清潔能源催熱燃?xì)馄嚧笫袌?/h1>
2017-11-17 03:37:04湖北武漢市自力化工材料工程公司朱則剛
上海煤氣 2017年5期
湖北武漢市自力化工材料工程公司 朱則剛
清潔能源催熱燃?xì)馄嚧笫袌?/p>
湖北武漢市自力化工材料工程公司 朱則剛
針對清潔能源燃?xì)馄嚨陌l(fā)展趨勢，論述了燃?xì)馄嚨男阅芴攸c(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益，闡述了燃?xì)馄嚨慕Y(jié)構(gòu)原理，分析了CNG汽車的技術(shù)性能和改裝要求，介紹了CNG汽車的調(diào)試使用和駕駛操作，并指出天然氣重卡正逐步成為市場新的增長點(diǎn)。
燃?xì)馄?清潔能源 市場發(fā)展
近些年，機(jī)動車排放的污染物給大氣環(huán)境造成的影響及危害愈來愈嚴(yán)重，且已成為造成破壞城市生態(tài)環(huán)境的一大公害。清潔能源燃?xì)馄嚲哂形廴旧?、振動小和壽命長等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此，發(fā)展燃?xì)馄囀墙档臀矚馀欧?，緩解大氣污染，?jié)約能源和提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。
1 清潔能源燃?xì)馄嚨陌l(fā)展趨勢
汽車尾氣的排放污染已成為我國大中城市的重要污染源而日益受到人們的關(guān)注。減少尾氣排放污染也已成為治理城市大氣污染的主要手段之一。
近年來，天然氣汽車的飛速增長成為商用車市場上的最大亮點(diǎn)。隨著國家對于天然氣一系列支持政策的陸續(xù)出臺，天然氣汽車也正在或即將步入蓬勃發(fā)展時(shí)期。
天然氣和LPG汽車尾氣排放中不含鉛和苯，硫含量極微、與汽油相比，HC減少 60%～70%，CO減少 80%～90%，NOx減少 30%～40%，CO2少20%～30%，噪聲降低40%，大大減輕了對環(huán)境的污染；抗爆震性好，辛烷值達(dá)103～110，遠(yuǎn)高于汽油，有利于增大燃?xì)鈮嚎s比，提高發(fā)動機(jī)的動力性能；使燃?xì)庠谕耆荛]的系統(tǒng)中運(yùn)行，比汽油更安全；燃料以氣態(tài)進(jìn)人氣缸，燃燒較充分，熱效率高，積炭少，這使發(fā)動機(jī)的大修期延長 30%～40%，使?jié)櫥透鼡Q周期延長50%，降低了維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行成本；比使用汽油便宜，具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)視當(dāng)?shù)靥烊粴饣騆PG供應(yīng)價(jià)與汽油價(jià)格之差而定，可使汽車用戶省 10%～15%的燃料費(fèi)；此外，對于燃?xì)夤?yīng)商而言，汽車應(yīng)用燃?xì)獾扔谛麻_拓了一個規(guī)模龐大的銷售面。供一輛公共汽車的 LPG量相當(dāng)于供 50～70戶居民用氣量，而且前者經(jīng)營成本低、利潤高。以天然氣和液化石油氣代替汽油作汽車動力燃料，在當(dāng)今已是必然的趨勢。
在人類征服自然的同時(shí)大自然也會向人類報(bào)復(fù)。如今人們已經(jīng)深切地感覺到了這一“報(bào)復(fù)”。其中最嚴(yán)重的就是生態(tài)失衡，環(huán)境污染。人類為此已付出了成千上萬的生命代價(jià)，“世紀(jì)警鐘”終于敲響了：要保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，必須同時(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。于是人們立刻注意到汽車所造成的空氣污染的嚴(yán)重性，它隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會繁榮，車輛保有量劇增而越來越加劇。為減少和控制汽車尾氣中有害物的排放，人們作出了極大的努力，在所有的技術(shù)方案中，“以氣代油”這是社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的需要，也是既治“本”又治“標(biāo)”；既有環(huán)保效益，又有經(jīng)濟(jì)效益的好辦法。
汽油等石油產(chǎn)品作為傳統(tǒng)的汽車動力燃料，面臨著隨石油資源危機(jī)而枯竭的威協(xié)。據(jù)報(bào)道，再有15年，全球石油產(chǎn)量開始資源性的下滑，全部石油資源只夠用 40年。若不未雨綢緞，屆時(shí)整個社會經(jīng)濟(jì)會墜入災(zāi)難性的困境。天然氣儲量豐實(shí)有待開發(fā)，可以預(yù)計(jì)，在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，天然氣(其中也含有液化石油氣組份)將是接替石油產(chǎn)品的主體能源。在目前已經(jīng)是最現(xiàn)實(shí)的可以有足夠數(shù)量供給社會需求的替代能源。
