生物油/乙醇/柴油混合燃料在柴油機上的應用

第35卷第拖拉機與農用運輸車(chē)Vol 35 No. 12008Feb.,2008生物油/乙醇/柴油混合燃料在柴油機上的應用何建宏,袁曉東2,郭和軍,曾慶平1(1第二炮兵工程學(xué)院西安71002;2.海軍后勤技術(shù)裝備研究所,北京10002)摘要:生物淘/乙醇/柴油混合燃料( BE-diesel)互溶蝕好、穩定性高,能有效地降低發(fā)動(dòng)機有害物排救;當柴油含量一定時(shí)增加生物油的添加量可以提高混合燃料的低熱值和十六烷值,有助于提高動(dòng)力性能,是較有發(fā)展潛力的替代燃料。本文主要從理化性質(zhì)、穗定性、動(dòng)力性能和排放等方面介紹 BE-diesel應用于柴油發(fā)動(dòng)機的研究進(jìn)展,并指出其發(fā)展方向關(guān)鍵詞:乙醇;柴油;生物油;柴油機中圖分類(lèi)號:TK42;TH058文獻標識碼:A文章編號:1006-0006(2008)01-0010-02Application of Biodiesel-Ethanol-Diesel Blend Fuel on Diesel EngineHE Jian-hong, YUAN Xiao-dong, GUO He-jun, ZENG Qing-ping(1. The Second Artillery Engineering College, Xi'an 710025,China2. Navy Logistic Technology and Equipment Institute, Beijing 100072, ChinaAbstract: Biodiesel-ethanol-diesel blend fuel( BE-diesel)has good intersolubility and stability, it reduce pollutantemissions released by diesel engine; when diesel concentration is stated, the low heat value and cetane number of theiesel can be increased by increasing biodiesel concentration, and it helps to improve the engine s performance, obviouslyBE-diesel is a potential altemative fuel. This paper introduces research progress of BE-diesel on its properties like physicaland chemical characteristics, stability, performance and emissions and so on, and shows its trendsKey words: Ethanol; Diesel; Biodiesel; Diesel engine乙醇和生物油都是可再生清潔能源,乙醇含氧量高但熱值低、 BE-diesel硫含量低,降低SO2的排放;十六烷值低,柴油機燃用乙醇/柴油混合燃料(FDF)存在著(zhù)火性能差2)乙醇十六烷值過(guò)低,增長(cháng)了滯燃期,柴油機燃用乙醇柴油需要和功率下降較多等問(wèn)題;生物油十六烷值高、熱值比柴油略低,但含微調噴油提前角,而加入的生物油十六烷值高于柴油,可以彌補乙醇氧量低燃用生物油或生物油/柴油混合燃料排放降低幅度不大。在的不利影響縮短 BE-diesel滯燃期,使得噴油提前角無(wú)須調整乙醇柴油混合燃料中加人生物油,可彌補乙醇和生物油各自的不足。3)生物油和乙醉的低熱值均低于柴油,使 BE-diesel的低熱值也多科技工作者研究了 BE-diesel的物化性質(zhì)溶解性、穩定性降低將引起柴油機動(dòng)力下降油耗增高;以及柴油機燃用該混合燃料的性能排放等特性,做了大量試驗,試4)乙醇黏度低揮發(fā)性好可以提高 BE-diesel的流動(dòng)性能和霧驗表明柴油機燃用 BE-diesel可行性較高,本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行化性能促進(jìn)了缸內混合氣的均勻分布,使燃燒更有效率;闡述。5)生物油閃點(diǎn)高出柴油很多, BE-diesel遇到明火發(fā)生爆炸燃燒1 BE-diese的理化性質(zhì)的危險性要小得多。閃點(diǎn)可以鑒定油品發(fā)生火災的危險性,燃點(diǎn)越低,燃料越易燃乙醇生物油與石化柴油的燃料特性見(jiàn)表1。、g表1乙醇、生物油和石化柴油的部分物化性質(zhì)2互溶性及穩定性的研究Tab 1 Physical and Chemical Properties of Ethanol, Bio-diesel生物油互溶性和穩定性是混合燃料實(shí)際應用的先決條件,而且對燃料乙醉棕糊油菜籽油大可油能保持均勻穩定的最低溫度有一定要求。