宋坤昊

（1.河北煤炭科學(xué)研究院有限公司，河北 邢臺(tái) 054000；2.河北邁安檢測服務(wù)有限公司，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概 況

目前我國防爆柴油機(jī)認(rèn)證執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為MT990-2006《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件》，其對尾氣排放的要求較低，內(nèi)容也不夠完善，難以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求。為此，2019 年3 月，我國發(fā)布了關(guān)于煤礦井下防爆柴油機(jī)排放性能必須符合《GB 20891-2014 非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法(中國第三、四階段》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，促使國內(nèi)防爆柴油機(jī)全面升級，進(jìn)入國三時(shí)代。相比而言，國外非道路柴油機(jī)排放法規(guī)的制定和實(shí)施起步較早，內(nèi)容更加完善，技術(shù)也更加成熟，因此，本文對國際排放標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析和研究，找到我國與國外排放標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，以期更好地促進(jìn)我國煤礦井下防爆柴油機(jī)的發(fā)展。

2 國內(nèi)外排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求對比

通過調(diào)研，本文列出了我國、澳大利亞、美國、印度在煤礦井下防爆柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，具體見表1 和表2。

表1 國外防爆柴油機(jī)排放限值要求對比Table 1 Comparison of foreign explosion-proof diesel engine emission limit requirements

表2 我國防爆柴油機(jī)排放限值要求Table 2 Emission limit requirements of explosion-proof diesel engine in China

從表1、表2 對比發(fā)現(xiàn)，各個(gè)國家執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)對排放污染物的要求主要體現(xiàn)在CO、HC、NOx、PM四個(gè)方面，由于各個(gè)國家測量方法不同，計(jì)量單位也不盡相同，我國和澳大利亞排放計(jì)量單位為g/kWh，而印度使用的計(jì)量單位為ppm，美國在CO 和NOx 方面采用的是百分比，在PM 方面采用mg/m3。在HC 排放標(biāo)準(zhǔn)中美國和印度均無要求，且印度在PM排放標(biāo)準(zhǔn)中也無要求，而美國在排放標(biāo)準(zhǔn)中專門針對柴油機(jī)的用途分別列出了不同情況下的排放限值。

從表2 可看出我國在CO、HC、NOx、PM 四大方面都有嚴(yán)格的要求，且分為3 種不同的功率段，每個(gè)功率段對CO、HC、NOx、PM 要求各不相同，并且在PM排放要求方面，我國比其他3 個(gè)國家要求更高，由此可以看出我國現(xiàn)行防爆柴油機(jī)排氣污染物的排放指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)也更加完善。

3 與澳大利亞排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比和分析

目前，我國煤礦用防爆柴油機(jī)尾氣排放執(zhí)行《GB 20891-2014 非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法(中國第三、四階段》標(biāo)準(zhǔn)（排放試驗(yàn)不包含耐久和劣化修正）。與澳大利亞執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)MDG 43 相比，兩者對排放測量結(jié)果的計(jì)量單位相同，且均按照ISO 8178 標(biāo)準(zhǔn)中非恒定轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)循環(huán)（NRSC） 規(guī)定的八工況進(jìn)行檢測，并對測量結(jié)果進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，最終得出排放值。因此本文針對煤礦井下用防爆柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法與澳大利亞進(jìn)行數(shù)據(jù)對比和分析。

此次試驗(yàn)選用卡特彼勒c9 防爆柴油機(jī)，該柴油機(jī)在澳大利亞已經(jīng)做過相關(guān)的排放試驗(yàn)，并有相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；國內(nèi)試驗(yàn)基于國三排放試驗(yàn)平臺(tái)，對該防爆柴油機(jī)進(jìn)行尾氣排放試驗(yàn)?？ㄌ乇死誧9防爆柴油機(jī)的基本參數(shù)如下：

