水冷式中央空调

2024-05-17

水冷式中央空调（精选六篇）

水冷式中央空调篇1

1 控制系统的选型

群控系统选用集散控制系统又称分布式控制系统 (DCS—Distributed Control System) , 采用集中管理, 分散控制。在中央操作站设置上位机完成集中操作、显示与优化控制功能, 对系统集中管理, 实时监控设备运行状态, 显示故障报警, 实时提醒值班人员处理。在冷冻站现场设置DDC (直接数字控制器) 或PLC (可编程控制器) 及各类传感器、执行机构来实现被控制设备的实时监测与控制。远用离散系统克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性, 避免了因常规仪表分散控制而造成的人机联系困难, 便于统一管理。

2 水冷式冷水机组群控系统的监控

(1) 冷却水系统的监控

冷却水系统的作用是通过冷却塔和冷却水泵及管道系统向冷水机组冷凝器做热交换。监控的目的主要是保证冷却塔风机和冷却水泵安全运行;确保制冷机冷凝器侧有足够的冷却水通过;根据室外气候情况及冷负荷调整冷却水运行工况, 使冷却水温度保持在要求的范围内。

(2) 冷冻水系统的监控

冷冻水系统由冷冻水循环泵通过管道系统连接冷冻机蒸发器及用户的各种冷水设备 (如空调机和风机盘管) 而组成。对其进行监控的目的主要是要保证冷冻机蒸发器通过足够的水量以使蒸发器正常工作;向冷冻水末端设备提供足够的水量以满足使用要求;在满足使用要求的前提下尽可能地减少水泵耗电, 实现节能运行。

(3) 冷水机组运行状态监视

冷水机组通过通讯卡与上位机电脑连接, 通过协议转换, 上位机实现对冷水机组运行相关数据的监视及报警。上位机能够实现对冷水机组相关的数据的累计存储, 生成表格或图表形式, 便于分析设备状况;能够实现异常实时报警功能, 及时提醒值班人员检查处理。

3 水冷式冷水机组群控的控制策略

(1) 冷水机组运行台数的选择控制

通过测量冷冻水供回水温度及回水总流量计算总制冷负荷:

计算公式为Q=温差 (℃) X流量 (m3/h) X1000/3024=总制冷负荷 (冷吨)

与所有冷水机组的额定总制冷量进行比较, 选择需要开启的冷水机组型号。制冷负荷比率a=Q/Q1:

式中a为制冷负荷比率, Q为实时总冷负荷, Q1为额定总制冷量;

冷水机组控制流程, 根据制冷负荷比率与冷水机组自身运行能效曲线, 综合考虑水泵水塔的运行功率, 设定优化群控制策略来加减载冷水机组的台数, 让冷水机组处在最优的工况下运行。

(2) 冷却水塔控制流程

测量室外空气温度、相对湿度, 计算出室外空气的湿球温度T1, 在此基础上计算出冷却水需要供水温度T2∶T2=T1+4;如果T2≤22℃, 取T2=22℃;如果T2>30℃, 取T2=30℃;根据实测供水温度与所需供水温度比较, 通过PID运算控制水塔电机变频运转, 保证冷却水供水温度趋与要求值。当冷却水供水温度高于要求温度3℃且持续30分钟以上, 则增加水塔运行台数;当冷却水低温度低于要求温度3℃且持续30分钟以上, 则减少水塔运行台数;如水塔持续运行在下限频率, 且供水温度低于要求温度3℃且持续30分钟以上, 水塔风扇可完全停止。

(3) 冷却水泵控制流程

冷却水泵启动方式采用1台变频控制, 其它为软启动;通过测量冷却水进出水温差值与冷水机组冷却水进出水温度设定值比较, 通过PID运算, 控制变频冷却水泵冷却水流量, 保持所有冷水机组冷却水进出水温度差值最大值不高于设定温度。冷却水泵运行数量根据制冷负荷比率加减载, 故障时相互自动转换。

