天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室副主任姚春德
“2019中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達)國際論壇”于2019年8月30日~9月1日在天津濱海新區(qū)隆重舉行。本屆論壇的主題為“全面深化改革開放發(fā)展壯大新動能”。會上天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室副主任姚春德發(fā)表演講。
內(nèi)容如下:
非常感謝泰達論壇給我們這樣一個交流的機會,剛剛方總已經(jīng)給大家做介紹了,甲醇在近年來得到了比較重要的關(guān)注,特別是2012年工信部開展了甲醇汽車試點之后,甲醇已經(jīng)作為在部分地方推廣應(yīng)用的替代燃料。
今天我想跟在座的各位專家匯報一下我們在這方面做的事。剛剛方總說了,能源問題非常大,不知道在座有沒有關(guān)注過一個問題,5月27日前中石化的老總傅成玉說了一個非常重要的事,中國有可能會面臨石油停供的危險。
依據(jù)是什么呢?一是伊朗的事,二是俄羅斯的油里面混了很多的氯化物,對輸油管的腐蝕非常大,對煉油的裝備腐蝕性也很大。面臨這樣的問題,中國有可能會面臨石油停供的危險,我們現(xiàn)在70%多的油是從國外買的,壓力非常大。我們這次的主題是節(jié)能減排,這是我們天津之眼,現(xiàn)在是秋天,這些年經(jīng)過治理我們的空氣質(zhì)量得到了非常大的改觀,可我們還是需要來改進我們的工作,主要的工作就是下面的這些車輛,包括柴油車、軍車、貨運車、船、軍事機械。
我們現(xiàn)在的車不都是電動化了嗎?全部是電動化的,還要關(guān)注內(nèi)燃機車嗎?國家考慮大概要保留一定比例的內(nèi)燃機車,保證萬一我們的電網(wǎng)出了故障內(nèi)燃機車是可以頂上去的?;仡?018年的時候冰災(zāi)和2016年的時候廈門臺風(fēng)造成了高鐵線停運,停運的高鐵車全部是內(nèi)燃機車拖出來的,所以國家需要有這方面的保障。
壓燃式的發(fā)動機1898年發(fā)明了出來,氮氧化物和顆粒物的排放是非常難兼顧的事,原因很簡單,柴油噴到空氣里面著火和燃燒,必然會有過濃的區(qū)間和過稀的區(qū)域,會有控制的難題。玉柴在未來商用車方面采用的措施,歸納在這里,超高噴射壓力250Mpa,采用柴油機用可變氣門,在缸內(nèi)做的。
機外有一大堆的技術(shù),包括SCR系統(tǒng),HCCI,高壓和低壓的排放,車用工況非常復(fù)雜,林博士剛剛也說了,雖然測試國六的排放標(biāo)準(zhǔn)只是一個非常小的關(guān)注區(qū)域,實際上我們在標(biāo)定的時候需要考慮到各種工況,非常復(fù)雜的工況成本就會增加很多。
面臨著非常復(fù)雜的挑戰(zhàn),違規(guī)是大家非常熟悉的,在淘寶上抨擊過的節(jié)油利器SCR,違規(guī)使用的停用SCR裝置。根據(jù)環(huán)保部門的檢測,國六發(fā)動機如果不噴尿素的話氮氧化物超過40倍,如果帶EGR氮氧化物就超過13倍。
我們能否找到一種新的辦法呢?我們認(rèn)為應(yīng)該從燃料方面出發(fā),就像一個人一樣,一個人的身體健康如何,除了鍛煉之外很重要的一方面就是飲食健康,我們認(rèn)為柴油是造成今天柴油機控制里面困難的最主要的問題,因為是由10-22個碳組成的,如果甲醇的話就不同了,只有1個碳組成的,淡藍色的火焰在日光下是看不到蹤影的。
甲醇對于我們來說是一個非常巨大的化工產(chǎn)品,產(chǎn)能在2018年的時候達到9千萬噸,產(chǎn)量接近7千萬噸,有非常大的產(chǎn)量富裕,作為燃料我們在2018年作為汽油的整個消耗量是2.21億噸左右。
甲醇作為燃料,甲醇是不是安全的?很多人會想到,我們曾經(jīng)發(fā)生過有人誤飲甲醇造成了對生命的威脅,如果我們把甲醇作為燃料看待的話,就像我們正常的對待汽油和柴油,就是很安全的,因為汽油和柴油,誰也不會拿柴油當(dāng)做植物油炒菜用,因為我們深入靈魂地知道柴油是不能吃的。
