地下停车场机动车尾气治理技术的研究

艾 华，边 靖，张 磊，赖志强,张娟

(中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032)

地下停车场机动车尾气治理技术的研究

艾 华，边 靖，张 磊，赖志强,张娟

(中国重型机械研究院股份公司，陕西 西安 710032)

介绍了地下停车场机动车尾气污染现状及特征，旨在减少地下停车场机动车尾气中微细颗粒物在城市雾霾中的占有率，提出窄极距双区高速电除尘技术，并分析指出窄极距双区高速电除尘技术与低温等离子体技术的有效结合，可实现对地下停车场机动车尾气中微细颗粒物及气态污染物的综合治理，指出此高效的复合净化技术是今后解决地下停车场空气污染问题的重要方向。

地下停车场；机动车尾气；窄极距双区高速电除尘；低温等离子体

0 前言

20世纪中后期，欧美国家汽车及交通的快速发展导致大气污染从“燃煤类”转变为“尾气类”，机动车尾气转变为主要的大气污染源。

近三十年来，我国经济连续快速发展，人民生活水平不断提高，工业和家庭的需求使得机动车保有量持续增加。由于我国目前的机动车尾气排放控制技术水平较低，尾气排放造成的环保问题日益严重，大量机动车的尾气排放控制技术仅相当于发达国家50年前的水平。目前我国的机动车尾气排放也逐渐成为城市大气污染的主要污染源。

地下停车场多为封闭、半封闭结构，通风条件差，再加上车辆往来频繁，进出停车场刹车、怠速及启动时排放了大量没有完全燃烧的尾气，主要包含碳烟悬浮颗粒物(PM)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)，其中碳烟悬浮颗粒物(PM)主要来源于浮尘、风沙和机动车尾气排放。地下停车场属于封闭性环境，尾气排放量大且排放时间集中，容易累积。国内目前通常采用机械通风来改善停车场内的空气质量，排出的污染物并无处理，且出于节省资金的考虑，大部分地下停车场均存在排风量严重不足的现象[1-2]。

1 地下停车场机动车尾气污染现状

经过对汽油车和柴油车尾气的研究表明，柴油车尾气中CO和HC的成分远远小于汽油车，NOx成分约为汽油车的一半，固态C微粒(碳烟)远远大于汽油车。汽油车和柴油车排放废气中CO和C微粒的含量均较高。换句话说，固态C微粒和气态CO、NO是汽车尾气中最主要的有害成分[3]，也是形成城市雾霾的重要因素。

污染空气中的烟尘会影响人体健康及能见度，能见度的下降又会危及行车安全。C微粒一般是由直径为0.1～40 μm的多孔性炭粒构成。吸入人体后，部分较大的炭粒会以痰的形式排出呼吸道，剩余部分会侵入肺泡导致尘肺等病变。

我国暂对地下停车场内污染物无专门的标准，考虑到地下停车场内长时间停留的多为工作人员，故参照《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2—2002)[4]和《室内空气质量标准》(GB/T18883—2002)[5]中的相关指标作为地下停车场内空气质量的评价基准。

2 地下停车场机动车尾气治理技术

由于地下停车场内污染物种类较多，采用单一的净化手段难以实现污染物的有效净化，为达到各种污染物的净化要求、成本低、运行维护方便、长期运行安全可靠、且不产生二次污染的要求，需根据净化技术的特点进行多项技术集成，即根据污染物的处理顺序和技术手段组合成复合净化流程，图1即为污染物处理流程。

图1 污染物处理流程Fig.1 Process of pollutant treatment

2.1 窄极距双区高速电除尘

常规工业静电除尘器处理的烟气含尘浓度较高，设备电场风速较低，且占用空间大[6-7]。地下停车场内采用的电除尘器位于城市繁华区域，需占用较小空间，故设备的电场风速必须提高。相较于普通电除尘器电场风速范围1～2 m/s，窄极距高速电除尘器电场风速可达到6～8 m/s。由于处理的空气含尘浓度较低且粉尘粒径较小，故要求其对微细粉尘净化率高，从而要求荷电充分且收尘效率高。

根据以上原因，本文提出窄极距双区高速电除尘技术。常规的电除尘器结构设计上不严格区分荷电区域和收尘区域，荷电和收尘在同一区域同时进行，其很难使粉尘充分荷电和被捕集。为在较小的空间和较短的时间内完成粉尘颗粒物的捕集，提高收尘效率，静电除尘器采用双区静电除尘器[8]。双区静电除尘器分别设置独立的电离区和收尘区。电离区位于前部，内部安装放电极，粉尘进入此区域后在放电极电晕放电作用下荷电。收尘区位于电离区后部，内部安装收尘极，在前部电离区荷电的粉尘进入此区域后被捕集。图2为窄极距双区高速电除尘结构。图3为窄极距双区高速电除尘电场。