由于能源資源結(jié)構(gòu)的不可逆轉(zhuǎn)的變化，天然氣作為潔凈燃料又符合環(huán)保的要求，所以國際社會都將天然氣在一次消費(fèi)能源結(jié)構(gòu)中所占的比例高低，視為一個國家的能源結(jié)構(gòu)是否優(yōu)化的標(biāo)志。發(fā)達(dá)國家為 30%～40%，世界平均水平為 21%，而我國只有 2%左右。從這一差距，企業(yè)家和投資者將會發(fā)覺、他們正面臨一個極好的發(fā)展機(jī)遇。
天然氣汽車將會成為清潔能源汽車的主流。分布于東部沿海各個省市的天然氣項(xiàng)目，儲存了豐富的天然氣資源，在這些地區(qū)發(fā)展液化天然氣汽車，具備可以直接使用當(dāng)?shù)靥烊粴赓Y源的優(yōu)勢。而沒有天然氣資源的地區(qū)，則需要將氣態(tài)天然氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)，耗能多、工序復(fù)雜。在部分發(fā)達(dá)地區(qū)，特別是東部地區(qū)，已經(jīng)有很多城市在公交領(lǐng)域推廣了天然氣汽車。已擁有4000多輛天然氣汽車的北京公交集團(tuán)還將向出租車、物流車領(lǐng)域推廣天然氣汽車。深圳市也將部分天然氣環(huán)保公交車投放，未來深圳計(jì)劃將2000輛柴油公交車替換為天然氣公交車。私家車推廣天然氣難度較大，為此，很多城市計(jì)劃先推出公交車，再逐步推向私家車。
報(bào)載在發(fā)展天然氣汽車方面，深圳將在 2020年前建設(shè)天然氣加氣站98座，天然氣汽車的推廣，將部分削弱石油在深圳汽車市場上的主要能源地位。深圳的天然氣替油總量約為190萬t，2020年替油總量約為 336萬 t。油品使用減少了，空氣污染物排放也將隨之減少，天然氣汽車同燃油汽車相比，可綜合降低廢氣污染物排放量82.2%，因此，深圳每年可減少CO2排放量48萬～140萬t。對于天然氣汽車的發(fā)展，國家提出了一系列的優(yōu)惠扶持政策，建議政府在未來實(shí)施。例如，對氣站建設(shè)給予用地優(yōu)惠；建立天然氣汽車推廣基金，用于技術(shù)攻關(guān)和試驗(yàn)；天然氣汽車相關(guān)企業(yè)可享受部分貸款貼息；天然氣汽車產(chǎn)業(yè)也一并享受高新技術(shù)開發(fā)、引進(jìn)外資及重大項(xiàng)目優(yōu)惠政策；對天然氣汽車減半征收養(yǎng)路費(fèi)等。
2 燃?xì)馄嚨男阅芴攸c(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益
2.1 燃?xì)馄?/h3>
清潔能源燃?xì)馄囍饕幸夯蜌馄?簡稱LPG汽車或LPGV)和壓縮天然氣汽車(簡稱CNG汽車或 CNGV)。顧名思義，LPG汽車是以液化石油氣為燃料，CNG汽車是以壓縮天然氣為燃料。天然氣汽車的排放污染大大低于以汽油為燃料的汽車，因此，許多國家已將發(fā)展天然氣汽車作為一種減輕大氣污染的重要手段。
2.1.1 天然氣汽車
天然氣燃點(diǎn)和爆炸極限比汽油高，那么相同溫度下不易發(fā)生失火和爆炸事故。天然氣密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣，發(fā)生泄漏易擴(kuò)散，不易積聚著火。天然氣氣瓶生產(chǎn)經(jīng)過特批和各種安全測試。氣瓶溫度或壓力超過標(biāo)準(zhǔn)(100℃或26 MPa)自動卸壓，確保安全。
天然氣比汽油的燃點(diǎn)高，火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?汽油39～47 cm/s，天然氣33.8 cm/s)，辛烷值高、抗爆性能好。為了改善發(fā)動機(jī)性能，提高熱功轉(zhuǎn)換效率，提高點(diǎn)火能量，提前點(diǎn)火角度，提高壓縮比。由于天然氣以氣態(tài)形式進(jìn)入氣缸占了空氣一部分空間，使空氣進(jìn)氣量少，故充氣效率比汽油低，因此，動力性和加速性比汽油差一些。
天然氣主要成分是甲烷(90%以上)，天然氣是一種高燃點(diǎn)(650 ℃)、低密度氣體(空氣的55%)，為了增加密度，多充裝一些天然氣，延長行駛里程，可通過壓縮充裝儲存在鋼瓶內(nèi)。車用鋼瓶最高充裝壓力為 20 MPa。為了使汽車發(fā)動機(jī)能正常燃用天然氣，在汽車上安裝一套壓縮天然氣的燃料供給系統(tǒng)裝置，通過三級減壓，把20 MPa的高壓天然氣降至常壓(0.3～0.6 kPa)與空氣混合形成可燃混合氣供發(fā)動機(jī)燃用。
天然氣汽車有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前天然氣的價(jià)格比汽油和柴油低得多，燃料費(fèi)用一般節(jié)省50%左右，使?fàn)I運(yùn)成本大幅降低。由于油氣差價(jià)的存在，改車費(fèi)用可在1年之內(nèi)收回。發(fā)動機(jī)使用天然氣做燃料，運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、不積炭，能延長發(fā)動機(jī)使用壽命，不需經(jīng)常更換機(jī)油和火花塞，可節(jié)約50%以上的維修費(fèi)用。
