普通柴油机燃用乳化型生物柴油的实验研究
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摘要
能源问题是影响一个国家政治、经济和可持续发展的重要因素。20世纪70年代，中东战争引发了全球性能源危机，人们深刻认识到石油、煤、天然气等化石能源的有限性。近几年迅速崛起的汽车业，成了谋杀原油的头号杀手。据统计，2003年我国原油消费量2.52亿吨，全年原油进口量9112.63万吨，其中，车用燃油消耗达到7000万吨，约占2003年石油消费量的30％左右，而今后汽车消耗原油量的比例将升至50％，中国的轿车普及率还只是美国的一个零头，可以看到随着汽车数量的增加，耗油量将大幅度增加。
随着汽车保有量的不断增加，汽车排放对生态环境、人类健康和经济发展所造成的严重影响，已经受到各国政府和人民的普遍关注。据美国的研究报导，大气中的污染物约50％来自汽车排放，20世纪以来汽车尾气排放的大量二氧化碳、二氧化硫和氯氟烃等污染物破坏了生态环境，由于二氧化碳、二氧化硫排放造成的“温室效应”导致气候变暖、酸雨巨增。汽车尾气中含有的污染物已经严重地污染了城市的空气。
本文的主要研究内容就是在这种背景下提出的，以乳化型生物柴油为发动机代用燃料，会很好解决能源和污染这两大难题。本文全面、系统地查阅和收集了国内外有关发动机代用燃料及其在发动机上应用技术的文献资料，并进行了细致的分析和探讨。在借鉴其它发动机代用燃料应用于发动机的基础上，借助各种实验仪器和设备，完成了乳化型生物柴油的物理特性实验研究，掌握了不同比例乳化型生物柴油的物理特性。获得最佳的乳化型生物柴油油品试样后，将其应用于经过简单改装后的普通柴油机，做柴油机的负荷特性试验、排放特性试验、烟度特性实验以及在空载怠速下发动机特性实验，并且与柴油机燃用普通柴油的试验结果进行对比，分析两种试验结果的不同并分析原因。
本文在完成以上试验与分析外，将会对试验中存在的问题和不足进行总结，明确今后的改进方向，为以后同类的设计与试验提供科学的依据和参考，为今后乳化型生物柴油的应用推广奠定坚实的基础。
The problem of energy is the main factor which can affect politics, economy and sustainable development of a country. In 1970s, the war of middle-east brought us global energy crisis, which made people realize that petroleum, coal and natural gas are limited. In recent years, the boom of automobile industry consumed much petroleum, according to statistics, the total consumption of petroleum is 0.252 billion tons in 2003, imported petroleum 911.263million tons, of which used for automobile is 70 million tons, about 30% of the total petroleum consumption, this percentage will be 50% in the future, there are less cars in China than in America, the consumption of petroleum will increase rapidly in the future with the increasing amount of cars.
The serious problem that exhausted gas from cars effected nature environment, human health and economic development has been paid attention to by all the people and governments all over the world with the increasing amounts of cars. According to American research and report, 50% of the pollutants in the air comes from exhausted gas from cars, since 1900s, a lot of carbon dioxide, sulfide dioxide polluted the environment, carbon dioxide and sulfide dioxide caused the 'green house', which led to 'global warming' and 'acid rain', the pollutants in the exhausted gas from cars polluted the air of our cities seriously.
This main researching content of this paper is proposed in this background, using bio-oil as substitute fuel for cars can solve these two problems. This paper collected much domestic and abroad information generally and systematically on how to use substitute fuel on the engine, finally analyzed the information carefully. This paper under the ground of referring how to use institute fuel on other kinds of engine, under the support of my Supervisor, by using all kinds of experimental devices, we finished physical and chemical characteristics of emulsification bio-diesel and knew the physical and chemical characteristics of different percentage of emulsification bio-diesel. After getting the best sample of emulsification diesel, we used it on the diesel engine which was changed a little, then we did some experiments about load characteristics test, discharges characteristics test, smoke characteristics test and unload idling characteristics test of the engine, finally we compared the result of the experiment to the experiment which only diesel was used on engine, and analyzed differences of these two results and found the reasons.
Except for finishing experiments and analyses above, we will summarize the problems and disadvantage of this experiment, and know the next improvement direction clearly, provide scientific references for the latter similar design and experiment, lay the solid foundation for the next application promotion.
