【文章內(nèi)容簡介】 了汽車燃用天然氣既經(jīng)濟又清潔且安全等優(yōu)點。 目前，全球共有 486 萬輛天然氣汽車。 以天然氣為燃料的汽車在哥倫比亞越來越受青睞，該國使用的天然氣為燃料的汽車已達到 40 萬 輛，成為世界上第八大天然氣燃料汽車國。據(jù)德國聯(lián)邦政府2020 年 透露的一組數(shù)據(jù)顯示， 2020 年德國天然氣汽車保有量增加了 40%，天然氣汽車數(shù)量從 38993 輛增加到 54772 輛。其中， 42765 輛為乘用車、 10124 輛為卡車 。 日本燃氣協(xié)會正在致力于推廣環(huán)境友好的天然氣汽車事業(yè)。天然氣汽車是在 20 世紀80 年代開始進入日本市場。從那時起，日本天然氣汽車保有量穩(wěn)步增長。 2020 年11 月底，日本擁有天然氣汽車數(shù)量為 10000 輛；到 2020 年 12 月底日本天然氣汽車保有量超過了 30000 輛，天然氣加氣站數(shù)量達 324 座 。以上這些數(shù)據(jù)顯示，世界各北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 2 國的天然氣汽車保有量呈逐年上升的趨勢。 國內(nèi) 天然氣汽車的發(fā)展狀況 近年來，隨著國家和人們環(huán)保意識的增強，改裝天然氣汽車得到很快發(fā)展。我國 NGV 從 20 世紀 50 年代開始出現(xiàn)，主要采用低壓氣 囊式。隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，交通運輸及農(nóng)業(yè)機械對礦物燃料需求急劇增加，燃料緊缺程度加大，從 1986 年以后我國 NGV 出現(xiàn)了良好的勢頭。目前國內(nèi)使用的天然氣汽車主要是由在用車改裝的兩用燃料汽車。 我國于 1998 年啟動“空氣凈化工程清潔汽車行動”后，我國天然氣汽車的發(fā)展速度明顯加快。目前，我國天然氣汽車保有量為 萬輛，國家正式確定的清潔汽車重點推廣應(yīng)用城市（地區(qū)）有 19 個。其中，北京公交集團已經(jīng)擁有安裝天然氣發(fā)動機的公共汽車 2759 輛。天然氣汽車區(qū)域化發(fā)展模式逐步形成。 為控制機動車排氣污染，重慶廣泛 推廣壓縮天然氣汽車，并要求主城區(qū)新增出租車、公交大客車均使用清潔能源，同時還加大對原來使用燃油的機動車進行壓縮天然氣改造。 目前，重慶主城區(qū) 95％以上的出租車和 92％的公交大客車已使用壓縮天然氣汽車 ，使得重慶天然氣汽車的保有量成為全國之最，達到 4 萬 余量。 發(fā)展天然氣汽車的必要性 能源的短缺 天然氣汽車是在環(huán)境污染日益加劇，車輛逐漸增多，能源短缺情況更加突出，天然氣資源不斷被開發(fā)出來的情況下提出的。 進入 21 世紀，隨著國家工業(yè)經(jīng)濟的崛起，汽車工業(yè)的發(fā)展對全球經(jīng)濟起到了巨大的推動作用。但汽車每年要消耗大 量石油資源，按目前人類消耗石油的速度。全球已探明的石油資源僅能使用四十余年。而我國的石油探明總儲量為 33 億噸。僅可開采 年。從 1993 年起，我國就成為石油凈進口國， 2020 年進口 800O 萬噸。到 2020 年這一缺口將達到 30000 萬噸。我國煤炭儲量大省山西省照現(xiàn)在開采速度最多只能開采 40 年。因此調(diào)整汽車能源結(jié)構(gòu)是緩解煤炭石油資源匱乏的有效途徑之一。尋找新的汽車能源已成為當今世界矚目的重大課題。 1 緒論 3 環(huán)境的污染 由于汽車數(shù)量的不斷增加，汽車尾氣造成了嚴重的城市污染。近年來，我國機動車行業(yè)發(fā)展迅速， 2020 年， 我國成為世界上汽車第四大生產(chǎn)國和第三大消費國， 汽車產(chǎn)量達 700 萬輛，保有量 2925 萬輛； 2020 年我國摩托車產(chǎn)量達 1450 萬輛，居世界第一，保有量 5929 萬輛；農(nóng)用車年產(chǎn)量達 290 萬輛，保有量 2400 萬輛。在2020 年我國機動車快速增長 38％ 的基礎(chǔ)上， 2020 年我國汽車和轎車產(chǎn)量分別增長42％ 和 80％，如此快速的增長在世界汽車發(fā)展史上是絕無僅有的。 