廣州地鐵 廣州 510380

摘要：廣州地鐵早期一、八號(hào)線的工程車配置機(jī)械噴油式發(fā)動(dòng)機(jī)，目前使用時(shí)間已超過(guò)16年。因當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)、柴油品質(zhì)較低及經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后自身產(chǎn)生老化、磨損等原因，導(dǎo)致工程車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放與現(xiàn)狀需求之間出現(xiàn)了一定的差異。因地鐵工程車大部分時(shí)間在隧道內(nèi)工作，其密閉的環(huán)境使得廢氣更加容易積聚，進(jìn)而對(duì)隧道電氣設(shè)備和作業(yè)人員人身健康造成了一定的影響。本文通過(guò)對(duì)比兩種后處理方案，給發(fā)動(dòng)機(jī)加裝DOC+POC系統(tǒng)排放后處理裝置，有效的降低了尾氣中排放至空氣中PM顆粒物和NOx的排放量。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；尾氣；后處理

引言

地鐵工程車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的有害成分主要有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）、碳煙顆粒物（PM）、硫氧化物（SOx）和二氧化碳（C02）等。為了降低正線隧道內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放物的污染，向乘客提供舒適的乘坐環(huán)境，向工程車司機(jī)和作業(yè)人員提供良好的作業(yè)環(huán)境，減少發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放物吸入后對(duì)人體造成的影響，同時(shí)降低尾氣排放物對(duì)正線相關(guān)設(shè)備使用可能存在的影響，目前急需考慮如何改善發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放問(wèn)題。以達(dá)到工程車尾氣排中PM、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物和碳氧化合物的減排需要，為司機(jī)和作業(yè)人員提供較好的作業(yè)環(huán)境，同時(shí)便于在既有工程車上實(shí)施和降低后期維護(hù)成本等。

一 必要性分析

廣州地鐵早期一號(hào)線的工程車G121配置機(jī)械噴油式發(fā)動(dòng)機(jī)（上柴135型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)），八號(hào)線的工程車G221配置電噴式發(fā)動(dòng)機(jī)（卡特彼勒3126B型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）。對(duì)上述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行相關(guān)尾氣排放技術(shù)改造，需增加發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)外凈化系統(tǒng)。

（1）柴油機(jī)設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)

柴油內(nèi)燃機(jī)車尾氣排放質(zhì)量相對(duì)較差的基本集中在一、八號(hào)線：一號(hào)線使用的為國(guó)產(chǎn)機(jī)械噴油式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，八號(hào)線使用了卡特彼勒送外早期電噴柴油機(jī)，排放標(biāo)準(zhǔn)較低。

（2）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的油品質(zhì)量

柴油的密度、黏度、蒸餾特性等物理性質(zhì)和十六烷值、HC結(jié)構(gòu)、含硫量等化學(xué)性質(zhì)影響燃燒特性，對(duì)柴油機(jī)排放有很大影響。

（3）柴油機(jī)的狀態(tài)

柴油機(jī)的狀態(tài)也是影響尾氣排放的原因之一，須定期調(diào)整氣門間隙、噴油提前角，清洗校驗(yàn)噴油閥等以使柴油機(jī)達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）工程車的作業(yè)環(huán)境

地鐵隧道基本是密閉環(huán)境，如果不開(kāi)啟隧道區(qū)間通風(fēng)設(shè)備，柴油機(jī)排出的廢氣將在隧道內(nèi)積聚，不但使有害氣體和顆粒物越積越多，還會(huì)讓內(nèi)燃機(jī)工作所需的氧氣越來(lái)越少，氧氣不足的情況下內(nèi)燃機(jī)的燃燒是不充分的，更容易排出一氧化碳和顆粒物（黑煙）等。

二 改進(jìn)方案

綜上并結(jié)合廣州地鐵工程車使用等實(shí)際情況，除后期需使用優(yōu)質(zhì)的車用柴油、作業(yè)時(shí)開(kāi)啟區(qū)間通風(fēng)設(shè)備，以及對(duì)部分使用一定年限或技術(shù)狀態(tài)不佳的柴油機(jī)進(jìn)行深度保養(yǎng)外，還需對(duì)部分排放相對(duì)較差的工程車進(jìn)行加裝機(jī)外凈化系統(tǒng)的技術(shù)改造。

