甲醇_柴油混合燃料的应用

着火极限体 积比/% 1.5~8.2 6.7~3.6
自然 点/℃ 200~220 470
理论空燃比混合 汽热值/M(J/kg)
2.93 3.07
1.1.2 试验设备和仪器 此次试验所用设备为 X195 型 柴油发动机，D110B 型水力测功器，HZB500 型油耗测 量仪，FZW 发动机综合试验台，FBY-1 型废气分析仪 等。 1.2 试验方案的设计 1.2.1 甲醇与柴油混合加入乳化剂筛选
表 1 甲醇与柴油的主要物理化学性能比较
柴油 甲醇
氧的质量 分数/%
0 50
相对密度/ （g/cm3）
0.85 0.796
沸点范 围/℃ 80~370
65
理论空 燃比 14.6 6.47
低热值/M (J/kg) 43.3 19.9
十六烷 值
37~55 3~5
汽化潜热/ M(J/kg) 291 1180
1）乳化剂的筛选把代号为 JY7801，701，T-1401， 酰胺，OP 一系列乳化剂分别加入甲醇与柴油的混合液 中。将甲醇与柴油的混合物振荡 15 min 后取出 10 mL 试样，加入不同乳化剂后机械搅拌 5 min，然后观察并 记录试验结果。经反复试验证明，OP 乳化剂效果最 佳。
2）乳化剂定量配比选择 所用乳化剂为 OP 溶于乙醇后按 V(OP):V(乙醇)= 1:1 配比的复合乳化剂量。为使甲醇与柴油的混合液 充分混合，在取出前将其振荡 15~20 min，以保证取出 的混合液组分同母液组分一致。加入乳化剂后搅拌 3~5min。选择 V(甲醇):V(柴油):V(乳化剂)=10:90:2 及 V( 甲 醇):V( 柴 油):V( 乳 化 剂) =15:80:2.5，2 种 配 比 方 案。考虑到节油效果，在试验中选用了后一种配比方 案。 3）乳化工艺选择 为考证乳化工艺与乳化效果的关系，选择了以下 3 种添加方案： ①将 OP 乳化剂加入混合液中振荡后，再加入乙 醇(比例与 OP 同)。 ②先将乙醇加入混合液中振荡，再加入 OP 乳化 剂。 ③先将 OP 乳化剂溶于乙醇中后，加到混合液中。
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
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柴油机结构不变的情况下，经过试验研究，提出一种新 的乳化工艺，为柴油机掺烧甲醇技术的应用提供了广 阔的前景。 1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 甲醇及柴油的物理化学性能 试验材料中甲醇、 柴油的物理化学性能见表 1。由表 1 知，甲醇的沸点低 于柴油的沸点，使得混合气形成较快，且比较均匀，有
1）甲醇与柴油混合乳化后，其粘度较柴油粘度略 有降低，雾化性能有所改善。粘度是影响雾化程度和 油注射入燃烧室空气介质深度的因素之一[5]。粘度与
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单士睿等：甲醇/柴油混合燃料的应用
雾 化 颗 粒 直 径 成 正 比 ，与 雾 化 颗 粒 的 总 表 面 积 成 反 比。甲醇-柴油混合油粘度较纯柴油稍低一些，测试数 据见表 2 所示，柴油机用油的恩氏粘度一般要求为 1.15~1.76° E20，而 甲 醇 - 柴 油 混 合 油 的 粘 度 为 1.20°E20，在这一范围内，由于低于柴油的恩氏粘度， 因此有利于提高雾化质量和蒸发性能[6]，使得燃料燃 烧充分，热效率提高，这样改善了柴油机的经济性，且 使排放烟度降低。
机燃用甲醇-柴油混合燃料热效率有所提高，中、高负荷时耗油率显著下降，经济性好，减少了环境污染，
具有良好的经济和社会效益。
关键词：柴油机；甲醇；混合燃料；性能排放
中图分类号：S232.6
文献标志码：A
论文编号：2009-2286
The Applied Research of Methanol and Diesel Fuel Blends Shan Shirui, Li Hongwei, Liu Qi
2）“微爆效应”对柴油机的负荷特性也有影响，使 热效率提高。柴油加进甲醇后，在乳化剂的作用下，机 械搅拌形成“油包醇”型的小颗粒。燃料喷入汽缸后， 由于甲醇沸点远低于柴油沸点，当乳化微粒内部的甲 醇超过沸点温度后，便急剧汽化膨胀使油粒进一步雾 化。同时由于甲醇的沸点比柴油低，它从喷油嘴喷入 汽缸后产生强烈的减压沸腾，促使燃烧颗粒进一步细 化、分散。这使进入汽缸的燃料与空气能形成较均匀
艺研制混合燃料，并与柴油作比较。甲醇-柴油混合燃料的密度和粘度较柴油降低，粘度为 1.20°E20，雾
化质量和蒸发性能得到提高。随着负荷的增大，柴油机燃用混合燃料的耗油率低于燃用柴油的油耗率，
经济性有所提高。甲醇-柴油混合燃料平均节油率达 9.5%，在中、高负荷下节油率平均达 12.4%。在中、
高负荷范围内燃用混合燃料的烟度均低于燃用柴油时的，下降达 25.6%，NOx 的排放值显著降低。柴油
基金项目：河南省科技攻关计划项目（9412009Y0802）。 作者简介：单士睿，男，1981 年出生，河南商丘人，许昌职业技术学院机电工程系，硕士研究生，研究方向为农业工程。通信地址：461000 许昌职业技 术学院机电工程系，E-mail：lyljljll@sohu.com。 收稿日期：2009-11-03，修回日期：2010-01-14。
0 引言 随着工业的发展和人民生活水平的提高，以石油
为原料的液体燃料的消耗量持续增长，而石油资源却 在日益减少，研究与开发替代燃料势在必行。国外许 多国家都在研究、开发和应用适合本国国情的清洁燃 料。醇类燃料是国际公认的一种清洁代用燃料，美国
环保局认为：采用甲醇燃料是实现清洁环境的最有效 的方法。中国具有丰富的煤炭资源，煤制醇成为发展 清洁代用燃料的丰富资源，为内燃机摆脱对石油燃料 的依赖和解决日趋严重的大气污染问题开辟了一条新 的途径。但由于甲醇和柴油的理化性质差异较大，在 柴油机上掺烧甲醇或燃用纯甲醇比较困难[1]。笔者在
