井下柴油鏟運機所排廢氣的凈化

1、淺談井下柴油鏟運機所排廢氣的凈化段官星0 一二年五月井下柴油鏟運機所排廢氣的凈化段官星摘要：柴油鏟運機是地下采礦作業(yè)中的高效運礦設(shè)備。但其發(fā)動機所 排出的廢氣含有多種有害成分，會影響井下工人的健康。文章 介紹了柴油鏟運機所排廢氣的成分及其危害，闡述了此類廢氣 的檢測凈化方法。認(rèn)為，保證鏟運機良好工況的情況下，若采 用氧化催化法、噴水洗滌法、水箱洗滌法、催化一水洗聯(lián)合法 等方法凈化廢氣，能收到良好的效果。關(guān)鍵詞：地下柴油鏟運機 廢氣污染 危害 檢測 凈化措施1、前言在井下采礦作業(yè)中，鏟運機主是用于中短距離礦石運輸 的高效出礦設(shè)備。目前，全國用于井下運礦的鏟運機有兩種， 即柴油鏟運機和電動鏟運機。

2、現(xiàn)在云錫集團公司老廠分礦用 的主要是LF-4.1柴油鏟運機，這種鏟運機在老廠分礦還有14 臺，其中井下還有8臺，主要是在馬鹿塘坑使用。馬鹿塘坑 由于歷史的原因鏟運機作業(yè)環(huán)境路面不好，坡度較大，巷道 規(guī)格較小，通風(fēng)條件普遍較差，鏟運機作業(yè)時廢氣及粉塵難 以及時順暢全部排除，污染嚴(yán)重，且溫度高，職工工作環(huán)境 很難苦。而坑內(nèi)使用的鏟運機大都是以使用20多年的報廢鏟 運機，柴油發(fā)動機動力較差，污染很大，運行時會排出大量 的有害氣體，直接污染井下作業(yè)環(huán)境，危害井下工人的身體 健康。要重建通風(fēng)系統(tǒng)和完全更新所使用的鏟運機可以說是 不可能的事。因此，采取有力措施，使廢氣達標(biāo)排放，以改善井下作業(yè)環(huán)境，確保井下

3、職工的身體健康，顯得至關(guān)重要。2柴油機尾氣中有害物質(zhì)及其危害用于井下的柴油鏟運機其運行時排出有毒有害物質(zhì)，主 要是氮氧化物包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）等、碳 氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）、碳煙和二氧化硫（SO2）、 醛類等。其中以一氧化碳（CO）、氮氧化物（NO、NO）、醛類（R 2CHO,如甲醛、丙烯醛）和油煙等4類物質(zhì)的含量高、毒性 大，對人體構(gòu)成危害。在井下一氧化碳在廢氣中的濃度達 300-600 ppm，燃燒不完全時達8OO16O0 ppm,地面上在燃 燒完全的的情況下以有200ppm。這種物質(zhì)先于氧氣與人體血 液中的血紅蛋白結(jié)合，導(dǎo)致缺氧，以致使人窒息死亡。一般 情

4、況下，廢氣中的氮氧化物的濃度達300- 1000 ppm。其中 的NO使血液中的血紅蛋白變?yōu)樽冃匝t蛋白，抑制中樞神經(jīng) 系統(tǒng)；NO對眼睛、鼻腔、呼吸道有強烈刺激，與水結(jié)合生成 2HNO3，可引起肺氣腫，時間過長會導(dǎo)致呼吸困難、嘔吐以致 死亡。醛類物質(zhì)以甲醛和丙烯醛為主，廢氣中的濃度達70 mg / m3，最高可達100 mg / m3。甲醛會刺激眼睛，毒性大；丙 烯醛對粘膜有劇烈刺激，以致全身中毒。油煙中也含有致癌 物質(zhì)笨巴比，且濃度大時，會嚴(yán)重影響操作工的視線。柴油 廢氣各成分危害詳見下表：柴油廢氣各成分危害(表一)廢氣廢氣中的濃度及危害表現(xiàn)形式一氧化碳CO(1)無色無味，廢氣中的濃度超過3

