井下柴油铲运机所排废气的净化

1、浅谈井下柴油铲运机所排废气的净化段官星0 一二年五月井下柴油铲运机所排废气的净化段官星摘要：柴油铲运机是地下采矿作业中的高效运矿设备。但其发动机所 排出的废气含有多种有害成分，会影响井下工人的健康。文章 介绍了柴油铲运机所排废气的成分及其危害，阐述了此类废气 的检测净化方法。认为，保证铲运机良好工况的情况下，若采 用氧化催化法、喷水洗涤法、水箱洗涤法、催化一水洗联合法 等方法净化废气，能收到良好的效果。关键词：地下柴油铲运机 废气污染 危害 检测 净化措施1、前言在井下采矿作业中，铲运机主是用于中短距离矿石运输 的高效出矿设备。目前，全国用于井下运矿的铲运机有两种， 即柴油铲运机和电动铲运机。

2、现在云锡集团公司老厂分矿用 的主要是LF-4.1柴油铲运机，这种铲运机在老厂分矿还有14 台，其中井下还有8台，主要是在马鹿塘坑使用。马鹿塘坑 由于历史的原因铲运机作业环境路面不好，坡度较大，巷道 规格较小，通风条件普遍较差，铲运机作业时废气及粉尘难 以及时顺畅全部排除，污染严重，且温度高，职工工作环境 很难苦。而坑内使用的铲运机大都是以使用20多年的报废铲 运机，柴油发动机动力较差，污染很大，运行时会排出大量 的有害气体，直接污染井下作业环境，危害井下工人的身体 健康。要重建通风系统和完全更新所使用的铲运机可以说是 不可能的事。因此，采取有力措施，使废气达标排放，以改善井下作业环境，确保井下

3、职工的身体健康，显得至关重要。2柴油机尾气中有害物质及其危害用于井下的柴油铲运机其运行时排出有毒有害物质，主 要是氮氧化物包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）等、碳 氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、碳烟和二氧化硫（SO2）、 醛类等。其中以一氧化碳（CO）、氮氧化物（NO、NO）、醛类（R 2CHO,如甲醛、丙烯醛）和油烟等4类物质的含量高、毒性 大，对人体构成危害。在井下一氧化碳在废气中的浓度达 300-600 ppm，燃烧不完全时达8OO16O0 ppm,地面上在燃 烧完全的的情况下以有200ppm。这种物质先于氧气与人体血 液中的血红蛋白结合，导致缺氧，以致使人窒息死亡。一般 情

4、况下，废气中的氮氧化物的浓度达300- 1000 ppm。其中 的NO使血液中的血红蛋白变为变性血红蛋白，抑制中枢神经 系统；NO对眼睛、鼻腔、呼吸道有强烈刺激，与水结合生成 2HNO3，可引起肺气肿，时间过长会导致呼吸困难、呕吐以致 死亡。醛类物质以甲醛和丙烯醛为主，废气中的浓度达70 mg / m3，最高可达100 mg / m3。甲醛会刺激眼睛，毒性大；丙 烯醛对粘膜有剧烈刺激，以致全身中毒。油烟中也含有致癌 物质笨巴比，且浓度大时，会严重影响操作工的视线。柴油 废气各成分危害详见下表：柴油废气各成分危害(表一)废气废气中的浓度及危害表现形式一氧化碳CO(1)无色无味，废气中的浓度超过3

5、00600ppm, 燃烧不良时达8001600ppm.优先于氧气与血液 中血红蛋白结合导致缺氧，引起窒息死亡氮氧化物NOx(1)废气中的浓度 般达3001000ppm,以NO 和NO2为主。NO使血液中血红蛋白变为变性血 红蛋白，对中枢神经系统有抑制作用。(3)NO2对 眼睛、鼻腔、呼吸道有强烈刺激，与水结合成HNO3引起肺气肿，时间过长导致呼吸困难、呕吐以致 很快死亡醛类R-CHO(1)以甲醛和丙烯醛为主，废气中的浓度达 70mg/m3最大可达100mg/m3(2)甲醛刺激眼部，毒 性大(3)丙烯醛对粘膜有剧烈刺激，以致全身中毒油烟(1)烟度可超过5波许单位(2)致癌物质，浓度大 时严重污染

