柴油机排放的环境保护

赖可坚邹颂宇田少民

工程机械对环境的影响主要有三：一是柴油机的废气排放物对大气的污染；二是噪声对人居环境的污染；三是废油、废水对土壤或地表水的污染。其中，尤以废气排放对人类健康的危害最大。

1、废气中的污染物及其危害

柴油机排放的废气中包含有气态、液态及固态的污染物。气态污染物中含有CO2、CO、H2、NOx、SO2、HC、氧化物，有机氮化物及含硫混合物等；液态污染物中含有H2SO4、HC、氧化物等；固态污染物有碳、金属、无机氧化物、硫酸盐，以及多环芳烃(PAH)和醛等碳氢化合物。

上述污染物中，最主要的是CO、HC、NOx以及固体微粒(PM)。CO是柴油不完全燃烧产生的无色无味气体；HC也是柴油不完全燃烧和气缸壁淬冷的产物；NOx是NO2与NO的总称，它们都是在燃烧时空气过量、温度过高而生成的氮气燃烧产物，NO在空气中即被氧化成NO2，NO2呈红褐色并有强烈气味；PM是所排气体中可见污染物，它是由柴油燃烧中裂解的碳(干烟灰)、未燃碳氢化合物、机油与柴油在燃烧时生成的硫酸盐等组成的微粒，也就是我们常见的由排气管冒出的黑烟。相对汽油机而言，柴油机的CO和HC排放量较少，主要排放的污染物是NOx和PM。

CO通过呼吸道进入人体后，会同血红蛋白结合，破坏血液中的氧交换机制，使人缺氧而损害中枢神经，引起头痛、呕吐、昏迷和痴呆等后果，严重时会造成CO中毒。

HC中含有许多致癌物质，长期接触会诱发肺癌、胃癌和皮肤癌。

NO2刺激人眼黏膜，引起结膜炎、角膜炎，吸入肺脏还会引起肺炎和肺水肿。

HC和NOx在阳光强烈时的紫外线照射下，会产生光化学烟雾，使人呼吸困难、植物枯黄落叶、加速橡胶制品与建筑物的老化。

PM被吸入人体后会引起气喘、支气管炎及肺气肿等慢性病；在碳烟微粒上吸附的PAH等有机物，更是极有害的致癌物。

2、柴油机的排放标准

为了控制废弃污染，许多国家都制订了相应的环保法规和排放污染物防治的技术政策，以及控制排放污染物限制的技术监督标准。欧盟柴油机稳态试验(试验程序ESC)时的排放标准如附表所示。

我国已于2000年实施了“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法(GB17691-1999)”、“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆可见污染物限制及测试方法(GB3847-1999)”等排放标准。这些强制性的国家标准等效采用了联合国欧洲经济委员会(ECE)有关汽车排放控制的全部技术内容，这意味着我国对新车的排放要求已达到欧洲90年代初期水平，比旧有的国家标准更加严格了。g/(kw·h)标准开始实施年份污染物排放标准COHCNOxPM欧⒈

欧Ⅱ

欧Ⅲ

欧Ⅳ1992

1998

2000

20054.5

4.0

2.1

1.51.10

1.10

0.66

0.468.0

7.0

5.0

3.50.36

0.15

0.10

0.02在执行新标准中，主要问题是可见污染物排放的测试根据GB3897-1999要求采用取样式不透光度仪，测定连续通过气样管的一部分排气的不透光度，测量单位为m-1(光吸收系数)。这种全负荷烟度排放值的测量仪器，是一种部分流不透光的烟度计(如AVL415型、AVL438型及AVL439型)，目前还是依赖于进口；因此，国内仍在沿用旧标准“汽车油机全负荷烟度(GB14761.1993)”、“汽车柴油机全负荷烟度测量法(HB3847-1993)”、“柴油车自如加速排放标准(GB14761.6-1993)”及“柴油车自如加速烟度的测量滤纸烟度法(GB/T3846-1993)”，利用滤纸测定烟度Rb，单位为FSN(滤纸烟度指数)。