1. 电晕线 2.阳极板 3. 壳体 4.阳极板 5.阴极板图2 窄极距双区高速电除尘结构Fig.2 Structure of narrow distance dual-zone high-speed electrostatic precipitation

1. 非均匀电场 2.均匀电场图3 窄极距双区高速电除尘电场Fig.3 Electric field of narrow distance dual-zone high- speed electrostatic precipitation

在收尘机理方面，前部电离区的功能是利用放电极的电晕放电使进入该区域的粉尘颗粒充分荷电，同时在阳极板上收集带负离子的部分粉尘；而收尘区的阴极板和阳极板形成均匀电场，可以大大的提高电场强度和击穿电压，整个电场内电晕电流很小但分布均匀，不易发生反电晕。

2.2 低温等离子体

20世纪80年代中期出现低温等离子体技术处理柴油机尾气的研究[9]，90年代有了较大发展。低温等离子体技术是一个集化学、放电物理学和环境科学于一体的交叉综合性技术，它具有处理效果好、投资少、占地面积小、运行费用低、二次污染少、能同时处理尾气中NOx、CO、HC等多种污染物和净化彻底等优点。

低温等离子体技术是利用气体放电的高能电子参与物理、化学反应，产生离子、激发态分子、原子、自由基(OH·、HO2·、O·等)、活性粒子等化学活性极强的原子团[10-12]。尾气通过电晕放电或介质阻挡放电，在低温等离子体中形成这些活化原子团[13]，并与烟气中的污染物发生一系列通常条件下难以进行的气相化学作用，将CO、HC氧化成CO2和H2O；对于NOx，可以将其主要成分NO氧化成NO2，然后NO2经碱液吸收可以达到脱除的目的。基本反应过程如下：

CO的氧化反应：

CO+O·→CO2

CO+OH·→CO2+H2O

CO+HO2·→CO2+H2O

NO的氧化反应：

NO+O·→NO2

NO+OH·→NO2+H2O

NO+HO2·→NO2+OH

HC的氧化反应：

HC+O·→CO2+H2O

HC+OH·→CO2+H2O

HC+HO2·→CO2+H2O

3 结论

窄极距双区高速电除尘技术与低温等离子体技术的有效结合，可实现对微细颗粒物及气态污染物的综合治理。此技术不受温度、风速等条件的制约，具有占地小、处理风量大等特点。随着城市大量修建地下停车场，其空间内的环境污染治理问题就显得非常迫切和必要，因此地下停车场机动车尾气治理技术具有很好的应用推广前景。

[1] 《福建质量信息》编辑部. 地下车库空气污染惊人[J]. 福建质量信息, 2001(5):14.

[2] 韩宗伟,王嘉,邵晓亮,等.城市典型地下空间的空气污染特征及其净化对策[J].暖通空调,2009, 39(11):21-29.

[3] 雷玉勇, 李晓红, 卢义玉等. 公路隧道空气污染治理的研究进展[J].环境科学进展, 1998,6 (2) :40-44.

[4] 中华人民共和国卫生部. GBZ 2-2002工作场所有害因素职业接触限值[S]. 北京:法律出版社，2002.

[5] GB/ T 18883 -2002,室内空气质量标准[S].

[6] 王元元，张立志空气净化技术的研究与进展[J].暖通空调,2006,36(12):24- 27. 39.

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[9] Eliasson B, Kogelsehatz U. Modeling and applications of silent discharge plasmas [J].IEEE TransPlasmaSei, 1999, 19(2):309-323.

[10]朱士尧.等离子体物理基础[M].北京：科学出版社，1996.

[11]吴江霞,蔡忆昔,赵卫东,等.低温等离子体处理柴油机NOx和PM试验研究[J]. 环境工程学报,2008, 2(8):1078-1082.

[12]陈殿英. 低温等离子体及其在废气处理中的应用[J]. 化工环保, 2001, 21(3): 136-139.

[13]刘海明，邹钦崇.低温等离子体技术在汽车尾气治理的发展动向[J].环境科学动态, 1999(3):18-20.

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

陕西省科技统筹创新工程项目(2012KTZB03)

艾华 (1971-)，男，中国重型机械研究院股份公司 高级工程师。

文献标识码：A 文章编号：1001-196X(2016)02-0051-03