矿山机械设备燃用煤基柴油的可行性研究

张武虎 1 张勇 2 吴长春 3

白云铁矿 内蒙古包头市 014080

摘要：煤基柴油在宏观指标上与石油基柴油不存在任何区别，各项指标能够满足甚至优于国 V 标准的要求,但是市场上有部分柴油存在贮存时间较长的情况下，会发生单纯的颜色加深现象。通过煤基柴油,在某煤矿的矿山设备上进行了试用。结果表明：燃用煤基油的机械设备运行正常，发动机润滑油主油道的油压，机油压力等各项参数正常，同时对发动机油进行了取样化验，各项指标均在合理范围内，另外燃用煤基柴油有效的减少了成本，证明煤基柴油适用于矿山机械设备。

关键词：矿山；机械设备；煤基柴油

在目前全球发展低碳经济、应对气候变化的大背景下，传统煤化工产业粗放式的发展模式已严重产能过剩，可待转型。基于我国“富煤、贫油、少气”的特殊能源结构，大力发展新型煤化工产业，是刻不容缓的重大战略课题。近年来，随着国内原油消耗对进口的依赖程度越来越高，国内众多企业开始着手通过煤直接液化、间接液化或者煤焦油加氢等途径将我国富产的煤炭转化为清洁的燃料油品，如汽油、煤油、柴油等。

一、慨述

煤基柴油采用纳米级催化剂，在供氢溶剂的作用下，通过高温、高压加氢提质反应生产而成的。该煤基柴油的特点主要表现在以下方面：①冷凝点低：煤基柴油的冷凝点一般为一38℃一40℃，非常适合寒冷气候地区使用；②硫氮含量低，燃烧排放物污染性小；③密度大，单位体积的热值高，成分以环烷烃为主，芳烃含量少，燃烧性能好，使用煤基柴油可以体现出动力足、航程远；④含硫及有机酸少，基本不含无机酸碱，对机械和储油设施无腐蚀性；⑤有合适的黏度，发动机内雾化性能良好，燃烧平稳，不磨损油泵和喷嘴；⑥组分轻，90％馏出温度在300 oC以下，燃烧完全，积碳少，发动机磨损轻；⑦氧化安定性好，不易变色变质，适合于长期储存。

根据该煤基柴油的优势主要表现在：①煤直接液化柴油各项指标均符合国家标准，其中多项指标优于石油基柴油；②尾气排放的一氧化碳、一氧化氮化合物含量均低于石油基柴油；③动力性提高，燃油经济性改善，煤基柴油油耗低于石油基柴油；④使用神华煤制油生产的煤基柴油，对发动机没有造成任何不良影响。

二、煤基柴油试用方案及试用结果分析

采用某煤矿发动机的卡车进行试用，计划试用保养周期，即运行500 h。

为确保试用结果的可靠性以及试用阶段车辆的安全，制定以下注意事项：

煤矿必须安排全勤车辆和专用加油车进行试用，不得在备用车上试用，机组成员必须固定；试用期间全程跟踪并详细记录燃油加注和消耗情况。

设备维修中心重点对试用车辆发动机进行全程跟踪维护，保证试用车辆安全可靠运行。

试用期间，如果发现煤基柴油的个别指标不适合，应及时提出建议，并与煤制油公司联系，进行调整。

1、试用过程中发动机的性能分析

经过试用后，首先粗略的记录了司机对燃用煤基柴油的卡车的整体感觉。其中个别司机反映发动机声音有些清脆，但不明显；发动机动力性能方面，有接近90％的司机反映与石油基柴油无差别，大约10％的司机感觉存在动力不足的现象。经维修中心确认，动力不足的原因是卡车燃油泵故障所致，处理后运行正常；卡车在整个试用期内，未见爆燃现象。为了对试用性能做进一步分析，对卡车发动机各项性能参数(额定功率主油道最小压力、额定功率主油道最大压力以及怠速最小主油道压力等参数)进行多次测量。另外分别选用燃用普通柴油的卡车。为了简化数据，试用和对比车辆的各项性能参数的平均值，额定功率主油道最小压力的柱形图如图。

