LPG汽車的特點及其在我國的發(fā)展前景
摘要:進(jìn)入21世紀(jì),環(huán)境與發(fā)展問題受到國際社會的普遍關(guān)注,石油資源的日益短缺以及燃燒油品對環(huán)境造成的污染已成為許多國家調(diào)整能源政策的出發(fā)點,不少國家將液化石油氣作為未來汽車的代用燃料。以清潔汽車燃料LPG為背景,系統(tǒng)分析了其應(yīng)用可能性,并對其在我國的發(fā)展前景進(jìn)行了預(yù)測。
關(guān)鍵詞: LPG汽車,能源發(fā)展,環(huán)境污染
我國環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重,其中,汽車尾氣排放造成的污染是空氣質(zhì)量惡化的重要因素之一,這就迫使人們?nèi)ふ冶绕透蓛舻娜剂。天然氣汽車按天然氣的性質(zhì)可分為液化石油氣(LPG)汽車、壓縮天然氣(CNG)汽車和液化天然氣 (LNG)汽車3種,其中以LPG汽車數(shù)量最多,使用也最普遍。
液化石油氣(Liquefied Petroleum Gas,簡稱LPG)是以三個或四個碳原子的烴類(如丙烷、丙烯、丁烷、丁烯)為主的混合物, 常溫常壓下是無毒、無色、無味的氣體,具有辛烷值高、抗爆性能好、熱值高、儲運壓力低等優(yōu)點,是一種性能優(yōu)良的汽車代用燃料。早在20世紀(jì)20年代美國已研制出LPG汽車,后在歐美一些國家運行,我國一汽在早年也專門生產(chǎn)過汽油/LPG 雙燃料解放牌貨車,然而由于在補充及攜帶燃料的便利性和動力性方面遜色于汽油機而逐漸受到冷落。事隔多年的今天,LPG汽車被當(dāng)成新鮮事物看待并重新受到重視。
與汽油相比較,LPG在發(fā)動機怠速工況下一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧哦紲p少40%以上,沒有鉛排放物,對維護(hù)城市環(huán)保的作用是明顯的,而且汽油發(fā)動機改裝LPG費用較低,只需安裝氣化調(diào)節(jié)器、混合器、儲氣罐等專用裝置。表1列出了LPG與天然氣、汽油的一些物理性質(zhì)的比較情況。
由表1可以看出,與汽油和壓縮天然氣(CNG)相比,使用LPG作為汽車燃料有許多優(yōu)點。
(1)有效減少對大氣的污染,有利于環(huán)境保護(hù)。
汽車排出的廢氣是當(dāng)今對大氣環(huán)境,尤其是城市空氣污染的一種巨大的移動式污染源。在西方國家,尾氣污染占城市空氣污染源總量的60% ～70%;在我國,城市尾氣污染占整個總污染源的比例更高。先進(jìn)國家均對汽車廢氣排放指標(biāo)作了嚴(yán)格規(guī)定。汽車尾氣中的CO、HC、NOX 及粉塵中所含的鉛物質(zhì)能阻礙人體內(nèi)氧氣和血紅蛋白的結(jié)合,并能致癌;廢氣在空氣中形成酸霧,對眼睛、咽喉有強烈刺激。LPG 是比汽油更“清潔”的燃料, LPG的蒸發(fā)溫度低,霧化性能好,更易于與空氣混合,且LPG的燃燒速度比汽油快8% ～ 21% ,即LPG能在與汽油相同的燃燒時間內(nèi)燃燒得更充分, 因此LPG汽車排氣中的CO、HC、NOx等有害成份大為減少, 且沒有黑煙和積炭。
(2)汽車的燃料經(jīng)濟性好,可以提高發(fā)動機的熱效率。