(4) 冷冻水泵控制流程

冷冻水泵启动方式采用1台变频控制, 其它为软启动;通过测量冷冻水供回水主管道压力值与设定压力值比较, 通过PID运算, 控制变频冷冻水泵冷冻水流量, 保持所有冷水机组冷冻水供回水主管道压力差趋于设定值。冷冻水泵运行数量根据制冷负荷比率加减载, 故障时相互自动转换。

4 中央空调冷冻站群控系统功能

中央空调冷冻站群控系统的实施能够实现对系统的所有设备运行状态、故障报警, 冷冻水供回水温度、压力、供水流量, 冷却水供回水温度、压力, 补水箱液位, 冷水机组运行油位、油温、油压、电流、电压、轴承温度、冷凝器蒸发器进出水温度、压力、冷媒温度、压力等状态进行实时监视。通过上述控制流程设定合理优化的控制策略, 实现对冷水机组、水泵、水塔等设备自动启停控制、电动阀门的自动开闭、水泵水塔的变频控制及自动加载、减载设备台数控制。结合上位机图形软件的开发设计, 建立良好的人机界面。值班人员通过人机界面可以实时掌握设备的运行状态、系统的运行状况;也可以通过设备历史运行数据的查找特定时间的运行状况, 对中央空调冷冻站的运行进行分析总结, 提高控制系统的稳定性, 进一步挖掘系统的节能。

5 结语

中央空调冷冻站群控系统的成功实施, 主要是通过选用合理的控制系统、优化控制策略, 成熟稳定的控制产品、控制设备, 保证系统运行稳定、降低运行能耗、提高管理效率降低管理成本。

摘要：针对中央空调冷冻站运行不稳定、运行能耗高的问题, 介绍了通过中央空调冷水机组群控系统通过控制系统的选型、各类型状态点的监控及控制策略的说明, 阐述中央空调水冷冷水机组群控系统的实施, 提高系统运行的稳定性、降低运行能耗、减少值班操作人员, 降低管理成本。

关键词：冷水机组群控,控制策略,稳定性,降低能耗

参考文献

[1]方康玲, 《过程控制系统》武汉理工大学出版社, 2002.06.01.

[2]《约克样本》YK系列_离心式冷水机组, 2008.

水冷空调风管及工程安装实践方法篇2

在实际的安装水冷空调风管工程中，有许多安装实践的系统知识，如水冷空调风管的安装

注意事项，水冷空调风管部件的安装

注意事项！

水冷空调

水冷空调实践系统知识

一）室内气流速度

由于蒸发式冷气机系统的新风量比较大，其室内气流速度比传统的中央空调的室内气流速度要大，通常选择取在0.5~1.0m/s之间。

二）系统送风方案

水冷空调气流组织中常用的送风方式，主要有侧送风和顶送风。其中侧送风又分为上侧送风和下侧送风。水冷空调工程安装过程中风管要求

分为明装风管和暗装风管两种，根据不同的场所选择不同的安装形式。要求美观的高档场所适宜采用暗装风管方式，工程费用较高；而一般要求不高的场所（工厂）由于要求节省工程费用，则适宜采用明装风管方式。

kcd 酚醛复合风管

水冷空调风管安装

注意事项

1法兰垫料采用闭孔海绵，垫片厚度宜为3~5mm，垫片与法兰齐平，不得凸入风管内；

2管吊装前，在地面组成一定长度再吊装，吊装好后风管弯头及风管连接处不能承受外力；

3明装风管水平安装，水平度的偏差，每米不大于3mm，总偏差不大于20mm； 4暗装风管的水平度与垂直度要求位置应正确，无明显偏差。

水冷空调风管支吊架的安装

注意事项

：

1吊架采用钢制膨胀栓固定，且间距应不大于3m；

2吊加析吊杆平直，螺纹完整，光洁，吊杆拼接宜采用搭接，搭接长度不少于吊杆直径的6倍，并在两侧焊接；

3支吊架上的螺孔采用机械加工（电钻），不得用气割开孔；

4矩形风管抱箍支架紧贴风管，折角平直，连接处留有螺栓收紧的距离；

5风管安装时同时进行支吊架的固定和调整，其位置正确，受力应均匀；

6支吊架不得设置在风口、阀门、检查门及自控机构处，吊杆不宜直接固定在法兰上，支吊架要求防腐处理。

风管部件的安装

注意事项

：

部件安装前应对其外观、动作灵活性、规格型号等方面进行检查，无异常方可安装。风管部件安装在建工序完后进行，有吊顶及高级装饰的要密切配合，安装要连接牢固、活动件灵活可靠，松紧适度。部分安装要求如下：

