2008年5月農(nóng)機(jī)化研究第5期棕櫚油一乙醇混合燃料發(fā)動機(jī)的試驗研究余克橡,李獻(xiàn)菁,李雙定,黃華,黃錦成(廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,南寧530004)摘要:通過在S195柴油機(jī)上進(jìn)行對比試驗,分析了棕櫚油及棕櫚油一乙醇混合燃料的不同比例對柴油機(jī)性能的影響。研究結(jié)果表明,柴油機(jī)燃用混合燃料后,乙醇的摻燒率為30%以下時,其動力性能良好,折合油耗率均有不同程度的改善。柴油機(jī)燃用棕櫚油和混合燃料時,與燃用柴油相比,碳煙在整個運(yùn)轉(zhuǎn)工況范圍內(nèi)有大幅度的降低;在大負(fù)荷下的C0排放量有明顯的降低,NOx排放量有所改善;隨著乙醇比例的增大、N0x和碳煙排放量逐級降低,HC排放量比燃用柴油時有所增加。關(guān)鍵詞:棕櫚油一乙醇;柴油機(jī);性能;排放中圖分類號:TK4389文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-188×(2008)05-0177-050引言試驗裝置與燃料生物柴油是由植物油(如棕櫚油)、動物脂肪1.1試驗裝置等原料制成,具有可再生、清潔和安全等優(yōu)勢。試驗用柴油機(jī)為S95柴油機(jī)。主要測試設(shè)備其十六烷值和閃點較高,抗暴性能優(yōu)于常規(guī)柴油,為D110水力測功機(jī),FC2210Z智能油耗儀,FTY-100含硫量低,不含對環(huán)境造成污染的芳香族烷烴,便不透光煙度計和AVL5組份汽車排氣分析儀。于運(yùn)輸和儲藏。乙醇作為可再生代用燃料,在柴油1.2試驗燃料機(jī)上應(yīng)用,可以有效地降低發(fā)動機(jī)排氣中顆粒物、1.2.1試驗用燃料一氧化碳、氮氧化物等有害物質(zhì)的含量,環(huán)境效益本試驗研究5種燃料的排放特性。這5種燃料顯著。但乙醇的十六烷值較低,難以直接在普通柴分別為:0#柴油(D100),棕櫚油(P100),體積分?jǐn)?shù)油機(jī)上使用,可以考慮摻混的方式加以應(yīng)用為90%的棕櫚油+10%乙醇(P90E10),體積分?jǐn)?shù)為80%本文主要以棕櫚油及棕櫚油一乙醇混合燃料的棕櫚油+20%乙醇(P80E20),體積分?jǐn)?shù)為70%的棕為燃料,在柴油機(jī)上進(jìn)行了動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放櫚油+30%乙醇(P70E30)。其理化性質(zhì)如表1所示。特性的試驗研究,并與柴油燃料進(jìn)行了比較表1燃料理化性質(zhì)燃料類型密度/g"cm3運(yùn)動粘度/m2·s'閃點(閉口)/℃冷凝點/℃氧含量/wt十六烷指數(shù)熱值/kJ·kg棕櫚油0.8694.3(40℃)101339.5常規(guī)柴油0.82-0.862.0~4.065-8843.5乙醇13-14117.3122棕櫚油+乙醇混合溶液配制乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為10%,20%和30%。先往量筒里倒入棕櫚油(如圖1a),再加入乙醇。觀察發(fā)現(xiàn),初加乙醇時,在攪拌之前混合溶液分兩層,乙醇在上面一層,其原因是乙醇密度小于棕櫚油密度的緣故;振蕩攪拌,待靜止穩(wěn)定后,溶液呈透明狀,且混合溶液長期放置均穩(wěn)定,也不會出現(xiàn)分層現(xiàn)象(如圖1b~d所示)。M凵中國煤化工Ea0(60970收稿日期:2007-07-23CNMHG況作者簡介:余克橡(1950-),男,廣西岑溪人,實驗師,(E-ai1)1.3瓜力桑hu ache126.c0m。本試驗在不改變原機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下進(jìn)行2008年5月農(nóng)機(jī)化研究第5期分別在額定轉(zhuǎn)速200r/min及最大扭矩轉(zhuǎn)速相同3。因此發(fā)動機(jī)燃用或摻燒乙醇燃料時,將供1500r/min下對柴油機(jī)燃用上述5種燃料時的性能油量進(jìn)行調(diào)整后,并不會影響發(fā)動機(jī)的功率。實驗和排放情況進(jìn)行對比試驗。用柴油機(jī)燒棕櫚油一乙醇混合燃料的輸出功率與燒2試驗結(jié)果與分析純柴油的輸出功率無明顯差別,均可達(dá)到額定負(fù)荷。