预燃室湍流射流点火甲醇发动机稀薄燃烧和排放特性试验研究

基于一台四冲程单缸发动机开展预燃室湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)甲醇发动机燃烧特性、性能表现和排放特性的试验研究。结果表明,TJI燃烧模式燃烧速率较快,放热率(heat release rate,HRR)峰值明显较高,且具有更短的滞燃期和燃烧持续期。随着过量空气系数变大,缸内压力和放热率峰值变小,TJI和火花塞点火(spark ignition,SI)燃烧模式滞燃期和燃烧持续期均变长。此外,TJI燃烧模式可有效提升甲醇发动机的稀薄燃烧稳定性,可将稀燃极限拓展至过量空气系数2.0。TJI燃烧模式下平均指示压力略低于SI模式;然而对于过量空气系数大于1.1的稀燃工况,TJI燃烧模式指示燃油消耗率更低,在过量空气系数1.3时低于570 g/(kW·h),说明其具有更好的燃油经济性。TJI燃烧模式下氮氧化物排放量明显低于SI燃烧模式,过量空气系数1.1时降低约37.2%,并且在过量空气系数大于1.3的极稀燃工况具有相对较低的甲醛CH_(2)O和碳氢化合物排放。

合成氨装置低温甲醇洗系统贫甲醇含水量升高的原因分析及对策

针对中国石油吉林石化公司30万t/a合成氨装置在新增合成气净化系统的工艺改造后,低温甲醇洗系统贫甲醇含水量(质量分数,下同)异常升高(高达2.6%)并超过设计指标值(1.5%),不得不降负荷运行的情况,排查了相关影响因素,分析了导致甲醇/水分离塔塔板筛孔堵塞的原因,并实施了相应的工艺优化措施。结果表明:工艺优化措施实施后,大幅改善了甲醇/水分离塔的分离效果,不仅使该装置低温甲醇洗系统负荷率由82%提升至100%,还使贫甲醇含水量降低至0.4%。

贫/富甲醇换热器壳程通道堵塞的原因及处理

某公司低温甲醇洗装置在生产运行期间,出现贫/富甲醇换热器壳程富硫甲醇循环量下降、管程贫硫甲醇温度升高、再吸收塔下塔积液、热再生塔液位偏低和尾气中携带甲醇等异常工况,伴随工况恶化,净化气中二氧化碳含量和硫化物含量经常超标。为此,制定并实施了一系列在线维护方案。装置开车后富硫甲醇循环量恢复正常,装置负荷由停车前的65.0%提升至76.5%。

煤制甲醇净化装置扩产探析

某企业60万t/a煤制甲醇装置原环保工艺难以满足现标准要求,因此对其净化装置进行了改造。分析了四种不同改造方案,确定了改造重点为净化系统扩能改造;探析了采用半贫液流程的两种净化扩能改造方案,确定了采用新增甲醇洗涤塔及附属设备的方案B。改造后的运行结果表明:装置各项性能指标达到考核要求,产品产量比原设计提高10%,年运行费用节约2 000余万元。

裂解气对稀燃甲醇发动机性能影响的仿真研究

基于甲醇发动机三维模型,通过CONVERGE仿真软件计算分析了EGR稀释和空气稀释下进气道喷射裂解气对甲醇发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明:掺烧甲醇裂解气后,缸内混合气分布趋于均匀;同一稀释比下,甲醇裂解气掺烧对空气稀释下燃烧速率的提高要大于EGR稀释;相同裂解气掺烧比下,EGR稀释的CO排放和HC排放明显高于空气稀释,NOx排放明显低于空气稀释,甲醇裂解气掺烧在空气稀释下对CO和NOx排放的降低相对于EGR稀释更为明显,HC排放则相反;随着甲醇裂解气掺烧比的增大,EGR稀释下的最高综合指示热效率逐渐逼近空气稀释,在裂解气掺烧比达到30%时,两种稀释方式的最高综合指示热效率只相差2.6%。

