柴油机燃用乳化油节油新途径的实验研究

• 作 者: 刘闯
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 柴油机 乳化油 节油 氢 重油

能源和环境是人类在21世纪面临的严重问题。内燃机——作为主要的石油消耗工具和大气污染源,如何降低其燃油消耗率和污染物排放,受到学术界的广泛关注。乳化油技术有着良好的降低NOx和碳烟排放的效果,同时还可以实现节油。但实验证实乳化油的节油率并不高,存在着4%的瓶颈,节油不节钱的局面,使乳化油技术的推广面临着尴尬的境遇。本论文研究的主要内容正是在保证乳化油技术良好的降污效果的同时提高其节油效果和经济性。甲醇可由煤制得,在我国是一种理想的石油替代产品。实验发现,甲醇在被加热至400℃后会开始热分解产生氢气,并且随着温度的升高,热分解率及产氢量快速增大。温度在600℃左右时,甲醇热分解率达90%,每摩尔的甲醇可产生1.8摩尔左右的氢气。利用柴油机排烟(温度一般在400～600℃)余热加热甲醇热分解制氢,并在线通入到柴油机进气道入口,有望实现柴油机燃用乳化油时节油率的提高。通过台架实验发现,这种方法能使碳烟排放降低41%,NOx降低21%,同时,还可有效的提高节油效果,最高柴油消耗率降低达17%,节油率12%,节钱率10.9%。实验还考察了甲醇流量、乳化油含水率及柴油机运行功率对节油率的影响。发现,甲醇流量和乳化油含水率各存在一最佳值(甲醇流量5mL/min,乳化油含水率15%)使节油率达到最高;随柴油机运行功率的降低,节油率直线下降,因为低功率下排烟温度过低无法使甲醇热分解产生氢气,此时需引入外源电加热使甲醇热分解,节油效果仍可恢复到10～12%的水平。乳化油技术有着优化燃油雾化效果、减少碳烟排放的特点,而这些正是重油燃烧时存在的问题。本论文通过实验的方法尝试在高速柴油机内燃用工业重油。但由于粘度方面的问题,实验中我们先把重油与柴油按质量比1:1进行调和,再向其中加入水制成乳化油在柴油机内燃烧。实验发现,乳化调和油的油耗和碳烟排放较柴油相当,NOx排放明显低于柴油,CO排放量则略有升高。但重油与柴油相比,价格优势明显,可从中收获巨大的经济效益。