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汽车尾气污染论文|汽车废气污染和控制技术

时间:2007-10-23栏目:职教论文

  【论文摘要】简要地介绍了汽车废气污染物的危害性和影响因素以及国外常用的废气排放控制技术。碳微粒收集器对柴油机的废气治理具有重要的实用价值,建议尽快加以研制和开发。
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  本世纪发生的8次重大的世界公害有5次是由于工业废气而引发的大气污染(其中3次为工业废水引发的水源污染),造成大量的人畜死亡,森林、植物被毁,影响极其深远。其中40年代初的美国洛杉矶光化学烟雾事件就是由于当时的250万辆汽车每天向大气排放出大量的一氧化碳、碳化氢和氮氧化物等有害气体,在强烈的阳光下发生光化学反应,产生大量的光化学烟雾而造成人畜死亡,成为重大的汽车废气污染公害事件。
  随着汽车工业的发展,世界汽车年产量已达5000余万辆,废气污染在严重地威胁着人类的生态环境。美、欧、日等发达国家已先后制订了严格的汽车排放法规,汽车生产商也先后投入巨额资金对汽车废气污染进行控制和改进,目前已取得了相当的成就,值得我们借鉴。
  我国的汽车工业还十分落后,废气污染十分严重。例如,广州市目前的机动车(包括摩托车)数量约为90余万辆,仅为洛杉矶和东京的1/10,但其污染物的排出量却与这两个城市的总量相当,每天排放到大气的有害物质所产生的大气污染十分严重,已出现了类似洛杉矶40年代初期所发生的光化学烟雾征兆,同时已成为全国上呼吸道和肺癌的高发病率区,严重地威胁着市民的身体健康和生态环境。
  
  1汽车排放污染物的成份和危害性
  
  汽车排放污染物中含有大量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫、铝、碳微粒和其他杂质粉尘等,这些物质对人类和整个生态环境危害极大。
  一氧化碳(CO)与人体血液中的血红素有很强的亲和力,使血液丧失对氧的输送能力而产生缺氧中毒。当环境中CO的浓度超过100ppm(100×10-6)时,人体就会产生头晕、乏力等不适感;随着CO浓度的增加,会进一步产生头痛、呕吐、昏迷等症状;当CO浓度超过600ppm时,短期内会引起窒息死亡。
  汽车废气中排出多种氮氧化物(NOx),其中一氧化氮(NO)与人体血液中血红素的亲和力比CO还强,两者结合后会产生与CO相似的症状,一般情况下对人体的眼睛、鼻子、咽喉、支气管和肺部等会带来更大的损害,严重时至人于死地。
  碳氢化合物(HC)为燃油未经完全燃烧后排出的气体,具有一定的毒性和易燃易爆的特性,其中的苯类物质又具有致癌作用。
  HC与NOx在阳光下极易发生光化学反应,形成以臭氧(O3)和以醛类为主的光化学烟雾。当O3达到一定浓度时,会令生物在短期内发生高温氧化而脱水死亡;醛类有机物带有毒性,对眼睛和呼吸系统有强烈的刺激作用,严生的会导致中毒死亡。
  二氧化硫(SO2)为燃油中的硫燃烧后的生成物,人体吸入SO2后,即产生咳嗽、咽喉肿痛、呼吸困难、胸闷、四肢乏力,进一步会引起支气管炎、肺炎和心脏病等,严重的会导至人畜死亡。SO2还极易与大气中的水蒸气结合生成亚硫酸烟雾,达到一定积聚量后便形成酸雨,使水土酸化,破坏林木、植物的生长。故此,应尽量减少燃油中的含硫量。
  铅(Pb)为一种有毒的金属,它由燃油中的铅化物添加剂(如四乙铅)经高温燃烧后还原而成的铅微粒。铅与血液中的血红素结合后,使血红素产生异变。当血液中的铅含量达到一定的程度时,会积聚于肝、肾、大脑和脊髓中,严重地破坏人体的神经系统和造血功能。
  碳微粒和其他杂质粉尘是柴油机的主要排放物,由于其粒径极小,约为0.01~0.2um,能长期悬浮于空气中,易于通过呼吸系统而沉积于肺泡内,极具致癌作用。
  铅、碳微粒和其他杂质粉尘等因粒径极小,SO2又具有胶粘性,特别是铅微粒,因无法燃烧,一旦被吸附在催化剂的表面上,便令三元催化净化器丧失催化功能,此即为三元催化净化器的铅中毒。
  
  2汽车废气排放物的影响因素
  
  汽车废气中CO、HC和NOx三种有害气体的影响因素比较多,主要为可燃混合气的空燃比,点火提前角、发动机的负荷和转速以及发动机的内部结构等。
  
  2.1可燃混合气空燃比的影响
  空燃比(A/F)对CO、HC和NOx的影响见图1。在理论空燃比附近,CO曲线有一个拐点,当A/F减少时,可燃混合气过浓,燃油无法充分燃烧,CO生成物便急剧增加;当A/F增大时,氧含量充足,燃油可以充分燃烧,使CO生成量减少,而且比较稳定。
  
  
  
  图1空燃比对有害气体的影响
  
  HC曲线在A/F为17~18附近有一个拐点,此时废气中的HC含量最低。除此之外,HC的生成量都有所增加。其原因是当A/F少于17时,混合气过浓,燃烧不彻底,当A/F大于18时,混合气过稀,燃烧速度缓慢同样会出现燃烧不彻底现象,HC都会增加。
  NO曲线在A/F为15~16附近有一个波峰,此时生成的NO量最多,除此之外,过浓或过稀的空燃比都会降低燃烧速度和燃烧温度,使NO的生成量都有所下降。
  
  2.2点火提前角的影响
  点火提前角对CO的生成量影响不大,但对HC和NOx的影响较大,其结果分别见图2和图3。
  
  
  
  图2点火提前角对HC的影响图3点火提前角对NOx的影响
  
  
  由图2和图3可看出,随着点火提前角的增大,HC和NOx生成物都会急剧增加,其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关,当点火提前角增大到一定值后,由于燃烧时间过

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