淺談內燃機車目前環保現狀和發展方向

安徽省馬鋼股份鐵路運輸公司 安徽 馬鞍山 243000

1 引言

公司當前機車保有量54臺，自1993年至今，機車平均車齡已經18年，其中超過設計壽命25年的機車8臺，占比15%；車齡20—25年的機車10臺，占比19%；車齡15—20年的機車18臺，占比33%；車齡10—15年的機車16臺，占比33%；車齡5年以內的機車2臺，占比5%。除了近幾年購進的2臺機車，其它52臺機車因購置時國家尚未出臺內燃機車排放限值，能否滿足國家日漸嚴格的環保政策要求。

2 排放標準分析

2.1 國際標準 目前國際上常用的排放標準有以下3種：

1)UIC(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)鐵路內燃牽引排放要求(國際通用)

2)EPAtier(1、2、3)美國鐵路內燃牽引排放要求

3)EURO(Ⅰ、Ⅱ、ⅢA、ⅢB)歐洲非道路柴油機排放要求

2.2 國家標準

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

2)GB/T3688-2018非道路柴油機移動機械排放煙度限制

類別 功率(kW) 光吸收系數 林格蔓黑度數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準執行Ⅰ類

GB20891(國3)之后的階段的排放標準執行Ⅱ類

特別限制排放的區域選擇執行Ⅲ類。

2.3 鐵路行業標準 目前執行的主要有《TB/T-2783-2017牽引動力裝置用柴油機排放試驗》和《TB/T-3016-2001內燃機車柴油機排氣不透光度測量》兩個標準。2019年10月，國家鐵路局召集國內主要機車制造廠，修訂鐵路行業標準，至今仍未形成新的鐵路行業標準。

基于公司目前機車現狀，針對不同型號的機車，選擇機車油電混合動力改造方案，或尾氣排放改造，參照UICⅡ進行比較滿足達標排放和運用需求。

3 機車柴電混合動力改造

方案是電池+柴油機方案，改造后的機車通過一臺或兩臺牽引電機驅動傳動箱，傳動箱前后兩端通過萬向軸輸出到前后轉向架為機車提供動力閉合動力蓄電池開關后，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供電，機車輔助變流模塊從中間直流電壓取電給機車輔助系統如生活用電、牽引通風機供電，以及給110VDC蓄電池充電。

4 機車尾氣排放改造

為解決早期生產的內燃機車超標排放問題，目前國際上主要使用了尾氣循環(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。國內外常用成熟可靠的幾種柴油機尾氣處理的技術有如下幾種：

※ EGR尾氣循環技術，針對柴油機機內提升技術。

※ SCR脫銷處理技術，針對的NOx化物的處理技術。

※ DPF催化還原技術，針對PM顆粒物(黑煙)的處理技術。

※ DOC催化氧化技術，針對CO、CH化物的處理技術。

※ 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或各種技術單獨使用，跟柴油機自身排放水平，及需要達到的目標確定。

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 機車實施油電混合動力改造后，具有比較突出的經濟和社會效益，主要體現在以下幾方面

5.1 排放達標 采用每班次地面充電可降低排放指標約84.5%；

5.2 噪音極低，大大提升乘務員舒適性；

5.3 節約能源，采用地面充電比同等工況傳統內燃機車節約58%，不用地面充電也比傳統內燃機車節約能源8%以上；

5.4 技術改造后，機車性能改善，維保作業任務量大幅減少，機車可靠性提升，滿足公司的運輸要求。

6 機車尾氣排放改造

6.1 采用SCR技術，采用標準中的NOx部分要求進行評判，對機車的尾氣排放中NOx降低40%，可以滿足UICⅡ。

6.2 采用DPF技術，對PM(黑煙)進行降低。可以參照采用GB3688進行評定，雖然此標準的功率等級范圍是＜560kW。但采用DPF技術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。