柴油添加劑在無軌膠輪車中的應用

張世男 曹磊 莊園

摘 要：針對煤礦越來越多的無軌膠輪車的投入使用，且為了滿足煤礦相關法律法規(guī)對柴油機排放的嚴格要求，改善燃油燃燒狀況來實現(xiàn)降低尾氣中的有害氣體排放為重中之重。本文采用三種煤礦井下常用車型對兩種不同的柴油添加劑進行了使用測試，采用數(shù)據(jù)對比方式對添加劑的前后使用數(shù)據(jù)進行了對比，并詳細記錄了車輛在使用柴油添加劑前后的動力效果以及尾氣排放情況，驗證了柴油添加劑的使用效果。經(jīng)實際應用表明，合理使用DMMn與D106均能降低對柴油尾氣的排放，保證車輛動力，對長期使用、積碳過多的柴油機效果更為明顯。

關鍵詞：柴油機;聚甲氧基二甲醚（DMMn）;生物酶（D106）

中圖分類號：TK428.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）07-0101-02

1柴油機尾氣成分

柴油機的尾氣成分主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）。

CO和HC是柴油不完全燃燒所產(chǎn)生的化學物質(zhì)，柴油燃燒的越充分，所產(chǎn)生的CO和HC就越少，然而柴油的燃燒并不能達到理想狀態(tài)，所以尾氣排放中必然會存在CO和HC，大量吸入CO會導致缺氧中毒甚至危及生命[1]。

發(fā)動機工作時N2與O2產(chǎn)生反應從而產(chǎn)生NOx，NOx排放隨著柴油機溫度及負荷的增加而增加。柴油機排出的NOx中，NO約占90%，NO2只是其中很少的一部分[2]。吸入高濃度NO時能導致神經(jīng)中樞的癱瘓和痙攣，而且NO排入大氣后會逐漸被氧化為NO2，NO2具有一定的毒性，吸入后會損害呼吸系統(tǒng)并引發(fā)肺氣腫。

另外，尾氣排放中的HC與NOx收到紫外線照射后會產(chǎn)生化學反應，生成新的污染物“光化學煙霧”，光化學煙霧會誘發(fā)支氣管炎、肺結核、冠心病以及心臟衰弱，部分烴類化合物有致癌性，進入人體后產(chǎn)生慢性中毒，嚴重危害人體健康[3-4]。

PM是柴油燃燒不完全所產(chǎn)生的碳煙，其主要成分有碳粒、硫酸鹽、可溶性有機成分以及含金屬元素的灰分等。PM可以深入人的肺部損傷肺內(nèi)各種通道的自凈作用，從而損傷呼吸系統(tǒng)。炭粒吸附的有機物質(zhì)包括多環(huán)芳烴有不同程度的誘變和致癌作用。

2 測試儀器、設備與數(shù)據(jù)采集

測試儀器使用HPC501和HPC601對車輛尾氣進行測量及數(shù)據(jù)采集。

2.1 HPC501尾氣排放污染分析儀

該設備測量尾氣中的有害化學氣體：碳氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氧氣（O2）、氮氧化合物（NOx），如圖1所示。

2.2 HPC601柴油尾氣檢測儀

該設備主要測量尾氣中的顆粒物含量：不透光度（N）、光吸收系數(shù)（K），用以衡量尾氣中PM的含量，如圖2所示。

測試車輛：測試采用煤礦井下常用四種防爆車輛，兩種添加劑各選用兩種輕型車與重型車作為測試車輛。其中輕型車選用山西煤機天地有限公司生產(chǎn)的防爆輕型車WC3J（D）型自卸車，發(fā)動機功率均為65kW。重型車選用山西煤機天地有限公司生產(chǎn)的防爆重型車WC8E型多功能車與WC25E支架搬運車，WC8E發(fā)動機功率為85kW，WC25E發(fā)動機功率為200kW。

3 D106柴油添加劑的使用

3.1 D106添加劑簡介及工作原理

D106柴油添加劑是一種生物制劑，它的功效是利用生物酶剪斷碳鍵，切開燃油及積炭的化學鍵，降解燃油內(nèi)的碳結構，從而促進燃油完全燃燒，如圖3所示。

3.2 D106添加劑的使用步驟

WC3J、WC20R：測量原始柴油排放后按比例加入D106添加劑，之后隨著車輛加油按比例加入D106添加劑，在使用指定油量后進行尾氣測量，測量前需將防爆水箱放空以保證尾氣未被防爆水箱凈化。

WC8E、WC25E：測量柴油原始排放數(shù)據(jù)完畢后按比例加入D106添加劑120ml，油箱內(nèi)燃油用盡后每次加油都按比例添加D106添加劑，在使用指定油量后進行尾氣測量，測量時需將防爆水箱放空以保證尾氣未被防爆水箱凈化。

3.3 本章小結

D106是一種生物添加劑，添加劑使用量小，見效慢，在WC3J（D）使用上取得了較好效果，但動力產(chǎn)生了一定的衰減，在WC25E和WC8E上的試驗尾氣降低效果并不明顯，不能穩(wěn)定的降低煙度和有害氣體。

4結論

優(yōu)點：長時間使用可有效降低車輛的各項排放數(shù)值，對65kW內(nèi)發(fā)動機的影響較小，對發(fā)動機的積炭有一定的清理效果，并顯著降低PM的排放。

