石化與生物混合燃油摻燒乙醇的試驗研究

陳艷艷，賈洪濤

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學院，河南 開封 475004）

0 引言

近年來，柴油機代用燃料應用研究取得了令人鼓舞的結(jié)果。 國內(nèi)外研究者紛紛開展了對生物質(zhì)能的研究，而研究得最多、最有應用前景的當數(shù)生物乙醇和生物柴油。 乙醇作為一種可再生的代用燃料，含有34.8%的氧，燃燒時，理論上所需的空氣接近柴油的一半，可以改善燃燒，從而降低柴油機的碳煙排放。 但是，純乙醇十六烷值低，難以壓燃。 為此，需將乙醇與其他燃料混合使用[1]。

為給石化與生物混合燃油在柴油機上的優(yōu)化使用及為純生物柴油發(fā)動機的優(yōu)化控制提供基礎(chǔ)，筆者在柴油機不做任何調(diào)整的條件下，在石化和生物混合燃油中添加一定比例乙醇，對新混合燃油的外特性和負荷特性進行測試。

1 試驗燃料、設(shè)備和方案

1.1 實驗燃料

試驗用油為-10# 商品柴油（中石化）和鄭州匯綠科技有限公司生產(chǎn)的生物柴油。 將石化柴油和生物柴油按一定的體積比組成B0，B20，BD20（Y-2.5）3 種油。 其中，B0 為純石化柴油；B20 為生物柴油體積占總體積的20%、石化柴油體積占總體積的80%的混合燃油；BD20（Y-2.5）為石化柴油體積占總體積的80%，生物柴油體積占總體積的17.5%，工業(yè)乙醇體積占總體積的2.5%新的混合燃油。 3 種燃油的主要指標和分配比如表1 所示。

1.2 試驗設(shè)備

試驗用發(fā)動機為索菲姆四缸增壓直噴式柴油機，其主要技術(shù)參數(shù)如表2 所示。 試驗所用測試儀器的基本信息如表3 所示。

表1 試驗用油的理化性質(zhì)和組分配比Table1 Physicochemical property and components ratio of testing oil

表2 索菲姆四缸增壓直噴式柴油機的主要技術(shù)參數(shù)Table 2 Main technical parameters of Sofim four cylinder boosting fuel injection engine

表3 試驗用測試儀器的基本信息Table 3 Basic information of experiment measuring instrument

1.3 實驗方案

試驗系統(tǒng)如圖1 所示。 試驗各工況下的各測量所得數(shù)據(jù)顯示均置于控制室內(nèi)。 每次試驗，均記錄大氣狀態(tài)參數(shù)，用于修正[2]。

2 實驗結(jié)果與分析

分別以B0、B20 與BD20（Y-2.5）為燃油，測試油門全開時，發(fā)動機在1600r/min、1800r/min、2000r/min、2200r/min、2400r/min、2600r/min、2800r/min 和3200r/min8 個工況下的性能指標。

2.1 動力性和經(jīng)濟性分析

發(fā)動機分別燃用3 種油樣的功率、比能耗對比曲線如圖2 和圖3 所示。 由圖2 可以看到，與B0 和B20 相比，BD20（Y-2.5）的功率平均下降了1.1%和1.9%。 這是由于乙醇的熱值為26.79 MJ/(kW·h)，相當于石化柴油的62.5%、生物柴油的72.4%，因此，加入乙醇后的混合燃油的功率會有所降低。 但是，由于乙醇的密度比較小，BD20（Y-2.5）的小時油耗量較B0、B20 略微有所降低，比能耗有所偏高（如圖3 所示）。 因此，考慮到試驗誤差因素，可以認為，對發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性基本不造成影響[3]。

圖2 功率對比圖Fig.2 Power comparison

圖3 比能耗對比Fig.3 Energy consumption comparisons

2.2 排放性能分析

3 種油樣的NOx 排放水平對比曲線如圖4 所示。

圖4 NOx 排放對比Fig.4 NOx discharge comparisons

由圖4 可以看出，與B0 和B20 相比，BD20（Y-2.5）的NOx 排放分別平均下降了1.8%和3.1%。 但是，因為乙醇的十六烷值只有8，一定程度上降低了生物柴油混合燃油的十六烷值，滯燃期延長，燃燒放熱集中度降低，并且乙醇汽化吸熱，使得缸內(nèi)最高溫度降低，導致NOx 排放水平下降[4]。 BD20（Y-2.5）與B0 相比，消光系數(shù)平均下降7.3%，最大降幅12.9%；與B20 相比，消光系數(shù)平均下降5.1%，最大降幅12.1%。由此可見，乙醇對降低燃油的碳煙排放有一定的效果。

3 種油樣的CO 排放水平對比曲線如圖5 所示。 由圖5 可以看出，B0 與BD20（Y-2.5）的CO 排放相同；與B20 相比，其CO 排放量平均下降4.2%。因為乙醇的密度小、黏度低，因此能有效改善混合燃油的噴霧質(zhì)量，有利于完全燃燒[5]。

圖5 3 種燃油CO 排放量對比Fig.5 Three kinds of CO discharge comparisons

2.3 綜合性能分析

在發(fā)動機上燃用3 種油樣， 關(guān)于乙醇對石化與生物混合燃油的動力性、 經(jīng)濟性和排放特性的綜合影響，試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表4 所示。

3 結(jié)語

考慮乙醇自身理化性質(zhì)的因素， 在石化與生物混合燃油中加入小比例乙醇， 經(jīng)試驗和對比分析可得出如下結(jié)論：

表4 試驗結(jié)果對比Table 4 Test results comparison

（1） 向石化與生物混合燃油中加入小比例的乙醇，對發(fā)動機動力性、燃油經(jīng)濟性幾乎沒有影響。

（2） 向石化與生物混合燃油中加入小比例的乙醇， 混合燃油的碳煙排放等關(guān)鍵指標均可以滿足試驗期望目標， 滿足我國現(xiàn)行柴油機排放控制標準要求，可以改善碳煙排放特性。

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