生物柴油—柴油混合燃料的煙度試驗(yàn)

李濤 陸宏祥 杭磊 潘凱

【摘要】生物柴油在發(fā)動(dòng)機(jī)上燃燒，表現(xiàn)出來的一些優(yōu)點(diǎn)，越來越被人們認(rèn)可。在一臺(tái)長(zhǎng)城GW2.8TC高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上燃燒不同摻混比的生物柴油，測(cè)取不同轉(zhuǎn)速下的煙度值，通過數(shù)據(jù)處理分析得出了不同轉(zhuǎn)速下的煙度排放規(guī)律以及在相同轉(zhuǎn)速下，不同摻混比下的煙度變化。

【關(guān)鍵詞】生物柴油-柴油 煙度 試驗(yàn)

1.引言

2011年6月15日，財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局發(fā)布財(cái)稅[2011]46號(hào)《關(guān)于明確廢棄動(dòng)植物油生產(chǎn)純生物柴油免征消費(fèi)稅適用范圍的通知》，對(duì)《財(cái)政部國(guó)家稅務(wù)總局關(guān)于對(duì)利用廢棄的動(dòng)植物油生產(chǎn)純生物柴油免征消費(fèi)稅的通知》（財(cái)稅[2010]118號(hào)）所稱“廢棄的動(dòng)物油和植物油”的范圍進(jìn)行了明確[1]。自此，地溝油冶煉生物柴油正式納入國(guó)家免征消費(fèi)稅范圍，地溝油冶煉生物柴油產(chǎn)業(yè)在全國(guó)特別是東部發(fā)達(dá)地區(qū)得到快速發(fā)展。

利用地溝油冶煉生物柴油雖然得到了國(guó)家、地方及企業(yè)的高度重視，在全國(guó)范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展[2]，但是由于原材料收購(gòu)、技術(shù)、銷售渠道等方面的原因，生物柴油卻沒有像乙醇汽油一樣被廣泛的應(yīng)用。本項(xiàng)目主要從技術(shù)的角度來解決生物柴油的應(yīng)用問題，為生物柴油盡早的大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)積累。

2.試驗(yàn)燃料及設(shè)備

試驗(yàn)燃料為0號(hào)商品柴油（市售，以下用D100表示）和陽(yáng)谷縣凱歌新能源生物科技有限公司生產(chǎn)的地溝油生物柴油（市售，以下用B100表示），該生物柴油是以地溝油為原材料，采用塔式反應(yīng)器，利用活性較高的固體酸催化劑，經(jīng)酯化反應(yīng)獲得。

試驗(yàn)過程中所用到的主要設(shè)備包括：長(zhǎng)城GW2.8TC高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架、南華NHT-6型煙度計(jì)、KT670故障診斷儀、柴油濾清器、燒杯、玻璃棒、燃油管路若干和儲(chǔ)油容器。

3.試驗(yàn)方案及過程

3.1 試驗(yàn)方案

在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上燃燒D100、B10（表示混合燃料中所含生物柴油體積分?jǐn)?shù)為10%，下同）、B20、B30、B50、B100燃料，分別在800 r/min（怠速）、1100 r/min、1400 r/min、1700 r/min、2000 r/min、2300 r/min、2600 r/min、3000 r/min時(shí)測(cè)取煙度值。對(duì)不同轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的煙度值進(jìn)行分析，最終得出何種摻混比的煙度值最小，發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能最佳，為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)、應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。