天然氣汽車比汽油汽車更安全。首先與汽油相比，壓縮天然氣本身就是比較安全的燃料：
(1)燃點(diǎn)高。天然氣燃點(diǎn)在650 ℃以上，比汽油燃點(diǎn)(427 ℃)高出223 ℃，與汽油相比不易點(diǎn)燃。
(2)密度低。與空氣的相對密度為0.55，泄漏氣體很快在空氣中散發(fā)，很難形成遇火燃燒的濃度。
(3)辛烷值高，可達(dá)130，比目前最好的96號汽車辛烷值高得多，抗爆性能好。
(4)爆炸極限窄，僅5%～15%，在自然環(huán)境下，形成這一條件十分困難。
(5)釋放過程是一個吸熱過程。當(dāng)壓縮天然氣從容器或管路中泄出時(shí)，泄孔周圍會迅速形成一個低溫區(qū)，使天然氣燃燒困難。
(6)壓縮天然氣汽車所用的配件比汽油車要求更高。表現(xiàn)在：國家頒布有嚴(yán)格的天然氣汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從加氣站設(shè)計(jì)、儲氣瓶生產(chǎn)、改車部件制造到安裝調(diào)試等，每個環(huán)節(jié)都形成了嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)上考慮了嚴(yán)密的安全保障措施。對高壓系統(tǒng)使用的零部件，安全系數(shù)均選用1.5～4以上，在減壓調(diào)節(jié)器、儲氣瓶上安裝有安全閥，控制系統(tǒng)中，安裝有緊急斷氣裝置。
(7)儲氣瓶出廠前要進(jìn)行特殊檢驗(yàn)。氣瓶經(jīng)常規(guī)檢驗(yàn)后，還需充氣作火燒、爆炸、墜落和槍擊等試驗(yàn)，合格后，方能出廠使用。中外發(fā)展天然氣 60年來，從未出現(xiàn)過因天然氣爆炸、燃燒而導(dǎo)致車毀人亡的事實(shí)證明，壓縮天然氣汽車是十分安全可靠的。CNG汽車的動力性略有降低：燃用天然氣時(shí)，動力性略下降5%～15%。
2.1.2 液化石油氣汽車
液化石油氣汽車在改善整車排放性能的同時(shí)，燃燒的積炭較少，使發(fā)動機(jī)的磨損減少，延長車輛的使用壽命。而由于液化石油氣的價(jià)格又大大低于汽油，因此使用液化氣的經(jīng)濟(jì)性也十分可觀。富康是國內(nèi)最早采用雙燃料技術(shù)的轎車品牌，該項(xiàng)技術(shù)不僅具有良好的環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性，而且還以高度的可靠性贏得了消費(fèi)者的信賴。
2.2 應(yīng)用甲醇的重型車
重型車是我國陸路運(yùn)輸主力，自身排量大，一輛車使用的燃料量是出租車的 5～10倍，是家用車的40～50倍，可緩解我國甲醇的產(chǎn)能過剩，因此，推進(jìn)在重型車上應(yīng)用甲醇的意義極大。
現(xiàn)有重型車多為柴油車，急加速時(shí)冒煙產(chǎn)生的煙度排放是構(gòu)成大氣污染物顆粒物的重要組成部分。甲醇摻燒則可以大幅度減少碳煙。另外，甲醇的汽化潛熱高，燃燒時(shí)可以大幅度降低氮氧化物排放。目前的技術(shù)表明，柴油摻燒甲醇可以不使用尿素輔助達(dá)到國五排放標(biāo)準(zhǔn)要求。其次，使物流運(yùn)輸更加合理化。我國很多富產(chǎn)甲醇的地區(qū)，往往缺少柴油，如陜西榆林、貴州省等地。這些地區(qū)的柴油從外部運(yùn)進(jìn)，然后又消耗柴油將甲醇運(yùn)出。如果重型車改用甲醇燃料，則可減少這些無謂運(yùn)力，既減少費(fèi)用，又節(jié)約了資源，有利于保障我國的能源安全，消化甲醇富余產(chǎn)能。目前，我國甲醇產(chǎn)能、產(chǎn)量都穩(wěn)居全球首位，甲醇富余產(chǎn)能超過2 000萬t。如果重型車應(yīng)用甲醇，以主流運(yùn)輸車輛10 L發(fā)動機(jī)為例，該車油耗為一般為40 L/100 km，1年平均行駛里程15萬km，消耗柴油6萬L。如甲醇摻燒替代30%柴油，則按2 L甲醇替換1 L柴油計(jì)，需要4萬L甲醇。全國此類車保有量有數(shù)百萬輛，假使100萬輛使用甲醇，就有3 100萬t甲醇需要被消耗。這樣甲醇剩余產(chǎn)能不僅全部被消化，也為我國能源安全做出貢獻(xiàn)。
3 CNG汽車
3.1 CNG汽車的結(jié)構(gòu)原理
CNG汽車采用定型汽油車改裝，在保留原車供油系統(tǒng)的情況下，增加一套“CNG型車用壓縮天然氣裝置”。改裝部分由以下三個系統(tǒng)組成。
天然氣系統(tǒng)。主要由充氣閥、高壓截止閥、天然氣鋼瓶、高壓管線、高壓接頭、壓力表、壓力傳感器及氣量顯示器等組成。清潔能源汽車發(fā)動機(jī)燃?xì)夤芫€見圖1。
圖1 清潔能源汽車發(fā)動機(jī)燃?xì)夤芫€
天然氣供給系統(tǒng)。主要由天然氣高壓電磁閥、三級組合式減壓閥、混合器等組成。