LPG的熱值比汽油高約4% ～5% ,且從理論空燃比看, 一定量的空氣匹配的LPG比汽油燃料消耗少約6% ,因此, 采用LPG作為車用燃料,可提高發(fā)動機的經(jīng)濟性。另外,天然氣的著火溫度為537 ℃,火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?需要較高的點火能量,汽油的著火溫度為390～420 ℃,火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤烨艺T導(dǎo)期較短,抗爆性較差,而LPG介于兩者之間。LPG辛烷值高達(dá)100～110,比優(yōu)質(zhì)汽油高8%～16% , 而且LPG進(jìn)入空氣混合器之前為氣態(tài),與空氣混合均勻,燃燒充分,故抗爆性能較好。由于LPG的辛烷值高,所以可適當(dāng)提高發(fā)動機的壓縮比,只要適當(dāng)調(diào)整點火提前角,即可獲得較好的動力性和經(jīng)濟性。LPG汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、低速性能比汽油車好,尤其適用于車輛擁擠、人口密集的大城市使用。同時,目前在全球范圍內(nèi)的油氣差價也是發(fā)展燃?xì)馄嚨男б婊A(chǔ)。
(3)可以延長汽車使用壽命。
汽車使用汽油作為燃料稀釋了運動部件的潤滑油,運動部件潤滑情況變差,加快了零部件的磨損。LPG主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等化合物,沸點低,揮發(fā)性好,由于其硫含量和機械雜質(zhì)均遠(yuǎn)低于汽油、柴油,對氣缸、活塞、活塞環(huán)、氣門等零部件的危害較小,因此發(fā)動機使用壽命長。同時,LPG在燃燒過程中不產(chǎn)生焦油,無積炭,且呈氣態(tài),潤滑油不會被稀釋,不用經(jīng)常換注機油和更換火花塞,且LPG汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪音小,因而發(fā)動機更加耐用,使用壽命約為汽油車的3倍。與汽油車相比,LPG汽車大修里程可提高50%以上,而且可節(jié)約50%以上的維修費用。
(4)低溫啟動性好,尤其適用于寒區(qū)。
以液化石油氣為燃料的發(fā)動機,冷起動性能好,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),不含汽、柴油中存在的膠質(zhì),因而在燃燒中不會產(chǎn)生如汽、柴油燃料中由膠質(zhì)產(chǎn)生的積炭。實驗證明,在環(huán)境溫度達(dá)到- 30℃時,LPG汽車無須采取特別措施仍可順利啟動。
(5)安全性能更加可靠。
使用液化石油氣比汽油更安全。汽油具有良好的揮發(fā)性,隨著氣溫的升高,其揮發(fā)性加強。汽車燃料系統(tǒng)從構(gòu)造上看并沒有十分嚴(yán)密的封閉措施,尤其是在汽車加注汽油時,油箱附近空氣中易形成可燃性混合氣,加之汽油燃點在 430 ℃以內(nèi),著火界限為1. 3% ～7. 6% ,遇微小火花極易著火。汽車經(jīng)碰撞、翻覆或漏油后發(fā)生火災(zāi)是常見的事故。而液化氣(LPG)在車輛上是儲存在經(jīng)過專門設(shè)計加工的、具有高強度的鋼瓶內(nèi),鋼瓶上還設(shè)有限流閥和緊急切斷閥。氣體的傳輸和加注均是在嚴(yán)格封閉的管道內(nèi)進(jìn)行,其管路不會泄露,既使有泄漏現(xiàn)象發(fā)生,也經(jīng)特殊管道排出車外,在空氣中遇微風(fēng)即被驅(qū)散。當(dāng)汽車熄火、停車時,調(diào)壓閥自動關(guān)閉燃料的供給。由于液化氣燃點高( 539 ℃以上) ,著火界限為 6%～15% ,不易形成可燃性混合氣,所以汽車用液化氣不易產(chǎn)生火災(zāi)事故,即使因意外事故碰撞也不會爆炸燃燒,比汽油更加安全。
(6)緩解我國汽車燃料短缺的供需矛盾。