22燃料經(jīng)濟(jì)性2.1混合燃料動力性分析圖2和圖3分別給出了柴油機(jī)燃用不同棕櫚由乙醇的理化性質(zhì)可以知道,乙醇的低熱值較—乙醇混合燃料時燃油消耗量和燃油消耗率的變低,但由于乙醇的理論空燃比相對石油燃料低,理曲線。論混合氣的熱值與石油燃料理論混合氣的熱值基本2.02.82000r/min26--1001.61-P70E32.2--80E2·x1.8110001.61.21.00.8Pe/kWPe/kw圖2柴油機(jī)燃用不同混合燃料時燃油消耗量的變化1500r/oin二P902000r/minv--P80E20◆=P70Ep一P70E30320240圖3柴油機(jī)燃用不同混合燃料時燃泊消耗率的變化由圖2和圖3中可以看出柴油機(jī)燃用棕櫚油及上由于試驗中各種燃料的熱值不一,通常采用折合棕櫚油一乙醇混合燃料時,其燃油消耗量(率)比油耗率(或稱能量消耗率)來比較分析其經(jīng)濟(jì)性。柴油高,且隨著棕櫚油中乙醇比例的增大而增大。本研究用b來表示"。在1500r/min時,燃用P100的燃油消耗率比燃用柴各種燃料折合油耗率的變化規(guī)律,如圖4所示。油的燃油消耗率髙16.2%,乙醇比例毎增加10%,燃顯然使用棕櫚油及棕櫚油一乙醇混合燃料時,在不油消耗率增加不到2%;在2000r/min標(biāo)定點處,P100同工況下折合油耗率均有不同程度的改善。這主要的燃油消耗率比柴油的高14.5%,乙醇比例每增加是燃料的粘度、含氧量和著火能力共同作用的結(jié)果。10%,燃油消耗率平均增加亦不到2%。這是因為棕棕櫚油粘度大,影響了燃料與空氣混合的質(zhì)量,燃櫚油及乙醇的熱值均比柴油低的緣故(如表1所燒效率有一定的降低,但棕櫚油十六烷值高,含氧示)。隨著混合燃料中乙醇摻混比增大,混合燃料總量而的田者熱效率提高;加入乙醇熱值降低,在相同輸出功率情況下,燃用代用燃料以中國煤化工料的粘度降低,有利的燃油消耗量(率)較柴油高,且乙醇含量越高,于CNMH〔高的含氧量,使燃燒油耗量(率)越高更迅速完善,熱效率提高,這些都有利于降低發(fā)動油耗率是反映發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo),實際機(jī)的油耗率。2008年5月農(nóng)機(jī)化研究第5期23排放分析而柴油的排放量最大。在1500r/min大負(fù)荷處,燃23.1C0排放用棕櫚油一乙醇混合燃料的C0排放均比柴油的低,柴油機(jī)燃用不同燃料時C0的排放規(guī)律,如最大降低幅度達(dá)50%。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min圖5所示。從圖5中可見,在中小負(fù)荷處,柴油機(jī)時,在中大負(fù)荷下,棕櫚油和混合燃料的c排放量燃用棕櫚油及棕櫚油一乙醇混合燃料時的C0排放明顯比柴油低,標(biāo)定點處混合燃料的排放量最大降量與燃用柴油時的相差不大,總排放量均較低,基低幅度達(dá)80%。本上小于0.1%;在大負(fù)荷時,C0排放量迅速增大,1500r/minPe/kWPe/kW圖4柴油機(jī)燃用不同燃料時折合油耗率的變化0.72000r/min2000r/mi0.5--5830.40.3圖5柴油機(jī)燃用不同燃料對C0排放的影響C0產(chǎn)生的原因主要是缺氧、不完全燃燒。因此232HC排放混合氣的混合質(zhì)量和濃度對C0排放的影響很大。在柴油機(jī)燃用不同燃料時HC的排放規(guī)律“,如中小負(fù)荷時,由于混合氣的過量空氣系數(shù)較大,燃圖6所示。從圖6中可見,棕櫚油的HC排放最低,燒較完善,CO的排放量均較低。隨著負(fù)荷的增大,多在12~25×10之間。加入乙醇后,HC的排放量混合氣變濃,C0的排放量有所增大,特別是燃用柴增大,且當(dāng)乙醇比例達(dá)到20%后,HC排放量比燃用油時更為明顯。而棕櫚油和混合燃料的含氧量高,柴油時有所增加。隨著負(fù)荷的升高,各種燃料的HC燃燒較充分,因而C0排放量有所降低。排放波動較大。601500r/ain2000r/min3025505050505中國煤化工9Pe/kw圖6柴油機(jī)燃用不同燃料對HcCNMHGHC的產(chǎn)生主要是因為缺氧、混合氣局部過濃或燃油著火性能好,滯燃期短,其未燃碳?xì)浜土呀馓歼^稀以及壁面激冷效應(yīng)。棕櫚油的十六烷值較髙,氫均少。因此,在柴油機(jī)中燃燒時HC排放相對降低。2008年5月農(nóng)機(jī)化研究第5期棕櫚油中加入乙醇后,由于乙醇的高汽化潛熱,降入乙醇后,隨著乙醇比例的增大NOx排放量逐步降低了缸內(nèi)溫度,增加了氣缸壁面附近的淬熄層的厚低,但混合燃料之間的差異不大,P70E30排放量最度,增加了未燃HC的排放,而且隨著乙醇比例的增低。