管壳式换热器换热管的泄漏失效原因

某管壳式换热器在运行过程中发生了换热管泄漏现象,导致换热器失效。为防止此类事件再次发生,采用化学成分分析、微观形貌观察,腐蚀产物分析等手段对换热管失效的原因进行了全面研究。结果表明:换热管的C含量偏低,外壁出现了脱碳现象,脱碳层厚度约362μm。换热管内壁和腐蚀坑内覆盖着大量絮状腐蚀产物,其Fe、O、S、C元素含量较高,腐蚀产物主要由铁的氧化物(Fe_(3)O_(4)和Fe_(2)O_(3))、铁的硫化物(FeS和FeS2)、铁的硫酸盐[Fe_(2)(SO_(4))3]和碳酸盐(FeCO_(3))组成。认为是换热管在H2S和CO_(2)的协同作用下引起了局部腐蚀破坏,H2S破坏了换热管表面的FeCO_(3)产物膜,造成换热管局部区域形成了腐蚀电池,导致腐蚀破坏的发生。

掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧及排放影响

为探究掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧性能的影响,在一台1.8 L涡轮增压缸内直喷汽油机(GDI)改装的氢-甲醇发动机上,开展了不同燃空当量比和不同掺氢比条件下的甲醇发动机掺氢燃烧和排放试验研究。结果表明,在稀燃条件下,增大掺氢比能提高发动机缸内最高燃烧压力及放热率峰值,且燃烧相位提前,燃烧持续期缩短。在稀燃情况下适当掺氢有助于改善循环变动,混合气越稀改善效果越好,但随燃空比和掺氢量增大时,循环变动却有恶化的趋势。当燃空当量比大于0.71时,增大掺氢比能改善HC排放;当燃空当量比大于0.83时,掺氢能改善NO_(x)排放,但CO排放恶化;当燃空当量比小于0.83时,增大掺氢比导致NO_(x)排放恶化但CO排放降低。

EGR和稀燃对甲醇发动机燃烧及排放特性的影响

在废气再循环(EGR)和稀燃策略下,以一台进气道喷射点燃式大功率甲醇发动机为试验对象,研究了两种稀释策略及复合稀释对甲醇发动机性能、燃烧及排放特性的影响。试验结果表明:在相同的稀释率下,稀燃比EGR能拥有更高的缸压峰值、更短的燃烧持续期、更低的燃油消耗率和更高的有效热效率。稀燃策略在降低HC和CO排放方面效果较为显著,而EGR策略能更为有效地降低NO_(x)排放。在未燃甲醇和甲醛排放方面,稀燃策略效果都较好。与EGR单独稀释相比,复合稀释能显著提高甲醇发动机的有效热效率。复合稀释对HC排放的影响较小,在降低CO排放方面和过量空气稀释效果相似,优于EGR稀释,最大降低幅度高达80.3%;拥有更好的抑制NO_(x)排放的效果,最大降低幅度为97%。复合稀释时,未燃甲醇排放与EGR单独稀释时相当,高于过量空气单独稀释;高稀释程度复合稀释时,甲醛排放有所下降。

低温甲醇洗贫甲醇中断对后系统影响及处理对策

低温甲醇洗系统主要脱除原料气中的二氧化碳及硫化物,吸收了二氧化碳及硫化物的富碳和富硫甲醇分别通过减压解吸、氮气气提及加热再生的方式实现再生,再生甲醇通过贫甲醇泵提压后循环利用。因贫甲醇泵跳车,甲醇洗涤塔贫甲醇中断,导致了液氮洗分子筛吸附器穿透,造成低温液氮洗系统精制气通道堵塞,通过在线疏通,并对堵塞原因进行分析,提出了优化防范措施。

低温甲醇洗贫甲醇泵扬程优化计算

以贫甲醇泵的扬程计算为例,对HG/T 20570.5—1995《泵的系统特性计算和设备相对安装高度的确定》中的离心泵压差计算公式进行了探讨,明确了泵输送过程中液体密度发生变化的情况下如何计算离心泵的扬程,并对标准中的计算公式进行了修正,以便可以适用于更多的计算工况。