我國經(jīng)濟正處于高速發(fā)展階段,交通運輸事業(yè)迅猛發(fā)展,汽車數(shù)量以幾百萬輛/年的速度遞增。2003 年,我國汽車產(chǎn)銷量首次突破400萬輛, 2004年達(dá)到了500萬輛, 2006 年達(dá)到了640萬輛。汽車數(shù)量快速增長的同時,對汽油資源的需求量也在大幅度增加。但我國目前的石油產(chǎn)量增長極少,產(chǎn)儲量難有大的突破。以石化生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品LPG 替代十分短缺的汽、柴油做汽車的動力燃料,調(diào)整了動力燃料能源結(jié)構(gòu),既緩解了汽油供應(yīng)緊張的問題,又滿足了交通事業(yè)迅猛發(fā)展的需要。
截至2004年底,我國燃?xì)馄嚤Ｓ辛繛?1. 5萬量,正式確定的清潔汽車重點推廣應(yīng)用城市(地區(qū))有19個,加氣站數(shù)量達(dá)712座。另外,石家莊及南京等諸多城市也都在進(jìn)行燃?xì)馄嚨耐茝V工作。燃?xì)馄嚤Ｓ辛康脑黾蛹笆褂寐实奶岣邩O大地增加了燃?xì)馄嚨哪茉刺娲б。?jù)不完全統(tǒng)計, 2004年度19個重點推廣應(yīng)用城市(地區(qū))累計消耗 LPG34. 8萬t, CNG9. 4億m3 ,替代燃油達(dá)116萬t,燃油替代效益逐步顯現(xiàn)。
雖然LPG作為汽車燃料在技術(shù)上已日趨成熟,且具有良好的技術(shù)經(jīng)濟性,但在燃料標(biāo)準(zhǔn)、安全法規(guī)、燃料系統(tǒng)改造等方面還需要在推廣應(yīng)用過程中不斷修改與完善。要加快 LPG汽車的發(fā)展,必須注意以下幾個問題。
(1)首先要解決車用燃?xì)獾姆奖愎鈫栴}。
要推廣使用LPG汽車,就應(yīng)使車用燃?xì)獾墓⿷?yīng)象現(xiàn)在的加油站供油一樣方便。但是,加氣站的建設(shè)要受到消防安全距離的限制和城市建設(shè)總體規(guī)劃的制約,就目前我國各大城市城市建設(shè)的現(xiàn)狀看,加氣站的建設(shè)不能形成網(wǎng)絡(luò),不能解決燃?xì)馄嚪奖愎獾膯栴},這已經(jīng)成為各個城市制約燃?xì)馄嚢l(fā)展的主要矛盾。為了解決如氣站建設(shè)問題,目前國家有關(guān)部門正在制訂“車用液化石油氣加氣站”的設(shè)計、建設(shè)規(guī)范。
(2)其次要降低汽車燃?xì)獾某杀?增強燃?xì)馄囀褂玫奈Α?/strong>
目前,影響燃?xì)馄嚢l(fā)展和使用的另一個比較突出的問題就是車用氣的價格和成本問題。南方一些城市由于受資源條件的限制,在車用氣源的選擇上,不得不用進(jìn)口液化石油氣。進(jìn)口液化石油氣盡管質(zhì)量比較穩(wěn)定,且完全可以按照車用氣的具體質(zhì)量要求并配液化石油氣的氣體組份,但價格比較高,有時甚至接近汽油價格。而北方一些城市盡管液化石油氣的資源比較豐富,但國產(chǎn)氣中尚無完全符合車用氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的液化石油氣。另外,有些城市由于受車用器具選擇的限制,不得不用進(jìn)口氣或純丙烷氣,這些氣的價格基本上都接近汽油價格。這種價格與汽油相比沒有明顯的優(yōu)勢,顯然很不利于燃?xì)馄嚨氖褂煤桶l(fā)展。
多年來,人們已習(xí)慣使用汽油,現(xiàn)在要改為燃?xì)?不僅觀念要轉(zhuǎn)變,而且要多支付一部分改裝費。因此,如果沒有明顯的價格優(yōu)勢,即使靠政府的強行命令也是很難推行的。
(3)最后,由于全國各地的氣溫、路況、液化石油氣的質(zhì)量以及車型、車況等條件均不同,要根據(jù)本地燃?xì)馄囀褂玫木唧w特點和要求,選擇和調(diào)整、改進(jìn)好車用器具。
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