进气温度对于矿用防爆柴油机排放性能的影响研究.pdf

2023 年第 10 期2023 年 10 月近年世界各国相继推出日益严格的排放法规来控制矿用防爆柴油机对于大气的污染1。其中进气温度对于矿用防爆柴油机的燃烧过程及排放性能有显著的影响2-4。本文以一台矿用防爆柴油机为试验样机，对进气温度对该样机排放性能的影响进行了研究。1试验装置及测量系统1.1样机参数及试验现场设备试验样机为一 4 缸矿用防爆柴油机，主要技术参数：总排量为 4.3 L，缸径 105 mm，行程为 125 mm，标定功率/标定转速为 65 kW/2 200 r/min，最大扭矩/最大扭矩转速为 370 N m/1 500 r/min。主要试验设备为凯迈（洛阳）机电有限公司生产的 120 kW 电力测功机，AVL 公司生产的 AMAi60S汽车排气分析仪，AVL 公司生产的 733S 油耗仪，上海同圆发动机测试设备有限公司生产的 Toceil-20N150 热式气体流量计及进气空调。1.2测量系统及原理测量全程由计算机进行控制，如图 1 所示。试验时，计算机记录所需数据（进气温度、进气压力、空气流量、燃油消耗量、转速、扭矩等），同时气体分析仪采集排放数据。图 1控制及测量系统1.3试验方案本试验通过进气空调设定进气温度，将进气温度分别控制为 25，30，35，进气湿度设定为 45%。在9 个工况点（转速为 2200r/min，1500r/min，1200r/min，负荷为 100%，75%，50%）下进行试验，测试该样机的排放性能，采集各工况下的燃油消耗量、空气消耗量、CO 排放值、NOx排放值等数据。收稿日期：2023-02-01作者简介：唐鹏举，1997 年生，男，重庆人，助理工程师，主要从事矿用防爆柴油机排放性能和防爆安全性能的研究。进气温度对于矿用防爆柴油机排放性能的影响研究唐鹏举1，2（1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西 太原 030032；2.太原煤科检测技术有限公司，山西 太原 030032）摘要：为了研究进气温度对于矿用防爆柴油机排放性能的影响袁 进行了 3 次防爆柴油机台架试验遥 3 次进气温度分别为 25 益袁 30 益袁 35 益袁 3 次温度由进气空调设定遥 在 9 个工况点 渊转速分别为 2 200 r/min袁 1 500 r/min袁 1 200 r/min袁 负荷分别为 100%袁 75%袁 50%冤 下进行试验遥 试验结果表明袁 矿用防爆柴油机的 CO袁 NOx排放性能随着进气温度的降低都得到了改善遥关键词：矿用防爆柴油机曰 进气温度曰 尾气分析曰 排放性能中图分类号：TK421+.5文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)10-0177-03Effect of Intake Air Temperature on Emission Performance of MineExplosion-proof Diesel EngineTANG Pengju1,2(1.Taiyuan Research Institute Co.,Ltd.,China Coal Technology 驭 Engineering Group,Taiyuan 030032,Shanxi,China;2.Taiyuan Meike Test Technology Co.,Ltd.,Taiyuan 030032,Shanxi,China)Abstract:In order to study the effect of intake air temperature on the emission performance of mine explosion-proof diesel engines,three bench tests of explosion-proof diesel engines were carried out.The three intake air temperatures were 25 益,30 益,and 35 益respectively,and the three temperatures were set by the intake air conditioner.Tests were carried out at 9 operating