自制柴油发动机尾气净化处理装置理论思考

刘文强 王巍 邵庆然

摘要：随着国家工业的持续发展，环境问题已经成为了一个不容忽视的社会问题，环境污染引起的健康问题也越来越为国家和民众所重视，除工业生产排放的污水和废气外，各种工程机械和施工机械的尾气排放也成为国家需要严格治理的目标;本文介绍了一种自制发动机尾气处理的方式和思路，意在多渠道，多角度关注和解决环境污染。

关键词：工程车辆;发动机;尾气;环保;颗粒物;气溶胶;尾气净化装置

目前各类非公路用机动设备，它们所使用的发动机类型有压燃式发动机和火花点火发动机，即柴油机和汽油机，这两种发动机每年排放的氮氧化合物、一氧化碳、碳氢化合物和颗粒物等有害物质逐年增高。由于柴油发动机具有很高的热效率，因而被广泛使用。柴油机是非公路机械的主要动力，主要用于拖拉机、挖掘机、装载机、推土机、叉车、发电机组、抽水机等。在非公路柴油机排放中，PM（颗粒物）和氮氧化合物的排放量最为严重。而在柴油机的排放成分中，约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%的碳氢化合物（HC）、和小于0.01%的PM）都对环境和人体有害，这些有害气体能够形成酸雨，破坏臭氧层，对人类的健康危害极大。世界卫生组织曾经在声明中认定“柴油发动机尾气与石棉、砒霜等物质一样，具有高度的致癌性。”随着各国对环境问题的重视程度不断提高，柴油机尾气的净化也越来越为各个国家和人民所重视。因此，大多数国家已经将柴油机污染排放治理作为治理环境的重要手段之一，并制定了相应的公路用机动设备控制排放标准。

随着中国工业的飞速发展，非公路设备的发展也尤为迅速，发动机尾气对环境和人类的健康的损害已经不能忽视，很多企业跟用户也对尾气净化提出了具体的要求，这就要求各个非公路设备的生产企业面对这一问题提出相应的解决办法，而现在国内市场上出现的一些尾气净化设备并不能完全满足非公路机械的性能跟成本的要求，因此企业需要根据自身条件和现状开发出适应企业的一种尾气净化设备。

企业要实现自制尾气净化设备，首先要对柴油发动机的尾气进行系统的分析，跟据分析数据来做出相应的处理方案。

柴油机排放的污染物主要有硫化物、碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳和颗粒物，它们达到一定浓度时，都会危害人体健康。

硫化物：形成悬浮颗粒物，又称气溶胶;碳氢化合物：许多都是有毒的。在强烈阳光照射下，伴随着氮氧化物的存在时，碳氢化合物会发生反应，在近地面会生成臭氧，也会导致光化学烟雾污染;氮氧化物：可以和空气中的水分、氨以及其他化合物反应，生成含硝酸的细微颗粒物，影响呼吸系统，损害肺组织。一氧化碳：血红素和一氧化碳结合生成一氧化碳血红素，会使人体器官和组织的供氧量不足，对心脏病和呼吸系统疾病患者特别有害;颗粒物：它们可以进入人的呼吸系统，甚至是进入肺脏的最深部，引起或加重哮喘病，急性呼吸系统症状如咳嗽、呼吸困难或呼吸疼痛，以及慢性支气管炎。

国内外大量流行病学研究结果表明，大气PM10浓度每升高10微克/立方米，可能与人群总死亡率升高约0.5%相关;大气二氧化氮浓度每升高10微克/立方米，可能与人群总死亡率升高约1%相关，降低柴油机的污染物排放，改善工作环境的空气质量，可以提高工作效率，降低疾病的发生。

根据以上发动机尾气成分的分析，柴油发动机尾气中的颗粒物所占比例还是比较大的，而且其危害相对也比较严重，因此净化方案首先考虑净化尾气中的颗粒，方案就是让发动机的尾气排入水中，使得尾气中的颗粒与水进行混合后不再排入空气中，同时尾气中部分气体也会因溶于水而不再排入空气中。如图1。

柴油发动机排气经过上述水箱净化之后，气体中的颗粒物已经明显减少，可见这种方法是可行的，但是经过试验发现，当发动机刚开始启动或者突然加大油门时，水箱上面有明显的黑烟冒出，也就是尾气中的颗粒物经过净化后，仍然还有部分排入空气中，经过分析试验，认为是发动机突然加速时，排气压力突然加大，气体并没有分散到水箱之后排出，而是形成一个气团而整体从水箱中排出，使得气体中的大部分气体和颗粒物未经净化而直接排进了空氣中。基于上述分析，我们对水箱结构进行了下述优化。如图2。

我们把柴油发动机的排气管的水下部分增加了喇叭形出气筒，并且在出气筒上增加一个罩盖，罩盖上开有均匀的出气孔，使得气流从出气孔中分散排出，这样当发动机突然加大油门时，气流不能形成一团，从而达到了预期的净化效果。经过试验，确实如分析的一样的，达到了预期的净化效果。

上述发动机的尾气净化方式，在一定程度上实现了发动机尾气净化的功能，使得发动机工作过程中，不再有黑烟排入空气中，也就是说该设备对于尾气中的颗粒物的净化非常有效，但是对于发动机排气中的有害气体，除了部分可溶于水的能够净化之外，其他的气体仍然排入了空气中。因此对于这种尾气净化方案只是初步解决了问题，还有待更加深层次的分析试验，这里仅仅是起到一个抛砖引玉的作用，如果能够引起大家对此问题的深入研究，就是本文的成功之处了。

参考文献：

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