摘  要：在单缸风冷四冲程柴油发电机上对

２５％

生物柴油

柴油（

）、

生物柴油

柴油（

）和

７５％

生物

－７５％

Ｂ２５Ｄ７５

５０％

－５０％

Ｂ５０Ｄ５０

柴油

柴油（

）的掺混燃料进行了试验，并采用

１６％

和

２８％

两种废气再循环（

，

）率，测试

－２５％

Ｂ７５Ｄ２５

ｅｘｈａｕｓｔｇａｓｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＥＧＲ

并分析了经济性，

、

、

的排放性能，光吸收系数及

ＥＧＲ

对以上性能的影响。结果发现：随

ＥＧＲ

率升高，掺混燃料的油

ＮＯｘ

ＨＣＣＯ

耗增加，

的热效率较高；采用

ＥＧＲ

对降低

ＮＯｘ

排放的效果明显；不同掺混比的燃油有各自的

ＥＧＲ

率以获得较低的

ＨＣ

Ｂ５０Ｄ５０

排放；

排放随

ＥＧＲ

率增大而增大；随生物柴油掺混比例加大，光吸收系数增大；采用

ＥＧＲ

后，光吸收系数增大。

ＣＯ

关键词：生物柴油；发电机；经济性；排放性能；光吸收系数

中图分类号：  ；

文献标志码：

文章编号：

（

）

ＴＫ６ＴＫ４２１

Ａ

２０９５－２７８３２０１５２３－２７２４－０４

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｍａｌｄｉｅｓｅｌｇｅｎｅｒａｔｏｒｆｕｅｌｅｄｗｉｔｈ

ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ－ｄｉｅｓｅｌｂｌｅｎｄｆｕｅｌｕｓｉｎｇＥＧＲ

１，２

，

２

，

２

，

２

，

２

，

２

ＬＩＡＮＧＹｕ

ＤＩＮＧＸｉａｏｋｅ

ＸＵＭｉｎｇｆｅｉ

ＺＨＯＵＬｉｙｉｎｇ

ＹＡＮＧＪｉａｎｇｈｏｎｇ

ＹＡＮＧＭａｎ

 
 

生物柴油可由植物或动物油脂经酯化反应或通

地区广泛使用，其排放净化措施较少，排放量也比相

过加氢脱氧和临氢异构的方式制得，属于可再生能

应排量的车用发动机高。相对于车用发动机，小型

源

［

］

发电机用柴油机在工作时转速稳定，从而每循环的

１－２

。其十六烷值高、闪点高、硫含量极低且含

１１％

左右的氧，因而着火性能优于柴油且基本无

ＳＯ２

进气量及进气状态基本一致，

率的调节与控制

只与负荷相关

ＥＧＲ

排

放，是柴油机较为理想的替代燃料

［

］

［］

３－４

。同时，燃

９

，这有利于将废气再循环技术应用

用生物柴油不会将地壳中固定形式的碳以二氧化碳

于小型发电机上。

的形式释放到空气中，可缓解温室效应

［５］

以地沟油为原料制取生物柴油，将生物柴油与

。但由于

生物柴油的黏度大，热值略低，多以与柴油掺烧的形

柴油掺混，应用于小型发电机，一方面开发利用可再

式加以应用。

生能源，降低了地沟油重上餐桌的可能，另一方面可

废气再循环（

，

）是

减少化石燃料消耗、缓解温室效应。采用

ＥＧＲ

技

ｅｘｈａｕｓｔｇａｓｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＥＧＲ

将部分废气经冷却后引入气缸，利用废气中比热较

术，针对不同掺混比例的燃油，其降低ＮＯｘ 的具体效

高的 Ｈ２Ｏ与ＣＯ２ 吸收压缩及燃烧过程缸内气体的

果，以及对油耗及其他排放污染物的影响还有待研

热量，通过降低缸内燃烧温度来抑制ＮＯｘ 排放，在车

究。本文针对３种掺混比例的生物柴油－柴油混合燃

用柴油机中应用较为普遍

［ ］

料，采用 ２ 种 ＥＧＲ 率，综合对比了燃油经济性、

６－８

。

小型发电机常作为应急电源和移动电源在农村

、 、

的排放性能和尾气的光吸收系数。

ＮＯｘ ＨＣＣＯ

 
１ 试验设备与油料
 
１．１ 试验设备
 
试验用小型发电机由常州大道 ＤＧ７５００ＳＥ柴油发电机改装，加装了副油箱及供油测试系统，增设了废气再循环管路及中冷装置。发动机结构与运行参数未进行调整，主要技术参数见表１。
 

