李少輝

青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省青島市 266404

1 引言

隨著現(xiàn)代文明的不斷發(fā)展，工業(yè)水平的不斷提高，人們物質(zhì)生活的逐漸豐富，我國船舶鐵路機車及日常交通工具的迅猛發(fā)展，及人們對液體燃料的需求也逐年上升，我國原油的進口需求多，原油的對外依賴程度也達到一半，并且逐年呈上升狀態(tài)，給我國目前的資源狀態(tài)起到了一個預(yù)警作用。因為世界資源的逐步衰竭，石油的價格也在不斷飆升。車的尾氣使大氣造成污染，環(huán)境也進一步受到威脅。因此，對優(yōu)質(zhì)的新型的發(fā)動機替代燃料的探索也在不斷進行。同時，世界各國對柴油新型替代燃料也倍加重視。目前醇類、醚類、油/酯類及混合型燃料等是人類研究較多的柴油機新型替代燃料。本文對新型替代燃料的特點及探究進行了介紹和總結(jié)。

2 醇類

2.1 乙醇

乙醇俗稱酒精，火酒。乙醇是一種比較常見的一元醇，乙醇相比于柴油無較強毒性。所以現(xiàn)今為止，因為乙醇的某些特性很多國家都在研究和開發(fā)，我國也在努力的研發(fā)中。醇類燃料的原料可以是各種含糖、淀粉的生物質(zhì)等，這些原料的技術(shù)制取可以通過水解和發(fā)酵等，屬于可再生能源，我國近幾年的燃料乙醇技術(shù)發(fā)展重點放在了可再生的農(nóng)作物身上，這是考慮到糧食的安全，從長遠來看，未來發(fā)揮重要功能的是生物液體燃料技術(shù)。醇類燃料的缺點是它能與大部分橡膠反應(yīng)，并對機械組件有腐蝕作用，它會導(dǎo)致供油系統(tǒng)失效。其次，因醇類燃料與柴油混合與柴油機，還要添加助溶劑和著火改造劑，不然易出現(xiàn)互溶問題，和著火問題，這是因為甲醇十六烷值很低且與柴油互溶難。

2.2 甲醇

甲醇（ch5oh）甲醇的熱值約為汽油熱值的一半，抗爆性較好。在柴油機中甲醇很難直接壓燃著火，因為柴油的十六烷值比甲醇的十六烷值高得多。甲醇怎樣用于柴油機，可以將柴油與甲醇混合燃燒，或者把著火改進劑添加在甲醇內(nèi)然后使其燃燒。

用甲醇作為替代燃料也有相應(yīng)的弊端。如果甲醇未充分燃燒，甲醇的較強毒性。會影響人體健康，會產(chǎn)生嚴重的大氣污染，因為甲醇的易揮發(fā)性，所以容易在運輸，儲存和生產(chǎn)中產(chǎn)生安全隱患。所以要注意安全防護。

甲醇燃燒時，有利于降低碳煙排放量，因為它燃燒時碳粒濃度非常小。有利于提高柴油機的冒煙功率。

3 醚類

國內(nèi)外用于柴油機的醚類燃料油有很多，其中研究較多的是二甲醚。醚類燃料，有較多優(yōu)點。例如：醚類燃料可以任何比例的與柴油互溶，而且他們排放性能突出，氧氣含量較其它高，發(fā)火性能優(yōu)越。所以醚類燃料是國內(nèi)外研究的熱點之一。之所以人們更關(guān)注二甲醚的研究是因為二甲醚更適合作為壓燃式發(fā)動機的燃料。

二甲醚（dme）在常溫下具有很多特性，最主要他還是一種理想型的清潔燃料，它充分燃燒時，沒有殘液、碳燃燒量少。另外，二甲醚的十六烷值比柴油高，自燃溫度又比柴油低。

4 油/酯類

4.1 植物油

隨著農(nóng)業(yè)機械化的不斷深入發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械的主要動力源——柴油機，是能源的消耗大戶，因能源消耗量越來越大，人們開始自主研究。因植物油性能與柴油相近，若以其為原料開發(fā)柴油機燃料將大大降低對石油資源的依賴性，并減少環(huán)境污染。