1弯头应尽量采用较大的曲率半径r，通常取r为风管宽度b的1.5~2.0倍。若r/b小于1.0时应在弯头内加装导流时片，以减少阻力；

2风管上的拉杆或手柄的转轴与风管结合处严格，拉杆可在任意位置固定，手柄开关标明调节的角度及方向；阀板调节方便，并不得与风管碰擦；

.3安装管道时，风口与风管的连接严密、牢固、边框与建筑装饰面贴实，外表面平整不变形，调节灵活；

厂商力推水冷空调看好电信市场篇3

对话嘉宾

福建省澳蓝节能科技有限公司副总经理倪时钦

广州市华德工业有限公司行业营销部总监唐赤军

当前三大运营商都在推进水冷空调的试点应用, 目前众多空调厂商如福建澳蓝、华德、威图、中兴新、美的等也陆续推出了相应的适合电信行业的水冷空调解决方案。厂商对各种类型的水冷空调的应用场景有较多的实践经验。针对水冷空调市场的发展状况和前景等问题, 《通信世界周刊》采访了两位水冷空调厂商专家。

与风冷空调互相补充

《通信世界周刊》:提供水冷空调的厂商较多, 在您看来用水来实现节能的空调都有哪些方式?

倪时钦:蒸发式冷气机的工作原理是, 以水代替氟利昂, 采用高效的蒸发制冷技术, 使空气和水充分接触, 水在蒸发过程中吸收热量, 实现降温、加湿。相对于精密空调, 澳蓝蒸发式冷气机具有投资成本低、节能效果更好的优势。精密空调处于长时间运行状态, 会加大运营商的运行费用及维护成本。而使用蒸发式冷气机的好处在于, 由于它的送风量大, 可以源源不断地往机房空间输入新鲜的冷风, 排出热气, 一方面, 使机房 (基站) 内的温度大幅度下降, 满足了通信设备对环境温度的要求, 同时, 还可以提高机房 (基站) 内空气的含湿量, 大幅降低通信运营商在加湿系统方面的投入。

唐赤军:用水来实现节能的空调在电信行业基本就是华德羿歌的蒸发式冷凝空调和蒸发式冷气机两种形式。蒸发式冷凝空调与风冷空调相比, 将室外机的风冷改为蒸发式冷凝, 降低了冷凝压力和温度 (标准工况下从45℃降到38℃) , 从而大幅度降低压缩机功耗。

《通信世界周刊》:目前大规模应用的通信空调依然是风冷的, 您觉得风冷空调和水冷空调各有哪些优势?风冷空调市场是否会受到水冷空调的冲击?

倪时钦:风冷空调在所拥有的许多功能如恒温恒湿控制是蒸发式冷气机不具备的, 但同时蒸发式冷气机 (也称水冷空调) 所具有的高效节能、环保效果, 也是风冷空调所无法比拟的。在一些领域, 水冷空调是风冷空调的补充。

唐赤军:蒸发式冷凝空调在电信行业的应用前景非常广阔, 将会逐步取得更多的份额。蒸发式冷凝空调的优势, 一是彻底解决风冷机在夏季频繁高压保护跳机的故障, 二是大幅度节能。风冷机的优势在于安装方式较简单, 占用空间较少。

成本低, 应用广

《通信世界周刊》:一项新技术的应用和推广, 成本很关键。从在投资回报率方面看, 水冷空调应用情况如何?