		表	１	发电机主要技术参数
		项目			参数
		型式			单缸、立式、风冷、四冲程
		进气方式			自然吸气
缸径	×	冲程／（		）	８６×７２
		ｍｍ×ｍｍ
		压缩比			１９
		排量／			０．４１８
		Ｌ
		启动方式			电启动
		输出轴			曲轴
工作转速／（·				－１）	３０００
		ｒ	ｍｉｎ
	额定功率／				５．０
		ｋＷ
额定发电功率／					４．５
			ｋＷ
		频率／			５０±２
		Ｈｚ
		电压／			２３０
		Ｖ

 
^{能电暖炉。}
１．２ 油料特性
 
按 体 积 比 配 制 ２５％ 生 物 柴 油－７５％ 柴 油
 
^（Ｂ２５Ｄ７５^）、５０％ 生 物柴 油－５０％ 柴 油 ^（Ｂ５０Ｄ５０^）和７５％生物柴油－２５％ 柴油^（Ｂ７５Ｄ２５^）３ 种掺混燃料^。柴油为市售０^＃ 柴油，生物柴油为云南盈鼎生物能源股份有限公司生产，原料为地沟油。表２为生物柴油与柴油掺混燃料的物化特性。
 
表２ 生物柴油_－柴油掺混燃料的物化特性
 

油料	Ｂ２５Ｄ７５	Ｂ５０Ｄ５０	Ｂ７５Ｄ２５
密度／（·  －３）	０．８４４	０．８５２	０．８６３
ｇ ｃｍ
黏度／（ ２· －１）	３．９５５	４．３３３	４．４９５
ｍｍ ｓ
开口闪点／℃	１２２．０	１４１．５	１６３．０
低热值／（ · －１）	４１．２１	３９．９５	３８．７１
ＭＪ ｋｇ

 
２ 试验过程
 
准备阶段：发电机由柴油启动，０ｋＷ 运行３０ｍｉｎ，热机并启动、预热测试设备；切换到掺混燃料，
 

掺混燃料由副油箱供给，０ｋＷ 运行５ｍｉｎ，３．０ｋＷ运行５ｍｉｎ，０ｋＷ 运行１０ｍｉｎ，确保燃油系统中柴油已耗尽，发电机以掺混燃料运行；进行０ｋＷ 预测试，预测试２组，检查各设备运行正常，测试人员到位。
 
测试阶段：测试工况２０ 个，负载分别约为０、０．５^、１．０^、１．５^、２．０^、２．５^、３．０^、３．５^、４．０^、４．５^、４．５^、４．０^、３．５^、３．０^、２．５^、２．０^、１．５^、１．０^、０．５和０ｋＷ^，相同负荷的测试结果取平均值；负载量通过用电设备调节，待转速、电压与电流稳定后进行测试，每工况油耗测试历时３ｍｉｎ，期间大气状态、发电机工作状态、排放污染物和光吸收系数各测试３次；先进行未采用ＥＧＲ的测试，而后进行１６％和２８％ＥＧＲ 率的试验，每次调整ＥＧＲ率后，需０ｋＷ 稳定运行１５ｍｉｎ，并经历２组预测试后再开始２０个工况测试。
 
结束阶段：测试完成后，需切换为柴油，不采用
ＥＧＲ^，０ｋＷ 运行５ｍｉｎ^，３．０ｋＷ 运行１０ｍｉｎ^，０ｋＷ
运行１５ｍｉｎ后方可停机。
 
３ 试验结果分析
 
３．１ 燃油经济性
 
为便于对比３种掺混燃料在不同 ＥＧＲ 率下各性能参数的综合效果，根据发电机使用特点，按图１设定发电机在各工况下使用的概率，根据各工况下的测试值，取其数学期望来比较燃用掺混燃料的各项性能指标，见式（１）。

 

图	１	发电机在各工况下使用的概率
		ｎ
		（）	。	（）
		Ｅｘ ＝ ∑ｐｉｘｉ		１

ｉ＝１
式中：_ｐｉ 为该工况的使用概率；ｘ_ｉ 为第ｉ负荷工况下的测试值。
 
小型发电机油箱容积有限，体积油耗决定了一定体积油耗能持续工作的时间，同时采用每小时消耗燃料的当量热值才能较好比较掺混燃料在燃烧过程中的热效率。
 

·		·	；		（）
Ｑ＝ｑＤ	ｍＤ ＋ｑＢ  ｍＢ				２
· ·		ｉＤ·ρＤ		；	（）
ｍＤ ＝ｖ ρ	ｉＤ· Ｄ ＋ｉＢ· Ｂ				３
		ρ	ρ
· ·		ｉＤ·ρＤ		。	（）
ｍＢ ＝ｖ ρ	ｉＤ· Ｄ ＋ｉＢ· Ｂ				４
		ρ	ρ