3、机内净化技术

车用柴油及改善混合气质量和燃烧状况的措施有：采用可变进气流量装置；优化喷油器设计；采用可变喷油正时系统；采用HEUI、EUI、LDCR等先进的电喷技术；优化燃烧室设计，强化紊流，减小缝隙容积等。

康明斯公司在ISR、ISC、ISM系列发动机中，采用垂直中央喷射和更高的喷射压力，使排放污染物减少了1/5。

盖瑞特公司在涡轮增压器上采用液压变喷嘴涡轮技术，使发动机在怠速至全速的工作范围内都降低了NOx的排放。

废气再循环技术可有效地控制NOx的排放；但是，要想不增加HC的排放，还得采用电控废气再循环技术，利用调整装置来优化不同负荷时的废气再循环。

在工程机械柴油机上采用电子喷射系统是重大的技术进步。新三菱·卡特彼勒公司的HEUI共轨液压式喷油系统，由高压油泵、共轨油道、调压阀、控制单元(电磁阀)、电控液压喷嘴等组成。在液压共轨中保持4~23MPa油压，通过喷油器的增压活塞使燃油压力增至30~140MPa；喷油计量由喷由时段与喷油压力决定，而喷油时段则取决于电磁阀通电时间的长短；电磁阀按负荷情况与转速的变化自动地调节喷油正时。EUI高压共轨电子喷油系统则能够进行预喷射与后喷射，还可实现△型喷油规律的多段喷射。LICR电液控制喷油系统则可根据发动机工况，更好地实现预喷压力的调节。电喷技术由于可根据负荷与转速的变化自动地按柴油喷射曲线喷油，使柴油更好的雾化、充分燃烧，净化了废气，也减少了可见污染物(黑烟)的排放。

4、机外后处理技术

采用后处理技术，是对现有车型进行技改、控制排放的最有效措施；对于新车，采用机外后处理措施也比采用机内净化措施容易得多。机外后处理装置主要是催化净化器的微粒捕集器。

国内最常用的催化器是三元催化转化器，它是由金属壳体、隔温衬垫和催化剂组成的筒型构件。隔温衬垫使用堇青石陶瓷压制成，横截面上每cm2有32~64个小孔；在这种蜂窝状陶瓷载体表面，附着有作为催化剂的铂、铹、钯等贵金属和作为助催化剂的稀土添加剂。贵金属稀土联用催化剂是目前最有效的催化剂。柴油机废气的气相反应通常在很慢的速度下进行，一旦有了催化剂，CO、HC、NOx在催化剂作用下被迅速氧化还原成CO2、H2O、N2。

三元催化转化器中的堇青石陶瓷蜂窝也是一个滤烟地微粒捕集器，当碳烟通过比它小得多的蜂窝微孔时，就被通道管壁截获。蜂窝陶瓷的网眼堵塞后形成的烟灰层，在500C以上的温度下会被废气点燃而是滤烟器不致失活。

催化转化器可以加装在发动机排气管末端，也有将它与消声器做成一体的。对于在隧道内施工的机械，还可采用二级净化系统，即在催化转化器后再安装一个烟尘水洗箱；水洗箱中加油涤烟剂，烟气穿过水溶液时会进一步溶解废气中的有害气体并使碳烟微粒沉淀。

5、合理使用维护

超负荷使用、保养维护不当或检修调整不良等使用中的问题，都会使柴油机的性能恶化，导致污染物排放量增加。在使用与维护中，有必要采取严格的管理规范和技术措施。

要选用规定质量等级的黏度地机油。要选用十六烷值适中的柴油，一般夏季用0#、+10#柴油，冬季用-10#、-20#柴油，严寒地区用-35#柴油；并尽可能的选用低硫柴油。在柴油中按3/10000~5/10000的比例掺入XS30.30高效柴油添加剂，可有效地控制碳烟的排放。

