王登化，鄒美群，李慶華（1.江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 001；.江西師范大學(xué)，江西 南昌 00；.常州科研試制中心有限公司，江蘇 常州 10）

礦用防爆柴油機(jī)DOC減排裝置的研發(fā)

王登化1,3，鄒美群2，李慶華3
（1.江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013；2.江西師范大學(xué)，江西 南昌 330022；3.常州科研試制中心有限公司，江蘇 常州 213023）

針對(duì)目前礦用防爆柴油機(jī)尾氣中CO、HC排量高，嚴(yán)重危害礦下工作人員身體健康的現(xiàn)狀。為此，我們利用柴油氧化催化劑（DOC）成功研發(fā)了一種適于礦用防爆柴油機(jī)的DOC減排裝置，該裝置對(duì)尾氣中CO的轉(zhuǎn)化率高達(dá)95%以上，HC的轉(zhuǎn)化率也高達(dá)80%以上，且使用壽命長(zhǎng)，具有很好的經(jīng)濟(jì)環(huán)保價(jià)值，適于在礦用防爆柴油機(jī)車(chē)上推廣使用。

防爆；柴油氧化催化劑；轉(zhuǎn)化率；環(huán)保

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.011

CLC NO.: U463.9Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-27-03

引言

以礦用防爆柴油機(jī)為動(dòng)力的煤礦輔助運(yùn)輸車(chē)輛具有動(dòng)力充足、方便靈活和效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前在煤礦上得到了廣泛使用。礦用防爆柴油機(jī)是在地面柴油機(jī)基礎(chǔ)上改造而成，最主要的措施是增加了進(jìn)、排氣防爆系統(tǒng)，但該措施使柴油機(jī)的進(jìn)、排氣阻力增大，充氣效率降低，致使缸內(nèi)燃燒惡化，尾氣中CO、NOx和顆粒物（PM） 污染嚴(yán)重。CO、NOx和顆粒物（PM） 對(duì)人體健康危害很大，嚴(yán)重威脅人體健康。由于井下通風(fēng)條件受限，有害氣體積聚而不易擴(kuò)散，造成局部濃度增大，使井下工作者的生命安全和身體健康受到嚴(yán)重危害，本文就礦用防爆柴油機(jī)排氣后處理進(jìn)行研究，研制過(guò)程及方法如下。

1、研制過(guò)程

柴油氧化催化劑（DOC）減排裝置的研發(fā)，關(guān)鍵是芯體配方的確定，配方合理與否，直接關(guān)系到DOC減排裝置對(duì)尾氣中有害氣體CO、HC的轉(zhuǎn)化率及芯體價(jià)格，為此，我們通過(guò)理論及經(jīng)驗(yàn)確定了適于洛拖LR6108柴油機(jī)的DOC減排裝置，并經(jīng)過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證。

1.1洛拖LR6108柴油機(jī)原機(jī)特性的研究

本論文針對(duì)常州科試集團(tuán)使用較多的洛拖 LR6108柴油機(jī)為例進(jìn)行其DOC減排裝置的研發(fā)，為進(jìn)行DOC的選型與匹配，需了解柴油機(jī)的原始排放特性。因此通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)洛拖LR6108柴油機(jī)的特性進(jìn)行研究，得到了其外特性及排放特性。所試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)如下表1。

表1　LR6108柴油機(jī)參數(shù)

1.2DOC催化劑的配方研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)柴油機(jī)原機(jī)排放特性，提出采用加裝柴油氧化催化劑（DOC）來(lái)氧化去除一部分原機(jī)排放中的CO和HC，從而降低CO和HC的排放，表2列出了DOC的選型參數(shù)。

表2　DOC的選型參數(shù)

為初步測(cè)試所選型催化劑的主要性能，需要進(jìn)行臺(tái)架評(píng)價(jià)試驗(yàn)，因此對(duì)所選型催化劑進(jìn)行簡(jiǎn)單封裝，圖1為初步測(cè)試DOC對(duì)CO和HC轉(zhuǎn)化率的封裝結(jié)構(gòu)圖。

圖1　DOC性能評(píng)價(jià)封裝結(jié)構(gòu)示意圖

由于防爆柴油機(jī)要求DOC表溫不能超過(guò)150℃，因此需對(duì)DOC進(jìn)行隔熱封裝處理，以確保表溫不超過(guò)150℃。圖2和圖3顯示了實(shí)際裝車(chē)的隔熱DOC封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)物圖。

圖2　隔熱DOC設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖　

　圖3 隔熱DOC實(shí)物圖

2、DOC減排裝置的性能評(píng)價(jià)