倪时钦:投资回报率这是也消费者最关心的话题, 与普通空调相比通常水冷空调的投资回报比在两年内可完全收回投资成本, 投资回报比相当可观。

唐赤军:在IDC机房, 蒸发式冷凝空调可在一年内回收投资, 即一年内节省的电费超过设备差价。

《通信世界周刊》:针对基站、小型机房和数据中心等不同场景, 水冷空调有哪些变化?目前个领域应用水冷空调最有潜力?

倪时钦:水冷空调在基站、小型机房采用的是澳蓝基站专用蒸发式冷气机产品, 具有体积小、噪音低等优点, 而且采用标准化安装;中心机房使用水冷空调, 由于中心机房发热量较高, 所以采用的是澳蓝机房专用蒸发式冷气机, 其具有风量大、噪音低以及控制系统功能更加全面完善等优点来达到降温和节能目的。

水冷空调在基站和机房方面应用潜力巨大, 基站数量多, 节能潜力大;机房能耗高, 节能空间更大。

唐赤军:由于蒸发式冷凝空调相对风冷机, 需要更大的安装空间, 需要加装补水管, 因此更适合较大型的数据中心。我们把主要应用定位在IDC机房。

看好市场前景

《通信世界周刊》:在国内节能减排的大力推动下, 该产品在国内电信市场的发展规模和应用状况如何?

倪时钦:福建省澳蓝节能科技有限公司已与福建联通、福建移动、四川移动、江苏联通、河南电信、山东铁通等二十余家通信运营商进行了技术交流, 并实施了澳蓝机房 (基站) 专用蒸发式冷气机的试点工程, 节能效果均得到了用户的认可。

滚筒水冷式冷渣机主筒结构探讨篇4

冷渣机是与发电厂锅炉配套的设备, 其主要作用在于将锅炉内所产生的底渣进行及时处理, 以保证系统运行的安全性和稳定性。滚筒水冷式冷渣机是当前使用较多的冷渣设备, 其结构上所具有的一些特点使其具备更高的冷渣性能, 从而能够更好地满足生产的需求。

冷渣机就其结构来讲, 其进渣管所使用的是一种合金材料, 并且根据生产需求对水路进行了科学的设置, 从而相应减少滚筒冷渣机的磨损, 延长其使用寿命;就冷渣机的设备来讲, 主要应用于一些流化床的锅炉排渣中, 以水冷方式来实现冷渣的目的, 并能够对灰渣进行有效处理, 减少对环境的污染。冷渣机的主筒所使用的是合金材料, 并且通过高温防磨护瓦的使用, 能够使其抗氧化能力和抗磨损能力等有所提升;通过合理的设计来增强其下渣能力, 减少漏渣、漏灰现象, 使冷渣机寿命得以延长。此外, 冷渣机在主筒结构上采用蜂窝式结构, 增加了热交换面积, 使冷渣的温度也得到了一定的控制。滚筒式冷渣机所采用的是摩擦轮的转动, 其转动较为平稳, 并且很少会产生噪声, 能够保证其运行的有效性。该种冷渣机还可以根据用户的实际需求对电机的转速、进渣量等进行调整, 从而实现更好的冷渣效果。

这种滚筒水冷式冷渣机的应用能够实现持续、稳定的排渣效果, 从而能够减少锅炉运行的负荷, 使锅炉中的料层厚度处于最佳状态, 有效避免床层的局部结焦现象, 并且能够有效改善流化的质量。通过对冷渣机进行降温, 能够将炉渣的温度降低到一定范围内, 保证运渣的安全性。同时滚筒冷水冷渣机降温后, 还可以避免一些高温危害, 减少对设备的损害和对环境的污染, 实现清洁生产。此外, 滚筒水冷式冷渣机的应用, 能够实现余热的有效回收利用, 从而实现能耗的降低, 使得灰渣能够被有效利用, 从而降低生产和运输成本, 使企业经济效益实现最大化。