6、空气且影响操作工视线地下柴油机原始烟尘浓度限值(表二)成分浓度限值CO1000ppm 以下NOx800ppm以下烟度新车3PSU (波许单位)现用4PSU (波许单位)3、LF-4.1型使用柴油机（F6L912W ）尾气的检测3.1尾气测定原理FL912W型柴油铲在井下工作过程中不断产生废气，柴 6油机废气排放量是柴油机转速和油耗的函数，测出FL912W6柴油机各工况转速和油耗，便可求出各工况相对应的废气排 放量；然后根据柴油机工作时工况的时间比例，便可求出柴 油机平均和总的废气排放量。计算公式如下：各工况废气排放量Q1 = V ni rX 10-2+Gi 式中：Qi：各工况柴油机排气量；：充

7、气系数；V：发动机吸气量；n1 :发动机各工况下转速；r：废气重度；G1:油 耗。总废气排放量Q=QT11式中二：各工况工作时间。各工况油耗GjT. n1 G/ 丁凸式中I=1, 2,3平均排放量nG1 =0i=1式中K :各工况时间与工作时间百分比。3.2测定方法用秒表测定柴油机正常工作时间、每循环的时间和每循 环中各个作业阶段的时间，用手持数字测速仪测定柴油机各 工况的转速，采用体积法测定总油耗。3.3测定结果将各测定参数进行数字处理，结果见表三。F6L912W柴油机尾气检测数据（表三）装载卸载怠速重车空车工作时间（S）3134694739878时间百分比24363.530.56排放浓度/

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转速/r.min-i2833191516181810846油耗/Kg5.455.360. 484.560. 32废气排放排放量/Kg.h-i481.39327.08272.3307.13142.45总废气量/Kg125废气排放量/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总排放量g34.65325.5926.36在马坑14 5铲运机工作而设定了2个点，同时对铲运机 5个工况下工作面NOx、CO、HC的浓度监测结果见表四。从 表四可知，除装载时氮氧化物超标18%外，其它都低于标准 值。显然，在各工况下，只要柴油机性能良好，井下通风正 常，柴油机工作而环境能够符合井下作业规程FL912W柴油机工作而（表四）6C0, NOx, HC浓度 10-6NOxCOHC装载5. 9013. 553. 25重车3. 98. 922. 14卸载2. 706. 201.

10、 48空车1. 653. 700. 90怠速1. 673. 730. 924、FL912W柴油机废气排放特性 6NO形成取决于气缶工内混合气温度和可用的时间，NO数量 随着气缸内压力升高而增多。NO最多的是在稍稀混合气中， 点火定时对NO形成数量有很大影响，NO数量随喷油时间提前 或进气温度升高而增长。图1是F6L912W柴油机氮氧化物排放 特性曲线。从图中可知，当转速一定，气缸压力升高，氮氧 化物浓度明显增加；当压力一定，柴油机由怠速到中速，氮 氧化物浓度由高到低，到某一转速降到最低点；当转速继续升高，氮氧化物浓度又继续回升。P(XIQ)NO (ppm)n（nm）图1 F6L912W柴油机N

11、O排放特性CO是在空气量不足的情况下，混合气过浓，燃料不完全 燃烧的产物。图2是F6L912W柴油机CO排放特性曲线。从图2 看出，当压力一定，一氧化碳浓度随着转速升高而增加；转 速升高，气缶工充气系数下降，混合气相对变浓；当转速一定， 压力升高时，CO浓度先降低，达到某一值后，逐渐增加。P(X1O0)CO (ppm)800 10001200 1400 1600 180020002300n (rpm)图2 F6L912W柴油机CO排放特性5、尾气的有效净化5.1柴油机废气净化技术为了减轻柴油机的废气污染，采用低污染动力装置和促 进完全燃烧等各种措施。地下无轨设备大部分选用德国道依 茨公司W型低

12、污染风冷柴油机。随着电子技术发展，国外有 些厂家如底特律、卡特彼勒生产水冷柴油机，应用电控燃油 喷射系统，使柴油机废气成分更低。这种燃油系统能根据发 动机负荷、转速、温度以及排气管中废气的浓度等电子信号， 由电子计算机精确控制发动机燃油喷射的时间和数量，使燃 料充分混合，完全燃烧，产生的废气最少。温度控制系统根 据发动机排气温度来调节燃油喷射量，以便达到最佳的供油 量。这些都是根据发动机工况，精确控制混合气空燃比，达 到降低废气的目的。废气再循环是将一部分排放气体再引入 进气管，并进行二次燃烧，通过降低燃烧速度和燃烧温度的 方法，达到减少燃烧过程中氮氧化合物生成量的目的。采用 多气门结构，改进

