內(nèi)燃機綜合節(jié)能與污染治理研究

張 軍，賈淑霞，王東來

（1.鄂爾多斯市云新技術(shù)研究有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000；2.西安航天動力技術(shù)研究所，陜西西安 710025；3.金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西渭南 714102）

0 引言

燃油和潤滑是保障內(nèi)燃機運行的兩大必要條件。內(nèi)燃機的燃油燃燒排放，廢棄潤滑油和機油濾清器嚴重污染環(huán)境，危害人體健康。針對內(nèi)燃機燃油節(jié)省和潤滑油污染治理以及CO 排放治理，設(shè)計用于內(nèi)燃機潤滑和燃油節(jié)省的復(fù)合固體潤滑材料、油路綠色優(yōu)化裝置。內(nèi)燃機復(fù)合固體潤滑材料可以提高爆燃瞬間的氣密性，提高燃油效能，同時復(fù)合固體潤滑材料的潤滑有效性是普通潤滑油的5 倍，燃油和潤滑的綜合節(jié)能可以雙向?qū)崿F(xiàn)。油路綠色優(yōu)化裝置可以促進燃油霧化，提升過程中空氣的利用效率，使燃燒室的混合氣體燃燒更充分，節(jié)省燃油可達10%。在綜合5 年工業(yè)實驗的基礎(chǔ)上，從尾氣CO 的排放參數(shù)與油耗參數(shù)的權(quán)重分析，證明內(nèi)燃機CO 的排放減少與燃油節(jié)省成正比，既是復(fù)合固體潤滑材料和油路綠色優(yōu)化裝置應(yīng)用在內(nèi)燃機效果認識的突破口，也是內(nèi)燃機綜合節(jié)能與污染治理評價參考。

1 解決方案

內(nèi)燃機綜合節(jié)能和排放治理的相關(guān)技術(shù)，是燃油發(fā)動機綠色排放集成技術(shù)的拓展應(yīng)用，采用了燃油發(fā)動機油路綠色優(yōu)化裝置和燃油發(fā)動機專用復(fù)合固體潤滑劑。該集成技術(shù)可以提高燃油效率、降低振動，最大優(yōu)化混合氣體的空氣油氣比例，提高了混合氣體的爆燃率，增加了燃燒室的氣密性，使燃燒室精度維持時間大大延長。燃燒時不產(chǎn)生膠質(zhì)、灰分、積碳，在燃燒室爆燃過程中，最大限度保持了氣門、排氣進氣支管、壓力傳感器、噴油嘴、火花塞的潔凈，捍衛(wèi)了三元催化的基礎(chǔ)功能，使發(fā)動機綠色燃燒效率最大化。

該技術(shù)分為煤礦大型支架搬運車、物料運輸車、人員運輸車、井下裝載機、井下挖掘機、單軌吊牽引機等單相技術(shù)，大型汽油機運輸車輛、大型柴油機運輸車輛和柴油機工程車輛多項復(fù)合技術(shù)。

2 內(nèi)燃機綜合節(jié)能和污染治理技術(shù)運輸應(yīng)用驗證

2.1 天津交運集團道路運輸車輛綜合應(yīng)用驗證

2.1.1 驗證概述

燃油發(fā)動機動力裝備綜合節(jié)能和污染治理技術(shù)項目是天津市第一運輸有限公司與天津中科富圖工業(yè)集成技術(shù)研究院的合作項目。天津市第一運輸有限公司采用天津中科富圖工業(yè)集成技術(shù)研究院有限公司自主研發(fā)的燃油發(fā)動機排放綠色集成技術(shù)，對天津市第一運輸有限公司的柴油運輸車（貨運車輛和客運車輛）進行綜合節(jié)能和污染治理技術(shù)改造，實現(xiàn)車輛節(jié)本增效。

2.1.2 燃油發(fā)動機綜合節(jié)能和污染治理內(nèi)容

對貨運車輛、客運車隊的10 臺客車進行改造，內(nèi)容包括加裝油路綠色優(yōu)化裝置、加注潤滑劑（24 L）。其中1～3 號車輛車齡2 年，4～10 號車輛車齡1 個月。

2.1.3 具體應(yīng)用情況

車輛改造前換油公里數(shù)5000～10 000 km，同時更換機濾；改造前后燃油定量均為百公里30 L，具體應(yīng)用況見表1。

表1 具體應(yīng)用情況

2.1.4 數(shù)據(jù)分析

（1）車輛改造前發(fā)動機潤滑劑換油周期5000～10 000 km，同時更換機濾。車輛改造后發(fā)動機潤滑劑換油周期50 000 km，同時更換機濾。改造后換油周期延長5～10 倍，機油、機濾的用量僅為改造前的10%～20%，減少機油危廢80%～90%、機濾固廢80%～90%。

