摘要：传统汽车尾气净化装置只能在一定程度上处理尾气中的化学物质，但是对于固体颗粒物等其他危害物质没有任何处理效果。基于此，笔者设计了一种新的汽车尾气除尘装置，该装置通过高压静电吸附的原理，利用电分解及催化反应的共同作用，处理汽车尾气中的PM2.5以及其他有害物质。实验结果表明，该装置明显提升了对汽车尾气中有害物质的过滤效果，有效降低了空气污染指数，应用前景广阔。 关键词：静电；除尘；汽车尾气
1研究背景及意义
随着国民经济的快速发展，我国已经成为世界汽车产销量大国。虽然电动汽车已经进入市场，但是燃油汽车仍占主流，汽车在给人们带来便利的同时也加剧了空气污染。汽车尾气已经成为城市空气污染最主要的来源之一。在燃油汽车排放的大量废气中，除二氧化碳和水蒸气为无害成分外，大部分都为有害成分。这些污染物本身就有很强的毒性，有的甚至通过相互作用形成二次污染。近年来，国家采取了一系列措施来减少汽车尾气的排放。目前，我国
对汽车尾气的处理方法主要为“氧气-催化”的一段净化法，主要是利用氧化催化燃料装置。该装置虽然有一定的处理能力，但是对一氧化氮和固体颗粒物（PM2.5）没有处理作用。基于此，笔者设计了一种新的汽车尾气除尘装置。
2设计原理
2.1设计思路
该装置的静电处理系统是以高压静电的方式对汽车尾气进行处理的。即利用高压静电除尘器的吸附效果，对尾气中的固体颗粒物进行吸附。当集尘板吸附大量的固体颗粒物（PM2.5）后，由位于各电极板下方的储尘机构进行收集，消灭其二次污染，解决废物的处理问题。同时利用稀土催化剂和高压静电，催化分解有害气体，从而达到对尾气中化学成分进行处理的目的，实现物理化学组合优化，对尾气进行全面净化处理。
2.2静电处理装置原理
2.2.1静电除尘系统
静电处理尾气的基本原理可以概括为：以高压静电的方式对汽车尾气进行处理，利用高压静电除尘器的吸附效果，对尾气中的固体颗粒物进行吸附，为后面的除尘做准备工作，从而达到对尾气中有害气体及固体颗粒物的处理目的[1]。它由静电发生器、阴极针、阳极板和储尘器组成。高温的汽车尾气通过净化装置时，经由阳极板与阴极针构成的静电场，使尾气中的固体颗粒物吸附到阳极板，通过震动，吸附在阳极板的PM2.5微粒掉落到极板下方的除尘器中，被集中收集，从而完成对固体颗粒物的处理。
2.2.2储尘器及储尘监控系统
将含尘气体中的尘粒阻留在纤维织物上，从而使固体颗粒物可以被可靠地收集到储尘器中。因过滤织物通常做成袋状，所以设计袋式储尘器。传感器安装在汽车集尘袋的设计，可以有效监测集尘袋是否装尘过量，提示积尘装置的状态，可以让车主及时更换，从而延长集尘袋的使用寿命。
2.2.3多功能催化器系统
将活性元素La、Ce组成的复合氧化物，涂到三个气室内壁及极板壁上，组成汽车尾气催化
器。其中的催化剂是由活性涂层和贵金属组成的活化层构成的，主要作用是对有害物质进行处理。当尾气通过第二、三气室时碰撞极板，静电会与附着在气室表面的稀土催化剂配合分解尾气，在经过第一气室时尾气中的化学物质会进行初步电分解，再经由二、三气室促进催化分解作用，完成最终的处理。此过程即为化学电解促催尾气过程，对有害化学气体进行最终处理。
3高压静电除尘装置整体设计
3.1静电除尘系统设计
静电除尘器设计十分关键，它通过对设备主体的整体计算得知尾气除尘的最优方案。主要用来确定除尘器的大小、开孔数，以及集尘板的面积、效率、距离、高度、尾气的流动方向、储尘器的尺寸大小、材料选型、电源线路、所需功率等关键性的数据。1）静电除尘器的型号选用多区除尘器，即在不同区域进行对粒子的捕集，集尘极和放电极也放置在多个区域。本次设计由于烟气量大，故采用多级板分流式电除尘器[2]。2）电场风速的确定。尾气在电除尘器内流速大小的选取，由电除尘器规格大小和被处理尾气特性而定，一般在0.5m/h～1.5m/h的范围内。电场风速与收尘效率无关，但对具有一定尺寸收尘极板面积的
电除尘器而言，过高的电场风速不仅使电场长度增加，占地面积增大，而且会引起粉尘二次飞扬，降低除尘效率。反之，在一定的处理烟气量条件下，过低的电场风速必然需要大的电场断面。这样导致设备大，不经济实用。静电除尘的新型高压直流电源的组成及原理主要是利用车载电瓶作为电源基础的，电瓶电源输出后经直流发生器和脉冲电压发生器产生所需电压。脉冲电压发生器的输出电压经电容后，和直流发生器的直流输出电压相叠加，使输出电压运行在高频调幅信号以下，同时输出电压平均值较高，保证了除尘效果。经全桥整流并滤波后变为较平滑的直流电，再经逆变器变为高频交流电，这是该电源的核心部分。由于多种因素的影响，频率一般选择在20kHz～40kHz，电源工作频率约为37kHz。采用集成电路，提供驱动信号，使之输出合适的电压和电流。通过调节设定电压值和电流值，可以调节直流发生器的输出电压，使它低于闪烁电压；调节脉冲电压发生器的输出电流，使它稍小于闪烁时的电流。因此，系统通过反馈电压来使直流输出电压恒定，通过比较设定电流值与反馈电流值来调节输出电流。电源模块中选用2个IGBT模块作为开关型全桥直-交变逆变器，每个IGBT模块中的2个功率管分别由输出的2个相位差180°的驱动信号，经光电隔离后进行门极驱动[3]。逆变电路工作在PWM控制方式。改变驱动信号的占空比将改变输出交流电压的脉冲宽度及有效值。当驱动信号占空比为0.5时，输出电压中的基波分量最大。
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