2 滚筒水冷式冷渣机主筒结构分析

滚筒水冷式冷渣机的主筒结构对其运行和冷渣效果的实现有着重要的作用。就其结构而言, 是由内部装置、进渣装置、冷却水装置等部分组成。对于内部装置而言, 它是冷渣机的重要组成部分, 一般情况下是由外筒体和内容体两部分构成。两个筒体之间有一个导向槽, 内筒体的内部通常是由螺旋叶片和纵向叶片等装置构成, 这种结构使其能够在驱动装置的牵引下运行, 保证其运行的正常状态。进渣装置也是冷渣机的重要组成部分, 对冷渣机的正常运行具有重要的作用, 能够对锅炉运行中所产生的一些炉渣及时输送, 使底渣得到及时处理, 从而保证冷渣装置的正常运行。另外, 进渣装置对残渣量等也能够进行有效控制, 从而使设备整体处于正常运行中。

冷却水装置也是滚筒水冷式冷渣机的重要组成部分, 通常而言这种装置是双向的, 一个负责进水一个负责出水, 从而能够对冷渣机的出渣端进行合理的布置, 保证各项维修工作的顺利开展, 并且能够有效避免使用中的烫伤等现象。在冷渣机中, 对于冷却水可以实现热量的回收利用, 可以节约资源, 降低企业的生产成本。

在滚筒水冷式冷渣机结构中, 百叶滚筒是较为常见的形式。该种滚筒结构, 其主要作用在于降低锅炉排渣的温度, 使其能够达到除渣设备所能承受的温度, 并且能够实现排渣中物理显热等的回收利用。在实践中, 流化床冷渣器的应用还可以将排渣中的一些较为细小的颗粒送回炉膛中进行重新利用, 从而提高燃烧的效率和相关原材料的使用率。冷渣器叶片在旋转过程中增加了散热面积, 并且有效地缩短了炉渣热量交换时间, 使热渣能够在螺旋叶片的推动下移动到出渣口的位置。此外, 整个出渣过程换热效果的增强, 不仅能够有效防止扬尘, 也可以减少热量的损耗, 保证了生产的效率和效益。

主筒结构的科学性和合理性对于冷渣机整体运行的质量和效率有着重要的影响。在实践中, 应根据冷渣机的运行情况对其进行合理的调整和优化。由于流化床冷渣机在技术上还不够成熟, 使其在运行中经常会出现结渣堵塞或者漏渣等现象, 这些都会降低冷渣的效果, 并且会带来环境污染和生产成本的增加等问题。为了避免这些问题的产生, 在对冷渣机主筒进行设计时, 要从设计和运行的双重角度出发来考虑该种问题, 处理好进渣、冷渣和排渣等系统问题, 有效减少漏渣等现象的发生, 使其能够更好地运行。在对主筒进行设计时, 要对防漏渣装置进行精细化设计, 并将其间隙控制在合理范围内, 使其能够在有效防止漏渣现象发生的同时, 也能够有效减少设备运行中的磨损, 从而更好地满足冷渣的生产需求。此外, 还可以通过对防漏静密封装置结构进行必要的调整, 使设备能够处于合理的位置, 能够实现排渣的最大化, 从而有效避免炉渣漏出等问题。

此外, 在滚筒的设计上也要保证滚筒的水平性, 使其能够有效减少现场的粉尘, 减少一些因滚床放置不平带来的磨损现象, 从而延长冷渣机的使用寿命。对于叶片结构的设计, 需要科学地处理横向叶片与纵向叶片的关系, 合理处理太高炉渣与静密封低点的关系, 从而更好地调整锅炉的负荷, 更好地调整排渣量, 减少漏渣等现象的发生。通过对密封箱的合理调整, 动密封、静密封环和材料的选择应用来提高主筒结构的密封性能, 使其能够更好地满足冷渣系统的需求, 减少漏渣等现象的发生, 达到经济、环保的目的。在滚筒水冷式冷渣机的主筒结构中, 还要考虑冷却水的相关问题, 使其水循环能够满足冷却的需求, 并且能够实现对炉渣热量等的回收利用, 在保证冷渣效果的同时, 达到环保和经济的目的。

