矿用防爆柴油机DOC减排装置的研发

王登化，邹美群，李庆华（1.江西机电职业技术学院，江西 南昌 001；.江西师范大学，江西 南昌 00；.常州科研试制中心有限公司，江苏 常州 10）

矿用防爆柴油机DOC减排装置的研发

王登化1,3，邹美群2，李庆华3
（1.江西机电职业技术学院，江西 南昌 330013；2.江西师范大学，江西 南昌 330022；3.常州科研试制中心有限公司，江苏 常州 213023）

针对目前矿用防爆柴油机尾气中CO、HC排量高，严重危害矿下工作人员身体健康的现状。为此，我们利用柴油氧化催化剂（DOC）成功研发了一种适于矿用防爆柴油机的DOC减排装置，该装置对尾气中CO的转化率高达95%以上，HC的转化率也高达80%以上，且使用寿命长，具有很好的经济环保价值，适于在矿用防爆柴油机车上推广使用。

防爆；柴油氧化催化剂；转化率；环保

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.011

CLC NO.: U463.9Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-27-03

引言

以矿用防爆柴油机为动力的煤矿辅助运输车辆具有动力充足、方便灵活和效率高等优点，目前在煤矿上得到了广泛使用。矿用防爆柴油机是在地面柴油机基础上改造而成，最主要的措施是增加了进、排气防爆系统，但该措施使柴油机的进、排气阻力增大，充气效率降低，致使缸内燃烧恶化，尾气中CO、NOx和颗粒物（PM） 污染严重。CO、NOx和颗粒物（PM） 对人体健康危害很大，严重威胁人体健康。由于井下通风条件受限，有害气体积聚而不易扩散，造成局部浓度增大，使井下工作者的生命安全和身体健康受到严重危害，本文就矿用防爆柴油机排气后处理进行研究，研制过程及方法如下。

1、研制过程

柴油氧化催化剂（DOC）减排装置的研发，关键是芯体配方的确定，配方合理与否，直接关系到DOC减排装置对尾气中有害气体CO、HC的转化率及芯体价格，为此，我们通过理论及经验确定了适于洛拖LR6108柴油机的DOC减排装置，并经过台架试验验证。

1.1洛拖LR6108柴油机原机特性的研究

本论文针对常州科试集团使用较多的洛拖 LR6108柴油机为例进行其DOC减排装置的研发，为进行DOC的选型与匹配，需了解柴油机的原始排放特性。因此通过试验台架对洛拖LR6108柴油机的特性进行研究，得到了其外特性及排放特性。所试验发动机的参数如下表1。

表1　LR6108柴油机参数

1.2DOC催化剂的配方研究及结构设计

针对柴油机原机排放特性，提出采用加装柴油氧化催化剂（DOC）来氧化去除一部分原机排放中的CO和HC，从而降低CO和HC的排放，表2列出了DOC的选型参数。

表2　DOC的选型参数

为初步测试所选型催化剂的主要性能，需要进行台架评价试验，因此对所选型催化剂进行简单封装，图1为初步测试DOC对CO和HC转化率的封装结构图。

图1　DOC性能评价封装结构示意图

由于防爆柴油机要求DOC表温不能超过150℃，因此需对DOC进行隔热封装处理，以确保表温不超过150℃。图2和图3显示了实际装车的隔热DOC封装结构及实物图。

图2　隔热DOC设计结构图　

　图3 隔热DOC实物图

2、DOC减排装置的性能评价

利用图1所示封装后的DOC减排装置在柴油机试验台架上对所选型的DOC性能进行测试评价。本试验主要测试各工况下DOC减排装置对CO和HC的转化率及DOC造成的压力损失等。测试结果如图4至图12所示。从图4至图9可以看出DOC对CO和HC的转化率很高，尤其是在负荷较大时，转化率都在90%以上，能够大幅降低CO和HC的排放。图11和图12显示DOC造成的压力损失最大也不超过4kPa，说明加装DOC减排装置后不会增加太大的排气阻力。

3、催化剂改型及改进后性能

从图10可以看出，加装DOC减排装置后，尾气中NO2浓度偏高，尤其是当负荷率为75%时，NO2体积溶度大于400ppm。NO2体积溶度为什么会比加装前还要高，原因是初始催化剂的配方会对NO有比较强的氧化性，导致催化剂出口处NO2浓度偏高，而 NO2浓度增加是不期望的。根据试验结果对催化剂提出了改进想法，使催化剂对NO的氧化性减弱，同时不降低对CO和HC的氧化效果。据此改进了催化剂配方，试验结果表明改进催化剂配方后保持了CO和HC的转化率，并一定程度上降低了催化剂出口处NO2的浓度，如图13所示。

4、耐久试验

通过台架耐久试验及实车耐久试验对DOC的耐久性进行研究。经过在矿井下实车运行700小时后，高怠速工况下DOC入口CO浓度为395，出口CO浓度为22，CO的转化率亦高达95%，DOC的性能基本没有下降，能够满足实际应用的需求。

5、结论

本次研发的矿用防爆柴油机柴油氧化催化剂（DOC）减排装置具有以下几个优点：

（1）对柴油机尾气中CO和HC的转化率很高，尤其是在负荷较大时，转化率都在90%以上；

（2）实车加装 DOC减排装置后不会增加太大的排气阻力，压力损失最大也不超过4kPa；

（3）实车运行700小时后，CO转化率亦高达95%，性能基本没下降，能满足实际应用需求。

图4　不同转速负荷下DOC入口处HC的排放特性

图5　不同转速负荷下DOC出口处HC的排放特性

图6　不同转速负荷下DOC对HC的转化率

图7　不同转速负荷下DOC入口CO排放特性

图8　不同转速负荷下DOC出口CO排放特性

图9　不同转速负荷下DOC对CO转化率

图10　不同转速负荷下DOC出口处NO2排放特性

图11　不同转速负荷下水洗箱入口排气背压

图12　不同转速负荷下DOC与水洗箱串联后DOC入口排气背压

图13　改进配方前后DOC出口NO2浓度对比

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Research and development of DOC reducing emissions device for mine
flameproof diesel engine

Wang Denghua1,3, Zou Meiqun2, Li Qinghua3
（1.Jiangxi Vocational College of Mechanical & Electrical Technology, Jiangxi Nanchang 330013；2.Jiangxi Normal University, Jiangxi Nanchang 330022; 3.Changzhou Development & Manufacture Center Co., Ltd., Jiangsu Changzhou 213023）

In view of the present mine flameproof diesel engine exhaust gas of high capacity CO and HC , Serious damage to the workers health status under mine.To do this,We use diesel oxidation catalyst (DOC) successfully developed a suitable for DOC of mine flameproof diesel engine emission reduction device,The device conversion rate for the gas of CO is as high as 95% above, HC conversion rate is as high as 80% above, and long service life, has the very good economic and environmental value, suitable for use in mine flameproof diesel engine vehicle.

flameproof; diesel oxidation catalyst; conversion rate; environmental protection

U463.9

A

1671-7988（2015）12-27-03

王登化，讲师，就职于江西机电职业技术学院。主要从事矿山辅助运输设备的研发工作。