LNG车船的开发与实用化.ppt

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1、LNG车船的开发与实用化 长沙市清洁汽车领导小组专家组 组长 李竹林 2009年9月11日 海口,一、节能减排是国家经济社会发展的国策 1.1、国际油价上涨 十月份石油期货上涨至7576美元 国家发改委调价原则： 每22个工作日国际油价平均涨幅4%； 国民经济和社会稳定 成品油调价：国家在9月2日上调300元/吨； 上海、北京两地汽、柴油价对比：,表1 上海、北京油价对比表,牌号,价格,城市,单价：元,表2 “十一五”期间我国单位GDP能耗降低表,1.2、国家实施节能减排政策 “十一五”节能指标：降低20% 指标列入地方首长的业绩考核 难点：车辆迅速增加 美国报纸报道：今年前七个月中国车辆销售

2、720万辆 美国车辆销售580万辆 我国能耗已占世界第二位，正在接近第一位的美国 节能降耗已迫在眉睫 建设两型社会，开展节能替代成品油工程,1.3、十一五实施石油替代工程 交通领域科学发展节能与新能源汽车 天然气汽车：LNG、CNG； 煤层气汽车：甲烷含量98%； 化肥厂废气综合再利用：利用率35%； M100甲醇发动机、汽油机压缩比：12 柴油机压缩比：17 纯电动汽车：氢燃料电池、镍氢和二甲醚发动机、锂离子动力电池； 混合动力汽车：油电、气电混合； 纯氢、甲醇或乙醇利用发动机余热产氢与油混燃的内燃机； 水燃料:利用风或水电与水生成氢与碳氧化物混合气；,可再生、可循环、可持续能源 “水燃料”

3、专利证书 总投资74亿元 青岛研制、长沙示范 已获省市政府批准 用于汽车、轮船、陶瓷、 工艺玻璃、钢结构 需氧量少，空燃比小 排放好于世界所有法规,1.4、降低环境污染实施严格的减排法规 国际实施碳关税减排政策 澳大利亚政府：到2020年碳指标排放降低25% 瑞典等国家实施到国外购买碳指标 中国是京都会议和太平洋六国环境保护签字国 发达国家支援发展中国家技术、资金 国际会议协调各国共同降低全球碳排放 我国政府确定总体减排标准 减排与经济发展相结合 多领域实施减排法规,长沙市清洁汽车领导小组专家组,交通领域: 小型车排放达到国，重型车达到国 上海十一月起供国汽油，小型车排放达到国标准 上海政府燃

4、油补贴年支出11亿元 车辆减排要有耐久性 催化器按期更换 电动车柴油机保持排放的稳定性 发动机的整机净化技术耐久保障,长沙市清洁汽车领导小组专家组,2、“十一五”国家863计划: “节能与新能源汽车”项目 “LNG公交车运行示范”课题： 长沙、贵阳、海南、湛江、银川； 杭州市08年开发，现已有30辆LNG公交车； 深圳市即将2000辆柴油公交车换为LNG公交车； 广东、福建、上海、山西、陕西等地在开发LNG公交车； 示范要求： 进行整车实用化、工艺化、标准化； 建立完善的安全、运行、管理制度及考核体系； 自主创新，研发关键零部件及设备配套； 采用高新技术建立LNG汽车的产业链； 应用电子监控管

5、理、统计、分析软件进行数据分析； 提供技术经济性评价,3、海南国家天然气汽车示范区 “十一五”交通领域节能与新能源的国家“863”课题，2007年公布。 海南省承担“典型热带气候条件下的区域性示范”，以科学实践的路线开发、示范、规模化发展。 建立了省政府领导下的官、产、学、研攻关组织体系。 建立了日产25万立方米的LNG工厂。 建设了国内技术领先的LNG撬装站。,建设了CNG、LNG的较规范的公交车、出租车队 领先的节能、安全装置： 燃气泄漏报警系统 ATS发动机智能温控冷却系统 建立了完整的产业链：加气站、客车厂、发动机厂、LNG气瓶等配套的关键设备。 建设了技术设计体系： 燃气设计院 LN

6、G技术标准 加气站设备国产化 整车技术条件,二、LNG汽车的优点,LNG特性：超低温-162、常压、液态（体积为气态的1/625）； 更安全：LNG瓶压低：0.40.7Mpa 低温-140130、最大瓶压300公里）。,三、LNG气源 中国天然气储量比较丰富，海南福山厂LNG日产量：25万/NM3 海南原料气与LNG成品气组份对比,国内LNG气源：广汇、成都、泸州、重庆、达州、 银川、中原、珠海、内蒙、 苏北 液化煤层气：山西煤层气 进口LNG：深圳大鹏、福建浦田、上海、青岛、 唐山、大连等沿海14个城市。 LNG气价： 国内出厂现价：液化天然气 2.60元/Nm3 液化煤层气 2.25元/N