(Xuchang Vocational and Technology College, Xuchang Henan 461000)
Abstract: Under the condition of invariable structure of diesel engine, methanol, diesel and OP emulsification reagent were mixed according to volume ratio of 15:80:2.5. The mixed fuel was prepared by new emulsification technology and compared with diesel. The density and viscidity of methanol-diesel mixed fuel were lower than that of diesel, the viscidity was 1.20°E20, and atomization quality and evaporation capability were enhanced. Along with the increment of burthen, the fuel consumption rate of burning mixed fuel was lower than that of burning diesel in diesel engine, the economy was some enhanced. The average fuel saving rate of methanol-diesel mixed fuel reached 9.5% , the fuel saving rate reached 12.4% averagely under medium and high burthen. In the range of medium and high burthen, all the smoke intensity of burning mixed fuel was lower than that of burning diesel, and the decrement reached 25.6% , and the letting value of NOx reduced significantly. The thermal efficiency of burning methanol-diesel mixed fuel in diesel engine was some increased; the fuel consumption rate decreased significantly under medium and high burthen with good economy, reduced environmental pollution and had good economic and social benefit. Key words: dieselengine; methanol; mixedfuel; emissions performance
表 2 纯柴油（0#）与混合燃料性能对比
项目
外观 稳定时间/min 密度（/ g/cm3） 恩氏粘度/°E20
性能指标
柴油（0#）
混合燃料
褐色Βιβλιοθήκη Baidu明液体
黄褐色浊液
长期稳定
≥30
0.822
0.818
1.24
1.20
2 结果与分析 2.1 不同燃料负荷特性分析
预热发动机使水温保持在 85~90℃，油温保持 85~ 90℃，在其他条件保持基本不变的情况下，分别以 0# 柴油和甲醇-柴油混合燃料进行对比试验，试验数据见 表 3。由表 3 中试验数据，绘出燃用 0#柴油和甲醇-柴 油混合燃料的耗油率 ge 曲线及热效率ηe 曲线。 2.1.1 ηe 曲线分析 混合燃料在柴油机中的燃烧比较 完全，柴油机耗油率下降，热效率有所提高，经济性有 所改善（图 1）。其原因是多方面的。
的混合气，燃烧更为充分，燃烧效率提高，从而改善柴 油机的经济性。
3）甲醇的汽化潜热大，在形成混合气时，会产生冷 却效应，使进气温度降低，从而提高充气系数，在一定 程度上可使发动机的燃烧情况得到改善，使热效率提 高[7]。 2.1.2 ge 曲线分析 柴油机小负荷时燃用混合燃料的耗 油率稍高于或接近于燃用柴油时的耗油率（图 2）。其 原因可能是低负荷时燃料喷射量较少而雾化特性差， 而甲醇是含氧燃料，这使得过量空气系数较大。过稀 的混合气影响火焰的传播，而且局部过稀的混合气还 可能不着火，随着废气排放出去，使油耗增加。再加上 低负荷时，放热量较少，缸壁温度及残余废气温度都较 低，而且甲醇的汽化潜热高，导致压缩终点时缸内平均 温度有所降低，而甲醇-柴油混合油的十六烷值低，使柴 油机的滞燃期延长太多，燃料主要在缓燃期燃烧，使热
中国农学通报 2010,26(10):381-385 Chinese Agricultural Science Bulletin
甲醇/柴油混合燃料的应用
单士睿 李红伟 刘琦
（许昌职业技术学院机电工程系，河南许昌 461000）
摘 要：在柴油机结构不变的情况下，把甲醇、柴油、OP 乳化剂按体积比 15:80:2.5 混合，采取新的乳化工
比较，第 3 种方案效果最佳，能保持较长时间不分 层[3]。
4）混合燃料与纯柴油性质对比 经试验配置出的体积分数为 15%的甲醇柴油混合 燃料的粘度和密度如表 2 所示：甲醇-柴油混合燃料的 密度和粘度均有所降低，一般要求柴油机用燃料的恩 氏粘度为 1.15~1.76°E20，甲醇-柴油混合燃料的粘度 为 1.20°E20，符合柴油机用油的要求[4]。
利于完全燃烧；虽然甲醇的热值较低，但其理论空燃比 下形成的混合气热值大体上与柴油燃料相同，不会降 低发动机的功率；由于甲醇汽化潜热较大，使燃烧过程 变得柔和；着火极限较柴油着火极限宽，这样选择运转 工况有较大的自由度，有利于排气净化及降低油耗[2]； 甲醇的十六烷值很低，不适宜直接作为发动机的燃料， 一般将甲醇掺烧于柴油中。表 1 通过对甲醇理化性质 的分析，认为在柴油机上掺烧甲醇是十分可行的。