随着汽车保有量的不断增加，汽车排放对生态环境、人类健康和经济发展所造成的严重影响，已经受到各国政府和人民的普遍关注。据美国的研究报导，大气中的污染物约50％来自汽车排放，20世纪以来汽车尾气排放的大量二氧化碳、二氧化硫和氯氟烃等污染物破坏了生态环境，由于二氧化碳、二氧化硫排放造成的“温室效应”导致气候变暖、酸雨巨增。汽车尾气中含有的污染物已经严重地污染了城市的空气。
本文的主要研究内容就是在这种背景下提出的，以乳化型生物柴油为发动机代用燃料，会很好解决能源和污染这两大难题。本文全面、系统地查阅和收集了国内外有关发动机代用燃料及其在发动机上应用技术的文献资料，并进行了细致的分析和探讨。在借鉴其它发动机代用燃料应用于发动机的基础上，借助各种实验仪器和设备，完成了乳化型生物柴油的物理特性实验研究，掌握了不同比例乳化型生物柴油的物理特性。获得最佳的乳化型生物柴油油品试样后，将其应用于经过简单改装后的普通柴油机，做柴油机的负荷特性试验、排放特性试验、烟度特性实验以及在空载怠速下发动机特性实验，并且与柴油机燃用普通柴油的试验结果进行对比，分析两种试验结果的不同并分析原因。
本文在完成以上试验与分析外，将会对试验中存在的问题和不足进行总结，明确今后的改进方向，为以后同类的设计与试验提供科学的依据和参考，为今后乳化型生物柴油的应用推广奠定坚实的基础。
The problem of energy is the main factor which can affect politics, economy and sustainable development of a country. In 1970s, the war of middle-east brought us global energy crisis, which made people realize that petroleum, coal and natural gas are limited. In recent years, the boom of automobile industry consumed much petroleum, according to statistics, the total consumption of petroleum is 0.252 billion tons in 2003, imported petroleum 911.263million tons, of which used for automobile is 70 million tons, about 30% of the total petroleum consumption, this percentage will be 50% in the future, there are less cars in China than in America, the consumption of petroleum will increase rapidly in the future with the increasing amount of cars.
The serious problem that exhausted gas from cars effected nature environment, human health and economic development has been paid attention to by all the people and governments all over the world with the increasing amounts of cars. According to American research and report, 50% of the pollutants in the air comes from exhausted gas from cars, since 1900s, a lot of carbon dioxide, sulfide dioxide polluted the environment, carbon dioxide and sulfide dioxide caused the 'green house', which led to 'global warming' and 'acid rain', the pollutants in the exhausted gas from cars polluted the air of our cities seriously.
This main researching content of this paper is proposed in this background, using bio-oil as substitute fuel for cars can solve these two problems. This paper collected much domestic and abroad information generally and systematically on how to use substitute fuel on the engine, finally analyzed the information carefully. This paper under the ground of referring how to use institute fuel on other kinds of engine, under the support of my Supervisor, by using all kinds of experimental devices, we finished physical and chemical characteristics of emulsification bio-diesel and knew the physical and chemical characteristics of different percentage of emulsification bio-diesel. After getting the best sample of emulsification diesel, we used it on the diesel engine which was changed a little, then we did some experiments about load characteristics test, discharges characteristics test, smoke characteristics test and unload idling characteristics test of the engine, finally we compared the result of the experiment to the experiment which only diesel was used on engine, and analyzed differences of these two results and found the reasons.
Except for finishing experiments and analyses above, we will summarize the problems and disadvantage of this experiment, and know the next improvement direction clearly, provide scientific references for the latter similar design and experiment, lay the solid foundation for the next application promotion.
