浅谈内燃机车目前环保现状和发展方向

安徽省马钢股份铁路运输公司 安徽 马鞍山 243000

1 引言

公司当前机车保有量54台，自1993年至今，机车平均车龄已经18年，其中超过设计寿命25年的机车8台，占比15%；车龄20—25年的机车10台，占比19%；车龄15—20年的机车18台，占比33%；车龄10—15年的机车16台，占比33%；车龄5年以内的机车2台，占比5%。除了近几年购进的2台机车，其它52台机车因购置时国家尚未出台内燃机车排放限值，能否满足国家日渐严格的环保政策要求。

2 排放标准分析

2.1 国际标准 目前国际上常用的排放标准有以下3种：

1)UIC(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)铁路内燃牵引排放要求(国际通用)

2)EPAtier(1、2、3)美国铁路内燃牵引排放要求

3)EURO(Ⅰ、Ⅱ、ⅢA、ⅢB)欧洲非道路柴油机排放要求

2.2 国家标准

1)GB20891-2014非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段)。国四标准没有具体的实施时间，只是明确有条件的地域选择型执行。

2)GB/T3688-2018非道路柴油机移动机械排放烟度限制

类别 功率(kW) 光吸收系数 林格蔓黑度数P＜19 3Ⅰ类19≤P＜37 2Ⅰ37≤P＜560 1.6 P＜19 2 ⅠⅡ类19≤P＜37 1 Ⅰ不能见黑烟P＞37 0.8 Ⅰ不能见黑烟Ⅲ类 P≥37 0.5 Ⅰ不能见黑烟P＜37 0.8 Ⅰ不能见黑烟

说明：

GB20891(国2)之前的阶段的排放标准执行Ⅰ类

GB20891(国3)之后的阶段的排放标准执行Ⅱ类

特别限制排放的区域选择执行Ⅲ类。

2.3 铁路行业标准 目前执行的主要有《TB/T-2783-2017牵引动力装置用柴油机排放试验》和《TB/T-3016-2001内燃机车柴油机排气不透光度测量》两个标准。2019年10月，国家铁路局召集国内主要机车制造厂，修订铁路行业标准，至今仍未形成新的铁路行业标准。

基于公司目前机车现状，针对不同型号的机车，选择机车油电混合动力改造方案，或尾气排放改造，参照UICⅡ进行比较满足达标排放和运用需求。

3 机车柴电混合动力改造

方案是电池+柴油机方案，改造后的机车通过一台或两台牵引电机驱动传动箱，传动箱前后两端通过万向轴输出到前后转向架为机车提供动力闭合动力蓄电池开关后，动力蓄电池电流通过牵引变流模块的控制给交流牵引电机供电，机车辅助变流模块从中间直流电压取电给机车辅助系统如生活用电、牵引通风机供电，以及给110VDC蓄电池充电。

4 机车尾气排放改造

为解决早期生产的内燃机车超标排放问题，目前国际上主要使用了尾气循环(EGR)、催化还原(SCR)、颗粒捕捉(DPF)、氧化催化(DOC)等尾气后处理排放提升技术。国内外常用成熟可靠的几种柴油机尾气处理的技术有如下几种：

※ EGR尾气循环技术，针对柴油机机内提升技术。

※ SCR脱销处理技术，针对的NOx化物的处理技术。

※ DPF催化还原技术，针对PM颗粒物(黑烟)的处理技术。

※ DOC催化氧化技术，针对CO、CH化物的处理技术。

※ 组合方式：EGR+DPF或EGR+SCR

SCR+DPF+SCR或DOC+DPF+SCR

具体采用哪一种技术或各种技术单独使用，跟柴油机自身排放水平，及需要达到的目标确定。

污染物功率(kw)2003年起 功率(kw)2006年起 功率(kw)2009年起P≤560 P＞560 P＞130 130≤P＜560 130≤P＜560 P＞2000 CO 2.5 3 3.5 3.5 3.5 3.5 NOx 6 ＞1000r/9.5≤1000r/9.9 6 7.4 4 4 HC 0.6 0.8 0.5 0.4 PM 0.25 0.25 0.2 0.2 0.2 TB/T2783-2014(升版修订中)

5 机车实施油电混合动力改造后，具有比较突出的经济和社会效益，主要体现在以下几方面

5.1 排放达标 采用每班次地面充电可降低排放指标约84.5%；

5.2 噪音极低，大大提升乘务员舒适性；

5.3 节约能源，采用地面充电比同等工况传统内燃机车节约58%，不用地面充电也比传统内燃机车节约能源8%以上；

5.4 技术改造后，机车性能改善，维保作业任务量大幅减少，机车可靠性提升，满足公司的运输要求。

6 机车尾气排放改造

6.1 采用SCR技术，采用标准中的NOx部分要求进行评判，对机车的尾气排放中NOx降低40%，可以满足UICⅡ。

6.2 采用DPF技术，对PM(黑烟)进行降低。可以参照采用GB3688进行评定，虽然此标准的功率等级范围是＜560kW。但采用DPF技术可以降低尾气排放中PM(黑烟)值30%左右，有效改善排气的感官效果。