基于碳排放的自行式施工设备优化措施研究.pdf
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1、 装备及自动化 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料24基于碳排放的自行式施工设备优化措施研究林翔洲甘肃省酒泉公路事业发展中心瓜州公路段,甘肃 酒泉 736100摘要:施工排放的温室气体占全球温室气体总排放量的 6.8%,这主要是由于建筑业拥有大量重型柴油发动机设备。目前对减排的研究大多数集中在更新施工设备和推广新能源上,而对如何降低现有的施工设备的排放污染关注度不高。基于此,文章旨在通过分析数据、对比参数,得出自行式施工设备的最佳行驶模式,最大限度地减少行驶产生的排放量。影响自行式施工机械设备排放的主要操作因素有速度、道路坡度和有效载荷三个主要参数,此外,还研究了发动机
2、负载和发动机尺寸对发动机排放特性的影响。对现场收集的数据进行了最小二乘法(OLS)和多元线性回归(MLR)分析,以研究运行参数对排放的影响,然后根据给定的现场操作条件确定最佳驾驶速度。结果表明,减少设备的有效载荷和道路坡度,保持较高的行驶速度,设备的燃油量和废气排放量将显著降低。关键词:碳排放;自行式施工设备;减排;环保分类号:TU713;X322随着工业化程度的不断加深,煤炭、石油等化石燃料能耗成倍增长,导致大气中温室气体的浓度显著增加。近年来,人们逐渐认识到人为排放温室气体对气候变化和公共健康产生了无法弥补的影响,这引起了人们对低碳减排和节能增效的关注。基于我国机械行业碳排放基数和到 20
3、60 年的减排需求预测,研究减少现有自行式机械设备的碳排放,将推动高效率、低成本的低碳技术发展,为实现“碳达峰、碳中和”目标提供科技支撑1。文章的数据源自 2023 年 G215 线瓜柳桥 3 危旧桥梁改造工程,分别为翻斗车、装载机等设备作业时的数据,如燃油消耗量、行驶里程、运行时长、作业内容、工作地点等,然后通过最小二乘法分析研究主要影响参数对排放率的影响。最后结合各种操作参数,对最优驾驶模式包括耗油最低行驶速度、车辆负载率进行研究。1 研究背景我国的年碳排放量在 2006 年超过美国,成为世界第一碳排放大国。2022 年我国碳排放总量为1.1481010 t,同比增长 9.1%,而作为全球
4、最大的工程机械产销国,我国工程机械全行业柴油消耗量约占全国总量的 1/3,工程机械年度碳排放量超过 2108 t,约占全国 CO2排放总量的 1.7%,因此机械行业的节能减排是推动经济结构调整、建设资源节约型社会的必然选择2。截至 2022 年底,全国工程机械设备保有量约 1 200 万台,据此估算,如果施工设备的空转时间减少 10%,CO2的排放量每年减少约 8105 t;如果施工现场设备的燃料消耗量减少 10%,相应的每年 CO2产生量将减少约 9.7106 t。2 自行式施工设备节能减排的措施2.1 提高操作水平操作水平方面主要与驾驶模式有关,包括平稳行驶、保证轮胎气压、减少空转时间和提
5、高设备操作效率等。这个方法通过提高操作员的技能水平和操作习惯,可以显著降低机械的燃油消耗和排放。例如,减少中型施工设备(以功率为 130 kW、排量为 6 500 mL为例)1 h 的怠速空转时间,可减少约 3.8 L 的燃料消耗、约 6.85 kg 的 CO2排放量3。2.2 优化设备性能设备性能方面主要是发动机改造和提升,通过提高燃烧效率来降低燃油量,这个方案包括排气排放物处理技术、发动机改造和电气化。在设备的排气部件中插入柴油氧化催化剂(DOC)和柴油颗粒过滤器(DPF)等改装装置,将一些需要发动机负载的附件如真空泵、空调压缩机等电气化,以减少污染物排放。重新设计和升级内燃机,更新优化材
6、料和工艺,提升作者简介:林翔洲,男,本科,工程师,研究方向为机械设计制造及其自动化。文章编号:2096-3092(2024)01-0024-03造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 装备及自动化25发动机性能,用添加了较少排放或减少排放部件的新发动机替换旧发动机。但在过去的 60 年间,全世界最先进的发动机热效率仅仅提升了 10%,提高压缩比提升做功效率受到很多条件限制,过高的压缩比会引起发动机爆震,因此这个方法难度颇高,会带来巨大的初始投资成本与时间成本4。2.3 升级能源改进燃料方案也会对减少设备的排放污染物产生相当大的影响。改变燃料混合物和替代燃料是减少排
7、放的两种最常见的做法。与传统柴油相比,更清洁和可再生的燃料已被引入作为一种替代能源,例如山西省重点打造甲醇体系,将汽车产业链与甲醇的生产研发、装备制造、输配加注充分结合,推动更环保和更节能的甲醇汽车产业;深圳大力发展生物柴油技术,通过将柴油燃料与生物柴油等成分混合,以提高燃料性能并降低排放率,生物柴油是最常见的燃料混合物,由可再生和生物材料制成,如棉籽、油菜籽、花生、玉米、大豆等农作物以及动物油脂、城市垃圾等废弃物,增加燃料中生物柴油的百分比的同时,可以显著减少碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和颗粒物(PM)等污染物,但氮氧化物(NOx)的排放量最多可增加10%;天然气、丙烷和混氢天然气也
8、可用于机械设备的混合燃料,此种天然气柴油双燃料设备在工程机械、商用运输、公共交通等领域应用广泛。根据该领域的研究,使用这些类型的燃料可以显著减少 PM、NOx和硫的排放,降低燃料费用和运营成本,但缺点是混合动力的机械动力会有少量减弱,部分生物质燃料燃烧时热量不稳定,火势忽强忽弱,添加型燃料的存储和加注安全也需格外注意5。2.4 控制运行参数在不改变现有机械设备状况的前提下进行资源和机械管理,用最小代价和成本来减少工程施工排放的污染物总量,也是文章研究的主要目标。以下结合公路工程土方作业统计和研究的一些案例的数据,通过控制运行参数来制定最佳驾驶模式,以减少燃料的消耗量。文章研究了各种运行参数对排
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