乙醇燃料燃燒特性及其推廣應(yīng)用探析

程 艷，蔣 晶

（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與信息工程學(xué)院，廣西南寧 530026）

在LNG、LPG、甲醇、生物燃料和氫能等眾多新型石油潛代能源中，乙醇是相對較安全的且易生產(chǎn)的可再生資源之一。目前，乙醇汽油和乙醇柴油是乙醇燃料在汽車發(fā)動機(jī)上的主要應(yīng)用形式，基于乙醇的特性，乙醇汽油被研究應(yīng)用的較多，已被推廣使用十多年，但仍不能被廣大車主接受，難以在全國范圍內(nèi)推行。為此，分析乙醇燃料的特性，探討乙醇燃料推廣需解決的問題及應(yīng)對策略，這對乙醇燃料更深入的研究發(fā)展具有一定促進(jìn)作用。

1 乙醇燃料特性及應(yīng)用現(xiàn)狀

乙醇是一種較有前景的富氧可再生能源，其化學(xué)分子式為C2H5OH，密度為790 kg/m3，與汽油相近，常溫常壓下呈液態(tài)。常用燃料乙醇、汽油、柴油三者的主要理化特性（見表1）。

乙醇作為發(fā)動機(jī)的代用燃料，主要以與汽油混合及與柴油混合燃燒的方式進(jìn)行。因乙醇與柴油不能互溶等因素，從而乙醇在汽油機(jī)上的應(yīng)用更多。

表1 乙醇與汽油、柴油的主要理化特性對比表

在環(huán)保方面，歐IV和國V排放法規(guī)對汽車氣體常態(tài)排放物（COHCNOX）及微粒排放提出了嚴(yán)格的要求，要求微粒數(shù)量低于6×1011個/千米（微粒的質(zhì)量不得大于4.5 g/km），而乙醇汽油能極大地改善汽車氣體常態(tài)排放物的排放。對于乘用車的CO2排放方面，我國也作出了到2025年CO2排放量低于95 g/km的相關(guān)規(guī)定，利用乙醇汽油能有效地降低車輛CO2的排放[1]。

2 乙醇汽油燃燒特性分析

針對乙醇汽油及普通汽油對發(fā)動機(jī)的性能影響，目前已有許多專家學(xué)者進(jìn)行了此方面的研究，并取得顯著的成效。

上汽通用五菱的丁小剛等[2]在LJ465Q-2AE1的汽油機(jī)上分別進(jìn)行了燃用E0、E20、E50的純汽油及乙醇汽油，測試了其動力性能及排放性能[4]。其研究表明，在動力性能方面，乙醇汽油發(fā)動機(jī)的功率降低小于5 %，最大扭矩降低也小于5 %；在燃油經(jīng)濟(jì)方面，隨著乙醇比例的增加會使油耗有所增加。在排放性能方面，乙醇比例增加，排放的CO和HC含量明顯下降，排氣溫度低使NOX的排放也降低。江蘇的靖蘇銅等用乙醇汽油與純汽油進(jìn)行了主要污染物排放試驗分析研究，其研究表明，E10的乙醇汽油能有效降低CO、HC及NMHC、CO2的排放。其他相關(guān)研究表明，乙醇比例超過15 %的乙醇汽油，會對動力和排放產(chǎn)生不利影響，在不改變發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的情況下使用低比例E10乙醇汽油是最佳比例燃料，因而推廣使用低比例混合的E10乙醇汽油燃料。乙醇汽油燃料的優(yōu)點(diǎn)及存在問題（見表2）[3]。

3 乙醇柴油燃料燃燒特性分析

由于柴油與乙醇不可互溶等理化特性，對乙醇柴油的應(yīng)用較少，但乙醇燃料也能改善柴油發(fā)動機(jī)的特性。清華大學(xué)的何幫全等利用在線混合裝置，研究了不同乙醇柴油混合比例的乙醇柴油燃料燃燒特性，碳煙的排放隨著乙醇分子數(shù)的增加明顯降低，最大降幅達(dá)74 %，而中高負(fù)荷下的NOX化合物明顯增多。曹東冬等在柴油機(jī)臺架上，研究了乙醇柴油的燃燒特性，NOX和碳煙的下降幅度會隨著乙醇比例的增加而加大，CO排放有所升高。可通過調(diào)節(jié)控制燃料混合比例達(dá)到最佳排放狀態(tài)。靳德才等[6]利用軟件進(jìn)行了建模模擬研究，其研究得出，乙醇在燃料中混合達(dá)10 %可使柴油發(fā)動機(jī)達(dá)最佳的動力性和經(jīng)濟(jì)性能。因此，相關(guān)研究表明，乙醇柴油對于降低排放，提高燃料經(jīng)濟(jì)性的方向是可行的。