式中：Ｑ 为小时消耗燃料当量热值，ＭＪ·ｈ^－１； 为
ｑＤ
柴油低热值，取４２．５ＭＪ·ｋ ^－１； 为生物柴油低热ｇ ｑＢ
 
值，取３７．５ＭＪ·ｋ_ｇ^－１；ｍ_Ｄ 为柴油小时质量油耗，ｋ_ｇ·ｈ^－１；ｍ_Ｂ 为生物柴油小时质量油耗，ｋ_ｇ·ｈ^－１；ｖ
为混合燃料的小时体积油耗，_Ｌ·_ｈ^－１； 为混合燃料
ρ
密度，ｋ_ｇ·Ｌ^－１；ｉ_Ｄ 为混合燃料中柴油的体积分数，％；ｉ_Ｂ
为混合燃料中生物柴油体积分数，％； 为柴油密度，取
ρＤ
_{０．８３９ｋ}ｇ·_Ｌ^－１； 为生物柴油密度，取_{０．８７５ｋ}ｇ·_Ｌ^－１。
ρＢ
图２为燃用３种燃料的小时体积油耗期望，图３
 
为每小时消耗燃料的当量热值期望。可以看出，随 _{图４ ＮＯｘ 排放量的数学期望}ＥＧＲ率升高，掺混燃料油耗增加，采用ＥＧＲ 对掺混
 
燃料的经济性不利，这是由于引入的废气导致压缩过程中缸内温度降低，滞燃期延长，着火始点推后，整个燃烧过程对应的曲轴转角延后，使得指示热效率降低，从而油耗增加。
 
 
图５ ＨＣ排放量的数学期望
 
处于较低的水平。未采用 ＥＧＲ 时，ＨＣ排放随生物柴油掺混量的增大略有升高，这主要是生物柴油含
 
量越高，喷雾质量下降，燃油颗粒蒸发混合不及时导
图２ 小时体积油耗的数学期望
 
致的^［１２］。在采用_ＥＧＲ后，_ＨＣ排放未体现出明显的变化规律，这是因为生物柴油的含氧性有利于燃油的初步氧化，使得空气中氧含量的降低对 ＨＣ 排放的影响较小^［１３］。不同的掺混比例有各自较优的ＥＧＲ率以获得较低的 ＨＣ排放。
 
 
图３ 每小时消耗燃料的当量热值的数学期望
 

同时可以发现，

的体积油耗与

Ｂ２５Ｄ７５

Ｂ５０Ｄ５０

的相当，但消耗燃料的当量热值低，这说明 Ｂ５０Ｄ５０

的热效率较高。这得益于生物柴油较优的着火性能

图

６

ＣＯ

排放量的数学期望

和１１％左右的含氧量，能较迅速地燃烧，但又受到燃

油蒸发雾化性能的制约；

的生物柴油含量

从图

６

中可以看出，生物柴油掺混比例不同时，

Ｂ７５Ｄ２５

高、燃油黏度大，喷雾锥角小、粒径大，不利于混合气

ＣＯ

排放量基本相当。

排放随

ＥＧＲ

率增大而增

的形成

ＣＯ

［１０］

大，且在 ＥＧＲ 率为 ２８％ 时，升高较为显著，燃用

。

、

和

排放

、

、

，分

别 升 高 了

６６．７％

、

３．２

ＮＯｘ

ＨＣ

ＣＯ

３４．５％和４４．４％，其原因是，随ＥＧＲ升高，废气含量

图

、图

５

和图

６

分别为燃用

３

种燃料

、

４

ＮＯｘ ＨＣ

升高，缸内氧气不足，虽然生物柴油的含氧性有利于

和ＣＯ排放的期望。

燃油 的 初 步 氧 化，但 燃 烧 难 以 完 全，导 致 ＣＯ

从图４中可以看出，采用ＥＧＲ对降低ＮＯｘ 排放

升高

［１４］

的效果明显。燃用

、

和

，在

。

率为

时

Ｂ２５Ｄ７５Ｂ５０Ｄ５０

Ｂ７５Ｄ２５

３．３

光吸收系数

ＥＧＲ

１６％

，

可分别降低

、

ＮＯｘ

１２．４％１１．５％

和１２．８％，在 ＥＧＲ 率为２８％ 时，可降低２４．２％、

光吸收系数表征了物质对光的吸收能力，可以

２８．５％和３０．１％。另外，随生物柴油掺混比例的增

此来衡量排气中微粒的排放。

加，

排放量略有升高，这主要是由于生物柴油自

１

。

（）

ＮＯｘ

Ｋ

＝－

×ｌｎ

身含氧，易形成局部富氧环境

［１１］

ＬＡ

）

５

。而在 ＥＧＲ 率为

（０

时

，

排放主要受较低的缸内温度所限

。

式中： 为光吸收系数，

－１；

为标准光通道有效

２８％

ＮＯｘ

排放量均

长度，

； 为测量区充满干净空气时到达

由图  的数值上看 掺混燃料的

５

，

ＨＣ

ＬＡ＝０．４３ｍ ０