城市公交汽车冒黑烟治理方法

周欣悦　严国庆　王艳娜

摘要：城市公交汽车越来越多地采用柴油燃料，由于频繁起步停车造成车况不佳，出现在站台、路口起步时排放大量黑烟，造成城市空气污染，严重影响居民身心健康。本文介绍了一种利用布袋除尘器对汽车排放尾气进行吸附过滤的专利技术（专利号：ZL200720306423.1），把公交汽车柴油机排放废气的危害降到最低，保证城市空气质量符合国家环保要求，为城市居民创造一个美好的居住环境。

关键词：公交汽车 黑烟 布袋除尘器 吸附

中图分类号：TD534文献标识码：B

0引言

目前，城市公交汽车大多采用柴油发动机，由于频繁起步停车造成车况不佳，另外公交公司对运营车辆维护、保养不及时，使公交车辆带病运转，就出现公交汽车排放大量黑烟，这对在站台上等车的乘客造成身心伤害，同时，也制造了城市空气污染。虽然各汽车厂家对汽车排放采取一系列技术措施，降低噪音、达标排放，但是不能从根本上解决冒黑烟问题。

1 汽车柴油机排放黑烟原因分析

1.1 柴油发动机 柴油发动机具有低油耗、高热效率、低排放的特点，具有良好的经济性和可靠性，已成为城市公交汽车主力发动机。柴油机所用燃料为柴油，柴油是从石油中提炼的产品，是一种碳氢化合物，其中各成分质量分数为：碳87％、氢12.6％、氧0.4％。柴油机公交汽车是城市交通低成本运营首选车型，也符合中国汽车柴油化的发展趋势。

1.2 柴油机可燃混合气的形成与燃烧过程 柴油和汽油比较，粘度大、蒸发性差，因而不可能在进气管道内形成可燃混合气，柴油机在进气行程吸入汽缸的是纯空气，采用高压喷射的方法，在压缩行程接近终了时才把柴油喷入汽缸，直接在气缸内形成可燃混合气。由于混合气形成时间极短，只不过占150~350曲轴转角，因而造成混合气的成分在燃烧室各处极不均匀，而且由于不可能一下子把所有燃料都喷入汽缸，故随着燃烧不断喷入汽缸内的混合气成分也是不断变化的，鉴于上述原因，柴油机往往采取下列措施来保证可燃混合气的质量和正常燃烧：准确控制喷油提前角；适当加大压缩比；高质量的喷油雾化；适合的燃烧室形状；配制较稀的可燃混合气（过量空气系数α=1.15-2.2）。

1.3 柴油机冒黑烟原因 公交汽车频繁重载起步，驾驶员就要踩油门加速，汽车才能平稳起步，此时要求柴油机的转速和功率迅速加大，而由于惯性原因柴油供应量跟不上空气量要求，因而需要燃料过量供给，适合补充加浓混合气，这就造成可燃混合气过量空气系数α＜1，柴油燃烧后产生过量黑烟。

2 柴油机排放废气的危害

柴油机排放的废气中有害成分有：CO、NOx、HC、SO2和炭烟，与同功率的汽油机相比，柴油机的HC和CO排放量比汽油机少得多，NOx排放量几乎差不多，因此柴油机废气净化的主要任务是降低NOx、SO2和炭烟。

2.1 人体健康危害 废气污染对人体健康的危害有现场反应和后期反映。当冒着黑烟的公交车驶过你身旁时，人的呼吸道和眼睛受到刺激，明显感到不舒服。后期反应造成的危害更大，长期生活在空气污染的城市里，使人的心理和身体发生病变，呼吸道疾病的患病率要高于非城市居民。

2.2 居民生活费用增加 内燃机排放污染使居民生活费用增加，包括家庭清扫、洗涤和生活物质损坏三方面，据估算每年全国损失几十亿元。

2.3 物质材料破坏 排放到大气中的SO2、NOx、各种有机物等不仅直接腐蚀建筑物、桥梁、各种机器和设备，而且衍生二次污染物光化学氧化剂、酸雨等，对环境造成更大的破坏。

2.4 全球大气环境影响 内燃机排放污染物不仅污染低层大气，而且对上层大气产生影响，形成酸雨破坏臭氧层、造成城市气温升高等，会带来更严重的危害和灾难。

综上所述，汽车发动机排放危害不容忽视，目前，石家庄市大气污染中的30%是由汽车尾气造成，汽车噪音占城市噪音污染的45%，汽车尾气和噪音已成为城市的主要污染源。2008北京奥运会期间，北京地区汽车实行单双号出行，在缓解交通压力的同时，北京空气质量有明显好转，这得到国际环境组织的承认，为成功举办北京奥运会作出了贡献。