5、00600ppm, 燃燒不良時達8001600ppm.優(yōu)先于氧氣與血液 中血紅蛋白結(jié)合導(dǎo)致缺氧，引起窒息死亡氮氧化物NOx(1)廢氣中的濃度 般達3001000ppm,以NO 和NO2為主。NO使血液中血紅蛋白變?yōu)樽冃匝?紅蛋白，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制作用。(3)NO2對 眼睛、鼻腔、呼吸道有強烈刺激，與水結(jié)合成HNO3引起肺氣腫，時間過長導(dǎo)致呼吸困難、嘔吐以致 很快死亡醛類R-CHO(1)以甲醛和丙烯醛為主，廢氣中的濃度達 70mg/m3最大可達100mg/m3(2)甲醛刺激眼部，毒 性大(3)丙烯醛對粘膜有劇烈刺激，以致全身中毒油煙(1)煙度可超過5波許單位(2)致癌物質(zhì)，濃度大 時嚴(yán)重污染

6、空氣且影響操作工視線地下柴油機原始煙塵濃度限值(表二)成分濃度限值CO1000ppm 以下NOx800ppm以下煙度新車3PSU (波許單位)現(xiàn)用4PSU (波許單位)3、LF-4.1型使用柴油機（F6L912W ）尾氣的檢測3.1尾氣測定原理FL912W型柴油鏟在井下工作過程中不斷產(chǎn)生廢氣，柴 6油機廢氣排放量是柴油機轉(zhuǎn)速和油耗的函數(shù)，測出FL912W6柴油機各工況轉(zhuǎn)速和油耗，便可求出各工況相對應(yīng)的廢氣排 放量；然后根據(jù)柴油機工作時工況的時間比例，便可求出柴 油機平均和總的廢氣排放量。計算公式如下：各工況廢氣排放量Q1 = V ni rX 10-2+Gi 式中：Qi：各工況柴油機排氣量；：充

7、氣系數(shù)；V：發(fā)動機吸氣量；n1 :發(fā)動機各工況下轉(zhuǎn)速；r：廢氣重度；G1:油 耗?？倧U氣排放量Q=QT11式中二：各工況工作時間。各工況油耗GjT. n1 G/ 丁凸式中I=1, 2,3平均排放量nG1 =0i=1式中K :各工況時間與工作時間百分比。3.2測定方法用秒表測定柴油機正常工作時間、每循環(huán)的時間和每循 環(huán)中各個作業(yè)階段的時間，用手持?jǐn)?shù)字測速儀測定柴油機各 工況的轉(zhuǎn)速，采用體積法測定總油耗。3.3測定結(jié)果將各測定參數(shù)進行數(shù)字處理，結(jié)果見表三。F6L912W柴油機尾氣檢測數(shù)據(jù)（表三）裝載卸載怠速重車空車工作時間（S）3134694739878時間百分比24363.530.56排放濃度/

8、mg.m-3(Nox)(CO)332.43218.33150.0390.6991.54(HC)/mg.m-33123.84924.95390.76126.48740.94252.8892.9787.1977.83104.07轉(zhuǎn)速/r.min-i2833191516181810846油耗/Kg5.455.360. 484.560. 32廢氣排放排放量/Kg.h-i481.39327.08272.3307.13142.45總廢氣量/Kg125廢氣排放量/mg.m-3NOx133.3690.6175.4385.0839.46CO1253.15851.45708.85799.52370.83HC101

9、.4468.9357.3864.7230.02NOxCOHC平均排放量/g.h-i95.58898.1972.71總排放量g34.65325.5926.36在馬坑14 5鏟運機工作而設(shè)定了2個點，同時對鏟運機 5個工況下工作面NOx、CO、HC的濃度監(jiān)測結(jié)果見表四。從 表四可知，除裝載時氮氧化物超標(biāo)18%外，其它都低于標(biāo)準(zhǔn) 值。顯然，在各工況下，只要柴油機性能良好，井下通風(fēng)正 常，柴油機工作而環(huán)境能夠符合井下作業(yè)規(guī)程FL912W柴油機工作而（表四）6C0, NOx, HC濃度 10-6NOxCOHC裝載5. 9013. 553. 25重車3. 98. 922. 14卸載2. 706. 201.