其中横坐标代表试用卡车及其相对应的对比卡车型号，纵坐标表示压力值，单位为psi(1 psi=6．895kPa)。蓝色代表试用车压力平均值，橘红色代表对比车辆的压力平均值。红色虚线为标准值。额定功率主油道最小压力应大于45 psi，试用车辆的参数值分布在80 psi，符合要求。另外与对比车辆相比，数值差距不大。

额定功率主油道最大压力的柱形图，代表试用车辆性能参数的蓝色柱形既存在高于代表对比车辆性能参数的橘红色柱形的情况，也存在低于对比车辆平均值的情况，而且两者差距不是特别明显。然而试用车辆和对比车辆性能参数均不符合标准，即都大于标准值70 psi。其原因主要在于车辆检测为发动机冷车检测，检测值较高属于正常现象。对多次测量结果的均值分析可知，试用车辆在燃用煤基柴油的条件怠速最小主油道压力值符合标准。从柱形图易知，试用车辆与对比车辆冷态发动机机油压力平均值均符合标准，即小于250 psi。车辆发动机怠速燃油压力的标准应保持在150～180 psi。虽然试用车辆与对比车辆的怠速燃油压力平均值想接近，但是却不符合标准。另外试用车辆与对比车辆额定转速燃油压力平均值也不符合标准，即应处于250～300 psi。经过维修中心确定，出现怠速燃油压力和额定转速燃油压力不符合要求的原因是车辆检测为发动机冷车检测。因此，发动机额定转速为1900 rpm，最高转速为2100 rpm。根据柱形图可知，试用车辆与对比车辆的转速相接近，分布在1920 rpm附近，目都符合标准值。从中可看出试用车辆与对比车辆的功率均值虽然都低于标准2 500 BHP(1 BHP=0．73 kW)，但是除306型号车，其他试用车辆的功率均大于相对应的对比车辆。使用煤基柴油的卡车运行未见异常，发动机润滑油主油道的油压稳定，机油压力、燃油压力均在正常范围内，转速和功率变化不太大，在合理范围内。

2、机油化验结果分析

对发动机机油化验的具体方案简述如下：首先测量卡车为未装载煤基柴油前燃用普通柴油时发动机机油各金属元素的含量，卡车燃用煤基柴油一段时间后以同样方式对发动机机油进行测量，根据测量的数据绘制的柱形，表示各个元素的名称以及黏度，纵坐标代表数值，黑色柱形代表使用前各个金属元素含量以及黏度值，灰色柱形代表试用中各个金属元素含量或黏度值，浇灰柱形代表试用前与试用中各个金属元素或黏度的差值，具体数值在柱形图中已标示。根据柱形图可知燃用煤基柴油的卡车发动机机油中各金属元素含量未见异常，卡车运行正常。对于煤基柴油润滑性能，神华煤制油公司提供了岳阳和为柴油润滑性改进剂化验数据，数据显示，煤制油公司生产的煤基柴油通过添加适量的润滑性能改善剂以后，润滑性能较好，磨痕直径为419m(国家标准不大于460 m)。 结论

1)根据煤基柴油试用结果分析认为，煤基柴油性能符合国家标准；发动机润滑油主油道的油压稳定，机油压力、燃油压力均在正常范围内，转速和功率变化不太大，在合理范围内。发动机油各项指标均表现正常，适合推广使用。

2)因为煤基柴油硫含量极低，对发动机油污染小，将来可考虑延长发动机油使用寿命，减少机油和机油滤芯的消耗量、减少保养停机时间、减少维修人员工作量，存在可观的潜在效益。

参考文献：

［1］ 杨祥新，李会鹏，沈 健，赵 华． 催化裂化柴油安定性研究进展［J］． 炼油技术与工程，2017，37( 11) : 15 － 20．

［2］胡云剑，白雪梅，金环年．煤直接液化柴油的储存安全性［J］． 神华科技，2018( 1) : 59 － 62．