3.2 試驗(yàn)過程

首先，改裝發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架，在原有發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的進(jìn)油管和回油管上各加一個(gè)三通閥，相當(dāng)于一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架有兩個(gè)油箱，這兩個(gè)油箱可以切換使用，然后，配制不同混合比例的試驗(yàn)燃料；最后，進(jìn)入了試驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)試階段，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)冷卻液的溫度達(dá)到80℃時(shí)，由怠速工況將油門踩到底，連續(xù)踩下3次，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的碳渣完全排出，以便保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，接著把煙度計(jì)的取樣管插入發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的排氣管中，取樣管的探頭插入排氣管內(nèi)的深度約30cm，預(yù)熱煙度計(jì)15分鐘后進(jìn)入試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，輕踩油門，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)，穩(wěn)定約3秒鐘讀取數(shù)據(jù)，每種燃料進(jìn)行3次試驗(yàn)，最后取三次的平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，每次試驗(yàn)的時(shí)間間隔為1分鐘。對(duì)于偏差比較大的數(shù)據(jù)，進(jìn)行補(bǔ)做試驗(yàn)。

4. 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出的曲線圖如圖2所示，為了便于數(shù)據(jù)的分析，又另外繪制出800r/min～1900r/min的曲線圖如圖3所示。

4.2 結(jié)果分析

燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100在長(zhǎng)城GW2.8TC高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行燃燒時(shí)，分別在800 r/min（怠速）、1100 r/min、1400 r/min、1700 r/min、2000 r/min、2300 r/min、2600 r/min、3000 r/min時(shí)測(cè)取煙度值，通過對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的煙度值整理、分析，得出如下結(jié)論[3]：

圖2 800r/min～3000r/min的燃料曲線圖

圖3 800r/min～1900r/min的燃料曲線圖

（1）由表2可知，長(zhǎng)城GW2.8TC高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)是歐Ⅲ，煙度滿足GB 3847-2005標(biāo)準(zhǔn)。燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100通過在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上做試驗(yàn)實(shí)測(cè)到的煙度范圍：0.10m-1≤k≤2.90m-1，滿足GB 3847-2005標(biāo)準(zhǔn)中要求：k≤3.5m-1，由此可知，這幾種燃料的煙度排放均滿足GB 3847-2005標(biāo)準(zhǔn)。

（2）由圖2和圖3可以看出，在相同轉(zhuǎn)速下，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100隨著生物柴油比例的升高，煙度值逐漸降低，此趨勢(shì)隨著轉(zhuǎn)速的升高更加明顯。

（3）由圖3可以看出，在800r/min～1900r/min范圍內(nèi)，混合燃料的煙度排放的差距不是太大，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)重合的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因：1）長(zhǎng)城GW2.8TC高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)的排放符合歐Ⅲ的標(biāo)準(zhǔn)，煙度值本來就比較低，而且，發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)，煙度排放更低；2）南華NHT-6型煙度計(jì)的分辨力是0.01m-1；3）整個(gè)試驗(yàn)過程中測(cè)取的數(shù)據(jù)均是動(dòng)態(tài)的。

（4）由圖2可以看出，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100的煙度排放在發(fā)動(dòng)機(jī)800r/min～1900r/min范圍內(nèi)規(guī)律性不是很強(qiáng)。在1900r/min～3000r/min范圍內(nèi)規(guī)律性比較強(qiáng)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100的煙度值明顯升高。

（5）發(fā)動(dòng)機(jī)在最大扭矩225N·m/1600r/min～2600r/min時(shí)，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100的煙度排放在相同的轉(zhuǎn)速下，排放值是逐漸降低的，并且變化也比較明顯，隨著轉(zhuǎn)速的升高，煙度值增大。

綜上所述，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100的煙度排放隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大。如果僅僅從煙度的排放方面考慮，B100的煙度排放最小。

【參考文獻(xiàn)】

[1]財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局：《關(guān)于明確廢棄動(dòng)植物油生產(chǎn)純生物柴油免征消費(fèi)稅適用范圍的通知》（[2011]46號(hào)）.

[2]胡志遠(yuǎn)，岳晗.共軌柴油機(jī)燃用乳化柴油的顆粒排放特性.內(nèi)燃機(jī)工程，2012，（8）：41-45.

[3]陳暉，黃豪中.柴油—生物柴油混合燃燒對(duì)碳煙排放的影響.廣西大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，（12）：934-938.