1991年的時候美國能源部做過一個比較,低濃度的甲醇毒性要比汽油柴油低,高濃度的時候人處在這樣的環(huán)境中與汽油的毒性差不多。甲醇的蒸汽壓0.037,大約只有汽油的雷達蒸汽壓一半左右,柴油也是一樣的情況。壓燃式發(fā)動機的應(yīng)用帶來了一些問題,歸納為三個難點,甲醇和柴油不互溶,十六焥值非常低,一般是在46以上,甲醇只有3。蒸汽壓很低,很容易蒸發(fā)就飽和了,存在一定的腐蝕性,對某些橡膠和金屬是有一定的腐蝕性。
直接把甲醇用在壓燃機上是不可能的,我們作為國家重點研究實驗室做了一些機理的研究,包括著火機理,通過同步測試實驗臺檢測,當(dāng)活性的柴油噴到甲醇混合劑里面,兩個燃料怎么作用、怎么燃燒,我們做了這方面深入的研究,得到了一系列的結(jié)論,包括著火現(xiàn)象、包括火焰,發(fā)現(xiàn)甲醇的混合劑對柴油有一定的遲滯作用,比噴到空氣中的柴油難著火,這邊是非常亮,那邊不亮,不亮的原因是因為不容易著火,不容易著火促成了柴油以均值的混合劑的形式出現(xiàn)在汽缸里面。追求高效的燃燒方式均值壓燃,把碳煙減輕下來了。
我們闡明了著火的機理,反映了著火的途徑,已經(jīng)在公開的文獻進行發(fā)表了。同時在發(fā)動機臺架上做了大量的研究,純柴油和雙燃料(柴油和甲醇),紅色的是甲醇和柴油一起燃燒,黑色的是純柴油,雙燃料燃燒時間晚,爆發(fā)壓力比較高。熱效率得到一定的改善,大概提升了2%。
為了把這樣一個燃燒的方式運用到車上去,檢查一下實際的運行效果,在卡車上得到了應(yīng)用,在道路實踐上不到1.5L的甲醇可以換得1L的柴油,柴油的熱值是42.5,甲醇的熱值是19.7,即46%的熱值是甲醇和柴油之間的比較。對于直接替換的部分來說,效率大概提升了30%以上。
我們做了非常多的這方面學(xué)術(shù)上的工作,為了把它實用,提出了柴油和甲醇的組合燃燒技術(shù),為什么提出這樣一種東西呢?因為柴油非常容易啟動,而甲醇不好啟動,直接把它壓燃,無法壓燃。所以就用柴油來先把發(fā)動機啟動起來,等到發(fā)動機全熱了之后即暖車之后,再向柴油里面噴入甲醇形成混合劑,組合燃燒,因為是兩種不同的模式燃燒起來的。英文是DMCC。
這種燃燒方式最大的特點是動態(tài)地精準(zhǔn)匹配柴油和甲醇兩種燃料的燃燒,完全智能化的。使用甲醇和柴油的智能化的燃燒,可以不用尿素達到國際化的智能排放,不用SCR就可以解決的難題。
這是基礎(chǔ)的一些開發(fā),按道理說這些工作不應(yīng)該是我們教授來做,應(yīng)該是企業(yè)來做,但是甲醇在初期的應(yīng)用中還是有很多的企業(yè)對它并不認(rèn)知,所以由我們先來做這方面的工作,可以把它做起來。已經(jīng)在12個省2個市得到了應(yīng)用,最遠東邊達到了黑龍江省佳木斯的同江市,西邊是新疆阿克蘇,北邊是到內(nèi)蒙古自治區(qū)的錫林郭勒,最南邊有云南已經(jīng)在運用。
在礦山、機車、輪船上都得到了一定程度的應(yīng)用,來緩解目前顆粒物排放遇到的一些問題。
2013年我們和重汽合作當(dāng)時可以達到國四的車,2018年斯堪尼亞提出來的雙燃料的車,我剛剛得到消息,5月28日比利時搞了一個雙燃料的車,在船用機的方面報告跟我們一樣,二氧化氮的排放量會增加,傳統(tǒng)的柴油機是90%-95%是一氧化碳,而柴油和甲醇在一起燃燒之后的結(jié)果是跟我們一樣,我們的工作開始于2012年,我們的模式得到了他們的認(rèn)可。
這是我們在船機上的應(yīng)用情況,發(fā)動機不需要做很大的改動,只需要在進氣系統(tǒng)方面加入了甲醇噴射系統(tǒng),這是我們開發(fā)的滿足雙燃料的燃燒方式。
工信部在2012年開展了甲醇汽車的試點[42號文],2013年國辦頒發(fā)的《關(guān)于加強內(nèi)燃機工業(yè)節(jié)能減排的意見》,工信部等八部委今年下發(fā)的文件推動甲醇汽車的發(fā)展。
這是今年4月份我們到美國和美國能源部、環(huán)保部跟他們探討交流甲醇作為一種燃料運用到重型車的情況,那位女士是美國能源部的,旁邊的這位男士是美國環(huán)保部的,這是美國的一個最大的甲醇生產(chǎn)商希望能跟我們合作相關(guān)的工作。
謝謝大家!
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