points(rotationalspeed of 2 200 r/min,1 500 r/min,1 200 r/min,load of 100%,75%,50%,respectively).The test results show that the emissionperformance of CO and NOxof mine explosion-proof diesel engine is improved with the decrease of intake air temperature.Key words:mine explosion-proof diesel engine;intake air temperature;exhaust gas analysis;emossion performance（总第 217 期）实践运用计算机矿用防爆柴油机油耗仪气体分析仪测功机进气温度进气压力控制单元空气流量计1772023 年第 10 期2023 年 10 月2试验结果及分析该样机的经济性能可以通过燃油消耗量进行比较，如图 2 所示。从图 2 中可以看出，进气温度对于防爆柴油机的经济性能影响不是很大，但是在低转速高负荷情况下，燃油消耗量随着进气温度的升高有比较明显的升高。图 3 是防爆柴油机各工况下空燃比的比较。从图 3中可以看出，在满转速而非满负载工况下，空燃比随着进气温度的降低而略有下降，但是在满负载工况下，3 种进气温度下的空燃比几乎没有差别。在低转速、大负荷的工况下，空燃比随着进气温度的降低有大幅度的提高。图 4 是防爆柴油机各工况下 NOx排放性能的比较。从图 4 中可以看出，在同一负荷、不同转速工况下，NOx的排放值随着进气温度的降低而大幅下降，这种变(a)2 200 r/min(b)1 500 r/min(c)1 200 r/min图 2燃油消耗量比较(a)2 200 r/min(b)1 500 r/min(c)1 200 r/min图 3空燃比的比较201918171615141312111025 益；30 益；35 益。303540455055606570功率/kW151413121110987652530354045505560功率/kW25 益；30 益；35 益。1514131211109876520253035404550功率/kW25 益；30 益；35 益。30252025 益；30 益；35 益。303540455055606570功率/kW25 益；30 益；35 益。3530252020253035404550功率/kW25 益；30 益；35 益。2530354045505560功率/kW4540353025201782023 年第 10 期2023 年 10 月化趋势在 3 种进气温度下都适用，中低转速工况下很明显，这是因为当进气温度降低时，最高燃烧温度也降低，抑制了 NOx的生成。图 5 是防爆柴油机各工况下 CO 排放性能的比较。从图 5 中可以看出，在同一负荷、不同转速工况下，CO 排放值随着进气温度的降低而下降。在低转速工况下这种变化趋势特别明显。3结论1)进气温度对于矿用防爆柴油机经济性能的影响不大，在低转速、高负荷情况下，燃油消耗量随着进气温度的升高有明显的升高。2)在低转速、大负荷的工况下，空燃比随着进气温度的降低有大幅度的提高。(a)2 200 r/min(b)1 500 r/min(c)1 200 r/min图 4NOx排放性能比较(a)2 200 r/min(b)1 500 r/min(c)1 200 r/min图 5CO 排放性能比较90085080075070065060055050045040025 益；30 益；35 益。303540455055606570功率/kW1 0501 00095090085080075070065060055050025 益；30 益；35 益。2530354045505560功率/kW1 1001 0501 00095090085080075070065060025 益；30 益；35 益。20253035404550功率/kW1 3001 2501 2001 1501 1001 0501 0009509008508005045403530252025 益；30 益；35 益。303540455055606570功率/kW200180160140120100806025 益；30 益；35 益。