定期维护保养至关重要。同时，有必要将排黑烟与排蓝烟视为故障现象，应及时检修，随时保持柴油机有良好的技术状况。引起排黑烟故障的原因有：空气滤芯堵塞或进气管漏气，造成进气量不足；消声器被过多的黑烟堵塞或排气管变形使排气背压过高；涡轮增压器、燃油喷射泵或喷油器工作不良；喷油正时过迟，后燃过多；气门间隙不良；气门与气门座圈接触不良或气门弹簧失效；活塞、活塞环、缸套磨损超限等。引起排蓝烟故障的原因有：油底壳加机油过量；曲轴箱废气通气孔堵塞；活塞环与油环失效；活塞、活塞环、缸套磨损超限；气门与导管间隙过大；涡轮增压器漏油等。

综上所述，与汽油机的排放控制相比，柴油机排放的污染危害性更大，而且排放控制的难度更大。目前的有效对策是，严格遵守国家规定的排放标准，采取机内净化技术、机外后处理技术，以及使用维护中地措施，以期控制排放、保护环境。

隧道施工降降尘净毒毒综合治治理工法法

YJJGF009—994

作作者:雷雷升祥康秀红红(铁道道部第十十八工程程局)

摘要::隧道道钻爆开开挖,出出碴,喷喷锚作业业,产生生大量的的粉尘及及有害气气体,尤尤

其是采采用无轨轨运输作作业时,,内燃机机械排出出的大量量废气,,对洞内内造成长长时间,,沿程

污污染,这这些尘毒毒对人体体伤害很很大.因因而,搞搞好通风风降尘净净毒工作作,意义义十分重重大.

它它直接关关系到洞洞内作业业人员的的身心健健康,关关系着工工程进度度的快慢慢,关系系着施工工的

经济济效益和和社会效效益.在多座座隧道施施工中,,开展了了降尘净净毒综合合治理的的研究,,

特别是是在内径径9.00m的四四川太平平驿引水水隧洞施施工中,,进行了了管遭通通风,高高压引射射,

水幕幕降尘,,机械净净化几方方面实践践,收到到了显著著成效..经铁道道部劳动动卫生研研究所检检

测,各各项指标标符合国国家卫生生标准..该技术术获19993年年中国铁铁道建筑筑总公司司科技进进

步二等等奖.本本工法是是根据综综合治理理的工程程实践编编写而成成的.

一,基基本原理理

(一一)管遭遭通风原原理

管管道通风风按局部部通风稀稀释理论论考虑,,即通风风换气区区是掌子子面以后后2000m范围围

的有限限空间ww,这个个空间为为一个理理想模型型,如图图9-11所示..

它需需要满足足下列条条件:

(1))有限空空间w不不变,它它是一个个理想模模型.

(2))空间内内空气密密度均匀匀,任何何时间有有害气体体浓度在在空间都都均匀分分布.

第22页

@筑筑龙网m隧道道施工降降尘净毒毒综合治治理工法法资料料编号::YJGGF099—944@

((3)同同一时间间内流入入和流出出的空气气量相等等.

通通过空气气交换,,使有限限空间ww内的废废气浓度度得到稀稀释,降降到国家家卫生指指标限

走走的范围围内.

(二))高压射射流原理理

高压压流体由由喷嘴高高速喷出出,在射射流周围围造成负负压,把把空气吸吸人.高高速的流流体

与空空气在混混合管内内混合,,发生动动量交换换,被吸吸人的空空气从而而获得能能量,沿沿风筒流流

动.参参见图99-2..

(三三)水幕幕降尘原原理

洞洞内采用用水幕降降尘,就就是把水水雾化成成微细水水滴喷射射到空气气中,使使之与尘尘粒碰

撞撞接触,,则,尘尘粒附于于水滴上上或者被被湿润的的尘粒互互相凝聚聚成大颗颗粒,从从而加快快其

沉降降速度,,参见原原理图99-3..当直径径为口的的水滴以以一走的的速度进进入含尘尘空气,,并

占据据一定的的空间,,含尘风风流通过过水雾滴滴时,风风流围绕绕水滴而而流动..但是尘尘粒比重重

较大,,因惯性性作用而而保持其其运动方方向,因因而与水水滴碰撞撞并粘附附于水滴滴之上,,从而

达达到降尘尘目的..

