大型养路机械柴油机尾气净化装置的研制

铁２０１５年第４期　道建筑　１４１　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　文章编号：１００３－１９９５（２０１５）０４—０１４１—０３　大型养路机械柴油机尾气净化装置的研制　李红利　，何国华　，高春雷　（１．中国神华轨道机械化维护分公司，天津３００４５７；２．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京１０００８１）　摘要：铁路隧道内有砟道床在进行大型养路机械施工作业时，施工空间小，发动机废气浓度高，严重危害　施工人员的健康及安全。为此研制了适用于大型养路机械的柴油机尾气净化装置。本文介绍了尾气净　化装置的工作原理、结构设计，试验验证了其使用效果，给出了装置使用维护方法。　关键词：大型养路机械　柴油机氧化型催化器　隧道施工　中图分类号：Ｕ２１６．６文献标识码：Ｂ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—１９９５．２０１５．０４．３６　ｌ　概述　现有大型养路机械均采用柴油机作为主要动力，　功率大，尾气和噪声也比较严重。大型养路机械作业　时采用多种车型混合编组的方式，在局部区域同时开　展作业，易导致施工环境发动机废气浓度高，危害施工　时燃料与空气混合不均匀造成局部过浓，在高温缺氧　情况下产生的　。　２尾气净化方式选择　目前国内工程机械及其施工领域提出了使用高品　质柴油、对柴油适当掺水和加装尾气净化装置三种控　制柴油机尾气污染物的技术措施　。在这三种方式　人员的健康。在铁路隧道尤其是长大隧道内进行作业　时，发动机排放的废气无法及时扩散，对施工人员的危　害尤其严重¨　。因此，有必要开发一种适用于大型养　路机械大功率柴油机的尾气净化装置。　柴油车尾气排放主要成分为Ｎ　，水蒸气，０　，ＣＯ　，　中以加装尾气净化装置效果最好。　目前国际上柴油发动机的尾气净化设备主要有三　种类型：水滤式净化装置、柴油颗粒捕集器和氧化型催　化器　。　ＣＯ，ＨＣ，ＳＯ　，ＮＯ　和ＰＭ（微粒）等污染物。　ＣＯ是燃料不完全燃烧的产物。柴油机排气中未　水滤式净化装置对硫化物的净化有一定效果，但　是水滤式净化装置亲水性差，仅能净化较小颗粒，且在　发动机运行时废气温度较高，水滤箱中的水会蒸发一　部分，需要定时补充水，增加了工作量，还存在漏水隐　患。如加水过多，对发动机也有影响。水滤箱体积较　燃烧的ＨＣ是由原始燃油分子或被分解的燃油分子再　化合的中间产物组成，其中一部分来自润滑油，另一部　分主要是由于混合气的不均匀（局部过浓或过稀）和　壁面的冷激效应使缸内的燃料不能燃烧或只能部分燃　烧而引起的。ＳＯ　是燃料中的ｓ在燃烧后形成的。　ＳＯ　被排出机外后，易形成酸雾，污染环境。ＮＯ　是Ｎ　在高温下燃烧的产物，在内燃机中主要是ＮＯ，其次是　大，对安装空间及设备搬运都有较高的要求。发动机　尾气消烟都是采用水喷淋循环喷淋工艺，该工艺虽然　对发动机尾气治理有一定效果，但仅吸收部分二氧化　硫和小部分碳烟，对发动机尾气的烟色及其刺激性气　ＮＯ　。ＮＯ　可以与某些烃类发生化学反应，是形成酸　雨和光化学烟雾的主要物质。ＨＣ和ＮＯ　在阳光强烈　味改善不明显。经过这种工艺处理的发动机尾气必须　用烟管引到高处排放，而且在发动机运行的时候，采用　水喷淋治理工艺会消耗大量的自来水。目前，国内用　的紫外线照射下，可发生一系列光化学反应，进一步形　成臭氧，产生光化学烟雾，使人呼吸困难甚至死亡，并　于铁矿、铜矿等井下装载机都采用水洗过滤型尾气净　化装置。由于井下作业的条件限制，使用水过滤尾气　净化装置的产品需要大量水资源，且经过过滤的水需　使植物枯黄叶落，使橡胶制品和建筑物迅速老化。ＰＭ　是除去未化合的水以外所有固态的碳基颗粒物、液态　的燃油与润滑油以及无机物（附聚在碳基颗粒物表面　上的ＳＯ　，ＮＯ　，Ｈ　ＳＯ，，Ｐｂ）的总称，是由于柴油机燃烧　要定期更换，经过净化装置处理的水还含有硝酸等酸　性物质，若排入地下，会造成二次污染　。