發動機尾氣中的顆粒物所占比例還是比較大的，而且其危害相對也比較嚴重，因此凈化方案首先考慮凈化尾氣中的顆粒，方案就是讓發動機的尾氣排入水中，使得尾氣中的顆粒與水進行混合后不再排入空氣中，同時尾氣中部分氣體也會因溶于水而不再排入空氣中。如圖1。

柴油發動機排氣經過上述水箱凈化之后，氣體中的顆粒物已經明顯減少，可見這種方法是可行的，但是經過試驗發現，當發動機剛開始啟動或者突然加大油門時，水箱上面有明顯的黑煙冒出，也就是尾氣中的顆粒物經過凈化后，仍然還有部分排入空氣中，經過分析試驗，認為是發動機突然加速時，排氣壓力突然加大，氣體并沒有分散到水箱之后排出，而是形成一個氣團而整體從水箱中排出，使得氣體中的大部分氣體和顆粒物未經凈化而直接排進了空氣中。基于上述分析，我們對水箱結構進行了下述優化。如圖2。

我們把柴油發動機的排氣管的水下部分增加了喇叭形出氣筒，并且在出氣筒上增加一個罩蓋，罩蓋上開有均勻的出氣孔，使得氣流從出氣孔中分散排出，這樣當發動機突然加大油門時，氣流不能形成一團，從而達到了預期的凈化效果。經過試驗，確實如分析的一樣的，達到了預期的凈化效果。

上述發動機的尾氣凈化方式，在一定程度上實現了發動機尾氣凈化的功能，使得發動機工作過程中，不再有黑煙排入空氣中，也就是說該設備對于尾氣中的顆粒物的凈化非常有效，但是對于發動機排氣中的有害氣體，除了部分可溶于水的能夠凈化之外，其他的氣體仍然排入了空氣中。因此對于這種尾氣凈化方案只是初步解決了問題，還有待更加深層次的分析試驗，這里僅僅是起到一個拋磚引玉的作用，如果能夠引起大家對此問題的深入研究，就是本文的成功之處了。

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