李少輝

青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省青島市 266404

1 引言

隨著現(xiàn)代文明的不斷發(fā)展，工業(yè)水平的不斷提高，人們物質(zhì)生活的逐漸豐富，我國(guó)船舶鐵路機(jī)車及日常交通工具的迅猛發(fā)展，及人們對(duì)液體燃料的需求也逐年上升，我國(guó)原油的進(jìn)口需求多，原油的對(duì)外依賴程度也達(dá)到一半，并且逐年呈上升狀態(tài)，給我國(guó)目前的資源狀態(tài)起到了一個(gè)預(yù)警作用。因?yàn)槭澜缳Y源的逐步衰竭，石油的價(jià)格也在不斷飆升。車的尾氣使大氣造成污染，環(huán)境也進(jìn)一步受到威脅。因此，對(duì)優(yōu)質(zhì)的新型的發(fā)動(dòng)機(jī)替代燃料的探索也在不斷進(jìn)行。同時(shí)，世界各國(guó)對(duì)柴油新型替代燃料也倍加重視。目前醇類、醚類、油/酯類及混合型燃料等是人類研究較多的柴油機(jī)新型替代燃料。本文對(duì)新型替代燃料的特點(diǎn)及探究進(jìn)行了介紹和總結(jié)。

2 醇類

2.1 乙醇

乙醇俗稱酒精，火酒。乙醇是一種比較常見(jiàn)的一元醇，乙醇相比于柴油無(wú)較強(qiáng)毒性。所以現(xiàn)今為止，因?yàn)橐掖嫉哪承┨匦院芏鄧?guó)家都在研究和開(kāi)發(fā)，我國(guó)也在努力的研發(fā)中。醇類燃料的原料可以是各種含糖、淀粉的生物質(zhì)等，這些原料的技術(shù)制取可以通過(guò)水解和發(fā)酵等，屬于可再生能源，我國(guó)近幾年的燃料乙醇技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)放在了可再生的農(nóng)作物身上，這是考慮到糧食的安全，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，未來(lái)發(fā)揮重要功能的是生物液體燃料技術(shù)。醇類燃料的缺點(diǎn)是它能與大部分橡膠反應(yīng)，并對(duì)機(jī)械組件有腐蝕作用，它會(huì)導(dǎo)致供油系統(tǒng)失效。其次，因醇類燃料與柴油混合與柴油機(jī)，還要添加助溶劑和著火改造劑，不然易出現(xiàn)互溶問(wèn)題，和著火問(wèn)題，這是因?yàn)榧状际橹岛艿颓遗c柴油互溶難。

2.2 甲醇

甲醇（ch5oh）甲醇的熱值約為汽油熱值的一半，抗爆性較好。在柴油機(jī)中甲醇很難直接壓燃著火，因?yàn)椴裼偷氖橹当燃状嫉氖橹蹈叩枚?。甲醇怎樣用于柴油機(jī)，可以將柴油與甲醇混合燃燒，或者把著火改進(jìn)劑添加在甲醇內(nèi)然后使其燃燒。

用甲醇作為替代燃料也有相應(yīng)的弊端。如果甲醇未充分燃燒，甲醇的較強(qiáng)毒性。會(huì)影響人體健康，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的大氣污染，因?yàn)榧状嫉囊讚]發(fā)性，所以容易在運(yùn)輸，儲(chǔ)存和生產(chǎn)中產(chǎn)生安全隱患。所以要注意安全防護(hù)。

甲醇燃燒時(shí)，有利于降低碳煙排放量，因?yàn)樗紵龝r(shí)碳粒濃度非常小。有利于提高柴油機(jī)的冒煙功率。

3 醚類

國(guó)內(nèi)外用于柴油機(jī)的醚類燃料油有很多，其中研究較多的是二甲醚。醚類燃料，有較多優(yōu)點(diǎn)。例如：醚類燃料可以任何比例的與柴油互溶，而且他們排放性能突出，氧氣含量較其它高，發(fā)火性能優(yōu)越。所以醚類燃料是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。之所以人們更關(guān)注二甲醚的研究是因?yàn)槎酌迅m合作為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。