低温甲醇洗热再生塔顶冷凝器泄漏分析及处置

中海石油华鹤煤化有限公司低温甲醇洗装置因热再生塔顶冷凝器泄漏,导致系统水含量高、装置不能正常运行而停产检修。热再生塔顶冷凝器堵漏完毕后,低温甲醇洗装置开车过程中又遇到了甲醇/水分离系统过滤器堵塞、液位计故障、贫甲醇中水含量高等问题。通过对低温甲醇洗装置进行快速调整与处理,系统顺利开车,装置负荷提升至满负荷并正常运行。热再生塔顶冷凝器检修后,为避免其再次泄漏,采取了设备特护和系统调整措施,有效延长了设备的使用寿命,保证系统长周期运行。

甲醇裂解气对点燃式发动机性能影响研究

以一台点火式电控发动机为研究对象,采用废气余热制氢装置,研究了甲醇裂解气对点火式发动机性能的影响。研究表明:裂解气的稀燃范围十分宽泛,可实现稀薄燃烧;通过稀燃可使NO_x排放较原汽油机降低90%,CO几乎接近零排放,而HC排放接近汽油。同时,稀燃也使裂解气发动机在保持原汽油机动力性的条件下,获得了较好的燃料经济性,容积替换比最小可以达到了1.48。该方法为实现甲醇高效清洁燃烧提供了切实可行的技术方案。

稀燃条件下甲醇汽油发动机燃烧和排放特性的试验研究

在一台汽油缸内直喷(GDI)增压发动机上,研究了稀燃条件下燃用不同甲醇汽油混合燃料的燃烧特性和排放特性。试验结果表明:稀燃条件下,随混合气浓度逐渐变稀,当量燃油消耗率呈现出先降低后升高的趋势,并且随着甲醇比例的增加,当量燃油消耗率增加,但均低于原机。在混合气逐渐变稀的过程中,燃烧时缸压峰值和燃烧温度总的变化趋势是逐渐降低,而燃烧持续期和循环变动率逐渐升高。稀燃条件下,CO排放量逐渐降低,碳氢化合物排放呈先降低后增加的趋势。NO_x排放量总的变化趋势是先增大后逐渐降低,随着甲醇体积分数的增加,NO_x的排放量逐渐降低,且3种甲醇、汽油混合燃料的NO_x和CO排放量都低于汽油燃料。

DISI甲醇发动机分层稀薄燃烧试验研究

研究了直喷火花塞点燃式(DISI)甲醇发动机1 600r/min和1 200r/min转速下整个负荷工况内分层稀薄燃烧对性能、燃烧及排放的影响。结果表明:DISI甲醇发动机在整个负荷工况内的一系列特征与柴油机和汽油机有很大不同,缸内混合气分层质量及燃油缸内空间分布对不同转速下的燃烧特性有显著影响;1 200r/min时热效率大、运转稳定,燃烧前期缸压和放热率优于1 600r/min时;大负荷时DISI甲醇发动机分层稀薄燃烧的经济性和排放性都比较好,但小负荷时的经济性和排放性较差,有待改善。

稀燃条件下甲醇汽油混合燃料颗粒物排放特性

在1台GDI增压汽油机上,进行了稀燃发动机燃用M0,M10和M20(其中M0为汽油,M10为甲醇体积分数10%、汽油体积分数90%的混合燃料,以此类推)甲醇汽油混合燃料的试验,研究了在稀燃条件下甲醇汽油混合燃料对GDI发动机颗粒粒径分布特性、数量浓度特性和质量浓度特性的影响。试验结果表明:在稀燃条件下,随着甲醇比例的增加颗粒数量浓度峰值逐渐增大,颗粒数量浓度随粒径分布呈现出双峰分布;颗粒中的核态颗粒和积聚态颗粒的总数量都随甲醇比例的增加而增加,其中M20的积聚态和核态颗粒数量浓度最大;颗粒粒径峰值都随着甲醇比例的增加逐渐增大,并且核态颗粒粒径峰值主要集中在20.54~31.62nm,积聚态颗粒粒径峰值主要集中在56.23~100nm;颗粒质量浓度随甲醇比例的增加而增大,粒径分布在316~700nm的积聚态颗粒明显增多,积聚态颗粒质量浓度随粒径分布的范围明显增加,质量浓度也相应增加,而粒径分布在56.23~316nm范围内的颗粒质量浓度却在降低。