隨著機動車保有量的持續(xù)增長，全國機動車污染物排放總量持續(xù)攀升。來自國家環(huán)?？偩治劭厮镜臄?shù)據(jù)顯示： 2020 年，全國機動車碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物排放量 已分別達到 、 和 萬噸，比 1995 年增加了 、 和 倍。 2020 年 340 個城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果顯示，能夠達到二級空氣質(zhì)量標準的城市不足 42％，三級和三級以下的城市高達 58％。北京、上海、廣州等大城市機動車排放的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、細顆粒物在大氣污染物中所占平均比例分別為 80％ 、 75％ 、 68％ 和 50％ ， 已成為這些城市空氣污染的第一大污染源。據(jù)預(yù)測，按照目前機動車的發(fā)展趨勢， 2020 年我國機動車排氣污染在城市大氣污染中所占的平均比例將達到 79％ ，從環(huán)境變化的趨勢分析，如果不能有效控制機動車污染，到 2020 年，我國 661 個城市中將有 400 個城市的環(huán)境空氣污染會從煤煙型轉(zhuǎn)化為機動車污染型。 良好的經(jīng)濟性 國際上天然氣貿(mào)易的歷史數(shù)據(jù)及價格走勢表明，天然氣較燃油、液化石油氣等具有一定的價格優(yōu)勢，而且國家發(fā)展和改革委員會能源研究所等單位在 2020 年《中國天然氣發(fā)電政策研究綜合報告》中指出：“盡管天然氣價格也受國際能源供需形勢的影響，但影響沒有石油大，按等熱值計算，天然氣 (包括 LNG)在價格上比石油有優(yōu)勢”。同等熱量下，天然氣價格較原油低 30％左右，因此推廣 使用液化天然氣汽車具有一定的經(jīng)濟效益。 北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 4 2 天然氣汽車技術(shù) 天然氣的特性 天然氣以甲烷為主要成分，隨產(chǎn)地的不同，甲烷的含量為 83%～ 99%，由于組成的變化，理論混合比、發(fā)熱量也將發(fā)生差異 ，常見的天然氣特性主要有以下幾點： 一 .密度低，天然氣的密度一般為 kg／ m179。,而汽油蒸汽密度為 kg/m179。，可見，天然氣密度遠比汽油蒸汽小，而且低于空氣密度，泄漏的氣體很快會在空氣中散發(fā)，不容易形成爆炸氣體 ； 二 .甲烷的沸點為 162℃ ，與常溫下處于液態(tài)的汽油與柴油的搬運和存儲方法有很大的差異； 三 .天然氣的辛 烷值為 130，十六烷值為 0，所以只能點燃，不能壓燃； 四 .燃燒完全 ， 天然氣本身是氣態(tài)，與空氣混合均勻，燃燒完全，不結(jié)炭，可提高熱效率 10％以上 ； 五 .天然氣的熱值高，是人工煤氣的 倍，因而比人工煤氣耐用； 六 .天然氣的雜質(zhì)含量極少是潔凈能源，其燃燒所造成的污染僅為石油的1/煤炭的 1/800； 七 .來源豐富，按近幾年的勘察情況看，天然氣的儲量比汽油的多，世界上的天然氣大約可以開采 60 年，而石油大約可以開采 40 年。而我國的天然氣可以開采上百年，而石油只夠開采 20 年。 天然氣汽車的特點 天然氣汽車存在的 優(yōu)點 天然氣作為汽車能源的突出優(yōu)點是：汽車發(fā)動機不必做大的變動就可直接使用，而且由于天然氣的主要成分是丙烷和丁烷，它們在發(fā)動機內(nèi)可以充分燃燒，與使用汽油車相比，天然氣汽車顆粒物排放幾乎為零， NO、 CO 和 THC 的排放也顯著降低，從而使汽車所排放的有毒氣體成分大大低于汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機汽車。天然氣的價格比汽油便宜，約是汽油的一半。 一 .熱效率高 2 天然氣汽車技術(shù) 5 天然氣的辛烷值比汽油高，高達 130，燃用天然氣比燃用汽油時許用的壓縮比高 2～ 4 個單位，相應(yīng)的理論熱循環(huán)熱效率可以提高 7％～ 12％。此外 ，天燃氣與空氣的混合氣形成質(zhì)量 比汽油與空氣的好，燃燒的完全度高， 有利于熱效率的提高。 二 .