生物柴油―柴油混合燃料的烟度试验

【摘要】生物柴油在发动机上燃烧，表现出来的一些优点，越来越被人们认可。在一台长城GW2.8TC高压共轨发动机台架上燃烧不同掺混比的生物柴油，测取不同转速下的烟度值，通过数据处理分析得出了不同转速下的烟度排放规律以及在相同转速下，不同掺混比下的烟度变化。

【关键词】生物柴油-柴油 烟度 试验

1.引言

2011年6月15日，财政部、国家税务总局财税[2011]46号《关于明确废弃动植物油生产纯生物柴油免征消费税适用范围的通知》，对《财政部国家税务总局关于对利用废弃的动植物油生产纯生物柴油免征消费税的通知》（财税[2010]118号）所称“废弃的动物油和植物油”的范围进行了明确[1]。自此，地沟油冶炼生物柴油正式纳入国家免征消费税范围，地沟油冶炼生物柴油产业在全国特别是东部发达地区得到快速发展。

利用地沟油冶炼生物柴油虽然得到了国家、地方及企业的高度重视，在全国范围内蓬勃发展[2]，但是由于原材料收购、技术、销售渠道等方面的原因，生物柴油却没有像乙醇汽油一样被广泛的应用。本项目主要从技术的角度来解决生物柴油的应用问题，为生物柴油尽早的大规模应用提供技术积累。

2.试验燃料及设备

试验燃料为0号商品柴油（市售，以下用D100表示）和阳谷县凯歌新能源生物科技有限公司生产的地沟油生物柴油（市售，以下用B100表示），该生物柴油是以地沟油为原材料，采用塔式反应器，利用活性较高的固体酸催化剂，经酯化反应获得。

试验过程中所用到的主要设备包括：长城GW2.8TC高压共轨发动机台架、南华NHT-6型烟度计、KT670故障诊断仪、柴油滤清器、烧杯、玻璃棒、燃油管路若干和储油容器。

3.试验方案及过程

3.1 试验方案

在发动机台架上燃烧D100、B10（表示混合燃料中所含生物柴油体积分数为10%，下同）、B20、B30、B50、B100燃料，分别在800 r/min（怠速）、1100 r/min、1400 r/min、1700 r/min、2000 r/min、2300 r/min、2600 r/min、3000 r/min时测取烟度值。对不同转速范围内的烟度值进行分析，最终得出何种掺混比的烟度值最小，发动机排放性能最佳，为现实的生产、应用提供试验依据。

3.2 试验过程

首先，改装发动机台架，在原有发动机台架的进油管和回油管上各加一个三通阀，相当于一个发动机台架有两个油箱，这两个油箱可以切换使用，然后，配制不同混合比例的试验燃料；最后，进入了试验系统的调试阶段，起动发动机进行预热，当冷却液的温度达到80℃时，由怠速工况将油门踩到底，连续踩下3次，使发动机内的碳渣完全排出，以便保证测量的准确性，接着把烟度计的取样管插入发动机台架的排气管中，取样管的探头插入排气管内的深度约30cm，预热烟度计15分钟后进入试验。试验过程中，轻踩油门，当发动机台架达到规定转速时，稳定约3秒钟读取数据，每种燃料进行3次试验，最后取三次的平均值进行数据分析，每次试验的时间间隔为1分钟。对于偏差比较大的数据，进行补做试验。

4. 试验结果及分析

4.1 试验结果

根据试验数据绘制出的曲线图如图2所示，为了便于数据的分析，又另外绘制出800r/min～1900r/min的曲线图如图3所示。

4.2 结果分析

燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100在长城GW2.8TC高压共轨发动机台架上进行燃烧时，分别在800 r/min（怠速）、1100 r/min、1400 r/min、1700 r/min、2000 r/min、2300 r/min、2600 r/min、3000 r/min时测取烟度值，通过对不同转速下的烟度值整理、分析，得出如下结论[3]：

图2 800r/min～3000r/min的燃料曲线图

图3 800r/min～1900r/min的燃料曲线图

（1）由表2可知，长城GW2.8TC高压共轨发动机的排放标准是欧Ⅲ，烟度满足GB 3847-2005标准。燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100通过在发动机台架上做试验实测到的烟度范围：0.10m-1≤k≤2.90m-1，满足GB 3847-2005标准中要求：k≤3.5m-1，由此可知，这几种燃料的烟度排放均满足GB 3847-2005标准。

（2）由图2和图3可以看出，在相同转速下，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100随着生物柴油比例的升高，烟度值逐渐降低，此趋势随着转速的升高更加明显。

（3）由图3可以看出，在800r/min～1900r/min范围内，混合燃料的烟度排放的差距不是太大，出现了数据重合的现象。出现这种现象的主要原因：1）长城GW2.8TC高压共轨发动机的排放符合欧Ⅲ的标准，烟度值本来就比较低，而且，发动机在低转速时，烟度排放更低；2）南华NHT-6型烟度计的分辨力是0.01m-1；3）整个试验过程中测取的数据均是动态的。

（4）由图2可以看出，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100的烟度排放在发动机800r/min～1900r/min范围内规律性不是很强。在1900r/min～3000r/min范围内规律性比较强，随着发动机转速的升高，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100的烟度值明显升高。

（5）发动机在最大扭矩225N・m/1600r/min～2600r/min时，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100的烟度排放在相同的转速下，排放值是逐渐降低的，并且变化也比较明显，随着转速的升高，烟度值增大。

综上所述，燃料D100、B10、B20、B30、B50、B100的烟度排放随着转速的升高而增大。如果仅仅从烟度的排放方面考虑，B100的烟度排放最小。

【参考文献】

[1]财政部、国家税务总局：《关于明确废弃动植物油生产纯生物柴油免征消费税适用范围的通知》（[2011]46号）.

[2]胡志远，岳晗.共轨柴油机燃用乳化柴油的颗粒排放特性.内燃机工程，2012，（8）：41-45.

[3]陈晖，黄豪中.柴油―生物柴油混合燃烧对碳烟排放的影响.广西大学学报：自然科学版，2011，（12）：934-938.