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甲醇裂解气成分检测及其对点火式发动机性能影响实验研究

李旭聪  
【摘要】: 随着我国经济发展、人民生活水平的提高,汽车保有量大幅增长。这就对我国能源和环境提出了严峻的挑战。能源短缺和环境污染是目前内燃机工业面临的两大难题,而寻找清洁高效燃烧的替代燃料是解决两大难题的有效途径。甲醇含氧量高、燃烧充分、有害排放物低,而且我国拥有丰富的煤炭资源,同时煤制甲醇技术已较成熟,生产成本较低。因此甲醇是有效的替代燃料之一。 甲醇做为一种内燃机替代燃料具有光明的前景,在日益突出的能源和环境问题的大背景下,高效、清洁燃烧甲醇对于社会、国家具有重要意义。 本研究通过利用尾气余热,让甲醇在高温以及催化剂的条件下催化裂解而得到甲醇裂解气。充分裂解后的气体质量热值较裂解前提高了20%,燃料的热效率因此得到大幅度提高。 由于发动机的工况变动大,尾气的能量不稳定,催化裂解甲醇并不能保证其完全裂解成CO和H2,其还有剩余的未裂解的CH3OH。本研究利用气相色谱仪检测了裂解气成分随发动机工况改变的实时成分变化,分析了催化裂解的途径及其化学反应机理以及甲醇裂解气成分含量。并且在一台经过改装的点燃式发动机上进行了燃用甲醇裂解气燃烧特性和排放特性的实验研究,分析了甲醇裂解气成分对发动机性能的影响。 实验结果表明:在裂解气中,H2和CO的体积含量随排气温度增加(由负荷增加引起)呈现先减后增的趋势,H2和CO变化范围分别为23.3~46%和11.3~23%;而CH3OH的体积含量变化趋势正好与上述两种相反,其变化范围为31~65%。同时点燃式发动机燃用甲醇裂解气燃料后,动力性能保持不变,经济性能得到提高,排放性能得到改善。


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