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(yùn)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(cè)，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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jī)和尾氣處理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)CAN/CSA M424.1-88[3]，均對(duì)煤礦井下車輛的主要污染物項(xiàng)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(duì)比研究[4]，可借鑒國外成熟的檢測(cè)思路和檢測(cè)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(yùn)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(duì)煤礦井下車輛用防爆柴油機(jī)排放指標(biāo)進(jìn)行控制[5]，例如：MT220-1990《煤礦用防爆柴油機(jī)械排氣中一氧化碳、氮氧化物檢驗(yàn)規(guī)范》； 2006 年發(fā)布實(shí)施的MT990-2006 《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件》[6]也對(duì)煤礦井下車輛用防爆柴油機(jī)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(duì)排氣標(biāo)準(zhǔn)在國Ⅱ及以下的防爆柴油機(jī)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(jī)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(shí)期煤礦井下車輛排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污染物的要求。

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

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

從排放限值看，MT 990-2006 要求防爆柴油機(jī)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(jī)功率變化。 GB 20891-2014 根據(jù)功率范圍對(duì)污染物不同要求，由于柴油機(jī)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(jī)沒有要求到應(yīng)符合非道路移動(dòng)機(jī)械柴油機(jī)國三排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

從排放檢測(cè)方法看，MT 990-2006 要求防爆柴油機(jī)必須帶有維持本身正常運(yùn)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(jī)排氣檢測(cè)。排氣檢測(cè)過程中，檢測(cè)設(shè)備應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中間不得停機(jī)。每個(gè)工況點(diǎn)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(yàn)，每個(gè)工況的排放值占一定權(quán)重，測(cè)量后進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得出一個(gè)排放值。

2 各國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

2.1 污染物項(xiàng)目

煤礦井下車輛排放標(biāo)準(zhǔn)中污染物項(xiàng)目的確定主要依據(jù)車輛所用柴油機(jī)排放的污染物數(shù)量、 濃度及其危害程度， 同時(shí)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(cè)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(jī)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(xiàng)污染物，污染物的控制范圍不斷擴(kuò)大。

目前我國煤礦井下車輛控制的尾氣污染物項(xiàng)目有4 項(xiàng)， 對(duì)比美國、澳大利亞、加拿大相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，污染物項(xiàng)目基本相當(dāng)， 各國未對(duì)HC 進(jìn)行要求， 是因?yàn)樵诓裼蜋C(jī)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(jī)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(xiàng)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(jī)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(duì)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(cè)方法

從檢測(cè)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(cè)，我國和澳大利亞均對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行加權(quán)處理，得出一個(gè)排放標(biāo)準(zhǔn)，其中我國根據(jù)柴油機(jī)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(cè)每個(gè)工況均符合排放限值要求。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，我國標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行處理，其余各國在做排放檢測(cè)時(shí)，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(shí)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(cè)采用防爆柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)， 在柴油機(jī)臺(tái)架控制試驗(yàn)工況，得到相應(yīng)檢測(cè)值，確認(rèn)防爆柴油機(jī)的排放結(jié)果是否滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；但在認(rèn)證檢測(cè)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(yàn)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(cè)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(xiàng)目有4 項(xiàng)， 能夠涵蓋柴油機(jī)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(xiàng)目要多，與澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)污染物項(xiàng)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(huì)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(cè)量方法、檢測(cè)手段也不同。 為體現(xiàn)煤礦井下車輛污染源的特點(diǎn)，我國應(yīng)借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，建議在進(jìn)行排氣檢測(cè)時(shí)在進(jìn)氣中加入一定量的甲烷，更符合實(shí)際工況。 同時(shí)，應(yīng)制定相應(yīng)的可用于整車測(cè)量的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)， 為整車的排放在線監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。

積極推進(jìn)企業(yè)自我監(jiān)測(cè)， 建立企業(yè)自檢及監(jiān)管部門抽查的常效機(jī)制，落實(shí)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(cè)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)。