油氣燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。主要由三位油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)、點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器、汽油電磁閥等組成。
天然氣鋼瓶的瓶口處安裝有易熔塞和爆破片兩種保安裝置，當(dāng)氣瓶溫度超過 100℃或壓力超過26 MPa時(shí)，保安裝置會自動破裂卸壓；減壓閥上設(shè)有安全閥；氣瓶及高壓管線安裝時(shí)，均有防震膠墊，卡固牢固，因此，該系統(tǒng)在使用中是安全可靠。
CNG汽車以天然氣作燃料時(shí)，天然氣經(jīng)三級減壓后，通過混合器與空氣混合進(jìn)入氣缸，壓縮天然氣由額定進(jìn)氣壓力20 MPa減為負(fù)壓，其真空度為49～69 kPa。減壓閥與混合器配合可滿足發(fā)動機(jī)不同工況下混合氣的濃度要求。
減壓閥總成設(shè)有怠速電磁閥，用以供給發(fā)動機(jī)怠速用氣；壓縮天然氣減壓過程中要膨脹做功對外吸熱，因此在減壓閥上還設(shè)有利用發(fā)動機(jī)循環(huán)水的加溫裝置；為提高該車的操作性能，駕駛室設(shè)置有油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)，用來統(tǒng)一控制油氣電磁閥及點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器；點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器由電路系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換兩種燃料的不同點(diǎn)火提前角；儀表板上氣量顯示器的5只紅綠燈顯示氣瓶的儲氣量；燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)上還設(shè)有供發(fā)動機(jī)起動的供氣按鈕。
CNG汽車的工作原理。該系統(tǒng)分天然氣氣路、汽油油路和控制電路三大部分。
充氣站將壓縮天然氣,通過充氣閥充入貯氣瓶至20 MPa。當(dāng)使用天然氣作燃料時(shí)，手動截止閥打開(見圖 2)。
圖2 天然氣手動截止閥
安裝在駕駛室內(nèi)的油氣燃料轉(zhuǎn)換電開關(guān)，扳到“氣”的位置，此時(shí)天然氣電磁閥打開，汽油電磁閥關(guān)閉，貯氣瓶內(nèi)的20 MPa高壓天然氣通過高壓管路進(jìn)入減壓調(diào)節(jié)器減壓，再通過低壓管路、動力閥進(jìn)入混合器，并與經(jīng)空氣濾清器進(jìn)入的空氣混合，經(jīng)化油器通道進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸燃燒。減壓調(diào)節(jié)器與混合器相匹配，根據(jù)發(fā)動機(jī)的各種不同工況產(chǎn)生不同的真空度，自動調(diào)節(jié)減壓調(diào)節(jié)器的供氣量，并使天然氣與空氣均勻混合，滿足發(fā)動機(jī)不同工況的使用要求。動力閥是一個調(diào)節(jié)天然氣管道截面積的裝置，可調(diào)節(jié)混合氣的空燃比，使空燃比達(dá)到最佳狀態(tài)。
油路中安裝一個汽油電磁閥，其余部件均保留不變。當(dāng)使用汽油作燃料時(shí)，司機(jī)將油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“油”的位置，此時(shí)天然氣電磁閥關(guān)閉，汽油電磁閥打開，汽油通過汽油電磁閥進(jìn)入化油器、并吸入氣缸燃燒。燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)有三個位置，當(dāng)撥到中位時(shí)，油、氣電磁閥均關(guān)閉，該功能是專門用來由汽油轉(zhuǎn)換到天然氣時(shí)，燒完化油器室里殘存汽油而設(shè)置的，以免發(fā)生油氣混燒現(xiàn)象。
3.2 CNG汽車的技術(shù)性能和改裝要求
使用天然氣燃料，車輛主要技術(shù)性能如下：發(fā)動機(jī)額定功率不低于原車的85%；發(fā)動機(jī)最大扭矩不低于原車的 90%；汽車最高車速不低于原車的90%；汽車加速性能不低于原車的85%；直接檔最低穩(wěn)定車速不高于原車的 5%；天然氣額定充氣壓力20 MPa；1m3天然氣可代替汽油0.8 kg以上；一次充天然氣行駛里程：客車、貨車不低于180 km，轎車、微車不低于200 km；汽車污染物排放：CO含量≤1.5%，HC含量≤1 000×10-6。
