LPG汽车的特点及其在我国的发展前景
摘要:进入21世纪,环境与发展问题受到国际社会的普遍关注,石油资源的日益短缺以及燃烧油品对环境造成的污染已成为许多国家调整能源政策的出发点,不少国家将液化石油气作为未来汽车的代用燃料。以清洁汽车燃料LPG为背景,系统分析了其应用可能性,并对其在我国的发展前景进行了预测。
关键词: LPG汽车,能源发展,环境污染
我国环境污染问题日趋严重,其中,汽车尾气排放造成的污染是空气质量恶化的重要因素之一,这就迫使人们去寻找比汽油更干净的燃料。天然气汽车按天然气的性质可分为液化石油气(LPG)汽车、压缩天然气(CNG)汽车和液化天然气 (LNG)汽车3种,其中以LPG汽车数量最多,使用也最普遍。
液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,简称LPG)是以三个或四个碳原子的烃类(如丙烷、丙烯、丁烷、丁烯)为主的混合物, 常温常压下是无毒、无色、无味的气体,具有辛烷值高、抗爆性能好、热值高、储运压力低等优点,是一种性能优良的汽车代用燃料。早在20世纪20年代美国已研制出LPG汽车,后在欧美一些国家运行,我国一汽在早年也专门生产过汽油/LPG 双燃料解放牌货车,然而由于在补充及携带燃料的便利性和动力性方面逊色于汽油机而逐渐受到冷落。事隔多年的今天,LPG汽车被当成新鲜事物看待并重新受到重视。
与汽油相比较,LPG在发动机怠速工况下一氧化碳和碳氢化合物的排放都减少40%以上,没有铅排放物,对维护城市环保的作用是明显的,而且汽油发动机改装LPG费用较低,只需安装气化调节器、混合器、储气罐等专用装置。表1列出了LPG与天然气、汽油的一些物理性质的比较情况。
由表1可以看出,与汽油和压缩天然气(CNG)相比,使用LPG作为汽车燃料有许多优点。
(1)有效减少对大气的污染,有利于环境保护。
汽车排出的废气是当今对大气环境,尤其是城市空气污染的一种巨大的移动式污染源。在西方国家,尾气污染占城市空气污染源总量的60% ～70%;在我国,城市尾气污染占整个总污染源的比例更高。先进国家均对汽车废气排放指标作了严格规定。汽车尾气中的CO、HC、NOX 及粉尘中所含的铅物质能阻碍人体内氧气和血红蛋白的结合,并能致癌;废气在空气中形成酸雾,对眼睛、咽喉有强烈刺激。LPG 是比汽油更“清洁”的燃料, LPG的蒸发温度低,雾化性能好,更易于与空气混合,且LPG的燃烧速度比汽油快8% ～ 21% ,即LPG能在与汽油相同的燃烧时间内燃烧得更充分, 因此LPG汽车排气中的CO、HC、NOx等有害成份大为减少, 且没有黑烟和积炭。
(2)汽车的燃料经济性好,可以提高发动机的热效率。
LPG的热值比汽油高约4% ～5% ,且从理论空燃比看, 一定量的空气匹配的LPG比汽油燃料消耗少约6% ,因此, 采用LPG作为车用燃料,可提高发动机的经济性。另外,天然气的着火温度为537 ℃,火焰传播速度慢,需要较高的点火能量,汽油的着火温度为390～420 ℃,火焰传播速度快且诱导期较短,抗爆性较差,而LPG介于两者之间。LPG辛烷值高达100～110,比优质汽油高8%～16% , 而且LPG进入空气混合器之前为气态,与空气混合均匀,燃烧充分,故抗爆性能较好。由于LPG的辛烷值高,所以可适当提高发动机的压缩比,只要适当调整点火提前角,即可获得较好的动力性和经济性。LPG汽车发动机运转平稳、低速性能比汽油车好,尤其适用于车辆拥挤、人口密集的大城市使用。同时,目前在全球范围内的油气差价也是发展燃气汽车的效益基础。
(3)可以延长汽车使用寿命。
汽车使用汽油作为燃料稀释了运动部件的润滑油,运动部件润滑情况变差,加快了零部件的磨损。LPG主要成分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等化合物,沸点低,挥发性好,由于其硫含量和机械杂质均远低于汽油、柴油,对气缸、活塞、活塞环、气门等零部件的危害较小,因此发动机使用寿命长。同时,LPG在燃烧过程中不产生焦油,无积炭,且呈气态,润滑油不会被稀释,不用经常换注机油和更换火花塞,且LPG汽车发动机运转平稳,噪音小,因而发动机更加耐用,使用寿命约为汽油车的3倍。与汽油车相比,LPG汽车大修里程可提高50%以上,而且可节约50%以上的维修费用。