(四四)机械械净化原原理

机机械净化化包括机机内净化化和机外外净化两两种.机机内净化化是使内内燃机械械产生的的废气

量量中有害害气体浓浓度降低低,主要要是整修修喷油嘴嘴,调整整喷油效效果,同同时掺加加XS330-330.

高高效柴油油添加剂剂,提高高燃油十十六烷值值,使柴柴油燃烧烧雾化效效果更好好,更充充分,生生成

有害害气体减减少.机机外净化化采用催催化氧化化法和水水洗法二二级净化化系统..催化作作用是促促

进以下下氧化反反应:

水洗法法是通过过涤烟剂剂,清除除碳烟及及颗粒物物,参见见原理图图9-44.

第第3页

@@筑龙龙网wwww..sinnoaeec.ccom隧道施施工降尘尘净毒综综合治理理工法资料编编号:YYJGFF09——94@

二,,工法特特点

((1)采采用综合合治理技技术效果果好.管管遭通风风1..km以内百百米漏风风率低于于1..0

%,,2.00km以以内百米米漏风率率低于11.5%%;各工工序,各各作业时时间洞内内C0,,NOxx,粉

尘尘浓度均均符合国国家卫生生标准要要求;高高压射流流使元轨轨运输隧隧道沿程程污染得得到极大大的

改善善,加速速了洞内内废气排排放速度度;采用用水幕降降尘,除除尘效率率达775%以以上,炮炮后

200minn掌子面面清晰,,确保炮炮后300minn进洞施施工;机机械净化化效果显显著,减减少了洞洞内

污染染.

((2)工工艺简单单,操作作方便,,适用范范围宽,,容易推推广.

(3))造价低低,实用用性强..如制造造水幕降降尘器,,高压引引射器,,掺XSS30--30高高

效柴油油添加剂剂等项目目,投入入少,收收效大,,适用于于施工现现场.

三,适适用范围围

独头头隧道掘掘进≤22km,,采用无无轨运输输施工;;也适应应其它地地下工程程.

四四,施作作工艺与与要点

(一))工艺艺流程

(参见见图9--5)

(二))工艺艺设计

1.通风设设计

第第4页

@@筑龙龙网wwww..sinnoaeec.ccom隧道施施工降尘尘净毒综综合治理理工法资料编编号:YYJGFF09——94@

包括括风量计计算,设设备选型型与匹配配,通风风布局等等.

((1)风量计计算:按按稀释系系数μ==3m33/miin.KKW,百百米漏风风率η==2%,,最小风风速

Vmmin==0.115m//s,从从稀释炮炮烟冲淡淡内然机机废气,,工作面面人员新新鲜风,,洞内最最小风速速

四方面面计算,,计算公公司参见见表9--1

设设计风量量取上表表计算结结果的最最大值,,根据漏漏风系数数确定风风机风量量,一般般主机

风风量取设设计风量量的1..1倍..

(22)风风压计算算;管网网阻力包包括全部部风道的的磨擦阻阻力的局局部阻力力,局部部阻力

主主要包括括风道转转弯,接接头,变变径等处处阻力..

风压压计算公公式:

P摩==Pv··K·LL/D

P局==n·cc·g··v2

P==∑(PP摩+PP局)

(3))高压射射流设计计

引射射器引射射效果衡衡量指标标采用引引射系数数(R))来表示示:

RR=(QQ--qq)/qq

式中中R———引射射系数,,无因次次;

QQ——引引射器风风量,mm3/mmin;;

q———高压压流体消消耗量,,m3//minn.

高高压流体体采用高高压风和和高压水水,引射射器为风风水混合合型引射射器,其其中,高高压水

的的压力00.6MMpa..引射器器结构参参见图99-6..

3..降尘设设计

水水幕降法法主要解解决1——3μmm的尘粒粒.水幕幕降法器器设计为为风水混混合型,,技术参参数见表表9-22.