為了確保CNG汽車的安全和改裝質(zhì)量，國家對 CNG汽車的改裝制定了嚴(yán)格的管理規(guī)定。定型在用汽車改裝成CNG汽車，必須在經(jīng)過認(rèn)證的指定改裝廠進(jìn)行改裝。車輛改裝手續(xù)辦理方法：車輛改裝前，應(yīng)由車主向當(dāng)?shù)貦C(jī)動車輛管理部門提出申請，經(jīng)車輛管理部門認(rèn)可，填寫車輛改裝申請表，方可到指定的CNG汽車改裝企業(yè)進(jìn)行改裝。車輛改裝完畢后，應(yīng)持改車單位發(fā)給的車輛改裝合格證，連同改裝申請表一起到車輛管理部門辦理機(jī)動車輛異動手續(xù)。CNG汽車駕駛員應(yīng)經(jīng)市車管所培訓(xùn)，并取得合格證，在車輛管理部門注冊后，方能駕駛天然氣汽車。
(下期待續(xù))
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燃?xì)馄?清潔能源 市場發(fā)展
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汽車尾氣的排放污染已成為我國大中城市的重要污染源而日益受到人們的關(guān)注。減少尾氣排放污染也已成為治理城市大氣污染的主要手段之一。
近年來，天然氣汽車的飛速增長成為商用車市場上的最大亮點(diǎn)。隨著國家對于天然氣一系列支持政策的陸續(xù)出臺，天然氣汽車也正在或即將步入蓬勃發(fā)展時(shí)期。
天然氣和LPG汽車尾氣排放中不含鉛和苯，硫含量極微、與汽油相比，HC減少 60%～70%，CO減少 80%～90%，NOx減少 30%～40%，CO2少20%～30%，噪聲降低40%，大大減輕了對環(huán)境的污染；抗爆震性好，辛烷值達(dá)103～110，遠(yuǎn)高于汽油，有利于增大燃?xì)鈮嚎s比，提高發(fā)動機(jī)的動力性能；使燃?xì)庠谕耆荛]的系統(tǒng)中運(yùn)行，比汽油更安全；燃料以氣態(tài)進(jìn)人氣缸，燃燒較充分，熱效率高，積炭少，這使發(fā)動機(jī)的大修期延長 30%～40%，使?jié)櫥透鼡Q周期延長50%，降低了維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行成本；比使用汽油便宜，具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)視當(dāng)?shù)靥烊粴饣騆PG供應(yīng)價(jià)與汽油價(jià)格之差而定，可使汽車用戶省 10%～15%的燃料費(fèi)；此外，對于燃?xì)夤?yīng)商而言，汽車應(yīng)用燃?xì)獾扔谛麻_拓了一個規(guī)模龐大的銷售面。供一輛公共汽車的 LPG量相當(dāng)于供 50～70戶居民用氣量，而且前者經(jīng)營成本低、利潤高。以天然氣和液化石油氣代替汽油作汽車動力燃料，在當(dāng)今已是必然的趨勢。
在人類征服自然的同時(shí)大自然也會向人類報(bào)復(fù)。如今人們已經(jīng)深切地感覺到了這一“報(bào)復(fù)”。其中最嚴(yán)重的就是生態(tài)失衡，環(huán)境污染。人類為此已付出了成千上萬的生命代價(jià)，“世紀(jì)警鐘”終于敲響了：要保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，必須同時(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。于是人們立刻注意到汽車所造成的空氣污染的嚴(yán)重性，它隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會繁榮，車輛保有量劇增而越來越加劇。為減少和控制汽車尾氣中有害物的排放，人們作出了極大的努力，在所有的技術(shù)方案中，“以氣代油”這是社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的需要，也是既治“本”又治“標(biāo)”；既有環(huán)保效益，又有經(jīng)濟(jì)效益的好辦法。
汽油等石油產(chǎn)品作為傳統(tǒng)的汽車動力燃料，面臨著隨石油資源危機(jī)而枯竭的威協(xié)。據(jù)報(bào)道，再有15年，全球石油產(chǎn)量開始資源性的下滑，全部石油資源只夠用 40年。若不未雨綢緞，屆時(shí)整個社會經(jīng)濟(jì)會墜入災(zāi)難性的困境。天然氣儲量豐實(shí)有待開發(fā)，可以預(yù)計(jì)，在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，天然氣(其中也含有液化石油氣組份)將是接替石油產(chǎn)品的主體能源。在目前已經(jīng)是最現(xiàn)實(shí)的可以有足夠數(shù)量供給社會需求的替代能源。
由于能源資源結(jié)構(gòu)的不可逆轉(zhuǎn)的變化，天然氣作為潔凈燃料又符合環(huán)保的要求，所以國際社會都將天然氣在一次消費(fèi)能源結(jié)構(gòu)中所占的比例高低，視為一個國家的能源結(jié)構(gòu)是否優(yōu)化的標(biāo)志。發(fā)達(dá)國家為 30%～40%，世界平均水平為 21%，而我國只有 2%左右。從這一差距，企業(yè)家和投資者將會發(fā)覺、他們正面臨一個極好的發(fā)展機(jī)遇。