3 治理柴油机公交车冒黑烟的方法

控制柴油机的排放质量，是一个复杂的系统工程，它涉及到柴油的品质，柴油机的设计、制造技术、工艺水平，柴油机的尾气净化技术以及使用等多个方面。柴油机炭烟等颗粒物的净化技术主要有催化转化技术和过滤净化技术，最为有效的方法是各种过滤器。

颗粒过滤器（DPF）的原理是先用过滤装置过滤废气中的颗粒物质（炭烟），当过滤器收集到的颗粒物太多影响柴油机工作时，然后采用更换过滤器或对收集的颗粒采用氧化燃烧技术进行清洁，使过滤器恢复原状重新工作。这种技术的难点有三个：一是过滤器的安装使排气背压增大，并随着炭烟的收集而增大；二是在柴油机运转条件下颗粒物不能清除；三是颗粒物被点燃氧化后，造成DPF温度过高，损伤或烧坏过滤器。

3.1 对颗粒过滤器的几点要求 ①过滤效率高。过滤效率越高，过滤器的过滤效果越好，颗粒过滤器的过滤效率一般为50%-80%。为使过滤器过滤效率高，排气流动阻力小，而外形尺寸又不大，就要研究它们之间的关系，并对主要结构尺寸进行优化。在设计过滤器时，还要考虑车型及应达到的颗粒法规标准。对于颗粒排放量高的重型汽车和城市公交汽车所用柴油机，过滤效率应在80%以上，对于颗粒排放量低的轻型柴油机，要求可以低些。②较低的初始流动阻力和自行再生能力。排气经过过滤器时会受到一定阻力，这造成排气背压增加。随着运行时间增加，过滤器中颗粒存储量增多，背压也增加。排气背压增高可导致柴油机功率下降，比油耗增加，排放进一步恶化。因此要求设计的过滤器应有低的初始流动阻力和自行再生能力，从而保持低的流动阻力，并用辅助手段对过滤器进行再生。③滤芯材料性能好。颗粒过滤器处于温度变化的排气中，温度较高，当炭烟再生燃烧时，温度高达1000℃。因此对滤芯材料要求耐高温，并有足够的强度、化学稳定性、抗热裂及熔融等性能。滤芯损坏的主要形式是材料软化，局部高温融粘等。④过滤器容积适当。增加过滤器容积可以提高过滤效率，减少压力降，但使外形尺寸增大。在保证过滤效率和低流通阻力的前提下，应尽可能减小外形尺寸，并有一定的通用性。⑤使用寿命长。过滤器在排气管路中，要受到热胀、振动及其应力作用，因此应有足够的可靠性。过滤器成本较高，应有较长寿命和再生能力，能在长时间保持过滤效率。

3.2 使用布袋除尘器，吸附废气中的炭烟及颗粒物 在汽车消声器排气口处串联一布袋除尘器，汽车尾气经催化技术处理后，排放压力、温度、速度都有所降低，利用布袋纤维吸附过滤废气中的炭烟及颗粒物，布袋除尘器如图1所示。

布袋除尘器外壳2为扁圆形筒状结构，内设几条由金属骨架4支撑的纤维布袋3，布袋是专用于除尘的纤维布袋，透气性好，不怕潮湿，耐高温，吸附性强。其工作原理是：废气由入口1进入除尘器并形成涡流，废气和纤维布袋3的外表面接触，经纤维布袋过滤和吸附，废气中的炭烟及颗粒物被吸附在布袋外表面上，气体穿透布袋经除尘器出口6进入大气中。根据汽车排气量大小来计算布袋过滤面积，由此设计出布袋的长度和数量，确保汽车排气压力、温度、噪音达到国标要求。布袋除尘器不用动力驱动，排气压力使废气通过布袋过滤吸附，布袋吸附的炭烟及颗粒物在汽车行驶中由于颠簸和排气装置振动，落入除尘器壳底部，可定期开盖清理。纤维布袋材质可选用工业涤纶或石墨化玻璃纤维布，其试验数据如下：布袋耐温130℃-250℃，阻力损失＜1.5KPa，净化效率＞98%，过滤粒度＜1μm，使用寿命＞1年。

4 结束语

布袋除尘器在工业领域使用已几十年的历史，技术成熟，除尘效率高，除尘成本低，布袋材质选择方便，把布袋除尘技术用于公交汽车排放尾气的处理上，原理可行，结构简单容易制造，安装维护清理方便，布袋拆装更换容易，且不用动力驱动，除尘效率高，能改善城市空气质量，符合当前节能环保政策，能在所有城市公交汽车上推广使用。

参考文献：

[1]栾琪文.汽车电控柴油机结构原理与维修[M].北京.机械工业出版社.2006.6.

[2]高群钦.汽车维修实用手册[M].合肥.安徽科学技术出版社.2006.10.

[3]国家环境保护局.钢铁工业废气治理[M].北京.中国环境科学出版社.1992.7.