石化与生物混合燃油掺烧乙醇的试验研究

陈艳艳，贾洪涛

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

近年来，柴油机代用燃料应用研究取得了令人鼓舞的结果。 国内外研究者纷纷开展了对生物质能的研究，而研究得最多、最有应用前景的当数生物乙醇和生物柴油。 乙醇作为一种可再生的代用燃料，含有34.8%的氧，燃烧时，理论上所需的空气接近柴油的一半，可以改善燃烧，从而降低柴油机的碳烟排放。 但是，纯乙醇十六烷值低，难以压燃。 为此，需将乙醇与其他燃料混合使用[1]。

为给石化与生物混合燃油在柴油机上的优化使用及为纯生物柴油发动机的优化控制提供基础，笔者在柴油机不做任何调整的条件下，在石化和生物混合燃油中添加一定比例乙醇，对新混合燃油的外特性和负荷特性进行测试。

1 试验燃料、设备和方案

1.1 实验燃料

试验用油为-10# 商品柴油（中石化）和郑州汇绿科技有限公司生产的生物柴油。 将石化柴油和生物柴油按一定的体积比组成B0，B20，BD20（Y-2.5）3 种油。 其中，B0 为纯石化柴油；B20 为生物柴油体积占总体积的20%、石化柴油体积占总体积的80%的混合燃油；BD20（Y-2.5）为石化柴油体积占总体积的80%，生物柴油体积占总体积的17.5%，工业乙醇体积占总体积的2.5%新的混合燃油。 3 种燃油的主要指标和分配比如表1 所示。

1.2 试验设备

试验用发动机为索菲姆四缸增压直喷式柴油机，其主要技术参数如表2 所示。 试验所用测试仪器的基本信息如表3 所示。

表1 试验用油的理化性质和组分配比Table1 Physicochemical property and components ratio of testing oil

表2 索菲姆四缸增压直喷式柴油机的主要技术参数Table 2 Main technical parameters of Sofim four cylinder boosting fuel injection engine

表3 试验用测试仪器的基本信息Table 3 Basic information of experiment measuring instrument

1.3 实验方案

试验系统如图1 所示。 试验各工况下的各测量所得数据显示均置于控制室内。 每次试验，均记录大气状态参数，用于修正[2]。

2 实验结果与分析

分别以B0、B20 与BD20（Y-2.5）为燃油，测试油门全开时，发动机在1600r/min、1800r/min、2000r/min、2200r/min、2400r/min、2600r/min、2800r/min 和3200r/min8 个工况下的性能指标。

2.1 动力性和经济性分析

发动机分别燃用3 种油样的功率、比能耗对比曲线如图2 和图3 所示。 由图2 可以看到，与B0 和B20 相比，BD20（Y-2.5）的功率平均下降了1.1%和1.9%。 这是由于乙醇的热值为26.79 MJ/(kW·h)，相当于石化柴油的62.5%、生物柴油的72.4%，因此，加入乙醇后的混合燃油的功率会有所降低。 但是，由于乙醇的密度比较小，BD20（Y-2.5）的小时油耗量较B0、B20 略微有所降低，比能耗有所偏高（如图3 所示）。 因此，考虑到试验误差因素，可以认为，对发动机的动力性、燃油经济性基本不造成影响[3]。

图2 功率对比图Fig.2 Power comparison

图3 比能耗对比Fig.3 Energy consumption comparisons

2.2 排放性能分析

3 种油样的NOx 排放水平对比曲线如图4 所示。

图4 NOx 排放对比Fig.4 NOx discharge comparisons

由图4 可以看出，与B0 和B20 相比，BD20（Y-2.5）的NOx 排放分别平均下降了1.8%和3.1%。 但是，因为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，滞燃期延长，燃烧放热集中度降低，并且乙醇汽化吸热，使得缸内最高温度降低，导致NOx 排放水平下降[4]。 BD20（Y-2.5）与B0 相比，消光系数平均下降7.3%，最大降幅12.9%；与B20 相比，消光系数平均下降5.1%，最大降幅12.1%。由此可见，乙醇对降低燃油的碳烟排放有一定的效果。

3 种油样的CO 排放水平对比曲线如图5 所示。 由图5 可以看出，B0 与BD20（Y-2.5）的CO 排放相同；与B20 相比，其CO 排放量平均下降4.2%。因为乙醇的密度小、黏度低，因此能有效改善混合燃油的喷雾质量，有利于完全燃烧[5]。

图5 3 种燃油CO 排放量对比Fig.5 Three kinds of CO discharge comparisons

2.3 综合性能分析

在发动机上燃用3 种油样， 关于乙醇对石化与生物混合燃油的动力性、 经济性和排放特性的综合影响，试验数据处理结果如表4 所示。

3 结语

考虑乙醇自身理化性质的因素， 在石化与生物混合燃油中加入小比例乙醇， 经试验和对比分析可得出如下结论：

表4 试验结果对比Table 4 Test results comparison

（1） 向石化与生物混合燃油中加入小比例的乙醇，对发动机动力性、燃油经济性几乎没有影响。

（2） 向石化与生物混合燃油中加入小比例的乙醇， 混合燃油的碳烟排放等关键指标均可以满足试验期望目标， 满足我国现行柴油机排放控制标准要求，可以改善碳烟排放特性。

[1] 陆克久，张金迎，肖银培. 柴油机燃烧乙醇-柴油-生物柴油混合燃料的排放特性研究[J]. 小型内燃机与摩托车，2010（2）:26-29.

[2] 边耀璋. 汽车新能源技术[M]. 人民交通出版社，2003.

[3] 袁银南，张恬，梅德清，等. 柴油机燃油生物柴油的燃烧与排放[J]. 江苏大学学报,2006，27（3）:216-219.

[4] 刘家利，陈昊，刘金霞. 添加乙醇对柴油-生物柴油混合燃料性能的影响[J]. 上海汽车，2008（02）：9-12.

[5] 陈艳艳，张俊海，李荣. 生物柴油-柴油混合燃油的实验分析[J]. 拖拉机与农用运输车，2011（6）:69-73.