摘要：近年来，我国煤炭行业快速发展，煤矿井下辅助车的使用增多，但是与此同时，也带来了柴油机尾气污染的问题，影响煤矿井下工作环境的质量。因此，本文从当前柴油机尾气主要的污染成分出发，分析了通过改进燃料方面、喷油系统，在防爆柴油使用中采用增压中冷技术以及柴油机尾气后处理技术等措施，有效降低煤矿井下防爆柴油机尾气的污染问题，提升井下作业的工作环境。
关键词：防爆柴油机；尾气；控制
1.从燃料方面改进
当前，在煤矿井下作业中，主要使用柴油机辅助运输车进行煤矿运输。对于柴油机运输车而言，主要是用柴油机进行驱动，导致尾气有害物质较多，影响井下作业工人的安全。随着技术水平的提升，目前可以使用甲醇、液化天然气、二甲醚、氢气、生物柴油以及液化石油气等代替传统的柴油机燃料[1]。
其中，二甲醚由于自燃性较强的特征，被采用在柴油机的无污染生产操作中，能够直接替换柴油的使用，提升辅助车工作效率和降低经济成本，进行压缩燃烧。二甲醚的使用性价比极高，不仅可以为煤炭企业节约成本，还能够增强辅助车的运输动力，充分实现低碳使用，保障煤矿井下作业工人的身体安全。此外，二甲醚的能够实现无烟排放，提升井下工作的环境质量。它使用循环废气进行在处理，其废气排放效率比传统柴油较少30%左右，能够同时减轻NOx和PT的污染。但是目前来说，代燃料的使用技术还没有发展成熟，有待进一步的试验和强化[2]。
对于传统柴油燃料来说，其十六烷排放越高，着火越快的，其点火质量越高，并且其他污染物会随着十六烷的上升而有效减少。但是如果柴油机使用的十六烷不足，其着火就会变得迟缓，导致柴油机点火功能变差，在使用中噪声污染增加，导致有害物质排放量增加，烟雾污染也会增多，严重影响煤矿井下操作环境。因此，通过提升柴油机使用的十六烷物质，能够有效减轻NOx、CO以及PT等污染物的排放。现在煤矿井下作业普遍采用的做法是在柴油机中使用一些添加剂，提升柴油机的使用功率[3]。按照不同的柴油机工作机制，可以使用消烟剂、清净剂等添加剂，对于柴油的密度和表面张力进行优化。此外，还可以通过降低柴油适中的芳香烃和硫含量等措施，有效较少柴油使用污染排放对于井下作业的影响。
2.采用增压中冷技术
在柴油机的使用过程中，通过提升氧气的补给，增强柴油缸内部的压力值，通过飞起涡轮提升空气进入强度，能够促进废气循环燃烧，使得柴油机内部油气充分燃烧，降低碳氢化合物以及一氧化碳的排放，能够减少近一半的有害颗粒物质的产生。到那时由于空气污染的升高导致柴油机燃烧温度逐渐提升，压力提升反而会导致NOx的排放值升高。在此过程中，使用冷技术对于空气进行降温处理，能够有效减少NOx的出现。通过实验表明，在柴油机使用过程中使用冷技术，能够减轻NOx将近70%的污染排放，是较少污染物排放十分行之有效的手段[4]。
3.采用柴油机尾气后处理技术
对于减少柴油辅助车有害颗粒物的排放，当前主要使用微粒收集过滤器以及氧气催化装换装置。微粒收集过滤器对于柴油燃料含硫量的测算不精准，主要是按照物理方式进行颗粒物的收集，被广泛使用在尾气的净化中。壁流式过滤器和部分流式过滤器是两种较为常见的过滤装置。其中，部分流式过滤器颗粒物过滤效果不如壁流式过滤器，不能够对于全部颗粒物进行过滤[5]。但是壁流式过滤器能够减少大部分的尾气颗粒物，但是其使用期限较短，很容易造成颗粒物沉积堵住过滤器，影响汽车的正常运转。
在煤矿井下作业中，通常使用水洗法对于NOx物质进行过滤。这是根据NOx可溶于的特性，它能够与水结合生产HNO3。图1是水洗法过滤废气处理的原理。
柴油机废气通过如图的箭头指示，按照A处的路径进行循环运转，进入废气处理的尾部，废气在隔板的地方进行来回循环净化，最终经过侧板的排气位置被排出。但是由于静电旋风技术、电压收集技术以及静电式微粒收集装置不符合煤矿井下作业的防爆安全，所以不适合被采用在井下作业中。
4.喷油系统的改进
一般来说，科学的柴油机喷油系统的设计应该符合以下规律，详见图2。
该喷油设置使得柴油机前期喷射的速度不至于过快，能够有效NOx等有害物质的出现。在中期的时候，柴油机能够逐渐提升喷射的效率，增强喷射压力值以及速度，通过这种方式提升油气的燃烧功率，避免热效率以及PT值的进一步增加。在柴油器的使用后期，通过断油速率进一步加快喷射的速度，及时结束喷油，从而方式不完全使用导致有害污染物质的大量产生。
如果柴油器的工作性能良好，应该采用机械式的喷油泵，根据凸轮的轨线决定喷射的压力和速度。而为了进一步调整喷射的过程，需要对凸轮轨线进行调节。在使用过程中，将凸轮转换成图3中的凹弧型凸轮，能够保障最大升值空间不变，加快柴油补给。经过试验证明，该凹弧型凸轮能够有效替代传统凸轮，最大能将PT污染率减轻15%，减少NOx污染13%，并且适用于柴油机供油使用的规律，但是其成本问题是影响其推广使用的重要因素。
而针对使用电控装置的喷射柴油机，能够采用便捷的措施对于喷射柴油的规律进行把握。就电控共轨喷射装置而言，仅仅需要部分优化柴油机的燃油路径和电磁阀门，就可以在最大程度上对喷射柴油的规律进行调整。不过，该技术的防爆设置还是一个重要的问题，这种柴油机在工作过程中需要使用较为全面的安全认证以及防爆保护，保障煤矿井下作业的安全性。
在柴油机的喷射柴油起点进行排放限制是减轻污染物排放的重要举措，当前最简便的操作就是延迟柴油机喷射的时间。由于NOx等有害物质只能在氧气充分、温度较高的环境下产生，因此，通过延长柴油机的喷射时间，能够延迟整个污染物的燃烧集成，使得柴油机内部温度较少，一旦最高温度达不到要求，NOx等污染物的产生也随之减少。据测验，每当柴油机喷射时间推迟1°左右，NOx的排放将较少15%。因此，采用这一手段能够有效减轻污染物的排放。
参考文献
[1]王登山.矿井柴油机尾气分布特性的相似实验研究[D].西安科技大学,2015.
[2]闫晶.EGR技术在煤矿井下用防爆柴油机上的应用[J].煤矿机械,2015,(04):244-246.
[3]周开平.煤矿防爆柴油机尾气排放控制技术研究现状[J].煤矿机电,2012,(06):62-65.
[4]张福祥,贾二虎.尾气净化技术在煤矿防爆柴油机上的应用[J]. 煤矿机械,2010,(04):180-182.
[5]魏勇刚,赵明岗,孟国营.煤矿井下防爆柴油机尾气控制技术探讨[J].煤炭科学技术,2008,(12):63-65.
论文作者:苗生
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
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