授课课件-柴油基础知识.

柴油一、柴油概述二、柴油机三、柴油的主要性能四、清洁柴油五、生物柴油的现状柴油•柴油概述柴油是复杂的烃类混合物，碳原子数约为10-22。主要由原油蒸馏，催化裂化，加氢裂化，减粘裂化，焦化等过程生产的柴油馏分调配而成（还需经精制和加入添加剂）。柴油的用途柴油为压燃式发动机（即柴油机）燃料。由于高速柴油机燃料耗量（50～75g/MJ）低于汽油机（75～100g/MJ），使用柴油机大型运载工具日益增多。以柴油为燃料的柴油机广泛用于载重货车、公交大客车、铁路机车、发电机、拖拉机、矿山机械、建筑用工程机械、船舶、军用坦克等，其功率从小到大一应俱全，因此柴油也就成为炼油行业中用途最广、数量最大的产品。柴油分类•按凝点柴油分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号共七个牌号。0#柴油表示该种柴油凝点不高于0度。•1、10号轻柴油适用于有预热设备的柴油机；•2、5号轻柴油适用于最低气温在8℃以上的地区使用；•3、0号轻柴油适用于最低气温在4℃以上的地区使用；•4、-10号轻柴油适用于最低气温在-5℃以上的地区使用；•5、-20号轻柴油适用于最低气温在-14℃以上的地区使用；•6、-35号轻柴油适用于最低气温在-29℃以上的地区使用；•7、-50号轻柴油适用于最低气温在-44℃以上的地区使用；柴油的分类柴油可根据馏分的轻重分为：•轻柴油（沸点范围约180～370℃）•重柴油（沸点范围约350～410℃）柴油的分类柴油可根据环保标准分为：•国二、国三、国四、国五标准•国家质检总局、国家标准委积极推进第五阶段车用柴油国家标准制定工作，于6月8日批准发布了《车用柴油(Ⅴ)》国家标准，自发布之日起实施，过渡期至2017年12月31日。该标准规定了第五阶段车用柴油的硫含量不大于10ppm，这一指标达到了目前欧盟标准的水平。柴油的指标国Ⅲ不同类型柴油机对柴油的要求•转速在500～1000r/min以上的高速柴油机使用轻柴油；•转速在500～1000r/min的中速柴油机和转速低于500r/min的低速柴油机使用重柴油。柴油机对柴油的使用性能要求柴油机燃料系统对柴油的要求•凝点低，黏度适中；•燃烧性能好，在柴油机中能自行发火；•燃烧过程中，不在喷嘴上生产积炭堵塞喷油孔；•柴油及燃烧产物不腐蚀发动机零件；•不含有机械杂质。5#柴油乳化柴油10#汽油柴油机的能量转换过程燃料的化学能气体压力能机械能二、柴油机1.什么是柴油机？柴油机是以柴油为燃料的将化学能转换为机械能的动力装置。2.什么叫活塞的死点（或止点）？什么是上死点和下死点？什么是活塞的冲程（行程）？上死点下死点活塞行程S曲轴回转中心曲柄半径R活塞行程S曲柄半径R=2×◇曲轴旋转时，活塞所能到达的两个极限位置称作活塞的死点；◇距离曲轴旋转中心最远的称作活塞的上死点；◇距离曲轴旋转中心最近的称作活塞的下死点；◇上下死点之间的距离称作活塞的冲程（行程）。3.什么是气缸压缩容积？工作容积？气缸总容积？什么是柴油机的总排量？压缩容积Vc工作容积Vs气缸总容积Va◇活塞位于上死点时其顶部与气缸盖底部之间的气缸容积称作压缩容积；◇活塞从上死点移到下死点所扫过的容积称作工作容积；◇活塞位于下死点时其顶部与气缸盖底部之间的气缸容积称作气缸总容积；◇所有气缸的工作容积之和称为柴油机的排量。气缸压缩容积、工作容积、气缸总容积和总排量之间的关系：气缸总容积Va=压缩容积Vc+工作容积Vs柴油机排量Va=气缸数×工作容积VsL◇按冲程数分：有四冲程和二冲程。四冲程：曲轴旋转两周完成一个工作循环。二冲程：曲轴旋转一周完成一个工作循环。◇按气缸排列方式分：有直列式、V型、W型和星型排列等。◇按气缸数分：有单缸机和多缸机（二缸和二缸以上的）。柴油机分类◇按进气方式：有自然吸气、增压和增压中冷。◇按冷却介质分：有水冷和风冷柴油机。◇按转速分：有高速机、中速机和低速机。转速：n＞1000r/min高速机600r/min＜n≤1000r/min中速机n≤600r/min低速机◇按用途分：固定用柴油机和移动式柴油机。