（2）車輛改造前發(fā)動機潤滑劑為YC-800 通用發(fā)動機油，一次添加24 L，每升約20 元，如按5000 km 換一次，則50 000 km需換10 次，240 L，折合人民幣4800 元；如果按10 000 km 換1次，則50 000 km 需換5 次，120 L，折合人民幣2400 元。改造后發(fā)動機潤滑劑為GR 柴油發(fā)動機專用復(fù)合固體潤滑劑，50 000 km只需換1 次，24 L，折合人民幣2880 元；機油濾清器少用4～9只，折合人民幣400～900 元；少保養(yǎng)4～9 次，折合工時費800～1800元，減少前往維修站4～9 次，折合人民幣240～540 元。綜合比較，改造后每臺車輛50 000 km 可以減少費用960～2760元。

2.1.5 應(yīng)用效果和效益

該技術(shù)使用于實驗的10 臺車輛減少了機油危廢80%～90%、機濾固廢80%～90%，大大降低了給城市帶來的環(huán)保壓力。用于實驗的10 臺車輛止2019 年10 月30 日最多的行駛104 211 km，最少的行駛56 389 km，車輛運行正常。

燃油發(fā)動機排放綠色集成技術(shù)還可以改善發(fā)動機的動力性能，如果替代尿素裝置還可以每車每月節(jié)省尿素費用約1300元。燃油發(fā)動機排放綠色集成技術(shù)在貨車上的實驗證明可以節(jié)省燃油10%，則每臺車輛50 000 km 可節(jié)省燃油1500 L。

2.2 榆林環(huán)衛(wèi)垃圾清運車輛內(nèi)燃機綜合應(yīng)用驗證

通過對17 臺燃油車輛采用內(nèi)燃機專用50 000 km 長效復(fù)合固體潤滑劑、油路綠色優(yōu)化裝置，驗證了GR 集成技術(shù)的潤滑長效性、機油濾清器的5 倍壽命延長、油路綠色優(yōu)化裝置的節(jié)油減排增動力。

2.2.1 驗證概述

車輛改造前發(fā)動機潤滑劑為昆侖CK-4 發(fā)動機油，潤滑油為18 L 包裝，平均5000 km 更換機油，同時需更換機濾?，F(xiàn)使用GR（API CI-4）柴油發(fā)動機專用復(fù)合固體潤滑劑，18 L 包裝。車輛改造后至今最多里程已運行27 667 km，所有車況良好，未更換機油及機濾，仍在正常運行中。

2.2.2 油路綠色優(yōu)化裝置節(jié)油實驗情況

實驗方法：在相同路段，選取2 臺壓縮車作為實驗平臺，斷開原油箱供回油管路，加裝外掛式油箱（容積為20 L），連接供回油管路，以相同車速（80 km/h）進行未加裝油路綠色優(yōu)化裝置和加裝油路綠色優(yōu)化裝置的兩次燃油消耗量的對比實驗。

實驗平臺：壓縮車1（#國Ⅶ）、壓縮車2（#國Ⅲ）。

實驗路徑：環(huán)城北路（榆林市第十二中學(xué)）—機場—環(huán)城北路（榆林市第十二中學(xué)），總里程25 km。

兩次車輛運行中，嚴格控制變量，一臺車輛要求同一名司機，保持一致的換擋操作、停車次數(shù)等，實驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 實驗數(shù)據(jù) kg

實驗結(jié)論：加裝油路綠色優(yōu)化裝置后，1#車輛節(jié)約燃油8.81%，2#車輛節(jié)約燃油12.53%。

2.2.3 18 輛清運車輛尾氣排放降低情況

（1）國Ⅲ車輛共15 輛：碳氫化合物（HC）總體降低58%；一氧化碳（CO）總體降低50%；氮氧化合物（NO）x總體降低38%。

（2）國Ⅶ車輛共5 輛：碳氫化合物（HC）總體降低55%；一氧化碳（CO）總體降低42%；氮氧化合物（NO）x總體降低33%。

2.2.4 結(jié)論

使用GR 綠色技術(shù)后，換油周期明顯延長，尾氣排放治理效果明顯，節(jié)省燃油效果顯著。

3 內(nèi)燃機綜合節(jié)能和污染治理技術(shù)煤礦應(yīng)用驗證

內(nèi)燃機綜合節(jié)能和污染治理技術(shù)在陜煤集團神南產(chǎn)業(yè)公司、榆林神樹畔煤礦的裝載機內(nèi)燃機、鄂爾多斯市大唐國源礦業(yè)的龍王溝煤礦無軌膠輪車內(nèi)燃機，進行內(nèi)燃機綜合節(jié)能和污染治理的實際應(yīng)用驗證。