第第5页

@@筑龙龙网wwww..sinnoaeec.ccom隧道施施工降尘尘净毒综综合治理理工法资料编编号:YYJGFF09——94@

1——进高高压水管管;2——水量表表;3——喷嘴;;4—气气压表;;5—混混合管;;6—进进高压气气管

水水幕降尘尘器结构构参见图图9-77

4..净化系系统设计计

采用用二级净净化系统统,其结结构示意意图参见见图9--8

((三)施施作要点点

1..管道道通风系系统

((1)刚性通通风管现现场制造造工艺

隧道施施工中,,大孔径径刚性通通风管的的传统做做法是::厂制焊焊接成型型,长途途运送至至

第66页

@筑筑龙网m隧道道施工降降尘净毒毒综合治治理工法法资料料编号::YJGGF099—944@

工工地.它它存在两两个主要要缺点,,一是运运输困难难,二是是回收率率低.为为此,结结合实际际,

在进进行风管管设计的的基础上上,研制制了几套套模具,,现场冷冷弯法卷卷制钢风风管,

风管参参数:单单节长119566mm,,公称直直径D==12000mmm,壁厚厚δ=00.88mm;;风管采采

用法兰兰连接,,管材为为镀锌铁铁皮.风风管加工工:铁皮皮采用扣扣边咬接接成风筒筒,角钢钢冷弯

成成法兰,,通过胎胎具将风风筒,法法兰制成成风管..

(22)风机机风管安安装

①①主机安安装在洞洞外,离离洞口距距离大于于20mm,上部部设防雨雨篷.

②风管安安装采用用两种型型式,一一种方式式是吊在在拱顶,,每间隔隔4.00m设一一根Φ222

悬吊吊锚杆;;另一种种方式是是支立在在边墙一一侧.两两种型式式视施工工条件任任选.

③风管转转弯时应应没过渡渡段,转转弯角度度大于1110°°.

④④风管悬悬吊,支支立时,,做到平平,直,,稳,紧紧,在水水平面上上无起伏伏,垂直直面上

无无弯曲..

⑤两节风风管之间间采用法法兰连接接,中间间采用44mm厚厚直条橡橡胶带沿沿风管法法兰环向向

拉压扣扣紧.

⑥风管悬悬吊时,,要求砂砂浆锚杆杆单根抗抗拉力大大于155kN..

(33)管理理要求

①通风机机使用前前应换注注黄抽,,以后每每半月加加注一次次.

②②风机应应减少停停机次数数,采取取定期停停机保养养,一般般一周检检修一次次.

③③设风管管专门维维修工班班,发现现破损,,开裂,,泄漏,,螺栓松松动等情情况时,,对症

处处理.

④悬吊风风管时,,应先清清理危石石,注意意施工安安全.

2.射射流器安安装与操操作

高高压射流流器一律律安装在在拱顶,,一般5500mm设一个个,特殊殊位置((如支洞洞喇叭口口

处)应应增设..安装时时,应检检查悬吊吊锚杆的的抗拨力力,其值值不应小小于550kNN.出碴碴作

业时时,打开开引射器器.

33.水幕幕降尘器器安装与与操作

在离隧隧道掌子子面1000m范范围内设设置2～～3道水水幕,分分别离掌掌子面330m,,50mm,

800m.水水幕器安安在隧道道起拱线线外,每每遭水幕幕两侧边边墙分别别安一个个水幕器器.炮前前

10mmin打打开各道道开关,,炮后半半小时关关闭.

第77页

@筑筑龙网m隧道道施工降降尘净毒毒综合治治理工法法资料料编号::YJGGF099—944@

44.净化化系统安安装使用用

将净净化箱连连接到内内燃机车车辆尾气气排气管管上,走走期更换换水洗箱箱里的水水及涤烟烟

剂,催催化剂..

XSS30--30高高效柴油油添加剂剂按万分分之三～～五的比比例加入入到柴油油中,供供洞肉运运输

车辆辆使用..