引文
[1]王述洋．生物质热解动力学建模及锥式闪速热解装置设计理论研究[D]．哈尔滨：东北林业大学，2002．
[2]陈和平．关于编制”十五”新能源计划的思考[J]．新能源．1999,(10)：21-44
[3]马学良．我国生物质气化技术装备现状与展望[J]．新能源．1995,(7)：12-25
[4]马凤良．中国石油安全问题研究．石油化工技术经济[J]．2004，(2)：1-7
[5]曹有为．生物质热裂解热载体加热装置的设计与研究[D]．哈尔滨：东北林业大学，2006．
[6]http://www.people.com.cn/GB/paper447/13954/1245460.html
[7]袁振宏等．我国生物质能技术产业化基础的研究[J]．2002年中国生物质能研讨会论文集，广州，2002：1-18
[8]祁东辉．混合喷射液化石油气／柴油双燃料发动机的研究[D]．西安：长安大学，2003．
[9]张无敌，尹芳．生物柴油的开发利用现状分析[J]．中国建设动态．2006，(2)：1-3
[10]张永光．醇类燃料的发展及在我国的应用(下)[J]．节能与环保．2004，(1)：1-4
[11]张永光．醇类燃料的发展及在我国的应用(上)[J]．节能与环保．2003，(12)：1-4
[12]张红梅．生物质燃油做柴油机代用燃料的研究[D]．郑州：河南农业大学，2004．
[13]郑清平，张慧明，张德福．压燃式天然气发动机的技术现状及展望[J]．农业机械学报．2004，35(5)：216-218
[14]石宇，张煜盛，张勇．二甲基醚发动机热力循环模拟与参数分析[J]．船海工程．2004，(3)：1-2
[15]袁振宏，吴创之，马隆龙等．生物质能利用原理与技术[M]．北京．化学工业出版社．2005：1-39
[16]王述洋，谭文英．生物质液化燃油的工业适用性及安全性探讨[J]．林业劳动安全．2001，14(3)：22-26
[17]董治国．转锥式生物质闪速热解液化装置的设计与研究[D]．哈尔滨：东北林业大学，2004．
[18]乔国朝．ZKR-200型转锥式生物质闪速热解反应器的设计[D]．哈尔滨：东北林业大学，2006．
[19]Diebold J P. A review of the chemical and physical mechanisms of the storage stability of fast pyrolysis bio-oils. National Renewable Energy Laboratory. Subcontractor Reporter. 2000,(1): 1～6
[20]AV Bridgwater. Thermal conversion of biomass and waste: The status. Bio-Energy Research Group, Aston University, 2003: 13-14
[21]谢新玲，王红霞，张高勇．柴油微乳化技术研究[J]．日用化学工业．2004,34(1)：13-16
[22]Ikura Michio, Stanciulescu Maria, Hogan Ed. Emulsification of pyrolysis derived bio-oil in diesel fuel. Biomass and Bioenergy. 2003, (24): 221-232
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[24]Elliot DC. Analysis and upgrading of biomass liquefaction products. Washington:Pacific Northwest Laboratory, 1993.
[25]中国石油化工股份有限公司开发部．石油和石油产品试验方法国家标准汇编(上)[M]．北京．中国标准出版社．2005：1-4 31-32 33-40 47-49 236-241
[26]吕兴才，杨剑光，张武高等．乙醇-柴油混合燃油的理化特性研究[J]．内燃机学报．2004，(4)：2-6
[27]杜仕武，简晓春．现代柴油机喷油泵喷油器维修与调试[M]．北京．人民交通出版社．2004：173-181
[28]王文民，王树杰．新编小型柴油机使用维修[M]．北京．机械工业出版社．2002：213-241
[29]孙军．汽车发动机原理[M]．安徽．安徽科学技术出版社．2001：35-175
[30]李幼朋．柴油机原理[M]．大连．大连理工出版社．1992：183-212
[31]中国标准出版社．汽车国家标准汇编(上)【M]．北京．中国标准出版社1999：27-33
[32]济南柴油机厂．柴油机结构与使用[M]．北京．石油工业出版社．1990：461-467
[33]江同，楚书华，胡章其．车用柴油-LPG双燃料发动机工作状态的控制及性能研究[J]．机电工程．2004，21(2)：2-4
[34]郭英南，谭满志．自然吸气直喷压燃式发动机燃用柴油醇的性能和排放[J]．内燃机学报．2005，23(1)：1-6[351汪洋，蒋宁涛．甲醇／柴油双燃料发动机的性能．燃烧科学与技术[J]．2004，10(5)：1-4
[36]魏象仪．内燃机燃烧学[M]．大连．大连理工出版社．1992：140-170
[37]王琳．天然气／柴油双燃料发动机燃烧与排放特性的试验研究[J]．武汉船舶职业技术学院学报．2003，(3)：1-4
[38]程至远，解建光．内燃机排放与净化[M]．北京．北京理工大学出版社。2000：115-153
[39]戴远征．柴油发动机燃油充分燃烧的条件[J]．农机化研究．2004，(6)
[40]程前．柴油机与LPG／柴油双燃料混合喷射发动机的特性对比研究[D]。西安：长安大学，2003．
[41]姜水生，陈立伟．内燃机冷启动性能测试与评价[J]．内燃机．2003，(5)：1-3
[42]任毅，黄佐华，蒋德明．柴油机燃用柴油／二甲氧基烷混合燃料滞燃期研究[J]．内燃机学报．2005，23(5)：394-395
[43]王书文．柴油机燃用植物油代用燃料的试验研究[D]．沈阳：沈阳农业大学，1986．
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