天然氣汽車將會成為清潔能源汽車的主流。分布于東部沿海各個省市的天然氣項(xiàng)目，儲存了豐富的天然氣資源，在這些地區(qū)發(fā)展液化天然氣汽車，具備可以直接使用當(dāng)?shù)靥烊粴赓Y源的優(yōu)勢。而沒有天然氣資源的地區(qū)，則需要將氣態(tài)天然氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)，耗能多、工序復(fù)雜。在部分發(fā)達(dá)地區(qū)，特別是東部地區(qū)，已經(jīng)有很多城市在公交領(lǐng)域推廣了天然氣汽車。已擁有4000多輛天然氣汽車的北京公交集團(tuán)還將向出租車、物流車領(lǐng)域推廣天然氣汽車。深圳市也將部分天然氣環(huán)保公交車投放，未來深圳計(jì)劃將2000輛柴油公交車替換為天然氣公交車。私家車推廣天然氣難度較大，為此，很多城市計(jì)劃先推出公交車，再逐步推向私家車。
報(bào)載在發(fā)展天然氣汽車方面，深圳將在 2020年前建設(shè)天然氣加氣站98座，天然氣汽車的推廣，將部分削弱石油在深圳汽車市場上的主要能源地位。深圳的天然氣替油總量約為190萬t，2020年替油總量約為 336萬 t。油品使用減少了，空氣污染物排放也將隨之減少，天然氣汽車同燃油汽車相比，可綜合降低廢氣污染物排放量82.2%，因此，深圳每年可減少CO2排放量48萬～140萬t。對于天然氣汽車的發(fā)展，國家提出了一系列的優(yōu)惠扶持政策，建議政府在未來實(shí)施。例如，對氣站建設(shè)給予用地優(yōu)惠；建立天然氣汽車推廣基金，用于技術(shù)攻關(guān)和試驗(yàn)；天然氣汽車相關(guān)企業(yè)可享受部分貸款貼息；天然氣汽車產(chǎn)業(yè)也一并享受高新技術(shù)開發(fā)、引進(jìn)外資及重大項(xiàng)目優(yōu)惠政策；對天然氣汽車減半征收養(yǎng)路費(fèi)等。
2 燃?xì)馄嚨男阅芴攸c(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益
2.1 燃?xì)馄?/h3>
清潔能源燃?xì)馄囍饕幸夯蜌馄?簡稱LPG汽車或LPGV)和壓縮天然氣汽車(簡稱CNG汽車或 CNGV)。顧名思義，LPG汽車是以液化石油氣為燃料，CNG汽車是以壓縮天然氣為燃料。天然氣汽車的排放污染大大低于以汽油為燃料的汽車，因此，許多國家已將發(fā)展天然氣汽車作為一種減輕大氣污染的重要手段。
2.1.1 天然氣汽車
天然氣燃點(diǎn)和爆炸極限比汽油高，那么相同溫度下不易發(fā)生失火和爆炸事故。天然氣密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣，發(fā)生泄漏易擴(kuò)散，不易積聚著火。天然氣氣瓶生產(chǎn)經(jīng)過特批和各種安全測試。氣瓶溫度或壓力超過標(biāo)準(zhǔn)(100℃或26 MPa)自動卸壓，確保安全。
天然氣比汽油的燃點(diǎn)高，火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?汽油39～47 cm/s，天然氣33.8 cm/s)，辛烷值高、抗爆性能好。為了改善發(fā)動機(jī)性能，提高熱功轉(zhuǎn)換效率，提高點(diǎn)火能量，提前點(diǎn)火角度，提高壓縮比。由于天然氣以氣態(tài)形式進(jìn)入氣缸占了空氣一部分空間，使空氣進(jìn)氣量少，故充氣效率比汽油低，因此，動力性和加速性比汽油差一些。
天然氣主要成分是甲烷(90%以上)，天然氣是一種高燃點(diǎn)(650 ℃)、低密度氣體(空氣的55%)，為了增加密度，多充裝一些天然氣，延長行駛里程，可通過壓縮充裝儲存在鋼瓶內(nèi)。車用鋼瓶最高充裝壓力為 20 MPa。為了使汽車發(fā)動機(jī)能正常燃用天然氣，在汽車上安裝一套壓縮天然氣的燃料供給系統(tǒng)裝置，通過三級減壓，把20 MPa的高壓天然氣降至常壓(0.3～0.6 kPa)與空氣混合形成可燃混合氣供發(fā)動機(jī)燃用。
天然氣汽車有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前天然氣的價(jià)格比汽油和柴油低得多，燃料費(fèi)用一般節(jié)省50%左右，使?fàn)I運(yùn)成本大幅降低。由于油氣差價(jià)的存在，改車費(fèi)用可在1年之內(nèi)收回。發(fā)動機(jī)使用天然氣做燃料，運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、不積炭，能延長發(fā)動機(jī)使用壽命，不需經(jīng)常更換機(jī)油和火花塞，可節(jié)約50%以上的維修費(fèi)用。
天然氣汽車比汽油汽車更安全。首先與汽油相比，壓縮天然氣本身就是比較安全的燃料：
(1)燃點(diǎn)高。天然氣燃點(diǎn)在650 ℃以上，比汽油燃點(diǎn)(427 ℃)高出223 ℃，與汽油相比不易點(diǎn)燃。
(2)密度低。與空氣的相對密度為0.55，泄漏氣體很快在空氣中散發(fā)，很難形成遇火燃燒的濃度。
