礦用防爆柴油機DOC減排裝置的研發(fā)

王登化，鄒美群，李慶華（1.江西機電職業(yè)技術學院，江西 南昌 001；.江西師范大學，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.江西機電職業(yè)技術學院，江西 南昌 330013；2.江西師范大學，江西 南昌 330022；3.常州科研試制中心有限公司，江蘇 常州 213023）

針對目前礦用防爆柴油機尾氣中CO、HC排量高，嚴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的DOC減排裝置，該裝置對尾氣中CO的轉化率高達95%以上，HC的轉化率也高達80%以上，且使用壽命長，具有很好的經濟環(huán)保價值，適于在礦用防爆柴油機車上推廣使用。

防爆；柴油氧化催化劑；轉化率；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

以礦用防爆柴油機為動力的煤礦輔助運輸車輛具有動力充足、方便靈活和效率高等優(yōu)點，目前在煤礦上得到了廣泛使用。礦用防爆柴油機是在地面柴油機基礎上改造而成，最主要的措施是增加了進、排氣防爆系統(tǒng)，但該措施使柴油機的進、排氣阻力增大，充氣效率降低，致使缸內燃燒惡化，尾氣中CO、NOx和顆粒物（PM） 污染嚴重。CO、NOx和顆粒物（PM） 對人體健康危害很大，嚴重威脅人體健康。由于井下通風條件受限，有害氣體積聚而不易擴散，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重危害，本文就礦用防爆柴油機排氣后處理進行研究，研制過程及方法如下。

1、研制過程

柴油氧化催化劑（DOC）減排裝置的研發(fā)，關鍵是芯體配方的確定，配方合理與否，直接關系到DOC減排裝置對尾氣中有害氣體CO、HC的轉化率及芯體價格，為此，我們通過理論及經驗確定了適于洛拖LR6108柴油機的DOC減排裝置，并經過臺架試驗驗證。

1.1洛拖LR6108柴油機原機特性的研究

本論文針對常州科試集團使用較多的洛拖 LR6108柴油機為例進行其DOC減排裝置的研發(fā)，為進行DOC的選型與匹配，需了解柴油機的原始排放特性。因此通過試驗臺架對洛拖LR6108柴油機的特性進行研究，得到了其外特性及排放特性。所試驗發(fā)動機的參數(shù)如下表1。

表1　LR6108柴油機參數(shù)

1.2DOC催化劑的配方研究及結構設計

針對柴油機原機排放特性，提出采用加裝柴油氧化催化劑（DOC）來氧化去除一部分原機排放中的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)

為初步測試所選型催化劑的主要性能，需要進行臺架評價試驗，因此對所選型催化劑進行簡單封裝，圖1為初步測試DOC對CO和HC轉化率的封裝結構圖。

圖1　DOC性能評價封裝結構示意圖

由于防爆柴油機要求DOC表溫不能超過150℃，因此需對DOC進行隔熱封裝處理，以確保表溫不超過150℃。圖2和圖3顯示了實際裝車的隔熱DOC封裝結構及實物圖。

圖2　隔熱DOC設計結構圖　

　圖3 隔熱DOC實物圖

2、DOC減排裝置的性能評價

利用圖1所示封裝后的DOC減排裝置在柴油機試驗臺架上對所選型的DOC性能進行測試評價。本試驗主要測試各工況下DOC減排裝置對CO和HC的轉化率及DOC造成的壓力損失等。測試結果如圖4至圖12所示。從圖4至圖9可以看出DOC對CO和HC的轉化率很高，尤其是在負荷較大時，轉化率都在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4kPa，說明加裝DOC減排裝置后不會增加太大的排氣阻力。

3、催化劑改型及改進后性能

從圖10可以看出，加裝DOC減排裝置后，尾氣中NO2濃度偏高，尤其是當負荷率為75%時，NO2體積溶度大于400ppm。NO2體積溶度為什么會比加裝前還要高，原因是初始催化劑的配方會對NO有比較強的氧化性，導致催化劑出口處NO2濃度偏高，而 NO2濃度增加是不期望的。根據(jù)試驗結果對催化劑提出了改進想法，使催化劑對NO的氧化性減弱，同時不降低對CO和HC的氧化效果。據(jù)此改進了催化劑配方，試驗結果表明改進催化劑配方后保持了CO和HC的轉化率，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

通過臺架耐久試驗及實車耐久試驗對DOC的耐久性進行研究。經過在礦井下實車運行700小時后，高怠速工況下DOC入口CO濃度為395，出口CO濃度為22，CO的轉化率亦高達95%，DOC的性能基本沒有下降，能夠滿足實際應用的需求。

5、結論

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

（1）對柴油機尾氣中CO和HC的轉化率很高，尤其是在負荷較大時，轉化率都在90%以上；

（2）實車加裝 DOC減排裝置后不會增加太大的排氣阻力，壓力損失最大也不超過4kPa；

（3）實車運行700小時后，CO轉化率亦高達95%，性能基本沒下降，能滿足實際應用需求。

圖4　不同轉速負荷下DOC入口處HC的排放特性

圖5　不同轉速負荷下DOC出口處HC的排放特性

圖6　不同轉速負荷下DOC對HC的轉化率

圖7　不同轉速負荷下DOC入口CO排放特性

圖8　不同轉速負荷下DOC出口CO排放特性

圖9　不同轉速負荷下DOC對CO轉化率

圖10　不同轉速負荷下DOC出口處NO2排放特性

圖11　不同轉速負荷下水洗箱入口排氣背壓

圖12　不同轉速負荷下DOC與水洗箱串聯(lián)后DOC入口排氣背壓

圖13　改進配方前后DOC出口NO2濃度對比

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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，就職于江西機電職業(yè)技術學院。主要從事礦山輔助運輸設備的研發(fā)工作。