研究表明生物油能有效促進(jìn)乙醇和柴油互溶, BE-diesel互溶性及穩定性要遠好于乙醇柴油混密度/(g·m1)0.790.820.820.820.8-0.85合燃料。閃點(diǎn)/℃Prommes Kwanchareon(4)室溫下測試了由純度95%,9.5%64.3-7051~59.745.7-5645低熱值/(k·g-1)2733.532.832.799.9%的乙醇棕櫚油甲酯及柴油混合而成的三組溶液的互溶性、穩定性以及乙醇含水率的影響,為了方便比較,每組的各組分濃度梯度黏度/(Pa·s)20℃)(37.8℃)(40℃)(40℃)相同。第一組,95%的含水乙醇與柴油不能互溶,而生物油分別與柴(O02)/%油和乙醇都可互溶,添加10%(體積比)以上的生物油可促進(jìn)95%乙(S)/%0.012醇與柴YH出中國煤化工性不佳,七天后出現相從表1中可以看出,柴油中摻混乙醇和生物油后具有以下特點(diǎn):分離;第任意比互溶(離心機1)乙醇含348%的氧生物油含氧約10%理論空燃比較低降混合)NMHG乙醇/柴油混合溶液低了對柴油機進(jìn)氣系統的要求,有利于燃料完全燃燒,降低排放,(D60E40,D60)相分離,但是添加10%(體積比)以上收稿日期:2007-03-2810何建宏等:生物油/乙醇柴油混合燃料在柴油機上的應用的生物油后,各混合溶液均能保持均勻穩定;第三組,互溶性與穩定性高柴油含量的 BE-diesel的NO,排放較柴油的多,在中、高負荷試驗結果與第二組相同,乙醇含水量微小的差異影響很小。同時(shí)隨著(zhù)時(shí)隨著(zhù)負荷的增加NO,排放增加而且0樣柴油的NO,排放最低,其溫度降低生物油-乙醇柴油的互溶性降低在溫度低于10℃時(shí),乙醇它三種燃料的NO,排放比較接近但均高于柴油的。在相同轉速柴油加入生物油后易出現凝膠現象這是不利于實(shí)際應用的和負荷下使用含氧燃料時(shí)柴油機的燃燒在更強的氧化性氣氛下進(jìn)乙醇菜籽油甲酯和柴油的互溶性研究中,菜籽油甲酯分別行因此更容易形成NO,。含有乙醇的混合燃料的滯燃期長(cháng)預混燃和乙醇、柴油的互溶性在-10℃,0℃,20℃都沒(méi)有問(wèn)題而在-10℃燒量增加,等容燃燒程度增加提高了柴油機的燃燒溫度,也是NO,排時(shí)三組分混合液互溶性較低,從三元系相圖中可以看出,-10℃時(shí)單放增加的原因之一。而在低負荷時(shí)燃料甲酯的噴油和著(zhù)火提前仍然相區域不到20℃時(shí)的單相區域的一半,為促進(jìn)穩定互溶需加入較多使得其N(xiāo)O,排放高于柴油。但含有高汽化潛熱乙醇的混合燃料因燃的菜籽油甲酯。燒溫度低,反而使 D60EOM10和EOM0的NO,排放低于柴油的。國內最近的研究5-6表明生物油是乙醇柴油很好的助溶劑而而有研究9表明低柴油含敏的 BE-diesel的NO排放是相當低且生物油含量越高則乙醇柴油互溶越好。的在柴油想2000t/min時(shí)RME58D40E2排放約450×10-63動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟性的研究RME325D2l.5F46NO,排放不到150×10-6,RME29D6E65NO,排放乙醇和生物油熱值低于柴油,柴油機燃用BEdl動(dòng)力性能輕約8oxl0°,可以看出NO,排放隨柴油含量減少而降低。而柴油機微下降為了保證相同的做功能力需要噴射更多體積的燃料,燃油燃燒純柴油NO,平均排放均在10010°以上低柴油含量的BE消耗率有所增高但是因為單位體積的 BE-diesel熱值低,校正功率dcd的NO排放優(yōu)勢顯著(zhù)仍低于校正預期值。綜上所述,對比柴油, BE-diesel醛類(lèi)等碳氫化合物略有增加,高Pang Xiaobing等7配制的B20EsD75的混合燃料在臺架試驗柴油含量的 BE-diesel的NO,排放增多,但是所有BEd的HC,中,對比同條件下柴油機燃用柴油的功率和油耗數據, BE-diesel在CO和PM總體降幅很大低柴油含量的 BE-diesel的NO,排放較低1200r/mim功率下降4.4%,轉矩下降4%,耗油率增加5%,160總體上說(shuō)明 BE-diesel對環(huán)境更友好。r/min功率下降2.6%,轉矩下降2.5%,耗油率增加1%,2000r/min為了同時(shí)降低噪聲NO,和碳煙排放,可以使用廢氣再循環(huán)來(lái)降功率下降4%,轉矩下降4%,耗油率增加3%,2400m功率下降低NO,排放并控制微粒排放不比使用純柴油時(shí)的高。對于裝有選3.6%,轉矩下降4%,耗油率增加4%,2800ym功率下降5%,轉擇性催化還原器的排氣系統還能用排氣中的HC將NO,還原成N2,矩下降5%,耗油率增加65%;在不同載荷下所測得動(dòng)力性能和燃達到同時(shí)降低HC,NO,和微粒的目的。