甲醇柴油組合?怎麼想的?
根據姚春德的講述,選擇将甲醇作為研究課題,一方面是科研工作總是要“标新立異”,甲醇既相對“小衆”又前景看好,是一個非常好的研究方向;也有一份知識分子的擔當,希望為大量富餘的甲醇資源找到需求,将其最大化地合理利用;同時,在我國“多煤、少油、缺氣”的能源結構下,對石油進口依存度上升令人擔憂,甲醇成為替代燃料,也可以優化國家能源結構。
至于為什麼不是單一甲醇燃料而是甲醇柴油組合燃燒的形式,姚春德是從未來技術推廣的角度考慮的,“石油在一段時間内還是全球主要燃料,完全撇開石油的成本太高,阻力也會很大。”
甲醇又稱木醇,隻有一個碳原子、4個氫原子和一個氧原子,是國際公認的清潔燃料。随着研究的深入,“柴油甲醇組合燃燒技術(DMCC)”的“減排”效果确實明顯:可以不需要借助尿素采用氧化催化的簡單後處理,便可達到國四排放标準,增加EGR可滿足國五排放法規。更讓姚春德團隊獲得意外驚喜的是:研究結果顯示,DMCC會讓燃燒效率更高、更加“節能”。
這就好比郭德綱和于謙合作,不僅讓于謙成功結束“龍套演員”生涯,找到了真正屬于自己的事業;還因為于謙這位“黃金搭檔”的存在,讓郭德綱更加大紅大紫。
對于柴油機來說,甲醇的加入,益處良多。姚春德說:“我們用低碳的甲醇改質柴油,打破了柴油機氮氧化物和碳煙生成之間此消彼長的技術障礙。而且,在保持與原機相同功率的前提下,可以大幅度提高燃料經濟性,燃料熱效率可提高近10%。車輛的加速性能也得到提高。”
對于甲醇來說,甲醇柴油組合燃燒技術解決了甲醇燃料應用的幾個難點:難壓燃、難蒸發,冷啟動困難;(與柴油)難相溶,難直接用于柴油機;具有腐蝕性,缺少耐醇零部件;熱值低,擔心動力性;還有人擔心甲醇燃料會産生甲醛,需要另外處理。
姚春德團隊開發了整套甲醇噴射系統的關鍵部件,建立了完整的自主開發體系。通過自主研制的電控系統,在發動機達到一定溫度後,安裝在進氣總管的甲醇噴嘴向進氣道噴射甲醇,使甲醇與空氣形成均質混合氣後在氣缸内和柴油共燃。
前面的幾個問題就這樣解決了:柴油發動機基礎上增加一套甲醇噴射和控制系統,使其和原機的柴油噴射系統協同工作。經過跨學科的研究,在零部件上使用了耐腐蝕材料;甲醇以氣體形式進入達到一定溫度的發動機,在氣缸内和柴油共燃,燃燒非常充分,突破了甲醇難以壓燃的技術障礙;甲醇在進氣道的蒸發、使進氣溫度下降、進氣壓力下降,減少了壓縮功耗,排氣溫度降低,也減少了排氣能量耗散,這樣的二元燃料方式讓發動機獲得了更大的壓強;檢測數據顯示,甲醛排放不僅遠低于汽油車、柴油車,且遠低于工信部甲醇汽車标準。
2015年6月26日,工業和信息化部對天津大學研制的“柴油甲醇二元燃料燃燒技術”組織召開科技成果鑒定會。原機械工業部部長何光遠、中國工程院院士倪維鬥等11名相關領域專家,經過資料審查、質詢、答辯及讨論等環節,專家委員會一緻通過了該技術科技成果鑒定。專家委員會認為:該技術突破了在柴油機上燃用甲醇的技術障礙,實現了35%甲醇對柴油的高比例替代,結合廢氣後處理裝置,滿足國四、國五排放标準要求,建立了自主開發體系,引領了國内外甲醇在柴油機上高效、清潔應用,具有國際領先水平。
2012年,工信部開展甲醇汽車試點之後,已有8家甲醇汽車生産企業的23款甲醇汽車産品獲得工信部公告。天津大學與企業合作開展了柴油/甲醇組合燃燒(DMCC)技術研究項目,裝有甲醇柴油雙燃料重載柴油機的載重車已經在全國多地投入運行,目前測試數據比較理想,用戶反映良好。
姚春德表示,經過多年的實驗、試用,甲醇的最大替代率可達45.6%,平均替代率為32.7%,發動機燃燒效率可以提高8.7%,達到47.6%。“目前,市場上柴油價格大約在6200元/噸,甲醇為2000元/噸,且甲醇柴油組合燃料發動機的熱效率相比柴油和汽油發動機都有提高。甲醇燃料在商用車上的效益非常明顯,不僅能夠大幅度改善重型商用車顆粒物排放量,而且通過明顯經濟效益,促使用戶主動減排,這對甲醇汽車推廣非常有利。”
姚春德