五,,质量控控制标准准与检测测方法

(一))洞内卫卫生学指指标

((1)隧隧道内含含有100%以上上游离SSiO22粉尘的的最高允允许浓度度为2mmg/mm3;

(2))CO最最高容许许浓度为为30mmg/mm3;

(3))氮氧化化物(换换算式NNO2))最高容容许浓度度为5mmg/mm3;

(4))CO22含量,,按体积积计不得得大于00.5%%;

((5)洞洞内O22含量,,按体积积计不小小于200%;

(6))洞内气气温不得得超过228℃.

(77)洞内内噪音不不大于990dBB;

((8)开开挖断面面风速不不小于00.155m/ss,不应应大于66m/ss.

((二)测测试仪器器与方法法

1..卫生学学测试

主要仪仪器仪表表有:武武安844一1型型,FCC一2型型粉尘采采样器,,电子分分析天平平,

秒表表,Φ440mmm过氯乙乙烯纤维维滤膜,,北京北北苑检测测分析仪仪器厂生生产的CCO,NNOx采采样

器,,采样管管等.

测试方方法:按按照GBB57448-885《作作业场所所空气中中粉尘浓浓度测定定方法》及及常规毒毒

害气体体测定方方法执行行.

22.通风风系统测测试

主主要仪器器仪表有有:标准准毕托管管,8000mmmU型压压力计,,DJJM-99型补偿偿式微压压计,

DDEM33型空盒盒气压表表,DEEM6型型杯状风风速表,,干湿温温度计等等.

测测试方法法:按常常规方法法测定..对被测测管道截截面分三三环进行行测定,,其计算算结果

取取算术平平均值,,并进行行标化..标化大大气压为为7600mm水水柱,温温度200℃.

3..进洞车车辆烟气气排放测测走

主主要仪器器有:FFBY--2型全全自动烟烟度计,,MEXXA-3324MM型汽车车排气分分析仪..

第8页页

@筑龙网网wwww.ssinooaecc.coom隧隧道施工工降尘净净毒综合合治理工工法资资料编号号:YJJGF009—994@@

测定方方法:按按GB338466-833和GBB64556-886执行行.

六六,机具具设备

针对不不同隧道道,不同同的工作作面数配配备相应应的通风风机具设设备.以以太平驿驿引水洞洞

为例,,主要机机具设备备可参见见表9--3.

七,劳劳动组织织

(一一)总体体安排

现场成成立一个个通风管管理组,,包括施施工技术术,环卫卫,安全全部门..通风管管理组的的

职责::负责通通风降尘尘净毒系系统的设设计并组组织实施施,负责责尘毒的的监测,,系统调调整,

安安全生产产等项工工作.

(二))具体安安排

参参见表99-4

八,经经济社会会效益分分析

采采用通风风降尘净净毒综合合治理其其社会,,经济效效益均十十分显著著,以太太平驿引引水隧

洞洞为例..

(一一)现场场自制风风管效益益巨大

现场自自制风管管,改变变了大直直径刚性性风管厂厂制的历历史,避避免了长长途运输输不便..

现场自自制的拼拼装式风风管具有有可拆装装,多次次倒用的的特点..同厂制制δ=22mm厚黑铁铁皮

风管管相比,,以110000m风风管计算算,可节节约材料料费110.4万万元,节节约加工工费110.664

万元元,节约约运费00.266万元,,合计节节约211.644万元,,(按119922年同期期价格计计).

自自制白铁铁皮风管管同软风风管相比比,每mm价格约约高出224元,,但刚性性风管比比软风管管回

第9页页

@筑龙网网wwww.ssinooaecc.coom隧隧道施工工降尘净净毒综合合治理工工法资资料编号号:YJJGF009—994@@

收率大大,残余余价值高高.不仅仅如此,,关键是是采用刚刚性风管管更加有有利于管管道通风风.

((二)降降尘净毒毒综合治治理社会会效益显显著

((1)降降低了粉粉尘浓度度和毒害害气体浓浓度,减减少了对对职工身身心健康康的伤害害,对

预预防职业业矽肺病病具有十十分重要要的意义义.

((2)净净化了洞洞内空气