柴油机主要性能指主要性能动力性能经济性能可靠性排放性能维修性能转速功率动力性能指标扭矩动力性能指标是用来表征做功能力大小的指标。◇功率：在单位时间内柴油机对外输出的有效功，单位为kW。◇转速：柴油机曲轴每分钟所转动的圈数，单位为r/min。◇扭矩：柴油机对外输出的有效扭矩转动力矩，单位为N·mPe=Me×n/9550(kW)动力性能指标是满足用户的配套需求。经济性能指标机油消耗率有效热效率经济性能指标表征柴油机的工作使用成本。燃油消耗率◇有效热效率：燃料燃烧所产生的热量转换成有效功的百分数。◇燃油消耗率：柴油机单位时间、单位功率所消耗的燃油量，单位为g/(kW·h)。◇机油消耗率：柴油机单位时间、单位功率所消耗的机油量，单位为g/(kW·h)。以上指标是发动机在台架试验中测量考核的指标，与用户的实际情况存在差异，影响的因素也较复杂。四冲程柴油机基本工作原理柴油机一个工作循环由四个工作冲程组成，即：◇进气冲程◇压缩冲程◇做功冲程◇排气冲程柴油机的连续运转是由无限个工作循环构成。在柴油机四个工作冲程中，只有燃烧做功冲程对外做功，其他三个冲程消耗能量。吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程180°CA180°CA180°CA180°CA进气阀排气阀◇进气冲程活塞由上止点向下止点移动，进气阀打开，排气阀关闭。在柴油机进气冲程中，纯净空气被吸入气缸，为柴油燃烧提供氧气。◇压缩冲程活塞由下止点向上止点移动，进气阀和排气阀全部关闭。柴油机压缩比较大，压缩终点时气缸内气体压力可高达3~5MPa，温度可达310~340K，为气缸内油气混和与点火做好准备。◇做功冲程活塞由上止点向下止点移动，进气阀和排气阀同时关闭。压缩冲程结束时喷入燃烧室内的柴油，与高温高压气体混和并燃烧。燃气受热膨胀，推动活塞下移，对外做功。◇排气冲程活塞由下止点向上止点移动，进气阀关闭，排气阀打开。通过活塞将废气排出气缸，为下一个工作循环做好准备。柴油机的基本组成柴油机的基本组成机体组件曲柄连杆机构配气机构燃油供给系统润滑系统冷却系统启动系统三、柴油的主要性能（一）、柴油的抗爆性（二）、柴油的流动性（三）、柴油的雾化和蒸发性能（四）、柴油的安定性、腐蚀性和洁净度（一）、柴油的抗爆性1、什么是柴油的抗爆性？2、柴油抗暴性的表示：十六烷值（CN）3、不同柴油机对十六烷值（CN）的要求4、柴油十六烷值与化学组成的关系5、柴油十六烷值与不同馏分的关系1、柴油的抗爆性柴油抗爆性指的是柴油在发动机汽缸内燃烧时抵抗爆震的能力，即柴油燃烧的平稳性。2、十六烷值（CN）•十六烷值高的柴油，抗爆性能好，燃烧均匀，不易发生爆震现象，使发动机热功效率提高，使用寿命延长；•过高的十六烷值（如大于65）的柴油燃烧会形成黑烟，燃料消耗反而增加；•从使用性和经济性两方面考虑，使用十六烷值（CN）适当的柴油才合理。3、不同柴油机对十六烷值（CN）的要求•对十六烷值（CN）的要求取决于柴油发动机的转速及负荷变化大小、启动情况和环境温度等因素。•高速柴油机的燃料其十六烷值应在40～60，一般使用40～45的燃料；中速柴油机可使用具有30～35的燃料；低速柴油机可以使用低于25的燃料。国外柴油标准十六烷值的规定值一般都在45以上，实际测定值也在45左右；我国石油产品标准中规定轻柴油的十六烷值一般不低于45，对于由中间基、环烷基原油生产的各号轻柴油的十六烷值允许不小于40。4、柴油十六烷值与化学组成的关系•通常，相同碳原子数的不同烃类，以烷烃的十六烷值最高；烯烃、异构烷烃和环烷烃居中；芳烃的十六烷值最小。•烃类的异构化程度越高，环数越多，其十六烷值越低。•环烷烃和芳烃随侧链长度的增加，其十六烷值增加，而随侧链分支的增多，十六烷值显著减小。•对于同类烃，相对分子质量越大，热稳定性越差，自燃点越低，十六烷值越高。5、柴油十六烷值与不同馏分的关系相同类型的原油生产的柴油，直馏柴油的十六烷值要比催化裂化和焦化生产的柴油高。