13、喷油和燃烧系统，增加中冷和涡轮增压装 置，提高充气系数，可降低大负荷工况下的废气浓度。5.2废气净化装置柴油机尾气净化装置种类较多，废气净化效率各不相 同。目前普遍使用的废气净化装置有热反应器（图一）、催 化捕集氧化器（CTO）（图二）、水净化箱和催化反应器等。我们用于马鹿塘坑铲运机的废气净化装置是催化反应器-水 净化联合箱（图三）。水净化箱是将发动机排出的废气循环 经过水溶液，使排气中NO氧化成NO2溶于水中，减少NOx的排 放，同时降低HC，SO和碳烟含量。催化反应器是在催化剂的2作用下，使排放中的HC、CO、NOx通过化学反应，然后生成 无害的co2、史（）、N2净化效果好。图一图二n

14、ii iiLF-4.1型铲运彳和水洗箱组合在一 柴油如排气管中电城n.III配套的、曲2W型低污染柴油机枷化箱机装上净化箱在马鹿塘坑起。LF-4.1铲运试用，对废气净化装置净化效率进行了测试，测试结果见表 三。从表三中看出，铲运机上尾气净化装置净化效率在40%90之间，当排气温度升高一定限度时，对CO净化效 率达到90%。这种净化装置净化效果很理想，它具有新型高 效催化剂，通过水洗进一步提高净化效率。安装催化水洗净 化箱应尽可能靠近发动机排气管道的出口，保证排气净化箱的净化效果。LF-4.1型铲运机净化装置净化效果（表五）测试地点现场气压温度工况有害气体浓度CONOx净化前净化后净化率地面1.

15、04X 105Pa18oC怠速33516052. 5175空车48922454.2189铲取38517537.7175重车40729627.2150井下14-5# 矿体1.02X 105Pa210C怠速84038454.384空车40011272267.8铲取40020050340.8重车40012868406.9由于柴油机排出的废气对人体有危害，因此，有关部门 特制订了相应规程。原中国有色金属工业总公司颁布的规 程已规定了地下柴油铲运机原始烟尘排放浓度限值。当排 放浓度超过规定时，必须采取一定的净化措施。实践表明， 采取如下措施对降低废气污染有很好的作用。（1）改善进气条件为保证足够的燃空比

16、，在海拔1500m以上的柴油无轨车 辆作业区，在设备进气系统，安装高程补偿器或涡轮增压器, 可有效地改善进气条件。规程中就作了这样规定，并在 有色矿山地下无轨车辆上推行，这是控制原始废气排放的有 效措施之一。（2）选择优质燃油因为燃料优劣与碳烟生成的有直接关系，优质的烷烃燃 料比芳香烃燃料产生的碳烟低。选择优质燃油是降低原始废 气中有害物质浓度的必要手段。（3）采用低污染柴油机采用低污染柴油机，有利于燃料充分完全燃烧，从而降 低废气中有害成分的生成量。有效地降低了废气中有害成分 的浓度。从使用效果来看，不仅动力、经济性优良，而且废 气中的有害成分大大降低。采用分隔式燃烧室，实现二级燃烧，燃料燃

17、烧充分如： 道依兹FL413FW、F6L912W柴油机、废气中 叫、CO和烟度均 得到有效降低，属低污染型柴油机，适应于地下无轨车辆， 国内外地下无轨车辆大多采用了这种柴油机。采用合理的喷油方式，对于普通型柴油机，减少喷油提 前用，增加喷油速率，可减少NOx生成量。（4）保证铲运机的良好工况。若铲运机在正常工况下 运行，则有利于降低烟尘的排放浓度。因此。对于在用设备， 必须严格按柴油机的维护保养规程进行定期维护，发现问题 及时处理，以保证铲运机有良好的工况。实际上，柴油铲运 机废气中的有害成分是难免的，为了避免有害气体对井下工人的危害，对所产生的有害废气必须进行净化处理。使用催 化-水洗联合法

18、其净化效果见附表。附表各种净化方法的效果比较（表五）净化方法实例净化效果催化法LF-4.1型铲运机CO醛、碳氢化合物净化较好，对NOx 不起净化作用水洗法LF-4.1型铲运机对NO 2净化效果好，对CO不能净化， 运行中要补充水。催化-水洗联合法LF-4.1型铲运机对CO甲醛、N02等净化效果完全。废气循环法伴随着NOx降低，CO浓度上升，具 有局限性。废气再燃循环法净化CO效果良好，加水使NO浓度下 降明显，但技术不成熟。5.3经济效益分析LF-4.1型铲运机采用催化-水洗联合法净化系统，系统 所需的设备费用为35000元/台。装机后有效地控制了井下作 业环境的恶化，避免有害气体对井下职工的危