(3)辛烷值高，可達(dá)130，比目前最好的96號汽車辛烷值高得多，抗爆性能好。
(4)爆炸極限窄，僅5%～15%，在自然環(huán)境下，形成這一條件十分困難。
(5)釋放過程是一個吸熱過程。當(dāng)壓縮天然氣從容器或管路中泄出時(shí)，泄孔周圍會迅速形成一個低溫區(qū)，使天然氣燃燒困難。
(6)壓縮天然氣汽車所用的配件比汽油車要求更高。表現(xiàn)在：國家頒布有嚴(yán)格的天然氣汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從加氣站設(shè)計(jì)、儲氣瓶生產(chǎn)、改車部件制造到安裝調(diào)試等，每個環(huán)節(jié)都形成了嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)上考慮了嚴(yán)密的安全保障措施。對高壓系統(tǒng)使用的零部件，安全系數(shù)均選用1.5～4以上，在減壓調(diào)節(jié)器、儲氣瓶上安裝有安全閥，控制系統(tǒng)中，安裝有緊急斷氣裝置。
(7)儲氣瓶出廠前要進(jìn)行特殊檢驗(yàn)。氣瓶經(jīng)常規(guī)檢驗(yàn)后，還需充氣作火燒、爆炸、墜落和槍擊等試驗(yàn)，合格后，方能出廠使用。中外發(fā)展天然氣 60年來，從未出現(xiàn)過因天然氣爆炸、燃燒而導(dǎo)致車毀人亡的事實(shí)證明，壓縮天然氣汽車是十分安全可靠的。CNG汽車的動力性略有降低：燃用天然氣時(shí)，動力性略下降5%～15%。
2.1.2 液化石油氣汽車
液化石油氣汽車在改善整車排放性能的同時(shí)，燃燒的積炭較少，使發(fā)動機(jī)的磨損減少，延長車輛的使用壽命。而由于液化石油氣的價(jià)格又大大低于汽油，因此使用液化氣的經(jīng)濟(jì)性也十分可觀。富康是國內(nèi)最早采用雙燃料技術(shù)的轎車品牌，該項(xiàng)技術(shù)不僅具有良好的環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性，而且還以高度的可靠性贏得了消費(fèi)者的信賴。
2.2 應(yīng)用甲醇的重型車
重型車是我國陸路運(yùn)輸主力，自身排量大，一輛車使用的燃料量是出租車的 5～10倍，是家用車的40～50倍，可緩解我國甲醇的產(chǎn)能過剩，因此，推進(jìn)在重型車上應(yīng)用甲醇的意義極大。
現(xiàn)有重型車多為柴油車，急加速時(shí)冒煙產(chǎn)生的煙度排放是構(gòu)成大氣污染物顆粒物的重要組成部分。甲醇摻燒則可以大幅度減少碳煙。另外，甲醇的汽化潛熱高，燃燒時(shí)可以大幅度降低氮氧化物排放。目前的技術(shù)表明，柴油摻燒甲醇可以不使用尿素輔助達(dá)到國五排放標(biāo)準(zhǔn)要求。其次，使物流運(yùn)輸更加合理化。我國很多富產(chǎn)甲醇的地區(qū)，往往缺少柴油，如陜西榆林、貴州省等地。這些地區(qū)的柴油從外部運(yùn)進(jìn)，然后又消耗柴油將甲醇運(yùn)出。如果重型車改用甲醇燃料，則可減少這些無謂運(yùn)力，既減少費(fèi)用，又節(jié)約了資源，有利于保障我國的能源安全，消化甲醇富余產(chǎn)能。目前，我國甲醇產(chǎn)能、產(chǎn)量都穩(wěn)居全球首位，甲醇富余產(chǎn)能超過2 000萬t。如果重型車應(yīng)用甲醇，以主流運(yùn)輸車輛10 L發(fā)動機(jī)為例，該車油耗為一般為40 L/100 km，1年平均行駛里程15萬km，消耗柴油6萬L。如甲醇摻燒替代30%柴油，則按2 L甲醇替換1 L柴油計(jì)，需要4萬L甲醇。全國此類車保有量有數(shù)百萬輛，假使100萬輛使用甲醇，就有3 100萬t甲醇需要被消耗。這樣甲醇剩余產(chǎn)能不僅全部被消化，也為我國能源安全做出貢獻(xiàn)。
3 CNG汽車
3.1 CNG汽車的結(jié)構(gòu)原理
CNG汽車采用定型汽油車改裝，在保留原車供油系統(tǒng)的情況下，增加一套“CNG型車用壓縮天然氣裝置”。改裝部分由以下三個系統(tǒng)組成。
天然氣系統(tǒng)。主要由充氣閥、高壓截止閥、天然氣鋼瓶、高壓管線、高壓接頭、壓力表、壓力傳感器及氣量顯示器等組成。清潔能源汽車發(fā)動機(jī)燃?xì)夤芫€見圖1。
圖1 清潔能源汽車發(fā)動機(jī)燃?xì)夤芫€
天然氣供給系統(tǒng)。主要由天然氣高壓電磁閥、三級組合式減壓閥、混合器等組成。
油氣燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。主要由三位油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)、點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器、汽油電磁閥等組成。
天然氣鋼瓶的瓶口處安裝有易熔塞和爆破片兩種保安裝置，當(dāng)氣瓶溫度超過 100℃或壓力超過26 MPa時(shí)，保安裝置會自動破裂卸壓；減壓閥上設(shè)有安全閥；氣瓶及高壓管線安裝時(shí)，均有防震膠墊，卡固牢固，因此，該系統(tǒng)在使用中是安全可靠。