柴油来源十六烷值柴油来源十六烷值大庆直馏柴油67～69孤岛直馏柴油33～36大庆催化裂化柴油46～49孤岛催化裂化柴油25～27大庆延迟焦化柴油58～60孤岛催化加氢柴油30～35大庆热裂化柴油56～59不同类型原油的直馏柴油和二次加工柴油的十六烷值比较（二）、柴油的流动性•柴油的流动性是指柴油的低温流动性；•柴油的低温流动性与其化学组成有关，其中正构烷烃的含量越高，则低温流动性越差；•我国评定柴油低温流动性能的指标为凝点（或倾点）和冷滤点；1、凝点•凝点是指试样在试验规定的条件下，冷却至液面不移动时的最高温度，以℃表示。•严格说凝点并不能确切表明柴油实际使用的最低温度。•凝点是柴油质量中一个重要指标，轻柴油的牌号就是按凝点划分的。•对照课本Pg106低温性能各参数2、倾点在试验规定的条件下冷却时，油品能够流动的最低温度，又称流动极限，以℃表示。3、冷滤点（1）冷滤点是指在试验规定的条件下，柴油试样在60s内开始不能通过过滤器20mL时的最高温度，以℃（按1℃的整倍数）表示。图为：冷滤点测试仪冷滤点（2）冷滤点比凝点更能反映车用柴油的低温使用性能，它是保证车用柴油输送和过滤性的指标，并且能正确判断添加低温流动改进剂（降凝剂）后的车用柴油质量，一般冷滤点比凝点高2～6℃。图为：冷滤点测试仪•柴油中正构烷烃的含量越多，其倾点、凝点和冷滤点就越高；如石蜡基原油及其直馏产品的的倾点、凝点和冷滤点要比环烷基原油及其直馏产品高得多。•表面活性剂能吸附在石蜡结晶中心的表面上，阻止石蜡结晶的生长，致使油品的凝点、倾点下降，所以柴油中加入某些表面活性物质（降凝添加剂），则可以降低油品的凝点。•柴油在精制过程中会与水接触，若脱水后的柴油含水量超标，则柴油的倾点、凝点和冷滤点会明显提高。凝点、倾点及冷滤点与哪些因素有关？原油中的烃类成分主要分为烷烃、环烷烃、芳香烃。根据烃类成分的不同，可分为的石蜡基石油、环烷基石油和中间基石油三类。石蜡基石油含烷烃较多；环烷基石油含环烷烃、芳香烃较多；中间基石油介于二者之间。目前中国已开采的原油以低硫石蜡基居多。大庆等地原油均属此类。（三）、柴油的雾化和蒸发性能1、黏度2、馏程1、黏度（1）、柴油的黏度对在柴油机中供油量的大小以及雾化的好坏有密切的关系。（2）、柴油的黏度过小，就容易从高压油泵的柱塞和泵筒之间的间隙中漏出，因而会使喷入汽缸的燃料减少，造成发动机功率下降。（3）、同时，柴油的黏度越小，雾化后液滴直径就越小，喷出的油流射程也越短，喷油射角大，因而不能与汽缸中全部空气均匀混合，造成燃烧不完全。（4）、柴油的黏度过大会造成供油困难，同时，喷出的油滴的直径过大，油流的射程过长，喷油射角小，使油滴的有效蒸发面积减小，蒸发速度减慢，这样也会使混合气组成不均匀、燃烧不完全、燃料的消耗量增大。（5）、一般含烷烃较多的石蜡基原油的柴油黏度较小，而环烷基原油的柴油黏度较大。2、馏程（1）、馏分组成影响柴油的雾化和蒸发，也就影响着柴油的燃烧性和起动性，燃烧的好坏也直接影响着发动机积炭，贸黑烟和耗油率。（2）、柴油轻馏分越多，则蒸发速度越快，柴油机越易于起动；柴油中小于300℃馏分的含量对耗油量的影响很大，小于300℃馏分含量越高，则耗油量越小；但若柴油的馏分过轻，则由于蒸发速度太快而使发动机汽缸压力急剧上升，从而导致柴油机工作不稳定。（3）、为了控制柴油的蒸发性不致过强，保证安全性，国家标准规定了各号柴油的闭口杯法闪点：轻柴油标准要求－35号及－50号轻柴油的闪点不低于45℃，－20号轻柴油闪点要求不低于50℃，其余牌号轻柴油闪点要求不低于55℃。（4）、国外柴油标准闪点指标一般控制在50～55℃。（四）、柴油的安定性、腐蚀性和洁净度1、柴油的安定性•影响柴油安定性的主要原因使油品中存在不饱和烃以及含硫，含氮化合物等不安定组分。•柴油的安定性评价指标：总不溶物和10％蒸余物残炭•总不溶物是表示柴油热氧化安定性的指标，它反映了柴油在受热和有融解氧的作用下发生氧化变质的倾向。我国车