3 结束语

滚筒水冷式冷渣机的应用, 能够有效降低炉渣等的温度, 使其能够满足冷渣的需求, 实现经济和环保的目的。在实践中, 对于冷渣机的主筒结构, 要根据生产的实际需求进行合理的设计, 使其与锅炉系统实现有效的衔接, 使其能够将炉渣等快速冷却, 并且将其输送到冷渣设备中, 同时要实现对余热等的回收利用, 实现燃料的有效利用, 提高其利用效率。

在主筒结构的设计上还要考虑实践中产生的漏渣等现象, 通过对主筒结构螺旋叶片进行调整, 使其能够更好地运行。在密封材料的选择应用上要考虑其耐腐蚀性等特点, 以保证其密封的效果, 减少运行中的漏渣和粉尘现象, 从而提高冷渣机的运行效率, 减少环境污染, 实现经济效益的提高。

摘要：在锅炉系统中, 冷渣机对高温炉渣的冷却起着重要的作用, 而滚筒水冷式冷渣机因其自身所具有的一些优点得到了较为广泛的应用。在滚筒水冷式冷渣机中, 其主筒结构对其性能和工作效率等都会产生直接的影响。针对生产的实际需求, 对滚筒水冷式冷渣机进行改进和完善时, 要充分考虑主筒结构设计和所要改善的问题, 从而使其能够更好地发挥冷却作用。

关键词：锅炉,滚筒水冷式,冷渣机,主筒

参考文献

[1]刘怀伟, 吕春旺, 谭培来, 等.滚筒冷渣机扬料板的技术特性研究[J].锅炉制造, 2014 (02) .

[2]常斌.3CFB锅炉滚筒冷渣机内部结构改造及应用[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2012 (32) .

[3]钟伟敬.滚筒冷渣机在循环流化床锅炉的应用[J].工业锅炉, 2013 (05) .

水冷式催化器防爆设计与试验研究篇5

我国煤矿井下的车辆大部分采用防爆柴油机作为动力源[1,2]。井下环境的特殊性导致柴油机各方面性能都相对恶化,特别是排放污染问题已经成为煤矿防爆车辆设计的重要环节和难点问题。随着井下环保意识的不断加强,对防爆柴油机的排放污染物要求也越来越严格,我国现行的MT990—2006《防爆柴油机技术条件》规定:防爆柴油机在MT220规定的工况下,未经稀释的排气中,有害气体成分一氧化碳 (CO)和氮氧化物 (NOx)的体积浓度不应超过0.1% 和0.08%,而且有进一步收紧的意向。目前,各大煤业集团为了煤矿井下作业人员的身体健康和矿井自身安全对井下用胶轮车的排放水平要求越来越高[3,4,5,6,7]。综上可知,大幅度降低煤矿井下用防爆柴油机的尾气排放物非常迫切,对煤矿井下无轨辅助运输的发展有着十分重要的现实意义。

WC40Y(B)型支架搬运车所用动力源为TY6121ZLQFB型防爆柴油机,虽然具有升功率大、油耗低、噪声低等优点,但是其排放水平较差,严重制约了该车在煤矿的推广应用。为了提高该特种车辆在同行业中的竞争力,必须大幅度降低其柴油机的尾气排放物。目前,降低防爆柴油机的尾气排放主要有机内净化和机外净化两种技术手段。三元催化系统属于机外净化技术的一种,能同时净化NOx、 CO和碳氢化合物(HC)三种有害气体,成为后处理中最有效的方法,且具有成本小、技术改造周期短、降低排放效果明显等优点,近年来越来越多地应用在柴油机上[9,10,11,12,13]。本文中首先将道路用的两种三元催化器采用包裹隔热层和水套的方法对其进行防爆改造设计,使其满足MT990—2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》[8]中柴油机及其零部件的表面温度不超过150℃的要求;然后将符合防爆要求的三元催化器安装在TY6121ZLQFB型防爆柴油机的排气管处或废气处理箱中,进行柴油机台架试验,验证三元催化器在柴油机上的效果;最后通过对不同的催化器和不同的安装位置对柴油机尾气排放影响的比较,优选出最佳方案,以最大幅度降低该柴油机尾气排放。