2000/min時,柴油、棕櫚油、P80E20和P90E10大,而逐漸增多。的排放量基本相當(dāng),P70E30排放量最低。其主要原23.3NOx排放因是在棕櫚油中加入乙醇后,乙醇的汽化潛熱使缸影響Nox生成的條件有高溫、富氧和足夠的燃內(nèi)溫度降低,從而降低了Nx排放。N0x排放隨負(fù)燒持續(xù)時間。柴油機(jī)燃用不同燃料時Nx的排放量荷的增加有明顯的增加趨勢,其原因是負(fù)荷高,缸與功率的變化關(guān)系,如圖7所示。從圖7中可以內(nèi)循環(huán)噴油量大,造成缸內(nèi)平均溫度高和高溫持續(xù)看到,各種燃料的排放隨著功率的增加而上升,在時間長1500r/min下,柴油的N0x最高,棕櫚油其次;加1500r/minD1002000r/m1000001-1813600Pe/kwPe/kW圖7柴油機(jī)燃用不同燃料對NO1排放的影響234碳煙度更為明顯。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min時,P70E30的碳煙是柴油機(jī)主要污染物排放之一,特別是在碳煙排放量與柴油的相比,在最大扭矩點處降低幅大負(fù)荷和加速時的排放更加嚴(yán)重。柴油機(jī)燃用不同度為64%;2000r/min時,碳煙排放隨乙醇比例的變?nèi)剂蠈μ紵熍欧诺挠绊憽?如圖8所示,碳煙隨著化規(guī)律基本與1500r/min時的一樣,但各種混合燃負(fù)荷的加大呈上升趨勢。而當(dāng)燃用棕櫚油和混合燃料的碳煙排放比較接近,都明顯比柴油低;在標(biāo)定料時,碳煙排放均比柴油有大幅度降低,并隨著乙功率點8.8kW處,P70E30的碳煙排放量降低幅度達(dá)醇含量的增加而逐級降低,特別在大負(fù)荷時降低程80.5%1500r/ein000r/minPe/kWPe/kW圖8柴油機(jī)燃用不同燃料對碳煙排放的影響在中小負(fù)荷區(qū),煙度相對較低,這是因為中小合氣混合更加均勻;乙醇的汽化潛熱大,降低了缸負(fù)荷,噴油量比較小,空燃比高,氧氣較充足。隨內(nèi)溫度。負(fù)荷增加,空燃比減小,更容易導(dǎo)致局部缺氧、燃料裂解而生成較多碳煙。另外,負(fù)荷增加,燃燒溫3結(jié)論度也增高,這些都是造成大負(fù)荷煙度增加的原因。發(fā)勛不做西動的情況下,柴油機(jī)隨著混合燃料中乙醇比例的增大,發(fā)動機(jī)碳煙排放燃中國煤化工混合燃料后其動力性降低的主要原因是:乙醇的自供氧功能減少了燃燒良女YHCNMHG算比使用柴油時有所室過濃混合氣區(qū)域,使燃燒較充分;乙醇中不含芳改善。香烴,而且HC高;乙醇的低沸點和低粘度,使混2)在中小負(fù)荷處,柴油機(jī)燃用棕櫚油和棕櫚008年5月農(nóng)機(jī)化研究第5期油一乙醇混合燃料時的C0排放量與燃用柴油時的[1]李昌珠,蔣麗娟,程樹棋.生物柴油一綠色能源[M]相差不大。在大負(fù)荷下,生物柴油和混合燃料的CO北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005排放量比柴油有較大的降低。[2]馬福軍.在柴油機(jī)上燃用乙醇柴油的實驗研究[D]3)棕櫚油的HC排放略比柴油低。加入乙醇后,大連:大連理工大學(xué),2002HC排放量逐級增大,當(dāng)乙醇比例達(dá)到20%時,HC排[3]張福根,在柴油機(jī)上燃用乙醇柴油的實驗研究[D]放量比燃用柴油時有所增加。南寧:廣西大學(xué),20054)棕櫚油的Nx排放量與柴油的相差不大[4]Md: Nurun Nabi * Md. Shamim Akhter, Mhia Md加入乙醇后,隨著乙醇比例的增大,NOx排放量逐Zaglul Shahadat. Improvement of engine emissi步降低。ons with conventional diesel fuel and diesel5)整個負(fù)荷范圍內(nèi),棕櫚油和混合燃料的碳biodiesel blends [J. Bioresource Technology煙排放均比柴油的低,并隨著乙醇含量的增加而逐2006,(97):372-378級降低,特別在大負(fù)荷時降低程度更為明顯。[5]葛蘊(yùn)珊,張世鷹.生物柴油在柴油機(jī)中的應(yīng)用研究參考文獻(xiàn)[J].