4 尾氣排放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比與分析

為了體現(xiàn)一致性，此次實(shí)驗(yàn)選用的卡特彼勒c9 防爆柴油機(jī)主要組成部分與其在澳大利亞檢測實(shí)驗(yàn)室采用的相同，主要包含進(jìn)氣系統(tǒng)（進(jìn)氣管、進(jìn)氣阻火器、空氣關(guān)斷閥）、排氣系統(tǒng)（排氣管、水冷增壓器、廢氣凈化水箱、排氣阻火器）、冷卻系統(tǒng)及電控燃油噴射系統(tǒng)，所用柴油為0 號柴油，所用機(jī)油為15W-40 號柴油機(jī)油，同時(shí)試驗(yàn)條件完全滿足ISO 8178 規(guī)定要求。本文基于澳大利亞測試環(huán)境對測試環(huán)境參數(shù)微調(diào)，詳見表3。

表3 試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)環(huán)境參數(shù)Table 3 Environmental parameters in test platform

4.1 負(fù)載速度特性試驗(yàn)

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，負(fù)載速度特性曲線對比如圖1 所示。

圖1 中國- 澳大利亞柴油機(jī)外特性曲線對比Fig.1 Comparison of external characteristic curves of China-Australia diesel engines

當(dāng)柴油機(jī)噴油泵在最大供油量時(shí)，其功率、扭矩隨轉(zhuǎn)速而連續(xù)變化的表現(xiàn)稱之為發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性。從圖1 可看出，防爆柴油機(jī)輸出功率隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，在轉(zhuǎn)速1 000～1400 prm 時(shí)，輸出功率幾乎為線性增長；在轉(zhuǎn)速1 600～2 200 prm時(shí)，輸出功率基本保持不變；在轉(zhuǎn)速1 000～1 600 prm 時(shí)，防爆柴油機(jī)的扭矩隨轉(zhuǎn)速的增加而增加。在高轉(zhuǎn)速工況下，扭矩開始降低，這說明在轉(zhuǎn)速增加的過程中，柴油機(jī)內(nèi)的負(fù)載能力先增加后降低，符合柴油機(jī)燃油消耗規(guī)律，即在低轉(zhuǎn)速工況下柴油機(jī)的工作效率較低，隨轉(zhuǎn)速提高工作效率有所提高，但隨著高轉(zhuǎn)速工況進(jìn)一步上升，柴油機(jī)的工作效率有所下降。

圖1 顯示中澳2 個(gè)不同實(shí)驗(yàn)室中尾氣排放測試的發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩的曲線整體變化基本一致，額定轉(zhuǎn)速、最大扭矩轉(zhuǎn)速及怠速基本相同，按照ISO8178 標(biāo)準(zhǔn)要求，兩國排放性能試驗(yàn)的8 個(gè)工況一致，具體見表4。

表4 非恒定轉(zhuǎn)速NRSC 測試循環(huán)Table 4 Non-constant speed NRSC test cycle

4.2 排放結(jié)果對比與分析

邢臺(tái)實(shí)驗(yàn)室主要由西門子電力測功機(jī)系統(tǒng)、AVL 氣態(tài)污染物采樣分析系統(tǒng)、CVS 全流稀釋采樣系統(tǒng)、顆粒物控制及稱重系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、冷卻恒溫系統(tǒng)及燃油控制系統(tǒng)組成，特定試驗(yàn)條件由全室空調(diào)控制，能滿足GB 20891 對尾氣性能試驗(yàn)的檢驗(yàn)要求。兩國尾氣排放結(jié)果數(shù)據(jù)見表5。

表5 中國與澳大利亞試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of China and Australia

通過表5 中數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)環(huán)境及測試工況保持一致的情況下，同一柴油機(jī)在中澳兩國各自實(shí)驗(yàn)室設(shè)備上測出的結(jié)果差別不大，充分證明了我國現(xiàn)階段對防爆柴油機(jī)排放性能的檢驗(yàn)方法及實(shí)施手段已達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

5 結(jié) 語

中國與澳大利亞兩國在防爆柴油機(jī)排放檢測依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、控制指標(biāo)、檢測方法及實(shí)施手段等多方面存在很多共同點(diǎn)，通過同一防爆柴油機(jī)排放試驗(yàn)結(jié)果的對比分析，可以看出我國現(xiàn)階段防爆柴油機(jī)排放性能檢驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法和手段已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，為未來開展防爆柴油國際互認(rèn)，推進(jìn)行業(yè)國際化進(jìn)程提供了依據(jù)。