井下柴油机排气污染的净化

井下柴油机排气污染的净化 2012-04-11 柴油机广泛的用于煤矿井下的内燃铲运机、转载机、内燃机车等内燃驱动的运输设备。惊吓的空间相 对狭小，通风条件较差，而且井下使用的柴油机功率一般都比较大，在工作时产生的各种有害的污染物会 对周围环境和人身健康带来极大的危害。因此废弃净化是井下柴油机的突出问题 1. 废气中的有害成分及排放规则 井下柴油机的废气中的有害成分有：氮氧化合物、氧碳氢化合物、低碳氧化物、硫的氧化物、一氧 化碳及碳烟等这些成分对人体均有不同程度的危害，其中氮的氧化物、一氧化氮、碳氢化合物、微粒物四 种成分含量高、毒性大是内燃机肺气中的主要有害成分。柴油机废气测定资料表明，NOx的浓度一般都比 NO 的浓度高 ，而且毒性又强，因此，NOx是煤矿井下柴油机废气首要的致毒物质，需要把它作为废气净 化的主要对象来处理。 为了减少井下柴油机废气污染的危害，其中井下柴油机排除的要害气体被巷道风流稀释后，CO 的最 高允许浓度为 0.0024％，NOx(换算成 NO2)de 最高允许浓度为 0.00025％。 2. 废气净化措施 为了消除井下柴油机废气对人体的危害，把柴油机排放的有害成分降低到井下大气允许的的安全卫 生标准以下，单一的措施是难以解决的问题，应采用多方面的措施。国际上通常采用先进的柴油机控制技 术，辅之以完善的柴油机后处理系统，来达到降低井下柴油机污染物排放的目的。 2.1改善柴油机性能 以改善柴油机的燃烧过程为主的的机内净化是消减污染物排放的的源头，是控制井下柴油机污染的最 佳方法。其目的是在保持原有的经济指标和动力指标的基础上，降低井下柴油机废气成分的生成量。具体 措施如下： 2.1. 1改善柴油机的性能 进气处理系统是控制空气进入柴油机燃烧室的系统，进气处理系统的目标是，使更多的冷却气体空气 进入柴油机燃烧室，并充分燃烧以获得更清洁的排放和更大的功率。冷却了的柴油机燃烧室可以减少氮氧 化合物的排放，且意味着更多的冷却空气与燃油混合，使燃烧更加充分。 目前进气处理系统比较成熟的技术是是废气再循环的技术，它是通过将一部分柴油机发动机的废气 冷却后再送到燃烧室中，已达到减少柴油机氮氧化合物的排放目的。当废气与新鲜空气及燃油混合，使峰 值燃烧温度得以降低，从而降低氮氧化合物的排放。 2.1.2燃烧系统的改进 通过改进柴油机燃烧室的结构，减少喷油孔的直径，增加喷射角度，提高压缩比例，并减少喷射前 提角，就能保证在不影响柴油机的性能和燃油经济性能的前提下，有效地减少喷射提前角，有效地减少氮 氢化合物的排放。 2.1.3电控技术 发展柴油机电控燃油喷射系统，采用电控共轨喷射技术，通过柴油机发动机控制单元（ECU）的控制， 能精确的调节喷油量和喷油时间，以获得最佳的动力性和， 最高的燃油经济性、 最低得排放及更多的功能。 另外，采用电控可变进气涡流技术、多气门技术和可变配气相位技术，也是有效降低柴油机污染物 排放水平的相应措施。 2.2废气净化处理 随着井下法规的日益严格，又产生了包括催化转化器在内的各种机外净化技术。目前井下柴油机废气 净化处理方法有：氧化催化法，喷水洗涤法，水箱洗涤法，催化一水洗联合净化法等。 2.2.1氧化催化法 该法使用一种催化剂将井下柴油机排出的废气中的有害气体催化氧化成 CO2 和水同时使固体颗粒沉 积并收集起来，变成无害气体排出，即 CO:2CO+O2=2CO2 HC:4HC+5O2=4CO2+2H2O 甲醛：HCHO+O2=CO2+H2O 当排放气体的温度低于 232℃时， 净化器净化效果较差， 随着排气温度的增加，净化消化效果也增加; 当温度达到 500℃时，大约 80%-90%的 CO、50% 的 HC 将产生化合作用。