張福祥

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

0 引言

煤礦井下運輸車輛污染物的排放直接影響礦工的人身健康和生命安全[1-2]，各產(chǎn)煤國都非常重視污染物排放的檢測，并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，例如，美國制定了地下煤礦的柴油發(fā)動機標(biāo)準(zhǔn)30 CFR Part 7 SubpartE），澳大利亞制定了井下礦用柴油發(fā)動機標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS 3584.2-2008，加拿大自然資源部制定了煤礦/非瓦斯礦井用柴油機和尾氣處理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)CAN/CSA M424.1-88[3]，均對煤礦井下車輛的主要污染物項目CO、NOX、PM 等規(guī)定統(tǒng)一的排放限值。隨著煤礦井下新技術(shù)的不斷推出，排放要求也在不斷提高。 本文通過國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的對比研究[4]，可借鑒國外成熟的檢測思路和檢測方法， 確定我國煤礦井下車輛污染控制技術(shù)的發(fā)展路線， 提高我國的煤礦井下環(huán)境管理和污染控制水平。

1 我國煤礦井下運輸車輛污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

上世紀(jì)90 年代，我國已經(jīng)對煤礦井下車輛用防爆柴油機排放指標(biāo)進(jìn)行控制[5]，例如：MT220-1990《煤礦用防爆柴油機械排氣中一氧化碳、氮氧化物檢驗規(guī)范》； 2006 年發(fā)布實施的MT990-2006 《礦用防爆柴油機通用技術(shù)條件》[6]也對煤礦井下車輛用防爆柴油機排放提出要求；2018 年12 月28 日，國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布了《關(guān)于發(fā)布禁止井工煤礦使用的設(shè)備及工藝目錄 （第四批） 的通知》，明確要求：對排氣標(biāo)準(zhǔn)在國Ⅱ及以下的防爆柴油機自發(fā)布之日起禁止新選用、采購[7]；2019 年3 月，安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心有限公司明確防爆柴油機排放性能必須符合GB 20891-2014 中規(guī)定的國三及以上排放限值要求。 表1 所示不同時期煤礦井下車輛排放標(biāo)準(zhǔn)對污染物的要求。

從管控的污染物項目看，MT 990-2006 僅控制CO 和NOX，由于柴油機本身燃燒特點，CO 排放較低，NOX、PM 排放較高，尤其是顆粒物為柴油機排放的重點，但原標(biāo)準(zhǔn)未對此提出要求。GB 20891-2014 標(biāo)準(zhǔn)污染物控制項目增至CO、HC、NOx、PM 四項污染物。

表1 中國不同時期煤礦井下車輛排放標(biāo)準(zhǔn)污染物項目及排放限值比較

從排放限值看，MT 990-2006 要求防爆柴油機在MT220 規(guī)定的工況條件下， 其有害氣體成分的體積濃度不應(yīng)超過下列許可值：CO 為1000ppm、NOx 為800ppm，不根據(jù)防爆柴油機功率變化。 GB 20891-2014 根據(jù)功率范圍對污染物不同要求，由于柴油機的CO 排放量較低，排放限值未調(diào)整，NOx 的排放限值下降了40%以上[8-9]，顆粒物排放限值由原來防爆柴油機沒有要求到應(yīng)符合非道路移動機械柴油機國三排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

從排放檢測方法看，MT 990-2006 要求防爆柴油機必須帶有維持本身正常運轉(zhuǎn)所需要的附件，按規(guī)定的11工況和順序進(jìn)行礦用柴油機排氣檢測。排氣檢測過程中，檢測設(shè)備應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中間不得停機。每個工況點的排放均不得超過排放限值。GB20891-2014 按規(guī)定的8 工況循環(huán)進(jìn)行試驗，每個工況的排放值占一定權(quán)重，測量后進(jìn)行加權(quán)計算，得出一個排放值。

2 各國標(biāo)準(zhǔn)對比分析

2.1 污染物項目

煤礦井下車輛排放標(biāo)準(zhǔn)中污染物項目的確定主要依據(jù)車輛所用柴油機排放的污染物數(shù)量、 濃度及其危害程度， 同時也要兼顧達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的污染控制措施的技術(shù)可行性及相應(yīng)配套的檢測方法。 煤礦安全規(guī)程通風(fēng)中要求有害氣體的濃度不超過CO≤0.0024、NO2≤0.00025、SO2≤0.0005、H2S≤0.00066、NH3≤0.004[15]。 2019 年以前煤礦用防爆柴油機通用技術(shù)條件MT 990-2006 標(biāo)準(zhǔn)只控制CO和NOx， 到GB 20891-2014 標(biāo)準(zhǔn)控制CO、HC、NOx、PM 四項污染物，污染物的控制范圍不斷擴大。