油消耗率也呈相同趨勢:10%載荷實(shí)測功率下降11%,轉矩下降5結束語(yǔ)6%,耗油率增加15%,25%載荷實(shí)測功率下降3%,轉矩下降4%,耗BE-diesel互溶性好,穩定性高混合比例靈活,不需要改動(dòng)柴油油率不變,50%載荷實(shí)測功率下降7%,轉矩下降6%,耗油率增加機結構就能應用于柴油機,動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟性下降幅度很小,能%,75%載荷實(shí)測功率和轉矩都下降5%,耗油率增加7%,100%有效地降低發(fā)動(dòng)機有害物排放;生物油在低溫時(shí)發(fā)生凝膠現象,與礦載荷實(shí)測功率和轉矩都下降4%,耗油率增加3.5%。物柴油相比更容易氧化,生成沉淀物和膠質(zhì)的傾向較高,不利于實(shí)際上述試驗中,2000/mn,25%載荷耗油率不變,可以解釋為乙應用,如何控制 BE-diesel的NO,和醛類(lèi)等有害物排放這些都是需醇和生物油自身攜氧,可以提高燃料燃燒的完善程度,乙醇有助于低要進(jìn)一步研究的內容。但是瑕不掩瑜, BE-diesel是較為理想的石化負荷下稀混合氣的燃燒這兩個(gè)積極因素可以提高燃料的動(dòng)力性能,能源的替代燃料之一。降低油耗。量燃油消耗率常被用來(lái)衡量乙醇柴油的燃油經(jīng)濟性和能效參考文獻若將發(fā)動(dòng)機燃油消耗率按低熱值折算成當量柴油消耗率, BE-diesel[1] VARESE R, VARESE M. Methyl Ester Biodiesel: Bpportunity or Necessity的燃油經(jīng)濟性會(huì )更接近純柴油;另外發(fā)動(dòng)機燃用 BE-diesel功率下降[J]. Inform,1(7):816-824[2] SRIVASTAVA A, PRASAD R. Triglycerides-based Diesel Fuels[J].Renew-幅度在車(chē)輛實(shí)際運用可以接受的范圍內。able and Sustainable Energy Reviews, 2000. 4(2): 111-133.柴油機燃用 BE-diese排放的研究[3]盛梅李為民鄔國英生物油研究進(jìn)展刀中國油脂x0,28(4)56-7柴油機的燃燒過(guò)程主要是擴散燃燒燃料燃燒是不完全的,因而4] PROMMES Kwanchnroon, APANEE Luengnaruemitch, SAMAl Jai-In. So導致部分氧化產(chǎn)物的出現,如CO,HC,醛類(lèi)等,此外氮在高溫下氧化bility of a Diesel-biodiesel-ethHnol Blend, its Fuel Poperties, and its Emiseion生成NO,。乙醇和生物油含氧,從理論上講可以顯著(zhù)改善燃燒過(guò)程的完善程度,減少CO,HC,醛類(lèi)等的排放,煙度顯著(zhù)降低。[5] SHI X, YUA Y, HE H Emission Characteristics Using Methyl Soyate-ethanol研究結果顯示柴油機燃用 BE-dhesel和純柴油在低負荷下,diesel Fuel Blends on a Diesel Engine[ J]. Fuel, 2006, 84(12-13):1543-1549[6]李玉芹曾虹燕生物油多組分體系溶解度研究[刀]應用能源技術(shù),200各組混合比例不同的BEdl排放中CO,HC含量與使用純柴油差(1):1~4別不大;在高負荷下, BE-diesel都有明顯下降,D8BlE和[7] PANG Xiao-bing, SHI Xiao-yan, MU Yu-jing, al. Characteristics of Carton-D80B15E5這兩組混合燃料廢氣排放中CO含量降幅最大,達60%之yl Compounds Emission from a Diesel-engine Using Biodiesel--thanod-diesel多,D85B15F0和D80B15E5兩組HC排放量?jì)?yōu)勢最明顯,降幅都在Fuel[ J]. Atmospheric Environment, 2006, 40(36): 7057-706580%以上,從總體數據上可分析得出結論:乙醇含量高的 BE-diesel[8]何邦全王建聽(tīng)乙醇柴油/甲酯混合燃料的燃燒與排放特性[刀]內燃的CO排放低,而生物油含量高的 BE-diegel的HC排放低中國煤化工Pang Xiaobing等以豆油甲酯配制的B205D5的 EB-diesel在4ULIS P Influence o Fuel2400r/min時(shí),HC,CO減少10%~20%,PM減少最多可達37%,排CNMHGJ]. Renewable Energy放廢氣中甲醛和苯甲醛均約減少45%,乙醛和丙醛均約增多20%,2006,31(15):2505-2512丙酮增多20%-80%,其他醛類(lèi)、酮類(lèi)等碳氫化合物排放有不同程度作者簡(jiǎn)介:何走金(1981-),男碩士研究生,主要研究方向為內燃機清潔代用的增加,NO,有約10%的增幅。