WC55Y型支架车电喷化升级及排放性能比较

2021-09-01王连柱

煤矿机电 2021年3期

王连柱

(山西天地煤机装备有限公司，山西太原 030006)

0 引言

随着煤矿开采效率越来越高，深度逐渐加深，辅助运输距离也逐渐加长，以柴油机为动力的辅助运输的车辆逐年增加，尾气污染越来越严重，已经影响到了井下工人的工作环境。本着以人为本的生产理念，国家煤矿安全监察局于2018年12月28日下发文要求，排气标准在国二及以下的防爆柴油机，自发布之日起禁止新选用、采购，在用设备自发布之日起2年后禁止使用，要求使用排放标准达到国三及以上的柴油机[1]。2019年3月27日，国家安标中心发布《执行煤矿防爆柴油机排放新要求的安全标志管理方案》，明确指出防爆柴油机的排放性能必须符合GB 20891—2014《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段)》中规定的国三及以上排放限值的要求[2]。

而目前，国内大部分煤矿在用以柴油机为动力的设备均无法达到国三排放要求。2年内完全淘汰，必将导致极大的浪费，而车辆动力系统的改造升级就成了一项快速有效的解决方式。

1 新规之前的防爆柴油机排放现状

依据新规之前的行业标准，新装配的矿用柴油机，在正常运行条件下，在标定输出功率的范围内，吸入空气成分中CH4含量为零时，未经稀释的排气中CO、NOx的排放浓度不得超过下列允许限值,即CO为1 000 ppm，NOx为800 ppm[3]。该标准仅对CO和NOx的体积浓度要求作出了限制，并且要求较低，未考虑到碳烟排放对环境造成的影响，对发动机的功率段以及检测工况也未作出要求。总体来说,排放要求较低，监控的排放数据不够全面，检测方法相对单一，已经不能满足井下的环保要求。

目前，国内在用的无轨胶轮车均满足上述标准，以前使用的矿井较少，数量也不多，排放物能够快速地稀释，对井下空气的污染相对较小。但随着车辆使用数量越来越多，甚至某些矿井在用车辆已经超过100台，原有的风量已经不能快速稀释如此多的排放物，经常导致CO浓度超标报警，同时也极大地影响了井下工人的身心健康。

2 防爆柴油机排放降低的技术方案

无轨胶轮车的防爆发动机多采用的机械式喷油泵来控制喷油,其特点是机体大，排放差，无法根据车辆实时运行的参数，精确控制喷油量和喷油压力，导致柴油在气缸内燃烧不充分，进而使排放污染物增多[4-5]。

为提高防爆柴油机的排放性能，涡轮增压技术、进气中冷技术、电控喷油技术等相继应用。尤其是防爆电喷柴油机的研发成功，使得排放污染物大幅降低，达到了国三排放标准的要求。电喷技术是集机、电、磁、液于一体的高新技术，将电子与通信技术应用于传统的柴油机上，提高燃油喷射压力，精确控制喷油，雾化效果更加均匀，从而实现对喷油定时和喷油量的实时控制，对柴油机的喷油系统及燃烧组织进行了优化，进而在很大程度上改善了防爆柴油机燃油消耗大、尾气排放严重等问题[6-7]。

3 WC55Y型支架车的改造方案

中煤华晋王家岭矿在用2台车号分别为JZ207和JZ209的WC55Y型支架搬运车，如图1所示。安装着型号为TDE6V132QLQFB防爆机械泵柴油机，排放污染较为严重。为了降低污染，现对JZ209动力系统及相关附件进行电喷化改造，见表1，选用了TDE6V132DLQFB防爆电喷柴油机，在发动机升级的同时，还相应地对车辆保护系统、电气系统以及前后机架等结构件部分进行了升级改造，从而达到有效控制尾气排放污染物的目的。

图1 WC55Y型框架式支架搬运车

表1 WC55Y型电喷化改造升级配件明细

4 排放检测试验

为了便于对改造前后的车辆排放数据进行对比，分别对未进行改造的JZ207和改造完成的JZ209两台车的排放进行了检测。

对于在非恒定转速下工作的防爆柴油机，尾气要按照不同转速和负荷下的8种工况，对CO、HC+NOx、PM循环进行试验检测，综合进行评定。[8]上述的检测试验，必须在发动机测功机上才能实现。限于现场条件，这里仅对怠速和最高转速下，CO、NOx、PM的排放进行检测。

4.1 检测前的准备

为了进行检测，这里选择了尾气分析仪、不透光度计、硅整流快速充电机等检测和供电设备，型号和图片见表2和图2，尾气分析仪用于检测CO、NOx的体积浓度，不透光度计用于检测PM的排放值，硅整流快速充电机用于为尾气分析仪、不透光度计提供12 V的供电电压。

启动车辆，待发动机水温达到90℃，然后启动尾气分析仪、不透光度计，部分打开排气栅栏，将检测仪器的传感器头沿栅栏缝隙插入废气处理箱。

4.2 检测方法和检测数据

在怠速工况下，转速为820 r/min，待尾气分析仪、不透光度计的数据显示稳定后，每隔1 min记录一组数据，一共记录3组。在最高转速(油门到底)工况下，转速为2 200 r/min，待尾气分析仪、不透光度计的数据显示稳定后，每隔1 min记录一组数据，一共记录3组。具体检测现场见图3，检测数据见表3～表6。

表2 试验仪器设备列表

1-尾气分析仪;2-硅整流快速充电动机;3-燃油消耗测试仪;4-不透光度计;5-不透光度计2。

图3 WC55Y型现场检测

表3 JZ209怠速工况下的排放检测数据 ppm

表4 JZ209最高转速工况下的排放检测数据 ppm

表5 JZ207怠速工况下的排放检测数据 ppm

表6 JZ207最高转速工况下的排放检测数据 ppm

表7 JZ209与JZ207怠速工况排放降低对照表

表8 JZ209与JZ207最高转速工况排放降低对照表

WC55Y型电喷化升级改造后，发动机在怠速工况下，CO排放降低了65 ppm，降幅21.3%；NOx排放降低68 ppm，降幅30.2%；烟度降幅66.7%。发动机最高转速工况下CO排放降低了234 ppm，降幅33.6%；NOx排放降低177 ppm，降幅68.3%；烟度降幅55.7%，见表7～表8。

2019年底电喷化改造后的WC55Y型在王家岭矿和韩咀矿全程参与了12309、32104两个综采工作面的安装和一个综采工作面32111的回撤工作，单趟往返运输10 km，顺利完成了300余架支架的搬运任务。经现场人员反馈，发动机的尾气排放较之前有所缓解，尤其是车辆驾驶员的感觉最为直观，当驾驶电喷化改造和未改造的车辆时，呛人的体感明显不同。

限于现场的条件，不能按照GB 20891—2014的要求对车辆的排放进行检测。但经国家拖拉机质量监督检验中心检验，TDE6V132DLQFB防爆电喷柴油机CO、HC+NOx、PM的排放量分别为1.88 g/(kWh)、3.87 g/(kWh)、0.196 g/(kWh)，达到了国三排放标准的要求。