淺談內(nèi)燃機(jī)車目前環(huán)?，F(xiàn)狀和發(fā)展方向

安徽省馬鋼股份鐵路運(yùn)輸公司 安徽 馬鞍山 243000

1 引言

公司當(dāng)前機(jī)車保有量54臺，自1993年至今，機(jī)車平均車齡已經(jīng)18年，其中超過設(shè)計(jì)壽命25年的機(jī)車8臺，占比15%；車齡20—25年的機(jī)車10臺，占比19%；車齡15—20年的機(jī)車18臺，占比33%；車齡10—15年的機(jī)車16臺，占比33%；車齡5年以內(nèi)的機(jī)車2臺，占比5%。除了近幾年購進(jìn)的2臺機(jī)車，其它52臺機(jī)車因購置時國家尚未出臺內(nèi)燃機(jī)車排放限值，能否滿足國家日漸嚴(yán)格的環(huán)保政策要求。

2 排放標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1 國際標(biāo)準(zhǔn) 目前國際上常用的排放標(biāo)準(zhǔn)有以下3種：

1)UIC(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)鐵路內(nèi)燃牽引排放要求(國際通用)

2)EPAtier(1、2、3)美國鐵路內(nèi)燃牽引排放要求

3)EURO(Ⅰ、Ⅱ、ⅢA、ⅢB)歐洲非道路柴油機(jī)排放要求

2.2 國家標(biāo)準(zhǔn)

1)GB20891-2014非道路移動機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法(中國第三、四階段)。國四標(biāo)準(zhǔn)沒有具體的實(shí)施時間，只是明確有條件的地域選擇型執(zhí)行。

2)GB/T3688-2018非道路柴油機(jī)移動機(jī)械排放煙度限制

類別 功率(kW) 光吸收系數(shù) 林格蔓黑度數(shù)P＜19 3Ⅰ類19≤P＜37 2Ⅰ37≤P＜560 1.6 P＜19 2 ⅠⅡ類19≤P＜37 1 Ⅰ不能見黑煙P＞37 0.8 Ⅰ不能見黑煙Ⅲ類 P≥37 0.5 Ⅰ不能見黑煙P＜37 0.8 Ⅰ不能見黑煙

說明：

GB20891(國2)之前的階段的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行Ⅰ類

GB20891(國3)之后的階段的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行Ⅱ類

特別限制排放的區(qū)域選擇執(zhí)行Ⅲ類。

2.3 鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 目前執(zhí)行的主要有《TB/T-2783-2017牽引動力裝置用柴油機(jī)排放試驗(yàn)》和《TB/T-3016-2001內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)排氣不透光度測量》兩個標(biāo)準(zhǔn)。2019年10月，國家鐵路局召集國內(nèi)主要機(jī)車制造廠，修訂鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，至今仍未形成新的鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

基于公司目前機(jī)車現(xiàn)狀，針對不同型號的機(jī)車，選擇機(jī)車油電混合動力改造方案，或尾氣排放改造，參照UICⅡ進(jìn)行比較滿足達(dá)標(biāo)排放和運(yùn)用需求。

3 機(jī)車柴電混合動力改造

方案是電池+柴油機(jī)方案，改造后的機(jī)車通過一臺或兩臺牽引電機(jī)驅(qū)動傳動箱，傳動箱前后兩端通過萬向軸輸出到前后轉(zhuǎn)向架為機(jī)車提供動力閉合動力蓄電池開關(guān)后，動力蓄電池電流通過牽引變流模塊的控制給交流牽引電機(jī)供電，機(jī)車輔助變流模塊從中間直流電壓取電給機(jī)車輔助系統(tǒng)如生活用電、牽引通風(fēng)機(jī)供電，以及給110VDC蓄電池充電。

4 機(jī)車尾氣排放改造

為解決早期生產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)車超標(biāo)排放問題，目前國際上主要使用了尾氣循環(huán)(EGR)、催化還原(SCR)、顆粒捕捉(DPF)、氧化催化(DOC)等尾氣后處理排放提升技術(shù)。國內(nèi)外常用成熟可靠的幾種柴油機(jī)尾氣處理的技術(shù)有如下幾種：

※ EGR尾氣循環(huán)技術(shù)，針對柴油機(jī)機(jī)內(nèi)提升技術(shù)。

※ SCR脫銷處理技術(shù)，針對的NOx化物的處理技術(shù)。

※ DPF催化還原技術(shù)，針對PM顆粒物(黑煙)的處理技術(shù)。

※ DOC催化氧化技術(shù)，針對CO、CH化物的處理技術(shù)。

※ 組合方式：EGR+DPF或EGR+SCR

SCR+DPF+SCR或DOC+DPF+SCR

具體采用哪一種技術(shù)或各種技術(shù)單獨(dú)使用，跟柴油機(jī)自身排放水平，及需要達(dá)到的目標(biāo)確定。

污染物功率(kw)2003年起 功率(kw)2006年起 功率(kw)2009年起P≤560 P＞560 P＞130 130≤P＜560 130≤P＜560 P＞2000 CO 2.5 3 3.5 3.5 3.5 3.5 NOx 6 ＞1000r/9.5≤1000r/9.9 6 7.4 4 4 HC 0.6 0.8 0.5 0.4 PM 0.25 0.25 0.2 0.2 0.2 TB/T2783-2014(升版修訂中)

5 機(jī)車實(shí)施油電混合動力改造后，具有比較突出的經(jīng)濟(jì)和社會效益，主要體現(xiàn)在以下幾方面

5.1 排放達(dá)標(biāo) 采用每班次地面充電可降低排放指標(biāo)約84.5%；

5.2 噪音極低，大大提升乘務(wù)員舒適性；

5.3 節(jié)約能源，采用地面充電比同等工況傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車節(jié)約58%，不用地面充電也比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車節(jié)約能源8%以上；

5.4 技術(shù)改造后，機(jī)車性能改善，維保作業(yè)任務(wù)量大幅減少，機(jī)車可靠性提升，滿足公司的運(yùn)輸要求。

6 機(jī)車尾氣排放改造

6.1 采用SCR技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)中的NOx部分要求進(jìn)行評判，對機(jī)車的尾氣排放中NOx降低40%，可以滿足UICⅡ。

6.2 采用DPF技術(shù)，對PM(黑煙)進(jìn)行降低?？梢詤⒄詹捎肎B3688進(jìn)行評定，雖然此標(biāo)準(zhǔn)的功率等級范圍是＜560kW。但采用DPF技術(shù)可以降低尾氣排放中PM(黑煙)值30%左右，有效改善排氣的感官效果。