二甲醚（dme）在常溫下具有很多特性，最主要他還是一種理想型的清潔燃料，它充分燃燒時(shí)，沒(méi)有殘液、碳燃燒量少。另外，二甲醚的十六烷值比柴油高，自燃溫度又比柴油低。

4 油/酯類

4.1 植物油

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的不斷深入發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械的主要?jiǎng)恿υ础裼蜋C(jī)，是能源的消耗大戶，因能源消耗量越來(lái)越大，人們開(kāi)始自主研究。因植物油性能與柴油相近，若以其為原料開(kāi)發(fā)柴油機(jī)燃料將大大降低對(duì)石油資源的依賴性，并減少環(huán)境污染。

很多國(guó)家都開(kāi)展了，植物油用作柴油機(jī)燃料的研究工作，而德國(guó)日本等一些國(guó)家已經(jīng)取得了一定的成果。德國(guó)政府已經(jīng)出臺(tái)了，生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，而日本政府也已批準(zhǔn)生物柴油作為加油站的商品燃料。用油來(lái)作為柴油機(jī)的燃料已成為世界各國(guó)的普遍研究方向。而我國(guó)非城鎮(zhèn)等地方植物油相對(duì)資源豐富，我們應(yīng)研究如何將他們充分利用來(lái)緩解我國(guó)能源的供需矛盾。但植物油的較高的黏度，會(huì)對(duì)供油系統(tǒng)的傳輸及噴嘴后的霧化效果產(chǎn)生影響。并且容易造成噴嘴堵塞，如果長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致噴油器結(jié)焦活塞環(huán)粘結(jié)。缸套磨損潤(rùn)滑油稀釋的問(wèn)題，但植物油的閃點(diǎn)和密度，硫含量等是滿足輕柴油標(biāo)準(zhǔn)的，所以，如用植物油要對(duì)柴油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一定的改裝。棉籽油屬于植物油的一種，棉籽油與柴油混合之后降低了棉籽油的粘度，并且，棉籽油與柴油之間可以任意比例混溶，并且，未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，當(dāng)棉籽油與柴油達(dá)到一定比例配成混合油后，柴油機(jī)就具有較好的性能。深受人們的喜愛(ài)。

我國(guó)土地資源總量大有960萬(wàn)平方公里的國(guó)土面積，有幾百種產(chǎn)油作物，國(guó)家可以種植相關(guān)的產(chǎn)油作物，合理地利用國(guó)土資源。增加種植者收入的同時(shí)又有效的保護(hù)了環(huán)境。又能為我國(guó)能源做出重大貢獻(xiàn)。

4.2 重油

重油是一種調(diào)和而成的油，它是按照一定比例的渣油和柴油調(diào)和而成的，渣油是石油蒸餾剩余的油，重油分子量大，粘度高，重油的比重一般在0.82～0.95之間，設(shè)置在10000到11000kcal/kg.重油是粘稠難揮發(fā)的一種暗黑色液體。液體重油作為燃料，要求它有高發(fā)熱量外，還要黏度低，這樣既便于輸送，又便于改善它的燃燒效率，降低重油粘度的方式是預(yù)熱。

除此以外，重油要凝固點(diǎn)低，便于運(yùn)輸。重油的閃點(diǎn)溫度高，這樣便于霧化與輸送，油中的含水量要少，機(jī)械雜質(zhì)也要少，因?yàn)樗扛吆碗s質(zhì)多會(huì)降低發(fā)熱量等。

因?yàn)橹赜拖啾扔谄渌商娲匀剂细颖阋?。所以大功率中的柴油機(jī)廣泛用重油做燃料。

重油的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)低廉，導(dǎo)致柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷增加，是因?yàn)樗陌l(fā)火性能差。燃燒性能惡化，使得柴油機(jī)的排氣溫度增加，煙度增加，因此在看到優(yōu)點(diǎn)時(shí)也要解決相應(yīng)的缺點(diǎn)。

4.3 生物柴油

近年來(lái)許多研究證實(shí)，只要是柴油機(jī)燃燒生物柴油后碳?xì)浠衔锒紲p少。典型的“綠色能源”是生物柴油，它具有很多特性例如有很好的環(huán)保性、能很好地啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料性能好，原料來(lái)源渠道廣泛、又是可再生能源等特性。生物柴油是指植物油、動(dòng)物油、廢棄油脂或微生物油脂與甲醇或乙醇經(jīng)酯轉(zhuǎn)化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“綠色能源”，大力發(fā)展生物柴油對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)能源替代、減輕環(huán)境壓力、控制城市大氣污染具有重要的戰(zhàn)略意義。