10、 48空車1. 653. 700. 90怠速1. 673. 730. 924、FL912W柴油機廢氣排放特性 6NO形成取決于氣缶工內(nèi)混合氣溫度和可用的時間，NO數(shù)量 隨著氣缸內(nèi)壓力升高而增多。NO最多的是在稍稀混合氣中， 點火定時對NO形成數(shù)量有很大影響，NO數(shù)量隨噴油時間提前 或進氣溫度升高而增長。圖1是F6L912W柴油機氮氧化物排放 特性曲線。從圖中可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定，氣缸壓力升高，氮氧 化物濃度明顯增加；當(dāng)壓力一定，柴油機由怠速到中速，氮 氧化物濃度由高到低，到某一轉(zhuǎn)速降到最低點；當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，氮氧化物濃度又繼續(xù)回升。P(XIQ)NO (ppm)n（nm）圖1 F6L912W柴油機N

11、O排放特性CO是在空氣量不足的情況下，混合氣過濃，燃料不完全 燃燒的產(chǎn)物。圖2是F6L912W柴油機CO排放特性曲線。從圖2 看出，當(dāng)壓力一定，一氧化碳濃度隨著轉(zhuǎn)速升高而增加；轉(zhuǎn) 速升高，氣缶工充氣系數(shù)下降，混合氣相對變濃；當(dāng)轉(zhuǎn)速一定， 壓力升高時，CO濃度先降低，達到某一值后，逐漸增加。P(X1O0)CO (ppm)800 10001200 1400 1600 180020002300n (rpm)圖2 F6L912W柴油機CO排放特性5、尾氣的有效凈化5.1柴油機廢氣凈化技術(shù)為了減輕柴油機的廢氣污染，采用低污染動力裝置和促 進完全燃燒等各種措施。地下無軌設(shè)備大部分選用德國道依 茨公司W(wǎng)型低

12、污染風(fēng)冷柴油機。隨著電子技術(shù)發(fā)展，國外有 些廠家如底特律、卡特彼勒生產(chǎn)水冷柴油機，應(yīng)用電控燃油 噴射系統(tǒng)，使柴油機廢氣成分更低。這種燃油系統(tǒng)能根據(jù)發(fā) 動機負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、溫度以及排氣管中廢氣的濃度等電子信號， 由電子計算機精確控制發(fā)動機燃油噴射的時間和數(shù)量，使燃 料充分混合，完全燃燒，產(chǎn)生的廢氣最少。溫度控制系統(tǒng)根 據(jù)發(fā)動機排氣溫度來調(diào)節(jié)燃油噴射量，以便達到最佳的供油 量。這些都是根據(jù)發(fā)動機工況，精確控制混合氣空燃比，達 到降低廢氣的目的。廢氣再循環(huán)是將一部分排放氣體再引入 進氣管，并進行二次燃燒，通過降低燃燒速度和燃燒溫度的 方法，達到減少燃燒過程中氮氧化合物生成量的目的。采用 多氣門結(jié)構(gòu)，改進

13、噴油和燃燒系統(tǒng)，增加中冷和渦輪增壓裝 置，提高充氣系數(shù)，可降低大負(fù)荷工況下的廢氣濃度。5.2廢氣凈化裝置柴油機尾氣凈化裝置種類較多，廢氣凈化效率各不相 同。目前普遍使用的廢氣凈化裝置有熱反應(yīng)器（圖一）、催 化捕集氧化器（CTO）（圖二）、水凈化箱和催化反應(yīng)器等。我們用于馬鹿塘坑鏟運機的廢氣凈化裝置是催化反應(yīng)器-水 凈化聯(lián)合箱（圖三）。水凈化箱是將發(fā)動機排出的廢氣循環(huán) 經(jīng)過水溶液，使排氣中NO氧化成NO2溶于水中，減少NOx的排 放，同時降低HC，SO和碳煙含量。催化反應(yīng)器是在催化劑的2作用下，使排放中的HC、CO、NOx通過化學(xué)反應(yīng)，然后生成 無害的co2、史（）、N2凈化效果好。圖一圖二n

14、ii iiLF-4.1型鏟運彳和水洗箱組合在一 柴油如排氣管中電城n.III配套的、曲2W型低污染柴油機枷化箱機裝上凈化箱在馬鹿塘坑起。LF-4.1鏟運試用，對廢氣凈化裝置凈化效率進行了測試，測試結(jié)果見表 三。從表三中看出，鏟運機上尾氣凈化裝置凈化效率在40%90之間，當(dāng)排氣溫度升高一定限度時，對CO凈化效 率達到90%。這種凈化裝置凈化效果很理想，它具有新型高 效催化劑，通過水洗進一步提高凈化效率。安裝催化水洗凈 化箱應(yīng)盡可能靠近發(fā)動機排氣管道的出口，保證排氣凈化箱的凈化效果。LF-4.1型鏟運機凈化裝置凈化效果（表五）測試地點現(xiàn)場氣壓溫度工況有害氣體濃度CONOx凈化前凈化后凈化率地面1.

