柴油添加劑在煤礦防爆柴油機(jī)車(chē)輛中的應(yīng)用*

王曉

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

隨著煤礦井下防爆車(chē)輛在井下運(yùn)輸中的大量應(yīng)用，防爆柴油機(jī)也得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。但在煤礦井下封閉環(huán)境中，大量消耗柴油會(huì)使以防爆車(chē)輛排放出大量有害氣體和顆粒物[4-5]。為了有效控制煤礦井下有害物質(zhì)的排放量，我國(guó)制定和重新修訂了煤礦用防爆車(chē)輛或防爆柴油機(jī)的排放法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。本文針對(duì)柴油機(jī)廢氣排放量的問(wèn)題進(jìn)行了研究。

防爆柴油機(jī)的工作原理是壓縮進(jìn)入缸內(nèi)的新鮮空氣使其溫度高于燃料(柴油)的自燃點(diǎn)，然后通過(guò)高壓噴嘴向缸內(nèi)噴入柴油霧滴使其和高溫空氣充分混合后自燃。我國(guó)柴油普遍芳烴含量高、十六烷值低及硫含量高，故很難使防爆柴油機(jī)的排放符合越來(lái)越嚴(yán)的排放標(biāo)準(zhǔn)。采用將柴油添加劑加入防爆車(chē)輛油箱中的方法，無(wú)需改變防爆車(chē)輛或防爆柴油機(jī)自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)，不需要增加額外裝置，只需和柴油混合改善其燃燒效率，降低煙和氣的排放，進(jìn)而達(dá)到降低排放凈化空氣的效果。因此，向防爆柴油機(jī)的油箱中加入適量柴油添加劑是實(shí)現(xiàn)降低排放的最有效和最實(shí)用的方法之一。

1 柴油添加劑的選用

柴油機(jī)添加劑一般可分為促進(jìn)燃燒型、改善油質(zhì)型及消煙減污型。其中，促進(jìn)燃燒型柴油添加劑可分為燃燒促進(jìn)劑、柴油乳化劑、抗氧化劑及十六烷值改進(jìn)劑等;改善油質(zhì)型柴油添加劑可分為柴油穩(wěn)定劑、抗腐蝕劑、潤(rùn)滑劑、分散劑、金屬鈍化劑、清凈劑和降凝劑等[6]。本文所選用的柴油添加劑是一種柴油性能提升劑,其優(yōu)點(diǎn)是可以降低燃燒反應(yīng)的活化能，縮短著火延遲，消除微碳核的形成條件，使防爆柴油機(jī)工作順暢，燃燒充分，節(jié)省柴油及減少積碳和碳煙的排放，且不造成額外的污染。

2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.1 測(cè)試儀器

采用氣體分析儀測(cè)試防爆車(chē)輛的CO排放值，不透光煙度計(jì)測(cè)試防爆車(chē)輛的煙度排放值。本文采用的是英國(guó)KANE氣體分析儀和不透光煙度計(jì)。

2.2 測(cè)試方法

測(cè)試由中煤科工集團(tuán)太原研究院有限公司和英杰惠能公司技術(shù)人員共同完成，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照MT 220—1990《煤礦用防爆柴油機(jī)械排氣中一氧化碳氮氧化物檢驗(yàn)規(guī)范》和MT 990—2006《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件》，測(cè)試地點(diǎn)是山西保德煤礦。

(1) CO檢測(cè)。開(kāi)機(jī)預(yù)熱，調(diào)整所測(cè)油料類型，如柴油，然后將探針?lè)湃胛矚夤苣┒瞬⒐潭?，先后測(cè)量空載低怠速、空載最高轉(zhuǎn)速及掛檔(負(fù)載)最高轉(zhuǎn)速的CO、CO2、NOx等數(shù)據(jù)。

(2) 煙度(K值)檢測(cè)。執(zhí)行GB 3847—2005《車(chē)用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)排氣煙度排放限值及測(cè)量方法》。

3 測(cè)試結(jié)果及分析

測(cè)試車(chē)輛選擇某礦在用的一輛車(chē)況良好、出車(chē)率高的WC5E型防爆柴油機(jī)。在每班下井前向油箱中按比例加入所選用的柴油添加劑，待車(chē)輛運(yùn)行一班或兩班后對(duì)該車(chē)排放進(jìn)行測(cè)量。

3.1 CO變化趨勢(shì)

主要對(duì)某防爆車(chē)輛在怠速、空載高轉(zhuǎn)速及滿負(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況下觀察CO趨勢(shì)柱狀變化情況。未添加柴油機(jī)添加劑的防爆車(chē)輛在怠速、空載高轉(zhuǎn)速和滿負(fù)荷高轉(zhuǎn)速3個(gè)工況下的CO排放的體積濃度分別為0.05×10-6、0.097×10-6和1.45×10-6；添加柴油機(jī)添加劑后的防爆車(chē)輛在怠速、空載高轉(zhuǎn)速和滿負(fù)荷高轉(zhuǎn)速3個(gè)工況下的CO排放的體積濃度分別為0.04×10-6、0.063×10-6和0.983×10-6?？梢?jiàn)，在3種工況下添加柴油添加劑后,防爆車(chē)輛的CO排放均得到了大幅度的降低。加入柴油添加劑后的防爆車(chē)輛在空載高轉(zhuǎn)速工況下CO排放降幅最大，為34.5%，在怠速工況下CO排放降幅最小，為20.0%。由此說(shuō)明,添加劑使防爆柴油機(jī)燃燒更加充分，其燃燒效率隨之提高，從而降低CO排放。

3.2 煙度(K值)變化趨勢(shì)

未添加柴油機(jī)添加劑的防爆車(chē)輛在空載高轉(zhuǎn)速和滿負(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況下的煙度值分別為2.82 m-1和4.09 m-1；添加柴油機(jī)添加劑后的防爆車(chē)輛在空載高轉(zhuǎn)速和滿負(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況下的煙度值分別為2.82 m-1和3.78 m-1?？梢?jiàn)，加入柴油添加劑后的防爆車(chē)輛在空載高轉(zhuǎn)速工況下沒(méi)有變化，在滿負(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況下煙度有一定程度的降低，降幅為7.5%。這說(shuō)明在滿負(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況下，添加劑破壞了微碳核形成的條件，降低了防爆車(chē)輛在該工況下煙度排放量。

4 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件,經(jīng)過(guò)多次調(diào)整后所采用的方案，在測(cè)試過(guò)程嚴(yán)格遵守相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，從測(cè)試結(jié)果中得到：

1) 采用柴油添加劑可大幅降低煤礦井下防爆車(chē)輛CO的排放量，排放量減少20.0%～34.5%，可為井下安全作業(yè)提供有效的保障。

2) 采用柴油添加劑可大幅降低煤礦井下防爆車(chē)輛(柴油機(jī))在滿負(fù)荷高轉(zhuǎn)速工況下煙度的排放量，也可改善煤礦井下作業(yè)環(huán)境，降低作業(yè)人員職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。

3)采用柴油添加劑在煤礦用防爆車(chē)輛減排降污方面具有良好的實(shí)用性。