表2 乙醇汽油燃料優(yōu)劣分析

4 乙醇燃料應(yīng)用前景分析

目前，乙醇燃料在汽車上的推廣應(yīng)用主要是乙醇汽油。從發(fā)展需求來看，據(jù)研究，我國的乙醇燃料產(chǎn)量有87 %的原料來自玉米，11 %的源自木薯等，2 %源自纖維素。目前我國利用玉米等農(nóng)作物為原料來生產(chǎn)乙醇的工藝雖已成熟，且原料來源穩(wěn)定，但會受玉米陳化糧的庫存制約，因而需發(fā)展多元化乙醇原料生產(chǎn)工藝。我國預(yù)計在2020年實(shí)現(xiàn)全國基本覆蓋乙醇汽油，對乙醇的需求量約1 300×104t，缺口約為1 000×104t。

從環(huán)保視角來看，多年的研究表明：E10的乙醇汽油可使汽車尾氣的CO下降約30 %，HC化合物下降約13 %，CO2的排放減少約4 %，PM2.5的排放減少最高可達(dá)約60 %，因此有效地促進(jìn)環(huán)境保護(hù)[5]。

從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，乙醇資源在我國較豐富，與汽油混合使用具有一定的經(jīng)濟(jì)性，推廣使用乙醇汽油是節(jié)約能源、減少對石油資源依賴的有效方法。因此乙醇汽油在我國有著良好的發(fā)展前景，只是在目前推廣中存在著一些問題，讓消費(fèi)者難以接受，從而讓推廣策略實(shí)施中受到極大阻礙。如果國家根據(jù)相關(guān)部門能把現(xiàn)存在的這些問題解決好，讓消費(fèi)者都認(rèn)可了，乙醇汽油的推廣使用能為節(jié)約石油資源作出極大的貢獻(xiàn)。

從市場發(fā)展空間來看，相關(guān)研究表明，我國乙醇汽油只占消費(fèi)總量的近30 %，因而還有很大的發(fā)展空間。隨著國家政策對乙醇汽油燃料支持力的增強(qiáng)及技術(shù)進(jìn)步，乙醇汽油燃料將會有快速發(fā)展的良好前景。

但從實(shí)際應(yīng)用推廣情況來看，我國自2001年開始推廣乙醇汽油以來，截止到2018年，已有黑龍江、河南、安徽、廣西等六個省內(nèi)已全境封閉使用乙醇汽油，在江蘇、山東等31個市采用半封閉地推廣使用乙醇汽油，部分試驗省市的乙醇汽油覆蓋率呈現(xiàn)降低趨勢，如廣西較多的區(qū)域加油站點(diǎn)已由現(xiàn)在的國IV純汽油取代了原來的乙醇汽油。乙醇汽油推廣有所滯后，預(yù)計難以實(shí)現(xiàn)2020年在全國范圍內(nèi)推廣使用乙醇汽油的目標(biāo)。

5 乙醇汽油燃料應(yīng)用推廣建議

以上分析可見，乙醇汽油燃料在節(jié)約石油資源方面有著良好的發(fā)展前景，可乙醇汽油燃料的優(yōu)越性與應(yīng)用價值，需要國家和消費(fèi)者的認(rèn)可，需要大氣環(huán)境的接受，更需要汽車科技的進(jìn)步與支持。因此，建議做好以下幾方面，以有效促進(jìn)乙醇燃料的推廣使用。

（1）加強(qiáng)對乙醇汽油燃料的研究開發(fā)力度，努力解決好乙醇汽油存在的一些讓廣大車主難以接受的實(shí)際問題。國家加大政策導(dǎo)向支持，在乙醇的生產(chǎn)、銷售管理、減少乙醇燃料副作用影響等方面繼續(xù)加大力度，解決消費(fèi)者的后顧之憂。

（2）提高消費(fèi)者對乙醇汽油燃料的認(rèn)識。許多車主擔(dān)心乙醇汽油含有乙醇而不純會影響發(fā)動機(jī)性能與壽命而熱衷于純汽油，寧愿加價格高的純汽油也不愿加較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的乙醇汽油，總認(rèn)為純汽油好，其實(shí)純汽油也并沒有100 %的純度，普通純汽油也經(jīng)常添加一種添加劑-MTBE（甲基叔丁基醚）。清華大學(xué)的吳燁副院長指出，乙醇本身就是富氧添加劑[7]，少量的乙醇能讓汽油燃燒更充分。

（3）有策略有計劃的推行。中國人均耕地少，生物燃料乙醇供應(yīng)不足，如強(qiáng)行推廣乙醇汽油的使用，可能會造成市場代銷混亂和投資浪費(fèi)。可因地制宜地在全國一定范圍內(nèi)推行使用乙醇汽油。