王曉

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

隨著煤礦井下防爆車輛在井下運輸中的大量應用，防爆柴油機也得到了廣泛應用[1-3]。但在煤礦井下封閉環(huán)境中，大量消耗柴油會使以防爆車輛排放出大量有害氣體和顆粒物[4-5]。為了有效控制煤礦井下有害物質(zhì)的排放量，我國制定和重新修訂了煤礦用防爆車輛或防爆柴油機的排放法規(guī)和標準。本文針對柴油機廢氣排放量的問題進行了研究。

防爆柴油機的工作原理是壓縮進入缸內(nèi)的新鮮空氣使其溫度高于燃料(柴油)的自燃點，然后通過高壓噴嘴向缸內(nèi)噴入柴油霧滴使其和高溫空氣充分混合后自燃。我國柴油普遍芳烴含量高、十六烷值低及硫含量高，故很難使防爆柴油機的排放符合越來越嚴的排放標準。采用將柴油添加劑加入防爆車輛油箱中的方法，無需改變防爆車輛或防爆柴油機自身的機械結(jié)構(gòu)，不需要增加額外裝置，只需和柴油混合改善其燃燒效率，降低煙和氣的排放，進而達到降低排放凈化空氣的效果。因此，向防爆柴油機的油箱中加入適量柴油添加劑是實現(xiàn)降低排放的最有效和最實用的方法之一。

1 柴油添加劑的選用

柴油機添加劑一般可分為促進燃燒型、改善油質(zhì)型及消煙減污型。其中，促進燃燒型柴油添加劑可分為燃燒促進劑、柴油乳化劑、抗氧化劑及十六烷值改進劑等;改善油質(zhì)型柴油添加劑可分為柴油穩(wěn)定劑、抗腐蝕劑、潤滑劑、分散劑、金屬鈍化劑、清凈劑和降凝劑等[6]。本文所選用的柴油添加劑是一種柴油性能提升劑,其優(yōu)點是可以降低燃燒反應的活化能，縮短著火延遲，消除微碳核的形成條件，使防爆柴油機工作順暢，燃燒充分，節(jié)省柴油及減少積碳和碳煙的排放，且不造成額外的污染。

2 現(xiàn)場測試

2.1 測試儀器

采用氣體分析儀測試防爆車輛的CO排放值，不透光煙度計測試防爆車輛的煙度排放值。本文采用的是英國KANE氣體分析儀和不透光煙度計。

2.2 測試方法

測試由中煤科工集團太原研究院有限公司和英杰惠能公司技術(shù)人員共同完成，測試標準參照MT 220—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》和MT 990—2006《礦用防爆柴油機通用技術(shù)條件》，測試地點是山西保德煤礦。

(1) CO檢測。開機預熱，調(diào)整所測油料類型，如柴油，然后將探針放入尾氣管末端并固定，先后測量空載低怠速、空載最高轉(zhuǎn)速及掛檔(負載)最高轉(zhuǎn)速的CO、CO2、NOx等數(shù)據(jù)。

(2) 煙度(K值)檢測。執(zhí)行GB 3847—2005《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》。

3 測試結(jié)果及分析

測試車輛選擇某礦在用的一輛車況良好、出車率高的WC5E型防爆柴油機。在每班下井前向油箱中按比例加入所選用的柴油添加劑，待車輛運行一班或兩班后對該車排放進行測量。

3.1 CO變化趨勢

主要對某防爆車輛在怠速、空載高轉(zhuǎn)速及滿負荷高轉(zhuǎn)速工況下觀察CO趨勢柱狀變化情況。未添加柴油機添加劑的防爆車輛在怠速、空載高轉(zhuǎn)速和滿負荷高轉(zhuǎn)速3個工況下的CO排放的體積濃度分別為0.05×10-6、0.097×10-6和1.45×10-6；添加柴油機添加劑后的防爆車輛在怠速、空載高轉(zhuǎn)速和滿負荷高轉(zhuǎn)速3個工況下的CO排放的體積濃度分別為0.04×10-6、0.063×10-6和0.983×10-6。可見，在3種工況下添加柴油添加劑后,防爆車輛的CO排放均得到了大幅度的降低。加入柴油添加劑后的防爆車輛在空載高轉(zhuǎn)速工況下CO排放降幅最大，為34.5%，在怠速工況下CO排放降幅最小，為20.0%。由此說明,添加劑使防爆柴油機燃燒更加充分，其燃燒效率隨之提高，從而降低CO排放。

3.2 煙度(K值)變化趨勢

未添加柴油機添加劑的防爆車輛在空載高轉(zhuǎn)速和滿負荷高轉(zhuǎn)速工況下的煙度值分別為2.82 m-1和4.09 m-1；添加柴油機添加劑后的防爆車輛在空載高轉(zhuǎn)速和滿負荷高轉(zhuǎn)速工況下的煙度值分別為2.82 m-1和3.78 m-1。可見，加入柴油添加劑后的防爆車輛在空載高轉(zhuǎn)速工況下沒有變化，在滿負荷高轉(zhuǎn)速工況下煙度有一定程度的降低，降幅為7.5%。這說明在滿負荷高轉(zhuǎn)速工況下，添加劑破壞了微碳核形成的條件，降低了防爆車輛在該工況下煙度排放量。

4 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場實際條件,經(jīng)過多次調(diào)整后所采用的方案，在測試過程嚴格遵守相關(guān)國家標準進行測試，從測試結(jié)果中得到：

1) 采用柴油添加劑可大幅降低煤礦井下防爆車輛CO的排放量，排放量減少20.0%～34.5%，可為井下安全作業(yè)提供有效的保障。

2) 采用柴油添加劑可大幅降低煤礦井下防爆車輛(柴油機)在滿負荷高轉(zhuǎn)速工況下煙度的排放量，也可改善煤礦井下作業(yè)環(huán)境，降低作業(yè)人員職業(yè)病的風險。

3)采用柴油添加劑在煤礦用防爆車輛減排降污方面具有良好的實用性。