发达国家　很早以前已经不再采用水箱处理尾气，国内井下设备　也在逐步淘汰这种方案。　柴油颗粒捕集器主要用于碳烟颗粒的捕捉。其采　收稿日期：２０１４—１０—１０；修回日期：２０１５－０２—１０　作者简介：李红利（１９７２一），男，山西闻喜人，工程师。　２０１５年第４期　李红利等：大型养路机械柴油机尾气净化装置的研制　１４３　分析，通过尾气净化装置的净化，尾气中有害成分大大　减少，其中ＣＯ减少９９％，ＨＣ减少９１．２％，ＮＯ　减少　１５．４％。ＰＭ减少２１％。尾气净化装置安装前后尾气　中ＣＯ含量变化曲线如图６所示。随着尾气温度的升　高，ＤＯＣ的净化率逐步升高，２２０℃以上时对ＣＯ可达　到８０％以上的净化率，温度达到２６０　ｏＣ以上时可达　９９％的净化率。　图５尾气净化装置测试　ｆ　２　商　矮　８　温度／Ｔ　图６尾气净化前后ＣＯ含量变化曲线　３．５　使用维护　目前由于催化再生技术中使用的催化剂受柴油品　质、温度、尾气中杂质等因素的限制，经常出现催化剂　“中毒”等情况，无法正常发挥作用　。由于常用的催　化剂及过滤材料较为昂贵，更换性差，因此目前大多数　颗粒捕集器采用固定不可拆卸式，限制了颗粒捕集器　的普及和柴油机的发展。为了解决这一问题，本文采　用可拆卸式结构。由于温度对净化器的工作影响很　大，温度越高，其工作效果越好，因此净化器的安装位　置要求尽量靠近柴油机。为了防止粉尘进入柴油机气　缸，净化器应该水平安装。另外，为了保证进入烟尘净　化器的气体温度，途中尽量减少热量损失，在柴油机净　化器之间的排管要求包保温材料。由于国产柴油含硫　量较大，如果采用稀土或贱金属作为催化剂，运行了　一段时间后，ＣＯ和ＨＣ的转化效果会降低，原因是硫　会吸附在催化剂表面，阻挡了催化剂的工作。而采用　贵金属作催化剂后，中毒现象变得很微弱，贵金属具有　良好的抗“中毒”的特性。另外，净化器运行了一段时　间后，会有柴油机的黑碳粒积聚，严重时会增加柴油机　的背压。　ＤＯＣ系列柴油机氧化型催化净化器工作５００　ｈ左　右后压力接近柴油机最高限制值时，应在停机冷却后　拆下侧盖板，松开载体压紧螺丝（或卡箍），取出内部　ＤＯＣ净化芯，用高压空气反吹出净化芯内积存的炭　渣。清除净化芯内部残余炭渣可保证排气通畅。若发　动机长期低负荷工作，排气温度低，净化芯可能产生积　炭，应缩短维护时间，要注意背压，及时清理。　４　结语　针对大型养路机械大功率柴油发动机研制出的尾　气净化装置，能够有效去除尾气中的有害成分，满足大　型养路机械的作业要求，降低养护作业时对施工人员　的危害，净化施工环境，减少空气污染，消除作业安全　隐患，具有较大的实用价值，可以推广应用。　参　考　文　献　［１］王雷．铁路隧道作业急性职业性危害因素调查［Ｊ］．中华劳　动卫生职业病杂志，２０１４（８）：５９０—５９２．　［２］何伟，崔力拓．柴油车发电机尾气烟尘净化器［Ｊ］．中国环境　管理干部学院学报，２００４（４）：５４—５６．　［３］郑明军，赵金生，祖炳洁．降低施工机械及车辆尾气排放的　措施［Ｊ］．起重运输机械，２００４（８）：ｌ３—１５．　［４］杨冬霞，曹秋娥，赵云昆，等．柴油车尾气净化催化技术进展　［Ｊ］．工业催化，２００５，１３（３）：３２—３３．　［５］王富华．用氧化催化器处理井下装载机的尾气［Ｊ］．工程机　械与维修，２０１２（４）：１６２．　［６］钟东阶，孙士法，张光德．汽车尾气净化器的开发研究［Ｊ］．　武汉科技大学学报（自然科学版），２０００，２３（２）：１５６—１５９．　［７］刘奇，陈德茂，刘艳，等．柴油车尾气净化用负载型催化材料　及性能研究［Ｊ］．功能材料，２０１１（８）：１５ｌ２—１５ｌ３．　［８］朱小兵，吕瑞典，何娟，等．钻井柴油车尾气净化装置研制　［Ｊ］．石油矿场机械，２０１２，４１（６）：７５．７７．　［９］潘成杰，李刚．煤矿井下柴油发动机尾气的防爆与净化［Ｊ］．　煤矿机械，２０１０，３１（８）：１９８—１９９．　［１０］许益存，浦甲辰，许钰龙，等．柴油机尾气净化装置中利用　微波加热再生技术的研究［Ｊ］．农机化研究，２００７（１）：２１５—　２ｌ６．　（责任审编　李付军）