机车柴油机排放控制技术研究

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1、机车柴油机排放控制技术研究　　摘要：加强机车柴油机排放控制的研究工作对于环境保护具有重要的现实意义。本文介绍了机车柴油机排放的有害污染物的组成，较全面的论述了降低有害物排放的措施，并对我国机车柴油机排放研究提出建议。　　关键词：机车柴油机；排放；控制技术；环保　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.047　　近年来，全球环境状况日益恶化，现代工业要进一步发展必须走可持续发展之路，即注重环境保护，减少环境污染。内燃机车的发展也不例外，评价现代机车柴油机的一个重要指标就是排放物的排放水平。在我国铁路运输系统中，内燃牵引发挥着重要的作用。至2015年底，我国铁

2、路全路配属机车约19763台，其中内燃机车约8150台，占41.2%。目前，内燃机车柴油机的研究应考虑其对环境的影响，如何实现内燃机车技术的节能环保是铁路现代化发展的一个主要方向。　　1机车柴油机排放物的组成　　机车柴油机排放的有害污染物主要成分包括：氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）、碳氢（HC）化合物和颗粒物质（PM）。其中，氮氧化物和颗粒物排放量较多，一氧化碳和碳氢化合物的排放量较少。　　2机车柴油机排放控制技术发展趋势　　2.1以优化燃烧为目的的机内净化措施　　（1）延迟喷油定时：这种方法可促使参与预混合燃烧的燃油量的减少，确保初始放热率降低，使燃烧室内的最高燃烧温度降低，最终使NO

3、x的生成受到抑制。一般情况下，如果氮氧化物的排放减少，可能会增加颗粒物和燃油消耗率。因此，如果要采取相应的措施降低氮氧化物的排放时，应综合考虑颗粒物和燃油消耗率的水平是否控制在合理范围内，以上因素应综合考虑，不应只顾一个方面，应统筹考虑，两者兼顾。　　（2）米勒循环（Miller循环）：一般情况下，柴油机运转进入燃烧?^程中进气门才关闭。而米勒循环是将关闭的时间点提前到下止点前。以上改变方式的应用，会造成气缸内工质发生一定程度的膨胀，降低压缩压力和燃烧温度，进而可使NOx排放量减少。　　（3）废气再循环技术（EGR）：这种技术主要是借助EGR阀按一定比例将增压器涡轮前的部分废气引到进气系统，基

4、于以上条件下，废气和增压空气充分混合，可起到稀释空气的作用，从而使NOX的生成有效减低。有关试验结果显示，15%的废气再循环可使进气中的氧浓度从21%降到18%。当柴油机在75%负荷下运转时，NOX排放量减少70%；在最大持续功率工况下，NOX排放减少60%。　　（4）高效增压+中冷技术：采用高效增压器配套的柴油机，可使工作循环温度降低，从而起到降低NOX排放的作用，通过以上技术也有利于高柴油机功率和效率的进一步提升。与高效增压相配合，可发挥对中冷水温降低的作用，即使参与燃烧的空气温度降低，使NOX生成受到抑制。　　（5）电子控制燃油喷射技术：这种技术是目前机车柴油机节能减排较常采用的技术。目

5、前，共轨式燃油电子喷射系统是较为先进的系统，其主要优势在于可实现高压喷射；喷油压力独立于柴油机工作转速，从而使柴油机低速、低负荷性能得以改善；喷油定时可实现灵活控制：可提前对部分负荷供油，以起到加速燃烧的作用；可延迟大负荷供油，使氮氧化物的排放得以减少。　　2.2以排气后处理为目的的机外净化措施　　（1）选择性催化还原（SCR）：目前这种技术欧洲应用较为广泛。该系统的工作原理是以氨气作为还原剂，借助催化剂的作用，使柴油机排气中有害的NOX向氮气及水转化，氮气和水对环境几乎没有影响，从而可以起到减少环境污染、保护环境的作用。该方法中氨气的获取主要采用向排气管中喷射尿素水溶液的方法。但这种措施的实

6、现，要求具备存储和供给尿素的地面基础设施和避免冬季水基尿素溶液冻结的专业设备，这对铁路机车是一个比较大的考验，因此实施起来有一定的难度。　　（2）颗粒过滤器（DPF）：目前，国内外常用的颗粒过滤器的过滤材料主要有泡沫陶瓷、壁流式蜂窝陶瓷、编织陶瓷纤维和多孔金属等。其中壁流式蜂窝陶瓷是目前综合性能较好的过滤体，过滤效率可达90%以上。颗粒过滤器至今仍未研究出简单可靠的再生技术。　　（3）氧化催化剂（DOC）：其主要用于对排气中的HC、CO及颗粒物的可溶性有机物（SOF）进行处理，在250℃以上的排气环境中，具有良好的净化作用。对于液态HC，由于其燃烧温度较低，使用氧化催化剂可使其减少90%以上。

7、　　2.3排放技术的应用　　目前，国内外主要应用两条排放控制技术路线，即“优化燃烧+选择性催化还原”技术路线和“废气再循环+颗粒过滤器/氧化催化剂”技术路线，在后一技术路线中，“废气再循环+颗粒过滤器”技术路线应用更为广泛。　　3对我国机车柴油机排放控制工作方向的建议　　总之，加强对我国机车柴油机排放控制的研究工作具有重要的现实意义。在很长一个时期内，我国内燃机车柴油机排放控制的研究工作应注重以下