CNG汽車以天然氣作燃料時(shí)，天然氣經(jīng)三級減壓后，通過混合器與空氣混合進(jìn)入氣缸，壓縮天然氣由額定進(jìn)氣壓力20 MPa減為負(fù)壓，其真空度為49～69 kPa。減壓閥與混合器配合可滿足發(fā)動機(jī)不同工況下混合氣的濃度要求。
減壓閥總成設(shè)有怠速電磁閥，用以供給發(fā)動機(jī)怠速用氣；壓縮天然氣減壓過程中要膨脹做功對外吸熱，因此在減壓閥上還設(shè)有利用發(fā)動機(jī)循環(huán)水的加溫裝置；為提高該車的操作性能，駕駛室設(shè)置有油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)，用來統(tǒng)一控制油氣電磁閥及點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器；點(diǎn)火時(shí)間轉(zhuǎn)換器由電路系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換兩種燃料的不同點(diǎn)火提前角；儀表板上氣量顯示器的5只紅綠燈顯示氣瓶的儲氣量；燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)上還設(shè)有供發(fā)動機(jī)起動的供氣按鈕。
CNG汽車的工作原理。該系統(tǒng)分天然氣氣路、汽油油路和控制電路三大部分。
充氣站將壓縮天然氣,通過充氣閥充入貯氣瓶至20 MPa。當(dāng)使用天然氣作燃料時(shí)，手動截止閥打開(見圖 2)。
圖2 天然氣手動截止閥
安裝在駕駛室內(nèi)的油氣燃料轉(zhuǎn)換電開關(guān)，扳到“氣”的位置，此時(shí)天然氣電磁閥打開，汽油電磁閥關(guān)閉，貯氣瓶內(nèi)的20 MPa高壓天然氣通過高壓管路進(jìn)入減壓調(diào)節(jié)器減壓，再通過低壓管路、動力閥進(jìn)入混合器，并與經(jīng)空氣濾清器進(jìn)入的空氣混合，經(jīng)化油器通道進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸燃燒。減壓調(diào)節(jié)器與混合器相匹配，根據(jù)發(fā)動機(jī)的各種不同工況產(chǎn)生不同的真空度，自動調(diào)節(jié)減壓調(diào)節(jié)器的供氣量，并使天然氣與空氣均勻混合，滿足發(fā)動機(jī)不同工況的使用要求。動力閥是一個調(diào)節(jié)天然氣管道截面積的裝置，可調(diào)節(jié)混合氣的空燃比，使空燃比達(dá)到最佳狀態(tài)。
油路中安裝一個汽油電磁閥，其余部件均保留不變。當(dāng)使用汽油作燃料時(shí)，司機(jī)將油氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“油”的位置，此時(shí)天然氣電磁閥關(guān)閉，汽油電磁閥打開，汽油通過汽油電磁閥進(jìn)入化油器、并吸入氣缸燃燒。燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)有三個位置，當(dāng)撥到中位時(shí)，油、氣電磁閥均關(guān)閉，該功能是專門用來由汽油轉(zhuǎn)換到天然氣時(shí)，燒完化油器室里殘存汽油而設(shè)置的，以免發(fā)生油氣混燒現(xiàn)象。
3.2 CNG汽車的技術(shù)性能和改裝要求
使用天然氣燃料，車輛主要技術(shù)性能如下：發(fā)動機(jī)額定功率不低于原車的85%；發(fā)動機(jī)最大扭矩不低于原車的 90%；汽車最高車速不低于原車的90%；汽車加速性能不低于原車的85%；直接檔最低穩(wěn)定車速不高于原車的 5%；天然氣額定充氣壓力20 MPa；1m3天然氣可代替汽油0.8 kg以上；一次充天然氣行駛里程：客車、貨車不低于180 km，轎車、微車不低于200 km；汽車污染物排放：CO含量≤1.5%，HC含量≤1 000×10-6。
為了確保CNG汽車的安全和改裝質(zhì)量，國家對 CNG汽車的改裝制定了嚴(yán)格的管理規(guī)定。定型在用汽車改裝成CNG汽車，必須在經(jīng)過認(rèn)證的指定改裝廠進(jìn)行改裝。車輛改裝手續(xù)辦理方法：車輛改裝前，應(yīng)由車主向當(dāng)?shù)貦C(jī)動車輛管理部門提出申請，經(jīng)車輛管理部門認(rèn)可，填寫車輛改裝申請表，方可到指定的CNG汽車改裝企業(yè)進(jìn)行改裝。車輛改裝完畢后，應(yīng)持改車單位發(fā)給的車輛改裝合格證，連同改裝申請表一起到車輛管理部門辦理機(jī)動車輛異動手續(xù)。CNG汽車駕駛員應(yīng)經(jīng)市車管所培訓(xùn)，并取得合格證，在車輛管理部門注冊后，方能駕駛天然氣汽車。
(下期待續(xù))
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