矿用防爆柴油机EGR冷却系统设计与排放性能研究

"防爆柴油机废气再循环冷却系统的研究旨在解决煤矿井下防爆柴油机的排放污染问题，遵循MT 990—2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》中关于防爆柴油机表面温度不超过150℃的规定。通过分析防爆文丘里管的工作原理，选择合适的防爆电动水泵，并计算冷却系统的散热量，设计了一套满足要求的EGR（废气再循环）冷却系统。进行了台架试验，探讨了EGR冷却系统温度对尾气中NOx、HC、CO和烟度等成分的影响。试验结果显示，EGR温度降低会减少NOx排放，增加CO排放，同时提升HC排放，但降低烟度。在不同的EGR温度和负荷下，各种排放物的变化趋势有所不同。确定了防爆柴油机在最优尾气排放性能下的EGR最佳冷却温度范围为70～100℃。" 防爆柴油机废气再循环（EGR）冷却系统是解决柴油机排放污染的关键技术之一，特别是在煤矿井下这种对环境安全要求极高的环境中。EGR系统通过将部分废气重新引入燃烧室，以降低燃烧温度，从而减少有害氮氧化物（NOx）的生成。MT 990—2006标准规定了防爆柴油机的运行限制，其中防爆柴油机的表面温度不能超过150℃，以确保矿井内的安全。 在设计EGR冷却系统时，防爆文丘里管的作用不可忽视。文丘里管利用流体动力学原理，通过改变管道截面积引导废气流动，实现气体的减速和增压，有助于提高EGR效率。防爆电动水泵的选择则需考虑其流量、扬程以及在矿井环境下工作的可靠性，以保证冷却系统的有效运行。 台架试验的结果揭示了EGR温度对尾气排放的影响。随着EGR冷却系统温度的降低，NOx排放量减少，这是因为较低的燃烧温度能抑制NOx的生成。然而，这也会导致CO排放量增加，因为燃烧不完全的可能性增大。HC排放量也有所上升，可能是由于部分燃料未充分燃烧。同时，烟度下降，意味着颗粒物排放减少，这对改善空气质量至关重要。 在不同负荷下，EGR温度对排放物的影响有所不同。负荷降低时，NOx、CO、HC和烟度的排放都呈现下降趋势，表明降低负荷有利于排放性能的优化。试验数据还显示，EGR温度的微小变化可以显著影响排放物的浓度，尤其是对NOx的减排效果最为明显，降幅在3.3%到7.4%之间。而CO的排放可能翻倍，HC的排放增加幅度在2.7%至20%之间，烟度的降低范围在0至20%。 综合考虑所有因素，防爆柴油机在70～100℃的EGR冷却温度范围内工作，可以达到最佳的尾气排放性能。这一发现对于优化矿用防爆柴油机的设计和操作，减少环境污染，提高矿井安全具有重要意义。此外，这些研究成果也为其他类似工况下的柴油机排放控制提供了参考。