1 加裝柴油機(jī)排放后處理裝置

排放后處理裝置主要可以有效降低尾氣中CH、CO、NOX、PM等污染物的排放，對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō)主要是為了減少NOx和PM等方面的排放值，在柴油機(jī)產(chǎn)生的顆粒物中有大約30%是可溶性有機(jī)餾分（SOF），其余的是固態(tài)顆粒物（碳粒）。柴油車排氣后處理裝置是通過(guò)對(duì)尾氣的一系列化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，過(guò)濾或轉(zhuǎn)化尾氣的有害成分，從而達(dá)到優(yōu)化柴油機(jī)排放的目的。

1.1 方案一（DOC+POC系統(tǒng)，其中DOC為三元催化裝置，類似于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的三元催化器，POC為細(xì)小顆粒捕捉器）

采用該組合凈化系統(tǒng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，尾氣中的CO、HC、和NOx三種氣體在通過(guò)三元催化反應(yīng)器中的凈化劑時(shí)（圖1），增強(qiáng)了三種氣體的活性，可分別進(jìn)行氧化還原化學(xué)反應(yīng)：其中CO在高溫下氧化成無(wú)色、無(wú)毒的二氧化碳（CO2）氣體，HC化合物在高溫下氧化成水（H2O）和CO2，NOx還原成氮?dú)?，三種有害氣體大部分變成無(wú)害氣體，使排氣得以凈化。另顆粒采集器POC是為了降低排放中的顆粒物，減少PM的排放。

1.2 方案二（SCR+POC系統(tǒng)）

SCR（Selective Catalytic Reduction）選擇性還原反應(yīng)系統(tǒng)是一種在車用柴油機(jī)尾氣中噴射液體尿素溶液，并使其在高溫尾氣中蒸發(fā)成氨氣與柴油機(jī)排出的氮氧化物NOx，在催化器中的催化劑作用下，發(fā)生還原反應(yīng)，從而極大降低NOx值直至滿足排放法規(guī)要求的一種裝置。

SCR催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)包括尿素罐、傳感器、控制部件、噴射系統(tǒng)等。其中，尿素罐中存放一定量國(guó)際通用的32.5%濃度的車用尿素溶液和一個(gè)由直流電機(jī)帶動(dòng)的尿素泵，工作時(shí)尿素泵在尿素管路中建立需求的壓力，傳感器在采集尾氣中NOx含量后，由控制部件下達(dá)尿素噴嘴的開(kāi)閉脈沖信號(hào)，此時(shí)尿素溶液由噴嘴的細(xì)小噴孔霧化后噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管內(nèi)，在排氣高溫下，迅速氣化成氨氣并與排氣混合，混合氣在到達(dá)催化器時(shí)，在催化劑的催化下，尾氣中的氮氧化物NOx與氨氣NH3發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，完成尾氣中有害物質(zhì)NOx的減排作用。

1.3 方案對(duì)比

綜上，同時(shí)考慮隨著DOC催化裝置技術(shù)的發(fā)展，目前其對(duì)氮氧化物NOx的處理能力已有明顯提高，可滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各類機(jī)動(dòng)車尾氣排放的處理要求，故考慮采用第一種方案。

1.4 應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)廣州地鐵一、八號(hào)線工程車發(fā)動(dòng)機(jī)采用第一種DOC+DPF系統(tǒng)處

理方案尾氣排放技術(shù)改造的實(shí)踐?，F(xiàn)場(chǎng)效果圖4、5；數(shù)據(jù)對(duì)比如表2示。

圖4 工程車催化消音器安裝后 圖5尾氣檢測(cè)儀器設(shè)備

表2 尾氣改善效果情況

序號(hào)檢測(cè)指標(biāo)改善情況（低速）改善情況（高速）最小改善百分比

1煙度（平均值K）38.3℅38.3℅38.3℅

2一氧化碳（CO）81.8℅99.9℅81.8℅

3碳?xì)浠铮℉C）87.5℅54.5℅54.5℅

4氮氧化物（NO）42℅38℅38℅

三 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析，在加裝催化凈化消音器后，一號(hào)線3126B柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要尾氣排放物CH、CO和PM等污染物含量指標(biāo)可以有效改善38.3℅以上，最高可以達(dá)到99.9℅，氮氧化物（NO）可至少改善30℅以上，可明顯的減少柴油機(jī)尾氣中有毒氣體的排放。該裝置安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，可有效改善設(shè)備運(yùn)行和人員工作環(huán)境，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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