15、04X 105Pa18oC怠速33516052. 5175空車48922454.2189鏟取38517537.7175重車40729627.2150井下14-5# 礦體1.02X 105Pa210C怠速84038454.384空車40011272267.8鏟取40020050340.8重車40012868406.9由于柴油機排出的廢氣對人體有危害，因此，有關(guān)部門 特制訂了相應(yīng)規(guī)程。原中國有色金屬工業(yè)總公司頒布的規(guī) 程已規(guī)定了地下柴油鏟運機原始煙塵排放濃度限值。當(dāng)排 放濃度超過規(guī)定時，必須采取一定的凈化措施。實踐表明， 采取如下措施對降低廢氣污染有很好的作用。（1）改善進氣條件為保證足夠的燃空比

16、，在海拔1500m以上的柴油無軌車 輛作業(yè)區(qū)，在設(shè)備進氣系統(tǒng)，安裝高程補償器或渦輪增壓器, 可有效地改善進氣條件。規(guī)程中就作了這樣規(guī)定，并在 有色礦山地下無軌車輛上推行，這是控制原始廢氣排放的有 效措施之一。（2）選擇優(yōu)質(zhì)燃油因為燃料優(yōu)劣與碳煙生成的有直接關(guān)系，優(yōu)質(zhì)的烷烴燃 料比芳香烴燃料產(chǎn)生的碳煙低。選擇優(yōu)質(zhì)燃油是降低原始廢 氣中有害物質(zhì)濃度的必要手段。（3）采用低污染柴油機采用低污染柴油機，有利于燃料充分完全燃燒，從而降 低廢氣中有害成分的生成量。有效地降低了廢氣中有害成分 的濃度。從使用效果來看，不僅動力、經(jīng)濟性優(yōu)良，而且廢 氣中的有害成分大大降低。采用分隔式燃燒室，實現(xiàn)二級燃燒，燃料燃

17、燒充分如： 道依茲FL413FW、F6L912W柴油機、廢氣中 叫、CO和煙度均 得到有效降低，屬低污染型柴油機，適應(yīng)于地下無軌車輛， 國內(nèi)外地下無軌車輛大多采用了這種柴油機。采用合理的噴油方式，對于普通型柴油機，減少噴油提 前用，增加噴油速率，可減少NOx生成量。（4）保證鏟運機的良好工況。若鏟運機在正常工況下 運行，則有利于降低煙塵的排放濃度。因此。對于在用設(shè)備， 必須嚴(yán)格按柴油機的維護保養(yǎng)規(guī)程進行定期維護，發(fā)現(xiàn)問題 及時處理，以保證鏟運機有良好的工況。實際上，柴油鏟運 機廢氣中的有害成分是難免的，為了避免有害氣體對井下工人的危害，對所產(chǎn)生的有害廢氣必須進行凈化處理。使用催 化-水洗聯(lián)合法

18、其凈化效果見附表。附表各種凈化方法的效果比較（表五）凈化方法實例凈化效果催化法LF-4.1型鏟運機CO醛、碳?xì)浠衔飪艋^好，對NOx 不起凈化作用水洗法LF-4.1型鏟運機對NO 2凈化效果好，對CO不能凈化， 運行中要補充水。催化-水洗聯(lián)合法LF-4.1型鏟運機對CO甲醛、N02等凈化效果完全。廢氣循環(huán)法伴隨著NOx降低，CO濃度上升，具 有局限性。廢氣再燃循環(huán)法凈化CO效果良好，加水使NO濃度下 降明顯，但技術(shù)不成熟。5.3經(jīng)濟效益分析LF-4.1型鏟運機采用催化-水洗聯(lián)合法凈化系統(tǒng)，系統(tǒng) 所需的設(shè)備費用為35000元/臺。裝機后有效地控制了井下作 業(yè)環(huán)境的惡化，避免有害氣體對井下職工的危