3.1 陜煤神南產(chǎn)業(yè)使用的應(yīng)用驗證。

2018 年8 月24 日，21 支架搬運車（WC55Y-2#）的發(fā)動機潤滑油更換為神木相和綠色燃油發(fā)動機技術(shù)有限公司提供的GR-XW09 井下燃油發(fā)動機專用復(fù)合固體潤滑劑，首次加注量36 L，到正常液位，2018 年10 月2 日補加5 L 恢復(fù)到正常液位。截止2018 年11 月28 日，該支架搬運車共運行1000 h，GR-XW09 井下燃油發(fā)動機專用復(fù)合固體潤滑劑使用正常，且未發(fā)現(xiàn)發(fā)動機高溫現(xiàn)象。實驗證明：GR-XW09 井下燃油發(fā)動機專用復(fù)合固體潤滑劑延長車輛換油周期4 倍，節(jié)省潤滑油75%，大大降低發(fā)動機潤滑油的使用量，并且實現(xiàn)了發(fā)動機有效潤滑，避免發(fā)動機高溫現(xiàn)象。

3.2 榆林神樹畔煤礦的應(yīng)用驗證

神樹畔煤礦的井下挖掘機，應(yīng)用內(nèi)燃機綜合節(jié)能和污染治理技術(shù)后，排放減少，尤其是CO 排放減少80%以上，同時潤滑油更換周期從原來的300 h，延長到1000 h，燃油節(jié)省達到6.7%，且內(nèi)燃機動力沒有下降?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，CO 排放減少25%，燃油節(jié)省5%，燃油節(jié)省數(shù)值與CO 排放減少數(shù)值成正比（圖1）。

圖1 內(nèi)燃機綜合節(jié)能和污染治理前后數(shù)據(jù)對比

3.3 鄂爾多斯大唐國源礦業(yè)龍王溝煤礦的應(yīng)用驗證

針對龍王溝煤礦7 號和8 號裝載機進行內(nèi)燃機綜合節(jié)能和污染治理改造。裝載機型號為ZL20EFB（B），符合國Ⅲ標準。改造應(yīng)用內(nèi)燃機專用復(fù)合固體潤滑劑技術(shù)、內(nèi)燃機油路綠色優(yōu)化裝置技術(shù)。加載油路綠色優(yōu)化裝置、復(fù)合固體潤滑劑后的測試數(shù)據(jù)低于加裝前測試數(shù)據(jù)。

2022 年06 月22 日在發(fā)動機供油管路上增加了前處理設(shè)備（油路綠色優(yōu)化裝置），并于當日進行尾氣檢測，獲取技改前后車輛CO 排放數(shù)據(jù)。

（1）7 號裝載機，在怠速狀態(tài)、最大油門狀態(tài)、恢復(fù)怠速狀態(tài)的穩(wěn)定工作狀態(tài)下檢測尾氣中CO 濃度，加裝油濾綠色優(yōu)化裝置前后數(shù)據(jù)及分析如圖2 所示。

圖2 7 號裝載機數(shù)據(jù)對比

（2）8 號裝載機，在怠速狀態(tài)、最大油門狀態(tài)、恢復(fù)怠速狀態(tài)的穩(wěn)定工作狀態(tài)下檢測尾氣中CO 濃度，加裝油濾綠色優(yōu)化裝置前后數(shù)據(jù)及分析如圖3 所示。

圖3 8 號裝載機數(shù)據(jù)對比

加載CO 治理技術(shù)前處理單元，7 號、8 號裝載機CO 濃度綜合降低39.23%、35.13%。

4 研究結(jié)果

實驗證明內(nèi)燃機綜合節(jié)能與污染治理的復(fù)合固體潤滑材料、內(nèi)燃機油路綠色優(yōu)化裝置技術(shù)應(yīng)用，節(jié)省潤滑油80%以上、燃油5%～10%，潤滑油的流體污染治理達80%以上，內(nèi)燃機機油濾清器的固廢污染治理達90%。