(4)低温启动性好,尤其适用于寒区。
以液化石油气为燃料的发动机,冷起动性能好,运转平稳,不含汽、柴油中存在的胶质,因而在燃烧中不会产生如汽、柴油燃料中由胶质产生的积炭。实验证明,在环境温度达到- 30℃时,LPG汽车无须采取特别措施仍可顺利启动。
(5)安全性能更加可靠。
使用液化石油气比汽油更安全。汽油具有良好的挥发性,随着气温的升高,其挥发性加强。汽车燃料系统从构造上看并没有十分严密的封闭措施,尤其是在汽车加注汽油时,油箱附近空气中易形成可燃性混合气,加之汽油燃点在 430 ℃以内,着火界限为1. 3% ～7. 6% ,遇微小火花极易着火。汽车经碰撞、翻覆或漏油后发生火灾是常见的事故。而液化气(LPG)在车辆上是储存在经过专门设计加工的、具有高强度的钢瓶内,钢瓶上还设有限流阀和紧急切断阀。气体的传输和加注均是在严格封闭的管道内进行,其管路不会泄露,既使有泄漏现象发生,也经特殊管道排出车外,在空气中遇微风即被驱散。当汽车熄火、停车时,调压阀自动关闭燃料的供给。由于液化气燃点高( 539 ℃以上) ,着火界限为 6%～15% ,不易形成可燃性混合气,所以汽车用液化气不易产生火灾事故,即使因意外事故碰撞也不会爆炸燃烧,比汽油更加安全。
(6)缓解我国汽车燃料短缺的供需矛盾。
我国经济正处于高速发展阶段,交通运输事业迅猛发展,汽车数量以几百万辆/年的速度递增。2003 年,我国汽车产销量首次突破400万辆, 2004年达到了500万辆, 2006 年达到了640万辆。汽车数量快速增长的同时,对汽油资源的需求量也在大幅度增加。但我国目前的石油产量增长极少,产储量难有大的突破。以石化生产过程中的副产品LPG 替代十分短缺的汽、柴油做汽车的动力燃料,调整了动力燃料能源结构,既缓解了汽油供应紧张的问题,又满足了交通事业迅猛发展的需要。
截至2004年底,我国燃气汽车保有量为21. 5万量,正式确定的清洁汽车重点推广应用城市(地区)有19个,加气站数量达712座。另外,石家庄及南京等诸多城市也都在进行燃气汽车的推广工作。燃气汽车保有量的增加及使用率的提高极大地增加了燃气汽车的能源替代效益。据不完全统计, 2004年度19个重点推广应用城市(地区)累计消耗 LPG34. 8万t, CNG9. 4亿m3 ,替代燃油达116万t,燃油替代效益逐步显现。
虽然LPG作为汽车燃料在技术上已日趋成熟,且具有良好的技术经济性,但在燃料标准、安全法规、燃料系统改造等方面还需要在推广应用过程中不断修改与完善。要加快 LPG汽车的发展,必须注意以下几个问题。
(1)首先要解决车用燃气的方便供气问题。
要推广使用LPG汽车,就应使车用燃气的供应象现在的加油站供油一样方便。但是,加气站的建设要受到消防安全距离的限制和城市建设总体规划的制约,就目前我国各大城市城市建设的现状看,加气站的建设不能形成网络,不能解决燃气汽车方便供气的问题,这已经成为各个城市制约燃气汽车发展的主要矛盾。为了解决如气站建设问题,目前国家有关部门正在制订“车用液化石油气加气站”的设计、建设规范。
(2)其次要降低汽车燃气的成本,增强燃气汽车使用的吸引力。
目前,影响燃气汽车发展和使用的另一个比较突出的问题就是车用气的价格和成本问题。南方一些城市由于受资源条件的限制,在车用气源的选择上,不得不用进口液化石油气。进口液化石油气尽管质量比较稳定,且完全可以按照车用气的具体质量要求并配液化石油气的气体组份,但价格比较高,有时甚至接近汽油价格。而北方一些城市尽管液化石油气的资源比较丰富,但国产气中尚无完全符合车用气质量标准要求的液化石油气。另外,有些城市由于受车用器具选择的限制,不得不用进口气或纯丙烷气,这些气的价格基本上都接近汽油价格。这种价格与汽油相比没有明显的优势,显然很不利于燃气汽车的使用和发展。
多年来,人们已习惯使用汽油,现在要改为燃气,不仅观念要转变,而且要多支付一部分改装费。因此,如果没有明显的价格优势,即使靠政府的强行命令也是很难推行的。
(3)最后,由于全国各地的气温、路况、液化石油气的质量以及车型、车况等条件均不同,要根据本地燃气汽车使用的具体特点和要求,选择和调整、改进好车用器具。
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