燃料價格較低 如果 l 立方米售價為 元，而汽油 l 升為 元 按熱值算， l 立方米天然氣相當于 0． 8l 升汽油，因此天然氣要比汽油便宜。壓縮天然氣汽車是城市公交車及出租車改裝的首選車型 ， 下面以出租車為例說明壓縮天然氣汽車的經(jīng)濟性。如果出租車的改裝費用為 4000 元，壓縮天然氣與汽油的經(jīng)濟比較如表 l、表 2 所示。從表中可以看出，使用壓縮天然氣后，以每日行駛 200km 計算，每日節(jié)省燃料費 元，月節(jié)省燃料費為 1300 元左右，改裝費用可在 3 個月左右收回 ，則以后每年可節(jié)約燃料費 10000 元左右。從此可以看出，使用壓縮天然氣的經(jīng)濟性是非常良好的。 表 1 小轎車使用壓縮天然氣、汽油的比較 燃料種類 單車日行駛 里程 /KM 價格 行駛 100KM燃料消耗量 單車日耗燃料費 用 /元 單車日節(jié)約燃料費用 /元 汽油 200 /L — 天然氣 200 /m179。 179。 表 2 壓縮天然氣、汽油熱值比較 燃料 熱值 價格 按熱值計算價格 /（元 MJ） 汽油 天然氣 179。 /m179。 三 . 排污少 天然氣的燃燒比較完全，故排放物當中 CO 比汽油低 9O％， HC 低 5O％，微顆粒低 40％。天然氣的熱值低，燃燒溫度較低，故 XNO 排放濃度小 30％，天然氣中含硫量極少， 2SO 低 70％，鉛的排放也幾乎為零，在發(fā)熱量相同時排氣中的 2CO 低23％。 四 .發(fā)動機使用壽命長 1） 天然氣含硫量少，所以燃燒后的硫化物腐蝕性減輕，提高了壽命 ； 2） 天然氣以氣態(tài)供入氣缸對氣缸壁的沖刷作用小，對潤滑油的污染輕，使損害減輕。 五 .維修費用少，可減少 50％ 北華大學(xué)本科畢業(yè) 論文 6 1） 天然氣以氣態(tài)形式存在不會稀釋液態(tài)的潤滑油，使換油周期增長， 1 萬公里可換潤滑油一次。 2） 天然氣燃燒完全，所產(chǎn)生的積炭少，使火花塞、活塞環(huán)壽命增長。 六 .怠速及過度工況運行穩(wěn)定性好 不存在汽油所面臨的汽油霧化、蒸發(fā)、管壁油膜等不穩(wěn)定因素的影響，混合氣濃度易于滿足工況要求。 七 .使用天然氣更安全可靠。 NGV 系統(tǒng)設(shè)有緊急切斷、安全放散；充裝限制 、超流量自動截止等裝置，不易泄漏和爆炸燃燒。天然氣汽車可以像汽油車一樣安全運行。 天然氣汽車存在的缺點 一 .動力性較低 天然氣與汽油相比，混合氣的熱值低 (天燃氣／空氣混合氣熱值為 3． 36MJ／ m179。，汽油／空氣混合氣熱值為 3． 82MJ／ m179。)，動力性下降 20％。 二 .儲氣瓶占用空間較大 lm179。常壓天然氣裝 入 2OMPa的儲氣瓶中，約占 5 L 容積，而與之等熱量的汽油 ， CNG所占容積等于汽油的 。要保證相同續(xù)駛里程，天然氣汽車的儲氣瓶的體積要比汽油箱就要大許多，同時增加了布置上的 難度。 三 .汽車用戶的初期投資較大 天然氣汽車的一些部件如儲氣瓶、安全閥等成本較高。對于采用較多的兩用燃料汽車，在原車的基礎(chǔ)上則要增加一套數(shù)千元到數(shù)萬元人民幣不等的天然氣改裝供氣系統(tǒng)部件。 四 .建站費用較高 全世界的天然氣汽車多達 480多萬輛，建成的加氣站約有 3000多座。建一座加氣站約需 500～ l000萬元人民幣，要推廣天然氣汽車，必須要有完善的加氣網(wǎng)絡(luò) ，因此需要投入大量的資金 。 天然氣汽車改裝 天然氣可以用壓縮天然氣（ CNG）和液化天然氣（ LNG）的方式在內(nèi)燃機中加以利用，由于天然氣汽車的沸點很低（ 162℃），液化困難，所以目前大部分以 CNG 的方式利用。在 CNG 的利用方面，目前以在用車改裝為主，而改裝的車輛又以汽油車2 天然氣汽車技術(shù) 7 為主。 天然氣汽車的構(gòu)成 CNG 汽車一般是在原汽油車上增裝高壓天然氣儲氣瓶、充氣閥、減壓調(diào)節(jié)器、天然氣空氣混合器、燃料選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)，點火提前角調(diào)節(jié)器、電磁閥及配管接頭等部件組成，成為 兩用 燃料汽車。 一 .高壓天然氣儲氣瓶 視汽車類型設(shè)置不同規(guī)格和個數(shù)的儲氣瓶，如