矿用防爆柴油机四元组合式尾气后处理系统设计及性能试验
张磊1
唐彬展1
鲍久圣1
胡志伟2
彭振1
胡德平3
阴妍1
袁晓明4
1.中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州 2211162.山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿,山西吕梁 0336023.徐州徐工重型车辆有限公司,江苏徐州 2211124.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原 030006
摘要：防爆柴油机是矿井辅助运输车辆使用最为广泛的动力源之一,受防爆改造以及井下恶劣环境的影响,导致其尾气污染问题严重,有悖于绿色矿山发展战略.煤矿井下自 2020年 12月开始实施非道路国Ⅲ排放标准,但现阶段矿用防爆柴油机尾气净化多采用机内前处理技术,无法满足非道路国Ⅳ及更高标准的排放要求.针对防爆柴油机尾气污染严重及净化技术滞后的问题,设计了一种新型四元组合式尾气后处理系统,并通过仿真和台架试验开展了关键部件结构参数优化及尾气污染物净化性能研究.首先,按照煤矿井下防爆要求,超前面向非道路国Ⅳ尾气排放标准,设计了一种由氧化催化剂(DOC)、颗粒捕集器(DPF)、选择性催化还原器(SCR)和防爆温控装置(EPTC)组成的防爆柴油机四元组合式尾气后处理系统;采用STAR-CCM+仿真软件对防爆温控装置结构进行传热分析,结果表明:管壁面温度均小于 150℃,可满足煤矿安全规程防爆要求.其次,以某型 60 kW防爆柴油机为研究对象,基于GT-Power软件分别搭建了DOC、SCR和DPF后处理部件的仿真模型,并对其关键结构参数及净化性能开展正交试验进行优化,确定了尾气后处理系统关键部件的最优结构参数,得到如下规律:污染物的净化效率随DOC和SCR的载体直径、载体长度和通道密度的增大而提高;载体长度和载体直径对DPF捕集效率与DOC和SCR规律一致,而DPF因其特殊的壁流式载体结构,随着通道密度增加,PM颗粒物的捕集效率可始终维持在 96%附近.在此基础上,建立了防爆柴油机和后处理系统的耦合模型,开展了防爆柴油机尾气排放污染物净化效率、动力性与经济性仿真试验.最后,研制了四元组合式尾气后处理系统样机并开展台架试验,将试验数据与仿真数据对比分析,结果表明:尾气后处理系统对CO、NO、HC与颗粒物的净化效率分别大于 95%、90%、83%以及 95%,可满足非道路国Ⅳ排放要求;加装尾气后处理系统的防爆柴油机整体输出扭矩平均下降 4.83%,整体燃油消耗率平均增加 1.19%,对防爆柴油机的动力性与经济性的实际影响较小.
关键词：防爆柴油机尾气后处理"四元"组合式参数优化非道路国Ⅳ
分类号：TD52(矿山运输与设备)
资助基金：徐州市重点研发计划资助项目(KC22419)江苏省研究生科研与实践创新计划资助项目(KYCX23_2511)中国矿业大学未来科学家计划资助项目(2023WLKXJ092)
论文发表日期：2024-05-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 2547-2560 )
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