当发动机空转时，因排气温度很低 而不产生化学作用。净化催化器可采用一些低硫化合物氧化也就是可以把它变成 SO2、SO3 等有害气体， 因此燃油中流量要低于 0.05%。该净化器对 NOx不起净化作用，还必须经过加强通风来稀释 NOx。 催化剂是用氧化铝或陶制材料作为实体，外面包一层重金属， 可以为铜、铬铜合金、钯、钴黄金或铂， 其中以铂的效果做好。 为保证进化效果， 通常催化剂做成直径为 4.5-5.5mm的小丸或直径为3.2mm、 长 3.2mm 的短圆柱。铂的重量一般占催化剂总重量的 0.15%-0.2% 进化器使用不锈钢制成的圆筒。中间隔成三个室：中心试，净化室和外室。净化室是用带孔的隔板制 成。里面充满催化剂废气首先进入中心室进行扩散，其固体物质便沉积下来，在通过孔隔板进入净化室与 催化剂接触氧化，变有害气体为无害气体。催化氧化器对一氧化碳和甲醛等气体的净化效率高，其结构紧 凑简单，使用和维护方便，成本较低，其缺点是：铂和不锈钢来源比较困难，对 NOx不起作用要求柴油机 排气温度较高，因此它不允许柴油机空转。空转不但会使排气温度下降，而且会使未燃烧掉的柴油和碳粒 沉积在催化小丸床上。造成气流阻力增加，催化剂的有效面积减少，短时间空转沉积下来的碳粒或柴油在 工作正常、有做够高的温度时仍可以被燃烧掉。 2.2.2 水洗法 由于 NOx易溶于水，水洗法主要来净化井下柴油机废气中的 NOx，其次对 HC 化合物也起净化作用，还 可以洗去油烟、碳粒易溶于水的其他有害物质，去掉排气中的气味。因为 NO2 溶于水后会变成硝酸，所以 对管道有腐蚀作用，一般由不锈钢制造。水洗法有喷水和水箱洗涤两种。 第一种是喷水洗涤法：其实际是在井下柴油机废气管中设喷嘴。逆着废气气流方向喷水，从而达到净 化和冷却的目的。由于水泵由柴油机驱动，故其转速与柴油机转速成正比。当柴油机转速变化时，排出的 废气量也变化，其喷气量亦能与废气量的变化相适应。当水箱液面降低到规定值时，能自动使内燃机停止 运转。该净化器主要是净化 NO2 的，因 NO2 极易溶于水，其次，对醛、碳氢化合物亦起净化作用。 该净化器的缺点是：水箱需要经常加水，定期清理，维护工作量较大。且净化器对振动也较敏感；外 形尺寸大；对 CO 不起净化作用。其优点是无需铂等稀缺、贵重材料，且可降低井下温度。 第二种是水箱洗涤法，该方法是使井下柴油机生产的废气通过水箱的水和筛板，达到气体净化的目的 净化器是由净化箱和冷凝箱组成。净化箱和冷凝箱的下部都装有水或化学液，且在液面以下装有筛板， 以过滤废气中的固体微粒。自催化室来的废气进入净化箱的液体中，在通过筛板进入净化箱的上部，然后 通过水分离板是气体中的水分离出来，净化箱净化后的废气再通过冷凝箱的液体中进行进一步过滤、净化 与冷却，废气从液体中流出后，在经水分离板分离空气中的水分，然后排出。该净化器的工作效率决定于 箱中的液体量和纯度，且液体对气流之阻力不应大于废气压力，洗清后的气流温度不高于50℃，湿度不大 于 95%。水或化学液由带盖注水孔注入，并由液面监视孔控制液量。清洗净化器时可通过带盖放水孔将其 中的液体放出 2.2.3 催化---水洗联合净化法 由于催化法和湿式净化法的净化对象都有局限性，因而单独使用其中任何一种方法，其效果都不够 理想。催化——水洗联合净化法的过程是，将井下柴油机排出的废气经过催化剂被第一次净化，再导入水 洗箱进行第二次