利用圖1所示封裝后的DOC減排裝置在柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上對(duì)所選型的DOC性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。本試驗(yàn)主要測(cè)試各工況下DOC減排裝置對(duì)CO和HC的轉(zhuǎn)化率及DOC造成的壓力損失等。測(cè)試結(jié)果如圖4至圖12所示。從圖4至圖9可以看出DOC對(duì)CO和HC的轉(zhuǎn)化率很高，尤其是在負(fù)荷較大時(shí)，轉(zhuǎn)化率都在90%以上，能夠大幅降低CO和HC的排放。圖11和圖12顯示DOC造成的壓力損失最大也不超過(guò)4kPa，說(shuō)明加裝DOC減排裝置后不會(huì)增加太大的排氣阻力。

3、催化劑改型及改進(jìn)后性能

從圖10可以看出，加裝DOC減排裝置后，尾氣中NO2濃度偏高，尤其是當(dāng)負(fù)荷率為75%時(shí)，NO2體積溶度大于400ppm。NO2體積溶度為什么會(huì)比加裝前還要高，原因是初始催化劑的配方會(huì)對(duì)NO有比較強(qiáng)的氧化性，導(dǎo)致催化劑出口處NO2濃度偏高，而 NO2濃度增加是不期望的。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)催化劑提出了改進(jìn)想法，使催化劑對(duì)NO的氧化性減弱，同時(shí)不降低對(duì)CO和HC的氧化效果。據(jù)此改進(jìn)了催化劑配方，試驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)催化劑配方后保持了CO和HC的轉(zhuǎn)化率，并一定程度上降低了催化劑出口處NO2的濃度，如圖13所示。

4、耐久試驗(yàn)

通過(guò)臺(tái)架耐久試驗(yàn)及實(shí)車(chē)耐久試驗(yàn)對(duì)DOC的耐久性進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)在礦井下實(shí)車(chē)運(yùn)行700小時(shí)后，高怠速工況下DOC入口CO濃度為395，出口CO濃度為22，CO的轉(zhuǎn)化率亦高達(dá)95%，DOC的性能基本沒(méi)有下降，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

5、結(jié)論

本次研發(fā)的礦用防爆柴油機(jī)柴油氧化催化劑（DOC）減排裝置具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)柴油機(jī)尾氣中CO和HC的轉(zhuǎn)化率很高，尤其是在負(fù)荷較大時(shí)，轉(zhuǎn)化率都在90%以上；

（2）實(shí)車(chē)加裝 DOC減排裝置后不會(huì)增加太大的排氣阻力，壓力損失最大也不超過(guò)4kPa；

（3）實(shí)車(chē)運(yùn)行700小時(shí)后，CO轉(zhuǎn)化率亦高達(dá)95%，性能基本沒(méi)下降，能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

圖4　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下DOC入口處HC的排放特性

圖5　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下DOC出口處HC的排放特性

圖6　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下DOC對(duì)HC的轉(zhuǎn)化率

圖7　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下DOC入口CO排放特性

圖8　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下DOC出口CO排放特性

圖9　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下DOC對(duì)CO轉(zhuǎn)化率

圖10　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下DOC出口處NO2排放特性

圖11　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下水洗箱入口排氣背壓

圖12　不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷下DOC與水洗箱串聯(lián)后DOC入口排氣背壓

圖13　改進(jìn)配方前后DOC出口NO2濃度對(duì)比

[1] 郭猛超,姜大海,王琛等.柴油機(jī)排放控制技術(shù)發(fā)展綜述[J].內(nèi)燃機(jī),2008(02):7-10.

[2] 張福祥,賈二虎.尾氣凈化技術(shù)在煤礦防爆柴油機(jī)上的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械,2010(04).

[3] 洪天星.我國(guó)煤炭技術(shù)裝備的現(xiàn)狀研究［J］.煤炭技術(shù),2013 (11):47-48.

[4] 李靜.防爆柴油機(jī)排氣冷卻技術(shù)的研究[J].北京:北京科技大學(xué), 2007:5-6.

Research and development of DOC reducing emissions device for mine
flameproof diesel engine

Wang Denghua1,3, Zou Meiqun2, Li Qinghua3
（1.Jiangxi Vocational College of Mechanical & Electrical Technology, Jiangxi Nanchang 330013；2.Jiangxi Normal University, Jiangxi Nanchang 330022; 3.Changzhou Development & Manufacture Center Co., Ltd., Jiangsu Changzhou 213023）

In view of the present mine flameproof diesel engine exhaust gas of high capacity CO and HC , Serious damage to the workers health status under mine.To do this,We use diesel oxidation catalyst (DOC) successfully developed a suitable for DOC of mine flameproof diesel engine emission reduction device,The device conversion rate for the gas of CO is as high as 95% above, HC conversion rate is as high as 80% above, and long service life, has the very good economic and environmental value, suitable for use in mine flameproof diesel engine vehicle.

flameproof; diesel oxidation catalyst; conversion rate; environmental protection

U463.9

A

1671-7988（2015）12-27-03

王登化，講師，就職于江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院。主要從事礦山輔助運(yùn)輸設(shè)備的研發(fā)工作。