甲醇柴油组合?怎么想的?
根据姚春德的讲述,选择将甲醇作为研究课题,一方面是科研工作总是要“标新立异”,甲醇既相对“小众”又前景看好,是一个非常好的研究方向;也有一份知识分子的担当,希望为大量富余的甲醇资源找到需求,将其最大化地合理利用;同时,在我国“多煤、少油、缺气”的能源结构下,对石油进口依存度上升令人担忧,甲醇成为替代燃料,也可以优化国家能源结构。
至于为什么不是单一甲醇燃料而是甲醇柴油组合燃烧的形式,姚春德是从未来技术推广的角度考虑的,“石油在一段时间内还是全球主要燃料,完全撇开石油的成本太高,阻力也会很大。”
甲醇又称木醇,只有一个碳原子、4个氢原子和一个氧原子,是国际公认的清洁燃料。随着研究的深入,“柴油甲醇组合燃烧技术(DMCC)”的“减排”效果确实明显:可以不需要借助尿素采用氧化催化的简单后处理,便可达到国四排放标准,增加EGR可满足国五排放法规。更让姚春德团队获得意外惊喜的是:研究结果显示,DMCC会让燃烧效率更高、更加“节能”。
这就好比郭德纲和于谦合作,不仅让于谦成功结束“龙套演员”生涯,找到了真正属于自己的事业;还因为于谦这位“黄金搭档”的存在,让郭德纲更加大红大紫。
对于柴油机来说,甲醇的加入,益处良多。姚春德说:“我们用低碳的甲醇改质柴油,打破了柴油机氮氧化物和碳烟生成之间此消彼长的技术障碍。而且,在保持与原机相同功率的前提下,可以大幅度提高燃料经济性,燃料热效率可提高近10%。车辆的加速性能也得到提高。”
对于甲醇来说,甲醇柴油组合燃烧技术解决了甲醇燃料应用的几个难点:难压燃、难蒸发,冷启动困难;(与柴油)难相溶,难直接用于柴油机;具有腐蚀性,缺少耐醇零部件;热值低,担心动力性;还有人担心甲醇燃料会产生甲醛,需要另外处理。
姚春德团队开发了整套甲醇喷射系统的关键部件,建立了完整的自主开发体系。通过自主研制的电控系统,在发动机达到一定温度后,安装在进气总管的甲醇喷嘴向进气道喷射甲醇,使甲醇与空气形成均质混合气后在气缸内和柴油共燃。
前面的几个问题就这样解决了:柴油发动机基础上增加一套甲醇喷射和控制系统,使其和原机的柴油喷射系统协同工作。经过跨学科的研究,在零部件上使用了耐腐蚀材料;甲醇以气体形式进入达到一定温度的发动机,在气缸内和柴油共燃,燃烧非常充分,突破了甲醇难以压燃的技术障碍;甲醇在进气道的蒸发、使进气温度下降、进气压力下降,减少了压缩功耗,排气温度降低,也减少了排气能量耗散,这样的二元燃料方式让发动机获得了更大的压强;检测数据显示,甲醛排放不仅远低于汽油车、柴油车,且远低于工信部甲醇汽车标准。
2015年6月26日,工业和信息化部对天津大学研制的“柴油甲醇二元燃料燃烧技术”组织召开科技成果鉴定会。原机械工业部部长何光远、中国工程院院士倪维斗等11名相关领域专家,经过资料审查、质询、答辩及讨论等环节,专家委员会一致通过了该技术科技成果鉴定。专家委员会认为:该技术突破了在柴油机上燃用甲醇的技术障碍,实现了35%甲醇对柴油的高比例替代,结合废气后处理装置,满足国四、国五排放标准要求,建立了自主开发体系,引领了国内外甲醇在柴油机上高效、清洁应用,具有国际领先水平。
2012年,工信部开展甲醇汽车试点之后,已有8家甲醇汽车生产企业的23款甲醇汽车产品获得工信部公告。天津大学与企业合作开展了柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)技术研究项目,装有甲醇柴油双燃料重载柴油机的载重车已经在全国多地投入运行,目前测试数据比较理想,用户反映良好。
姚春德表示,经过多年的实验、试用,甲醇的最大替代率可达45.6%,平均替代率为32.7%,发动机燃烧效率可以提高8.7%,达到47.6%。“目前,市场上柴油价格大约在6200元/吨,甲醇为2000元/吨,且甲醇柴油组合燃料发动机的热效率相比柴油和汽油发动机都有提高。甲醇燃料在商用车上的效益非常明显,不仅能够大幅度改善重型商用车颗粒物排放量,而且通过明显经济效益,促使用户主动减排,这对甲醇汽车推广非常有利。”
姚春德