2530354045505560功率/kW25 益；30 益；35 益。20253035404550功率/kW（下转第 221 页）唐鹏举：进气温度对于矿用防爆柴油机排放性能的影响研究1792023 年第 10 期2023 年 10 月3)在同一负负荷、不同转速工况下，NOx的排放值随着进气温度的降低而大幅下降，这种变化趋势在3 种进气温度下都适用，中低转速工况下尤为明显，这是因为进气温度的降低，使得最高燃烧温度降低，抑制了 NOx的生成。4)在同一负荷、不同转速工况下，CO 的排放值随着进气温度的降低而下降，在低转速工况下这种变化趋势比较明显，这是因为空燃比随着进气温度的降低而升高，燃烧产生的 CO 减少。综上所述，可以看出进气温度对于矿用防爆柴油机的影响还是比较大的。在井下没有实验室这样的条件来控制进气温度，但是可以通过中冷器对进气降温，减少污染物的排放，因此对于中冷器的优化势在必行。参考文献：1 李勤.现代内燃机排气污染物的测量与控制 M.北京：机械工业出版社，1998.2 刘忠长，朱昌吉，张振东.车用柴油机排气再循环控制系统 J.吉林大学学报（工学版），2004，34(3)：337-341.3 孙万臣，刘忠长，刘巽俊，等.燃料特性对小型压燃式发动机增负荷工况燃烧及 HC 排放的影响 J.吉林大学学报（工学版），2005，35(2)：131-135.4 苏岩，刘忠长，韩永强，等.进气温度对直喷式柴油机冷启动初始期燃烧和排放的影响 J.内燃机工程，2007(6)：28-32.（编辑：刘晓芳）只有规范地开展地质勘查工作，才能将安全隐患因素挖掘出来并实现有效处理。矿山的各类基本信息是制定和完善施工计划方案的重要依据，因此为了大幅度提高地质勘查工作质量，需要密切关注地质勘查工作体系的完善，尽力从多方面规范、优化地质勘查工作体系，从而使安全事故发生概率降低。煤矿企业可从两方面采取措施：1)在相关煤矿项目建设之前，做好地质勘查工作，并委派专业人员前往施工现场，从而深入分析水文地质条件。在得到地下水位、水压及类型的分析结果之后，深度调研，进一步分析地质危害所带来的问题，制定相应的预防方案。2)完善相关规章制度，明确地质勘查人员的工作要求，确保地质勘查工作的实施有章可循。图 2 为工程勘查流程示意图。图 2工程勘查流程示意图4.3使用先进的水文地质勘查技术目前，传统的勘探技术已无法满足水文地质勘查工作的需求。为了进一步确保勘探数据的准确性，需结合矿山基本情况进一步提高勘查技术水平。在水文地质勘查工作中，钻孔透视仪、流量测井、瞬变电磁法等都具有自身的优势。应结合多种水文地质勘查技术，最大程度提高矿山勘查工作质量，从不同角度进行勘查并进行数据对比，从而确保最后数据的精准度7-8。5结束语矿山开采过程中，水文地质勘查是提高矿井安全系数的重要手段之一。水文地质灾害不仅会降低煤炭资源的生产质量和效率，还可能会威胁作业人员的生命安全。矿山只有重视水文地质勘查，才能实现可持续发展。实际工作中，需要不断地改善和优化水文地质勘查工作，最大程度降低水文地质灾害的可能性，为煤矿企业带来更大的经济效益和生态效益。参考文献：1 郎文霞.水文地质在矿山地质勘查中的重要性分析 J.内蒙古煤炭经济，2022(20)：172-174.2 严平娟.水文地质问题在地质勘察中的重要性思考 J.内蒙古煤炭经济，2022(20)：163-165.3 陈红磊.水文地质问题对矿山岩土工程勘察的影响研究 J.世界有色金属，2022(20)：137-139.4 张军州.矿山工程勘察过程中的水文地质问题分析 J.世界有色金属，2022(19)：130-132.5 王立武.水文地质在矿山地质勘查中的重要性思考 J.世界有色金属，2021(24)：103-105.6 黄庆倡.矿山地质勘查中水文地质问题分析和水文地质灾害防治 J.山西冶金，2022，45(5)：194-196.7 郭明华.水文地质在矿山地质勘查中的重要性分析 J.世界有色金属，2022(3)：94-96.8 侯晶晶，原媛，吕晶，等.水文地质问题对矿山地质勘查的影响作用分析 J.世界有色金属，2022(3)：103-105.（编辑：高志凤）高波：水文地质勘查在矿山地质勘查中的重要性策划勘查组织设计编制实施检查资源配置技术安全交底工程地质测绘勘探孔测量矿山工程勘探原位现场测试水文地质观测矿层水采样矿、土、水试验资料整理及报告编制审查中心业主（上接第 179 页）221