內(nèi)燃機(jī)工程,2004,25(2):12-14Experimental Research of Palm Oil -ethanol Blends on a Diesel EngineYU Ke-xiang, LI Xian-jing, LI Shuang-ding, HUANG Hua, HUANG Jin-chengCollege of Mechanical Engineering, Gangxi University, Nanning 530004, ChinaAbstract: In this paper the influences on the emission performance of a diesel engine fueled with palm oil andalm oil-ethanol blends(PEF)were analyzed. The result shows that after using the palm oil and PeF on thediesel engine, it can well reach the original engine power, and the equivalent brake specific fuel consumptionrate have been improved to some extend when the proportion of ethanol in PEF is below 30%. Compared withconventional diesel fuel, palm oil and PEF show apparently lower smoke emissions at all conditions, and sharplyreduction in carbon monoxide( CO)at high load condition, with the increase proportion of ethanol in PEF,shows, slightly improvement in NOx and smoke emissions but slightly higher HC emissionsKey words: palm oil-ethanol; diesel engine; performance; emission(上接第176頁)Abstract ID:1003-188X(2008)05-0174EAResearch Progress of Rapeseed Methyl Ester Used on Diesel EngineWANG Xu-rong, MENG Wen, FAN Jun(1. Shandong Transport Vocational College, Weifang 261206, China; 2. Mechanical Engineering College,Xinjiang University, Wulumuqi 830008, China)Abstract: In China, rapeseed oil, which have been plated in very wide area and have good characteristic as fuelbecomes the best suitable material for making biodiesel. The main composition of biodiesel, which obtain fromrapeseed oil, is called rapeseed methyl ester(RME). In this paper, the theory and different kinds of methods ofpreparation of RME have been briefly presented, the main physical and chemical characteristics and fuelcharacteristics of RME and diesel oil have been compared, the study progress of RME used as fuel on dieselngine has been summarized in detail, the advantage and中國煤化工using RME and thedevelopment prospect of its application and some difficultiesKey words: rapeseed methyl ester; diesel;; engine biodieselCNMHG