5 燃?xì)忸?/h2>

5.1 液化天然氣

天然氣是一種高效、清潔、價(jià)廉的民用燃料、化工原料和工業(yè)用燃料，我國(guó)的天然氣資源豐富。

目前世界各國(guó)將天然氣與柴油兩用的發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)做研究課題并且已經(jīng)取得較大進(jìn)展。

天然氣-柴油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)使用天然氣和柴油兩種燃料。按照天然氣燃料的供給方式，天然氣-柴油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可分為天然氣進(jìn)氣道供給和天然氣缸內(nèi)直接噴射兩種。天然氣經(jīng)由進(jìn)氣道供給的兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)較為常見(jiàn)，而采用缸內(nèi)直接噴射方式則有很大的困難，因而實(shí)際應(yīng)用很少。其工作原理主要是利用少量引燃柴油噴入氣缸，待其壓縮點(diǎn)燃后引燃噴入氣缸的天然氣和空氣的混合氣。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)既能以天然氣/柴油雙燃料方式工作，也能以純柴油方式工作，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以將天然氣的優(yōu)勢(shì)與柴油機(jī)的高燃油效率相結(jié)合。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性好，兩種燃料可按合理的配比燃燒，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的同時(shí)，又可以很好地避免氣體燃料和液體燃料在設(shè)計(jì)上的沖突而且廢氣排放低，顆粒物排放少。

根據(jù)引燃油量的多少，天然氣/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可分為常規(guī)天然氣/柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和微引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

5.2 沼氣

沼氣是一種適合我國(guó)國(guó)情的新能源。利用沼氣代替柴油作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料是緩解石油緊缺的有效手段之一。沼氣能節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。使用沼氣是廢棄物利用，使用沼氣有利于節(jié)約成本。沼氣還是清潔能源，干凈衛(wèi)生。使用沼氣作燃料可以說(shuō)是清潔、無(wú)污染、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、方便。

6 混合型

若只是單純?nèi)加媚撤N替代燃料，可能還需要對(duì)柴油機(jī)的供油系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大的改裝。盡管單純?nèi)挥媚撤N替代燃料時(shí)可能有效改善柴油機(jī)的排放性能。但如果，我們不希望對(duì)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大改動(dòng)的情況下。而我們又想保持柴油機(jī)的動(dòng)力性，又想減少柴油的使用量。并且，達(dá)到較好的排放性能的情況下。

人們開(kāi)始將重點(diǎn)研究放在柴油與替代燃料的摻和燃燒。而混合燃燒時(shí)有三種方式：

一，采用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。

二，如果當(dāng)燃料能夠互融，則按一定比例混合。

三，當(dāng)材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)互溶，可采用特定表面活性劑，用乳化的方式合成乳化油。

有研究發(fā)現(xiàn)，生物柴油不但能與乙醇和柴油互溶，而且一定范圍內(nèi)，形成穩(wěn)定的乙醇——柴油——生物柴油的混合燃料，這是通過(guò)生物柴油的助溶作用實(shí)現(xiàn)的。

使用混合燃料，具有很好的經(jīng)濟(jì)性，也可以減少柴油的使用性。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前在探討新型替代燃料在柴油機(jī)上的應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（1）燃用不同燃料時(shí)，注意發(fā)動(dòng)機(jī)的性能變化，以及可能對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生的危害等。

（2）還要注意，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能和和發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，可能因?yàn)?，柴油機(jī)在不同環(huán)境工作的壓力下，混合燃料的組成比例發(fā)生變化的情況下，燃料添加劑的不同而產(chǎn)生影響。

（3）在燃用不同燃料時(shí)，柴油機(jī)也相應(yīng)的應(yīng)該進(jìn)行改裝。

隨著石油資源的減少。人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)。柴油機(jī)新型替代燃料的探討越來(lái)越受到人們的普遍關(guān)注和重視。因此應(yīng)加強(qiáng)這方面的工作與研究，讓清潔型、經(jīng)濟(jì)型能源走進(jìn)千家萬(wàn)戶。