缺點：隨著測試車型的改變、發(fā)動機功率的增加，添加劑效果逐漸降低，并在200kW發(fā)動機車型使用時會出現(xiàn)故障。

適用情況：D106添加劑見效慢，適用于使用時間長、發(fā)動機積碳多、柴油機功率65kW以內(nèi)的柴油機膠輪車，使用120L柴油后可獲得顯著效果。在65kW以內(nèi)新車、65kW以上的柴油機使用時不能取得良好使用效果，200kW會出現(xiàn)發(fā)動機無力、排放增高等情況，嚴重時還會導致發(fā)動機故障。

5 DMMn柴油添加劑的使用

5.1 DMMn添加劑簡介及工作原理

DMMn是一種化學制劑，按比例調(diào)和到柴油中，可增加柴油含氧量，從而提高柴油質(zhì)量，降低冷濾點，改善柴油在發(fā)動機中的燃燒質(zhì)量，提高熱效率。

5.2 DMMn添加劑的使用步驟

WC3J、WC20R：測量柴油原始排放數(shù)據(jù)后，將DMMn按比例加入油箱，運行10min確保DMMn在發(fā)動機內(nèi)燃燒并循環(huán)，之后方可進行測試，測量前需將防爆水箱放水以保證數(shù)據(jù)的準確性。

WC8E、WC25E：測量柴油原始排放數(shù)據(jù)完畢后將進回油管改裝至按比例兌好的DMMn柴油中，運行10min確保DMMn在發(fā)動機內(nèi)燃燒并循環(huán)，之后方可進行測試，測量前需將防爆水箱放水以保證數(shù)據(jù)的準確性。

5.3實際使用數(shù)據(jù)

5.3.1 WC8E流程概述

WC8E在井下用外接油的方法分別測量柴油、DMMn 10%、 DMMn15%排放，測量未將防爆水箱放空，使用DMMn15%試車過程中出現(xiàn)動力不足、高怠速時怠速不穩(wěn)以及熄火問題，WC8E使用DMMn10%無異常情況，測量結果如圖4、圖5所示。

5.3.2數(shù)據(jù)分析

DMMn15%相比純柴油可降低尾氣排放中的PM值，低怠速提高碳氫化合物排放，高怠速降低碳氫化合物排放，但大幅增加了一氧化碳在高怠速時的排放（1340%）。

DMMn10%相比純柴油可降低碳氫化合物排量，PM值和高怠速下一氧化碳排放，增加了高怠速下氮氧化合物的排放，DMMn10%相比DMMn15%所降低的PM值減少了一半，但車輛穩(wěn)定性大幅增加。

DMMn在85kW柴油機中使用時必須降低使用較低比例才可正常使用。

5.4 本章小結

優(yōu)點：DMMn是一種化學柴油添加劑，按正確比例使用添加劑可有效降低尾氣中的有害氣體及PM排放，并在正確的使用范圍內(nèi)，尾氣排放隨著DMMn濃度的增加而降低。

缺點：隨著柴油機功率的增加，必須降低DMMn的添加范圍，并且不使用于200kW礦用柴油機。

適用車輛：65kW以內(nèi)發(fā)動機正常使用DMMn柴油添加劑加注比例在20%以內(nèi)。85kW柴油機使用DMMn添加劑時可必須限制其使用含量在10%以內(nèi)。200kW發(fā)動機使用DMMn含量10%時出現(xiàn)柴油機故障。

6結語

本文基于兩種柴油添加劑的實際使用進行了研究與實踐，在煤礦柴油機尾氣排放嚴重的基礎上，積極尋找降低尾氣排放的方法。由于柴油添加劑應用到井下防爆柴油機中的使用非常少，本文對柴油添加劑對柴油機尾氣處理有很好的借鑒作用。本文的研究內(nèi)容主要有以下幾項：（1）介紹了兩種尾氣測量設備，并將其應用于煤礦井下無軌車輛之中，探索出一套針對煤礦井下無軌車輛的測量方法。（2）對3種煤礦井下常用柴油機無軌膠輪車進行D106添加劑使用實踐，并階段性的收集尾氣排放數(shù)據(jù)并分析，成果對使用D106添加劑的使用效果有非常好的參考價值。（3）對3種煤礦井下常用柴油機無軌膠輪車進行DMMn添加劑使用實踐，收集了使用數(shù)據(jù)并進行了對比分析，其檢測步驟、使用濃度有很好的參考價值。

參考文獻

[1] 方茂東.柴油車排放污染防治技術指南[M].北京：中國環(huán)境科學出版，2003.

[2] 賀泓，翁端，資新運.柴油車尾氣排放污染控制技術綜述[J].環(huán)境科學，2007（6）：1169-1177.

[3] 胡群.柴油機排放有害物成分的分析與控制[J].內(nèi)燃機，2003（6）：24-25+33.

[4] 王建昕，傅立新，黎維彬.汽車排氣污染治理及催化轉(zhuǎn)化器[M].北京：化學工業(yè)出版社，2000.

收稿日期：2020-03-03

作者簡介：張世男（1983—），男，山東濟寧人，本科，工程師，研究方向：膠輪車維修及使用。