很多國家都開展了，植物油用作柴油機燃料的研究工作，而德國日本等一些國家已經(jīng)取得了一定的成果。德國政府已經(jīng)出臺了，生物柴油標準，而日本政府也已批準生物柴油作為加油站的商品燃料。用油來作為柴油機的燃料已成為世界各國的普遍研究方向。而我國非城鎮(zhèn)等地方植物油相對資源豐富，我們應(yīng)研究如何將他們充分利用來緩解我國能源的供需矛盾。但植物油的較高的黏度，會對供油系統(tǒng)的傳輸及噴嘴后的霧化效果產(chǎn)生影響。并且容易造成噴嘴堵塞，如果長期使用會導(dǎo)致噴油器結(jié)焦活塞環(huán)粘結(jié)。缸套磨損潤滑油稀釋的問題，但植物油的閃點和密度，硫含量等是滿足輕柴油標準的，所以，如用植物油要對柴油機系統(tǒng)進行一定的改裝。棉籽油屬于植物油的一種，棉籽油與柴油混合之后降低了棉籽油的粘度，并且，棉籽油與柴油之間可以任意比例混溶，并且，未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，當棉籽油與柴油達到一定比例配成混合油后，柴油機就具有較好的性能。深受人們的喜愛。

我國土地資源總量大有960萬平方公里的國土面積，有幾百種產(chǎn)油作物，國家可以種植相關(guān)的產(chǎn)油作物，合理地利用國土資源。增加種植者收入的同時又有效的保護了環(huán)境。又能為我國能源做出重大貢獻。

4.2 重油

重油是一種調(diào)和而成的油，它是按照一定比例的渣油和柴油調(diào)和而成的，渣油是石油蒸餾剩余的油，重油分子量大，粘度高，重油的比重一般在0.82～0.95之間，設(shè)置在10000到11000kcal/kg.重油是粘稠難揮發(fā)的一種暗黑色液體。液體重油作為燃料，要求它有高發(fā)熱量外，還要黏度低，這樣既便于輸送，又便于改善它的燃燒效率，降低重油粘度的方式是預(yù)熱。

除此以外，重油要凝固點低，便于運輸。重油的閃點溫度高，這樣便于霧化與輸送，油中的含水量要少，機械雜質(zhì)也要少，因為水量高和雜質(zhì)多會降低發(fā)熱量等。

因為重油相比于其他可替代性燃料更加便宜。所以大功率中的柴油機廣泛用重油做燃料。

重油的優(yōu)點是價格相對低廉，導(dǎo)致柴油機的機械負荷增加，是因為他的發(fā)火性能差。燃燒性能惡化，使得柴油機的排氣溫度增加，煙度增加，因此在看到優(yōu)點時也要解決相應(yīng)的缺點。

4.3 生物柴油

近年來許多研究證實，只要是柴油機燃燒生物柴油后碳氫化合物都減少。典型的“綠色能源”是生物柴油，它具有很多特性例如有很好的環(huán)保性、能很好地啟動發(fā)動機、燃料性能好，原料來源渠道廣泛、又是可再生能源等特性。生物柴油是指植物油、動物油、廢棄油脂或微生物油脂與甲醇或乙醇經(jīng)酯轉(zhuǎn)化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是典型的“綠色能源”，大力發(fā)展生物柴油對經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、推進能源替代、減輕環(huán)境壓力、控制城市大氣污染具有重要的戰(zhàn)略意義。

