柴油机替代燃料油水煤浆的研究

2007年第1期煤炭工程新产品柴油机替代燃料油水煤浆的研究张强,毛君,张佳,段鹏文,任兰铸(辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000摘要∶为了解决国际能源日益紧张的问题,开发新的柴油机替代燃料十分必要。作者通过对新型替代燃料——油水煤浆的理论分析和试验硏究,最终证明了油水煤浆作为柴油杋代用燃料是可行的。关键词:油水煤浆;柴油机;替代燃料;排放中图分类号:TQ534.3文献标识码:A文章编号:1671-0959(2007)01-009303Research on oil coal mixture for diesel engineZHANG Qiang, MAO Jun, ZHANG Jia, DUAN Peng-wen, REN Lan-zhuC Liaoning Technology University Fuxin, 123000, ChinaAbstract: In order to release the present tension of the international energyecessary to develop a new fuellternative for the diesel engine. With the theoretical analysis and test research ond coal water mixture to be a newfuel alternative of the diesel engine, the paper identified that the oil coal water mixture to replace the diesel for the dieselKeywords: oil coal water mixture diesel engine ; alternative fuel emission1柴油机及煤基合成燃料简介我国可生产水煤浆的煤种多而齐全价格偏低劳动力和添加剂的成本低,所以水煤浆的价格与发达国家相比,是低廉世界石油价格的持续升温使发展中国家的经济安全受的水煤浆的生产储运和燃用都有利于环境保护等。到严重的威胁,美、日等国也纷纷抛出战略储备油来缓解本文分析了油水煤浆的特性,分析了油水煤浆的雾化石油价格对经济的压力,同时各国加紧了寻找可再生能源及燃烧規律,并以一种油水煤浆为例进行试验,说明了用和可替代石油的燃料的步伐油水煤浆替代柴油燃用是完全可行的。柴油机是将燃料燃烧释放岀来的热能转变为机械能的一种能量转换装置。在柴油机中燃料与空气混合燃烧后产2煤基合成燃料的特性分析生高温、高压的工作气体,它作为热能的载体推动活塞以水煤浆(CwM)和油煤浆(COM)为代油燃料,实现资再通过连杄、曲轴向外输岀杋械功。柴油机是一种数量大、源节约和优化,是两种相对比较成功的代油措施,都对能应用面广、热效率高的动力机械,是机车、船舶的主要动源的高效利用具有积极的作用,但二者在推广应用上都有力设备。我国的柴油机保有量相当大,并且以相当高的速—定的局限性。其中,油煤浆的粘度偏高,影响燃料的供度增长,对柴油燃料的需求量越来越大。因此,提髙柴油给,且节油旳数量不大。一般来说,随着温度的增加,油机的性能和开发新型可替代能源对于我国的有着重要的意煤浆粘度呈先降后增的变化趋势,且只在低温(160℃左文23。右)达到最低,而粘度在温度超过240℃后迅速增加油水煤浆便是一种可替代石油的煤基代油燃料,在我这是因为在油煤浆燃料中,煤的溶胀及溶岀物是升温过程国发展水煤浆技术其社会效益和经济效益更明显,其原因中煤浆粘度变化的主要影响因素,作为柴油机燃料,它的是贫油富煤是我国的国情,石油供求的现实已经使我们不溶胀及溶出物对供给影响比较大,容易造成供给不足,燃能把它仅仅作为燃料而烧掉。