应用推迟点火、废气再循环及过稀混合气降低稀燃甲醇发动机NO_x排放

为降低稀燃时NO_x排放及改善燃油消耗率-NO_x排放"(be-NO_x)"折中关系,以一台基于柴油机改制的进气道喷射点燃式甲醇发动机为试验对象,在1400r/min、4.52kg/h甲醇消耗量工况条件,以及1.5过量空气系数和21°CA BTDC点火提前角的基础上,研究了推迟点火、废气再循环(EGR)及过稀混合气3种策略对稀燃甲醇发动机燃烧和NO_x排放的影响。结果表明:3种策略均能在机内有效净化NO_x排放,实现接近零排放的效果。在相同NO_x排放水平下,与过稀混合气策略相比,EGR策略的燃烧滞后和延长程度有所减弱,循环变动降低,而推迟点火策略的燃烧更为滞后,但燃烧持续期和循环变动减小。对比而言,EGR策略能获得更佳的"be-NO_x"折中关系;推迟点火策略的"be-NO_x"折中性能虽较EGR策略有所降低,但排气温度有所升高,有利于提高样机在低负荷时后处理器的转化效率,从减小排放角度具有一定应用潜力。

提高点燃式甲醇发动机效率的研究

本文根据甲醇燃料气化潜热大和辛烷值高的特点,在CA1102单缸发动机上着重研究了通过合理的进气预热和提高压缩比来提高点燃式甲醇发动机的性能和效率。研究结果表明,稀燃和高压缩比紧密结合是进一步提高甲醇发动机效率和改善性能的有效手段,而合理的进气预热则为全醇发动机采取稀燃和提高压缩比创造了基本条件。

低温甲醇洗工艺净化气硫含量超标的问题分析

从低温甲醇洗技术原理、工艺流程出发,分析了低温甲醇洗工段在试车期间出现了净化气硫含量高的问题,主要对入工段原料气CO2液化造成净化气硫超标进行了系统分析。

MPI+GDI发动机稀薄燃烧性能研究

为了研究甲醇替代比和过量空气系数对复合喷射发动机稀薄燃烧及排放特性的影响,本研究基于1台自行改造的包含甲醇进气道喷射和汽油缸内喷射(MPI+GDI)的光学复合喷射系统发动机,建立三维仿真模型,进行缸压试验验证,研究稀薄燃烧条件下不同过量空气系数和甲醇替代比下缸内燃烧和排放特性。研究结果表明:随着过量空气系数的增大,火焰传播变慢,放热率峰值出现也晚,后燃现象增强,缸内压力峰值降低且相位推迟,指示热效率呈上升趋势;CO和NO_(x)排放下降,未燃碳氢化合物(THC)排放先降后升,过量空气系数为1.4时最低,原因是适当增加过量空气系数可使燃烧更充分,但是过量空气系数过大导致燃烧不稳定。随着甲醇替代比增加,缸内压力峰值不断增加且相位提前,高甲醇比例的燃料燃烧速度快,燃烧重心前移,排气温度降低,NO_(x)排放增加,THC排放先降后升,CO排放降低。研究结果为甲醇汽油复合喷射发动机的参数优化设计提供了理论依据。

低温甲醇洗全贫液与半贫液流程模拟及对比

低温甲醇洗全贫液与半贫液流程吸收塔有2个关键不同点:(1)吸收塔上部脱碳段全贫液流程吸收液为1股,半贫液流程为2股;(2)全贫液流程吸收塔CO2吸收段分3段,半贫液流程吸收塔CO2吸收段分2段。采用Aspen Plus和DRP软件分别对低温甲醇洗全贫液和半贫液流程的吸收塔塔内件进行模拟和对比。在流程工艺模拟基础上对吸收塔进行水力学计算。模拟计算结果表明,全贫液流程吸收塔能量消耗比半贫液流程高,总体循环量比半贫液流程小,吸收塔上段塔径比半贫液流程塔径小。液相负荷是吸收塔设计的决定因素,降液管液泛为塔盘限制因素。塔盘间距与塔径成反向关系,在设计时合理增大降液管面积和塔盘间距以缩小塔径,使吸收塔总体造价降低。