張衡岳

(沙市大學(xué)機械工程系,湖北434000)

生物柴油是一種可再生能源,與普通石化柴油相比,生物柴油的含氧量和十六烷值較高,燃燒和動力性能也比較好,但作為柴油機燃料還存在許多需克服的問題,例如燃料的粘度太大、霧化性能差,噴油器易結(jié)膠、堵塞,蒸發(fā)性能差造成冷啟動困難,含有不穩(wěn)定的非飽和成分和殘留碳分較多,易形成積碳等,因此在應(yīng)用時還需要采用一些技術(shù)措施,如脫脂、脂化處理、預(yù)熱,添加改善噴油性能的添加劑等。目前,生物柴油大多與石化柴油摻混后用作柴油機燃料,例如B20混合柴油采用20%的生物柴油與80%的石化柴油摻混。本文將介紹B20混合柴油在柴油機上的臺架性能試驗及其結(jié)果,混合柴油混入的是利用野生植物小桐籽油提煉的生物柴油。

1 試驗方案

試驗采用玉林柴油機廠生產(chǎn)的YC6105柴油機和杭州奕科機電公司的自動測試臺;柴油機的額定轉(zhuǎn)速 2 800 r/min,額定功率 99 kW。試驗利用YC6105柴油機分別對燃用0號柴油和B20生物柴油進行發(fā)動機臺架對比試驗,包括柴油機的負(fù)荷特性和外特性的測定。試驗按標(biāo)準(zhǔn)ISO3173規(guī)定進行:柴油機先進行足夠的預(yù)熱,然后按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法進行。

柴油機燃用B20生物柴油的負(fù)荷特性的測定在1 800 r/min轉(zhuǎn)速下進行,柴油機起動轉(zhuǎn)速加至1 800 r/min并通過測功器稍加外負(fù)荷使柴油機達(dá)到穩(wěn)定的熱狀態(tài)后,從零開始依此將負(fù)荷加至標(biāo)定負(fù)荷的15%,30%,45%,60%,75%,90%和100%;每加一次負(fù)荷都適當(dāng)?shù)卦黾庸┯土?以維持柴油機的轉(zhuǎn)速不變。記錄每次負(fù)荷下柴油機的各性能參數(shù),整理后就可得到柴油機在1 800 r/min下的負(fù)荷特性曲線。

柴油機燃用B20生物柴油的外特性測定在柴油機的額定轉(zhuǎn)速與最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之間進行。為了測定額定轉(zhuǎn)速下的外特性,先開空車使柴油機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,然后逐步增加柴油機的外負(fù)荷,同時相應(yīng)地增加供油量,使柴油機穩(wěn)定在額定工況運行,將油量調(diào)節(jié)機構(gòu)鎖定,記下該轉(zhuǎn)速下的各性能參數(shù)。通過測功器逐次增加柴油機的外負(fù)荷,柴油機的轉(zhuǎn)速會相應(yīng)降低;在柴油機額定轉(zhuǎn)速2 800 r/min和最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1 200 r/min之間選擇6～8個的轉(zhuǎn)速進行測定,記錄各對應(yīng)轉(zhuǎn)速下柴油機的各性能參數(shù),就可以得到外特性曲線。

2 試驗結(jié)果與分析

圖1為燃用B20生物柴油的YC6105柴油機在1 800 r/min轉(zhuǎn)速下測定得到的負(fù)荷特性。曲線表明,YC6105柴油機燃用B20生物柴油起動正常,并可全負(fù)荷工作,但是燃油消耗率高于0號柴油(增幅為4.2%～9.4%),排氣溫度也略高于柴油。

圖1 兩種燃油在1 800 r/min轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性曲線

圖2 為測定的燃用B20生物柴油的YC6105柴油機的外特性,可以看到與燃用0號柴油相比,燃用B20生物柴油的柴油機的動力性略有降低,柴油機的功率下降最大值為6.4 kW(下降幅度6.9%);在1 600～2 800 r/min的范圍內(nèi)燃油消耗率上升的幅度達(dá)到5.4%～11.7%,但是排氣溫度比柴油低。

燃油消耗率的增加和動力性的降低,主要原因是生物柴油的熱值低于柴油,常用的柴油的低熱值為42.5～44 MJ/kg,而生物柴油的低熱值一般在33～37 MJ/kg,因此混合油的熱值有所降低,在同樣負(fù)荷下當(dāng)然要燃用更多的燃油量[2],同樣原因柴油機的排氣溫度卻有所下降[3-4]。

圖2 兩種燃油的外特性曲線

3 結(jié)論

(1)燃用此種以野生植物小桐籽油提煉的B20生物柴油可使柴油機正常起動,正常運轉(zhuǎn),并可全負(fù)荷工作。表明該生物柴油完全可以作為0號柴油的替代燃料在柴油機上使用。

(2)與燃用0號柴油相比,摻混生物柴油后其動力性有所下降,油耗有所增加。究其原因與生物柴油燃料熱值低于柴油有關(guān),建議調(diào)整柴油機的噴油泵,增大循環(huán)供油量以完全發(fā)揮柴油機燃用生物柴油時的動力性能。

雖然燃用此種B20生物柴油的油耗高于普通柴油,但是燃油的經(jīng)濟性指標(biāo)應(yīng)當(dāng)綜合考慮其生產(chǎn)成本和能效比。野生植物果實提煉的生物柴油應(yīng)從生產(chǎn)工藝和處理技術(shù)著手來提高生物柴油轉(zhuǎn)化率。利用新技術(shù)、新工藝可降低生物柴油的生產(chǎn)成本,采用廉價原料及提高轉(zhuǎn)化率來降低總成本是生物柴油能否實用化的關(guān)鍵。

[1]袁文華,龔金科等.生物柴油在柴油機上的應(yīng)用研究[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車,2005(1):55-57.

[2]劉劍,王學(xué)政.生物柴油應(yīng)用技術(shù)發(fā)展[J].柴油機設(shè)計與制造,2006(1):6-8.

[3]張道文.生物柴油的試驗研究[J].小型內(nèi)燃機與摩托車,2005(6):28-29.

[4]譚丕強,胡志遠(yuǎn)等.非直噴式增壓柴油機燃用生物柴油的性能與排放特性[J].內(nèi)燃機學(xué)報,2006(2):110-113.