我囯科技工作者经过α0多年烧不平稳的现象;虽然水煤浆能节约大量燃料油,但单位的攻关研究,水煤浆的加工工艺及技术在某些方面已经居体积的水煤浆热能太低,容易造成动力不足,出现熄火现于世界领先水平,我国是煤炭生产消费大国,煤炭深加工象,且当柴油机供给和燃烧时,柴油机的及其喷嘴必须进技术、设备成熟,已经能够独立完成各档次的水煤浆加工,行较大改造,因此阻止了它的推广应用。收稿日期:2006-05-20基金项目:国家重点技术创新项目”煤基柴油代用燃料的制备与燃用”「新产品煤炭工程2007年第1期为了克服以上弊病,在对二者的物理及燃烧特性进行的密度,比热增加,导热系数增大了。对于三相混合燃料详细地分析研究的基础上,综合二者的优势研制出了一种中水的加入,可以起到促进燃烧的作用,但水在燃烧时不由油、煤粉和水组成合成液体燃料,即煤基合成燃料油。会产生额外的热量,而且加入的水在汽化时要吸收热量该燃料油是一种浓的浆体,它由煤粉分散于外相水中,再燃料的低位发热量还要减去这部分水要吸收的热量。所以,加入一定数量的油和少量的分散剂(即油包含水);或者由油水煤浆的低位热值有所下降,但热值仍能达到作为柴油煤粉分散于外相油中,再加入一定数量的油和少量的分散的燃料的要求,另外水的加入对于改善NOx和碳烟的排放敵即水包含油)其中,油的成分为重油,煤粉一般情况有着明显的效果。采用灰分A4≤1%,粒度≤30μm3油水煤浆在柴油机中的应用5该合成燃料兼有水煤浆和油煤浆二者的优点,而对其缺点都有一定程度的克服。3.1试验用发动机技术参数及试验测试仪器本文采用的煤的灰分A为1.25%,V挥发分为燃用柴油和油水煤浆对比实验在同一台卧式、单缸、79%,固定碳为64.84%,全硫为0.265%,粒度小于四冲程、自然吸气、强制水冷、涡流式S195型柴油机上24.5μum的占90%,小于10.0μm的占50%。煤粉的低位热进行。值为31.495MJ/kg。油采用0号柴油,其低位热值为41.8测试仪器:用CW-20型电涡流测功仪測定柴油机的MJ/kg。油水煤浆的混合比例为——油:水:煤:添加剂=输出功率,用KM900烟气分析仪测定烟气成分,用XMZ型数字烟温仪测定烟气温度,用恩式粘度计和NAX-1旋2.1油水煤浆密度计算561转粘度计测定混合燃料的运动粘度。燃料特性是燃料油的一个重要指标,本文研究的油水3.2油水煤浆燃烧理论分析煤浆是在油煤浆的基础上加入水分子,水分子分散成细小3.2.1油水煤浆流变性、稳定性和喷雾特性的液体颗粒,均匀地分布在油煤浆中。整个过程主要是物油水煤浆由于有燃料油的加入,使得油基油水煤浆的理变化过程。而油水煤浆的燃料特性将发生变化,假设燃燃点较水煤浆低,而发热量却得到了相应的提高,从而对料特性变化与加入的水量成线性关系。因此,对于呈线性点火以及燃烧产生很大的优势。油水煤浆流变性能好,油关系的各种特性按式1)来计算油水煤浆的总体特性主要水煤浆的粘度特性主要取决于混合燃料中的连续相,即油包括密度、比热和高位发热量)与水两种液相。在油水煤浆中,煤颗粒与水之间由于长程P(1)=qpa(n)+bp水()+甲a(1)(1)力的作用而相互吸引,煤表面亲水区域对水滴产生吸引作式中p2(1)—油水煤浆的特性参数;用,从而使部分水滴接近固体煤颗粒,随其一起运动,而p(t)油的特性参数大部分水滴进入到煤颗粒中去,因而使外相油的流动自由p(1)—水的特性参数度增大,流变粘度系数降低。在温度较高(大于100°)时pa(t)—煤的特性参数油水煤浆粘度变得小。温度越高,固相对粘度的影响越小,a、b、c——分别代表油水煤浆中油的比例、油水煤所以在燃烧时会有很好的雾化效果。浆中水的比例、油水煤浆中煤的比例。取煤的密度为1.32g/cm3,水的密度为1.0g/cm3,油固体颗粒的密度为0.84gcm3,则油水煤浆的密度为油水煤浆=51.6%×0.84+16.8%×1+30.3%×1.32043344+0.39996+0.168=1.004g/cm32.2油水煤浆热值计算对于油水煤浆低位热值Q。计算公式为Q.(1)=aQ(t)-br+c?