1车辆及所用柴油机性能参数

试验用WC40Y(B)型煤矿井下用试验用防爆柴油机为TY6121ZLQFB型防爆柴油机,其基本参数见表1。

2三元催化转化器原理、催化效率及防爆设计

2.1三元催化转化器的工作原理

三元催化器是一种降低发动机尾气排放的装置,其实物如图1所示。

三元催化器中的贵金属成分为铂 (Pt)、钯 (Pd)及铑 (Rh)。三元催化转化器中发生的化学反应是在催化剂表面催化层上的非均相反应。虽然三元催化反应机理比较复杂,但其结构基本上是在催化器封装的壳体内烧结或安装某一形状的金属或陶瓷等载体,然后根据所匹配的发动机,在载体上涂刷不同含量的贵金属Pt、Pd及Rh的水涂层作为催化剂。其中,Pt负责CO和HC的氧化,Rh负责NOx的还原。当发动机排出的尾气通过三元催化转化器时,在催化剂的催化作用下[14,15]发生氧化反应 (式 (1)~ 式 (3))和还原反应(式(4)~式(6))。

三元催化转化器的载体主要有金属和陶瓷。金属载体相比陶瓷载体具有体积小、强度大、背压低、压力损失小、导热性强、对振动不敏感等优点。本文中选择金属载体。

2.2三元催化转化器的催化效率[14,15,16]

催化器的转化效率为

式中,ηi为尾气排放物i在三元催化器中的转化效率;G(i)1为尾气排放物i在催化器入口处的浓度;G(i)2为尾气排放物i在催化器出口处的浓度。

温度对三元催化器转化效率的影响非常大,只有达到一定温度以上三元催化转化器才能开始工作。三元催化器的转化效率随着温度变化而变化的曲线称为起燃温度特性,而达到50%转化效率时的温度称为起燃温度(T50)。三元催化器的起燃温度特性曲线如图2所示。

2.3三元催化转化器的水冷防爆设计

对于催化器的防爆设计,煤矿要求防爆柴油机表面任一点的温度不能超过150℃,必须对催化器表面进行隔热处理。现有隔热处理主要有包裹水套和包裹隔热材料两种办法,目前大部分的煤矿用产品都采用包裹水套的方法。包裹隔热材料的方法虽然使产品的表面温度满足防爆要求,但存在表面冒青烟、包裹困难及成本较高的问题。本文中结合以上两种方法进行隔热处理:(1)在气道的外侧增加隔热层,保证该段排气温度在三元催化器的起燃温度以上;(2)在隔热层外侧再加水套,不但避免了隔热层表面冒青烟,而且能保证三元催化器的表面温度不超过150℃,符合MT990—2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》的要求[17]。图3为水冷式防爆三元催化器的结构示意图。

3试验装置、试验条件和试验方法

3.1试验装置

试验用测试设备及精度见表2。

3.2试验条件

试验边界条件见表3。

3.3试验方法

本文中选用加拿大DCL催化器(简称DCL催化器)和南京辉虎的催化器(简称辉虎催化器),并布置了两种方案,如图4所示。方案一是将催化器置于水冷排气管中,使催化器尽量靠近增压器端,最大程度地保证催化反应所需的温度;方案二是将催化器置于废气处理箱中,此时的排气温度比水冷排气管处要低。

在发动机性能实验室,根据《TY6121ZLQFB型防爆柴油机试验大纲》、MT220—1990《煤矿用防爆柴油机械排气中一氧化碳、氮氧化物检验规范》[18]、 HJ/T395—2007《压燃式发动机汽车自由加速法排气烟度测量设备技术要求》[19],采用上述两种方案对加装防爆设计改造后的三元催化器的防爆柴油机进行了台架试验,如图5所示。

试验时需要测试的试验数据有转速、功率、扭矩、排气温度、燃油进油温度、进出水温度、排气背压、进气流量/压差、机油压力/温度、油耗量、油耗率、水箱进出水温度、表面温度、排气烟度等。