5 燃氣類

5.1 液化天然氣

天然氣是一種高效、清潔、價廉的民用燃料、化工原料和工業(yè)用燃料，我國的天然氣資源豐富。

目前世界各國將天然氣與柴油兩用的發(fā)動機當做研究課題并且已經(jīng)取得較大進展。

天然氣-柴油兩用燃料發(fā)動機同時使用天然氣和柴油兩種燃料。按照天然氣燃料的供給方式，天然氣-柴油兩用燃料發(fā)動機可分為天然氣進氣道供給和天然氣缸內(nèi)直接噴射兩種。天然氣經(jīng)由進氣道供給的兩用燃料發(fā)動機較為常見，而采用缸內(nèi)直接噴射方式則有很大的困難，因而實際應(yīng)用很少。其工作原理主要是利用少量引燃柴油噴入氣缸，待其壓縮點燃后引燃噴入氣缸的天然氣和空氣的混合氣。

這種發(fā)動機既能以天然氣/柴油雙燃料方式工作，也能以純柴油方式工作，雙燃料發(fā)動機可以將天然氣的優(yōu)勢與柴油機的高燃油效率相結(jié)合。雙燃料發(fā)動機經(jīng)濟性好，兩種燃料可按合理的配比燃燒，在保證發(fā)動機功率和轉(zhuǎn)速的同時，又可以很好地避免氣體燃料和液體燃料在設(shè)計上的沖突而且廢氣排放低，顆粒物排放少。

根據(jù)引燃油量的多少，天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機可分為常規(guī)天然氣/柴油發(fā)動機和微引燃天然氣發(fā)動機。

5.2 沼氣

沼氣是一種適合我國國情的新能源。利用沼氣代替柴油作為發(fā)動機燃料是緩解石油緊缺的有效手段之一。沼氣能節(jié)能減排，保護環(huán)境。使用沼氣是廢棄物利用，使用沼氣有利于節(jié)約成本。沼氣還是清潔能源，干凈衛(wèi)生。使用沼氣作燃料可以說是清潔、無污染、經(jīng)濟、實用、方便。

6 混合型

若只是單純?nèi)加媚撤N替代燃料，可能還需要對柴油機的供油系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)進行較大的改裝。盡管單純?nèi)挥媚撤N替代燃料時可能有效改善柴油機的排放性能。但如果，我們不希望對柴油機結(jié)構(gòu)進行較大改動的情況下。而我們又想保持柴油機的動力性，又想減少柴油的使用量。并且，達到較好的排放性能的情況下。

人們開始將重點研究放在柴油與替代燃料的摻和燃燒。而混合燃燒時有三種方式：

一，采用雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)。

二，如果當燃料能夠互融，則按一定比例混合。

三，當材料無法實現(xiàn)互溶，可采用特定表面活性劑，用乳化的方式合成乳化油。

有研究發(fā)現(xiàn)，生物柴油不但能與乙醇和柴油互溶，而且一定范圍內(nèi)，形成穩(wěn)定的乙醇——柴油——生物柴油的混合燃料，這是通過生物柴油的助溶作用實現(xiàn)的。

使用混合燃料，具有很好的經(jīng)濟性，也可以減少柴油的使用性。

7 結(jié)語

綜上所述，目前在探討新型替代燃料在柴油機上的應(yīng)用時，應(yīng)注意以下幾個方面：

（1）燃用不同燃料時，注意發(fā)動機的性能變化，以及可能對人體和環(huán)境產(chǎn)生的危害等。

（2）還要注意，發(fā)動機的排放性能和和發(fā)動機的特性，可能因為，柴油機在不同環(huán)境工作的壓力下，混合燃料的組成比例發(fā)生變化的情況下，燃料添加劑的不同而產(chǎn)生影響。

（3）在燃用不同燃料時，柴油機也相應(yīng)的應(yīng)該進行改裝。

隨著石油資源的減少。人們環(huán)保意識的加強。柴油機新型替代燃料的探討越來越受到人們的普遍關(guān)注和重視。因此應(yīng)加強這方面的工作與研究，讓清潔型、經(jīng)濟型能源走進千家萬戶。