(t)(2)图1固体颗粒对油水煤浆的稳定作用式中水的汽化热(取r=2.508MJ/kg)Q(t)—油的特性参数3.2.2油水煤浆燃烧过程的物理化学变化89Q(t)—煤的特性参数试验用小型、高速压燃式柴油机,其大部分燃料是在α、b、α—分别代表油水煤浆中油旳比例、油水煤着火后喷入气缸内的。燃料一边与空气混合,一边燃烧浆中水的比例、油水煤浆中煤的比例。由于混合过程比反应速率慢,因此燃烧速率取决于混合速则油水煤浆的低热值为率,换句话说,混合速率控制了燃烧速率,这就是所谓的Q=51.6%×41.8-168%×2508±303%×31.495扩散燃烧。这部分混合气燃烧放热过程的长短,空气与燃=21.5688-0.421344+9.543=30.691MJ/kg料的混合程度以及柴油碳烟生成情况,都会影响燃烧速率。2007年第1期煤炭工程新产品利用新技术快速测定立井煤层瓦斯压力羊群山,田红磊中煤七十一工程有限公司,安徽宿州234000)摘要:煤层瓦斯压力是检验煤层是否具有突出危险性的重要指标之一。利用新技术可对立井煤层瓦斯压力进行快速测定,比常规方法提前一周左右,潘一煤矿第二副井采用该技术进行快速測定瓦斯压力,节约了施工时间,降低了施工成本。可以在立井及斜井揭煤上推广此项技术关键词:煤层瓦斯压力;测压技术;揭煤中图分类号:TD712文献标识码:B文章编号:1671-09592007)010095021工程概况技术进行介绍潘一煤矿第二副井井筒设计深度为848.5m,井筒设计潘一煤矿第二副井井筒掘砌工程由中煤第七十一工程净直径7.Om,基岩段深度为524.5π。1-2煤顶板深度为处承建施工。该工程工期紧、煤层多、揭煤次数也多。为670.7m,煤层厚度为6.6m,煤层产状为:走向207°缩短施工工期,节约工程成本,中国矿业大学与中煤七十210°,倾角4°,煤层硬度为0.73;煤岩组分以暗煤为主工程有限公司合作试验实施新测压技术,快速测定煤层见亮煤;煤岩类型为半暗~半亮型煤;煤的物理性质:黑瓦斯压力。该测压方法与传统测压方法相比,用时较短,色、粉状、染手、弱玻璃光泽。该煤层瓦斯压力大,为突每次测压节约时间7天左右,大大降低施工成本,节约了出煤层。为安全揭穿11-2煤,在井筒累深660.7m,井筒施工时间。现以潘一煤矿第二副井揭11-2煤为例,对该工作面迎头距11-2煤顶法距10m时施工快速测压孔对2a/aw、aa心w表1柴油机燃用油水煤浆的试验结果柴油油水煤浆输出功率/kW热效率/%烟气温度/℃热效率烟气温度/℃20.318.622.329360济性和降低排放至关重要。选煤技术,2001,33.3排放特性分析[2]段鹏文,张强.柴油机燃用水煤浆供给系统设计[J]矿山表1为柴油机应用油水煤浆的初步试验结果。由试验机械,2005,6结果可知,在输出功率和转速相同的条件下,燃用油水煤[3]田忠坤精细水煤浆在小型高速内燃机上的燃烧理论分析浆效率稍低于柴油,但Nox和碳烟的排放量却远小于柴油]煤炭加工与综合利用,2005,5原因是油水煤浆的燃烧温度低于柴油。[4]宋新南,张双进.油煤浆管道输送特性研究[J]煤炭学4结语5]蒋德明.内燃机原理[M]北京:机械工业出版社,2001通过对油水煤浆的特性和燃烧机理分析,并把这种新[6]朱明善.工程热物理[M]北京:清华大学出版社,194型能源应用在小型柴油机上,初步证明了油水煤浆可以满[7]李大有关于二相流、多相流、多流体模型和非牛顿流等概足柴油机燃烧的要求。随着理论和实践工作不断深入,油念的探讨[J]力学进展,1994水煤浆代油技术必将取得快速的发展8]付晓恒,王祖讷,柴保明,等,精细水煤浆制备与应用技术的研究[J]煤炭学报,2004.2.参考文献[9]周龙保.内燃机学[M]北京:机械工业出版社,1999[I]李红枫,王新国,支献华,等.精细水煤浆的燃烧[J]责任编辑李振涛收稿日期:2006-11-13作者简介∷羊群山(1971-)男,安徽庐江人,工程师,学士学位,1993年毕业于焦作矿院采矿系,现任中煤七十