4试验结果及分析

4.1台架试验结果

4.1.1动力性能试验

图6为两种催化器在不同位置时的防爆柴油机功率和扭矩曲线。由图6可见,同一催化器加装在不同位置对动力性能产生不同影响。两种催化器柴油机加装在水冷排气管中和废气处理箱中时,柴油机在全转速范围内动力性能均有所下降,说明增加三元催化器后排气背压增大,排气阻力增大,导致燃烧室废气增多和燃烧效率下降,从而引起功率和扭矩的降低。将DCL催化器分别加装在水冷排气管和废气处理箱中时,柴油机标定功率分别下降了0.8kW (0.48%)和7.6kW (4.59%),最大转矩分别减小了14.8 N·m (1.71%)和71.03 N·m (8.21%)。将辉虎催化器分别加装在水冷排气管和废气处理箱中时,柴油机标定功率分别下降了0.6kW(0.36%)和11.5kW (6.94%),最大转矩分别减小了11.37N· m (1.31%)和59.69N· m (6.9%)。与加装在水冷排气管中时相比,两种催化器加装在废气处理箱中时柴油机功率和扭矩的降幅要大得多,说明加装在废气处理箱中时防爆柴油机排气阻力更大,燃烧效率下降更大。

不同催化器加装在同一位置对动力性能产生不同影响。加装在水冷排气管和废气处理箱中两种情况下,柴油机安装辉虎催化器比安装DCL催化器时的功率和扭矩降幅要小,说明辉虎催化器对柴油机性能的影响较小。

4.1.2表面温度试验

图7为两种催化器分别加装在水冷排气管中和加装在废气处理箱中的表面温度对比情况。由图7可见,两种催化器在全转速范围内表面温度均低于MT990—2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》中要求的150℃。其中,DCL催化器在1600r/min时表面温度最高(139℃),辉虎催化器在1600r/min时表面温度差别很小。两种催化器加装在废气处理箱中的表面温度要比加装在水冷排气管中的表面温度低得多,其中在1600r/min时DCL催化器和辉虎催化器的表面温度分别降低了15.8%和14.8%。

4.1.3排放性能试验

图8为两种催化器在不同加装位置时防爆柴油机排放特性曲线。由图8可见,同一催化器加装在不同位置对排放性能产生不同影响。两种催化器加装在水冷排气管中和废气处理箱中时,在11工况下CO和HC排放体积浓度降低较明显,而NOx基本不变,其中CO和HC排放降幅最大在第7工况下 (1600r/min、100% 负荷 ),在水冷排气管中加装DCL催化器使柴油机CO和HC排放体积浓度下降了75.0%和57.1%,在废气处理箱中加装DCL催化器使柴油机CO和HC排放体积浓度下降了62.5%和54.3%,在水冷排气管中加装辉虎催化器使柴油机CO和HC排放体积浓度下降了62.5%和57.1%,在废气处理箱中加装辉虎催化器使柴油机CO和HC排放体积浓度下降了50.0%和51.4%。这是因为加装的催化器使排放物中大量的CO和HC发生氧化反应生成CO2和H2O,防爆柴油机中的进气充足,过量的O2阻碍了NOx的还原。

从图8还可以看出,与加装在水冷排气管中相比,两种催化器加装在废气处理箱中时,柴油机在第7~ 第11工况下CO和HC排放体积浓度降幅要小很多。这是因为加装在废气处理箱中,排放尾气的温度降低太多,导致催化反应效率降低,催化效果变差。

不同催化器加装在同一位置对排放性能产生不同影响,柴油机加装DCL催化器比加装辉虎催化器时的CO和HC排放降幅略大,说明DCL催化器降低柴油机排放的效果略好。

5结论

(1)防爆柴油机加装加拿大DCL催化器后标定功率和最大扭矩的最大降幅分别为4.59% 和8.21%;加装南京辉虎催化器后,标定功率和最大扭矩的最大降幅分别为6.94%和6.9%。防爆柴油机动力性略有降低,但影响不大。