目前我國煤礦井下車輛控制的尾氣污染物項目有4 項， 對比美國、澳大利亞、加拿大相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，污染物項目基本相當(dāng)， 各國未對HC 進(jìn)行要求， 是因為在柴油機排放的污染物中，HC 排放濃度很低，我國現(xiàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中將HC 與NOx 合并要求，相當(dāng)于提高了NOx 標(biāo)準(zhǔn)。 考慮到柴油機排放中還存在硫化物等污染物，數(shù)量較少，未進(jìn)行限制。

2.2 控制指標(biāo)

CO、HC、NOx、PM 四項污染物在我國和美國、澳大利亞、加拿大煤礦井下車輛用柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)中都有反映，但各國采用的控制指標(biāo)并不統(tǒng)一，我國對NOx 排放的標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)，澳大利亞在CO 和顆粒物方面最嚴(yán)格，并且要求不斷提高，美國與加拿大要求基本一致， 見表2。

2.3 檢測方法

從檢測方法來看， 我國和美國、 澳大利亞都按ISO 8178.1-2006 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工況進(jìn)行檢測，我國和澳大利亞均對測量結(jié)果進(jìn)行加權(quán)處理，得出一個排放標(biāo)準(zhǔn)，其中我國根據(jù)柴油機功率不同劃分不同的限值， 但澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)中未進(jìn)行區(qū)分。美國、加拿大要求所測每個工況均符合排放限值要求。在進(jìn)行檢測時，我國標(biāo)準(zhǔn)未對進(jìn)氣進(jìn)行處理，其余各國在做排放檢測時，均在進(jìn)氣中添加一定數(shù)據(jù)的甲烷，以進(jìn)一步模擬煤礦井下的實際使用工況，更體現(xiàn)煤礦井下設(shè)備的特殊。

現(xiàn)有的排放檢測采用防爆柴油機臺架試驗， 在柴油機臺架控制試驗工況，得到相應(yīng)檢測值，確認(rèn)防爆柴油機的排放結(jié)果是否滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；但在認(rèn)證檢測完成后，因沒有整車相應(yīng)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[16]，車輛在正常工作狀態(tài)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)無法得到驗證。 為保證煤礦井下車輛的污染物能連續(xù)穩(wěn)定的達(dá)到要求， 需制定車輛測量的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 各國煤礦井下車輛污染物限值比較

3 結(jié)束語

我國現(xiàn)行的煤礦井下車輛排放標(biāo)準(zhǔn)目前管控的污染物項目有4 項， 能夠涵蓋柴油機車輛的主要污染排放情況，比美國、加拿大煤礦井下車輛排放標(biāo)準(zhǔn)的污染物項目要多，與澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)污染物項目相當(dāng)。

我國現(xiàn)行的煤礦井下車輛排放標(biāo)準(zhǔn)限值已達(dá)到國際先進(jìn)水平，比美國、加拿大標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，比澳大利亞寬松，隨著降低排放的新技術(shù)、新成果的應(yīng)用，排放標(biāo)準(zhǔn)也會不斷的提高。

由于工況不同， 各國在煤礦井下車輛污染物控制指標(biāo)、測量方法、檢測手段也不同。 為體現(xiàn)煤礦井下車輛污染源的特點，我國應(yīng)借鑒國外經(jīng)驗，建議在進(jìn)行排氣檢測時在進(jìn)氣中加入一定量的甲烷，更符合實際工況。 同時，應(yīng)制定相應(yīng)的可用于整車測量的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)， 為整車的排放在線監(jiān)測提供依據(jù)。

積極推進(jìn)企業(yè)自我監(jiān)測， 建立企業(yè)自檢及監(jiān)管部門抽查的常效機制，落實企業(yè)的環(huán)保責(zé)任主體地位，逐漸推廣應(yīng)用先進(jìn)的在線監(jiān)測手段， 才能確保煤礦井下車輛污染物連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。