7、m3 进口到港现价：液化天然气 2.3元/Nm3 LNG运送费现价：51 Nm3 储罐 LNG运送车 运送费 每千公里 0.5元Nm3,四、LNG汽车加气站,4.1、LNG固定站：北京、长沙、乌鲁木齐、贵阳、湛江、海口 贮罐容量：2*50M3； 饱和压力：一般P为0.8-1.0MPa 日蒸发率0.2%； 储罐高压泄放气BOG有效回收利用。 售气机： LNG质量计量式、精度为0.5% ； 温度补偿和气体回收； 限温加液；加满、限量自停； 温度、压力、密度、体积、重量显示； 安全距离：50M3贮罐 7.6米；100M3贮罐 15.2米 防超压和泄漏报警系统； 潜液泵： 美国ACD、压力1.4MPa

8、、流量160L/Min 二级控制：就地手控；PLC集中控制； 安全监控：贮罐压力 0.8MPa，安全阀起跳； 美国NFPA57标准、国内相关标准；,4.2、移动式LNG加气站：海口、杭州、贵阳、新疆 储罐容量：25M3 卧式 其余与固定站设备类同； 国内以海口移动式LNG站最完善 4.3、移动式L-CNG加气站：山西煤矿 储罐容量：30M3 立式、工作压力：1MPa 往复低温泵：压力25MPa、流量1.5 M3/Min （LNG） CNG加气机：压力20MPa、三线制,（50M3X2）,长沙固定式LNG汽车示范加气站,山西撬装式L-CNG汽车示范加气站,海南撬装式LNG汽车示范加气站,加气实景

9、,马克回气枪,五、车载LNG储液瓶,5.1、 气瓶系统 容量：62L、100L、170L、 蒸发率3%; 240L、275L、375L、450L 蒸发率2%; 常用饱和气压： 0.4-0.7 Mpa（可增压）; 安全阀起跳压力：一级：1.76 Mpa； 二级：2.4 Mpa； 气液相压力调解：经济阀； 排液出口：限流阀（防过量外溢） 压力波动量： 5% 流量：60-80M3/H； 液位数字精度: 1% 装于车体中部益于轴荷便于维修； 优化管路设计、保证终端压力、流量。,5.2、 LNG车用气瓶系统组成,调压阀,（接驾驶室仪表盘）,系统三维模型图,5.、气瓶安全性能试验,振动试验： 6自由度、3

10、g加速度、30Hz振动频率； 坠落试验： 9.2m高空自由坠落到硬质混凝土地面； 火烧试验： 外部538、持续20分钟以上不泄气； 蒸发率试验：日蒸发率2.0% （液态）； 企业规范: Q/HK718-2006。 863课题承担单位：四川空分集团,5.4、 LNG储液瓶规格型号,公交车系列（工作压力1.6MPa）,轿车、中巴系列（工作压力1.6MPa）,船用LNG储罐：15m，日蒸发率1%,6.1、整车技术、经济性要求,排放： 欧；（北京：欧IV）; 经济性：海南气价低，每升柴油节省1.0元;汽油2.2元; 发动机：扭矩大,功率适中; 比功率：符合CJ/T 162城市客车分等级技术要求与配置;

11、 噪声：符合GB1495-2002车辆加速行驶车外噪声限值及测量方法; 配备节能型发动机自动冷却系统（ATS）：节气6-8%; 优化传动：发动机常用负荷在燃料经济区域运行; 最高车速：70KM/h; 续驶里程：250KM（海南300KM）； 标准：国家现行车辆标准和LNG专业标准; 安全：燃气报警系统； 车型：后置机型为主； 发动机、底盘、整车应申报符合国家目录公告。,六、LNG公交车整车设计技术要求,ATS（Automatic controlled constant temperature system）： 自动冷却系统功耗指标：2% Pe 商用车风扇功耗占发动机功率10%。 节能约8%、降

12、噪约7dB 提高发动机效率、延长发动机寿命,城市客车后置式发动机冷却系统整体方案 自动控制恒温系统（ATS）,苏州仁和汽车有限公司,装配ATS系统的底盘图,装配ATS系统的整车后视图,LNG液化天然气客车,6年内节约RMB15万元,优化传动系统，整车在大扭矩、低气耗工况段运行。,运行段,6.2、LNG发动机电控技术特点,6.2.1电控特点： 整机压缩比：10.5-12；改进燃烧室提高进气效率、换用耐磨气门座圈减少进排气重叠角； 32位微处理器ECM + 多种传感器， 闭环精确控制最佳空燃比，实现全程调速； 稀薄燃烧及宽域氧传感器； 高能顺序点火系统及电控点火提前角； 电子节气门，响应性：50m

13、s内关到开或开到关， 最大入口压力300Kpa； 切断阀：突降负荷切断燃料供给，低速时3缸断气； 燃料控制自学习功能，自诊断、自保护功能 ； 气质感应器：根据燃气的组份优化空燃比； 催化转换器：金属型，耐高温，低背压， 要求 功率下降1%，2年16万公里； 进气管径86，排气管径100； 排放：2009年 欧、2010年 欧。,火花塞、点火线圈、高压线 系统优化设计,火花塞：耐高温、高压（830）陶瓷体加厚加长; 高点火能量的电感线圈：38kv; 系统阻值匹配，减少能量损失和电磁干扰； 产品间的连接、配合合理、可靠； 脉宽保证额定转速下的点火功效；,6.2.2 进气系统参数 LNG加气站储罐压

14、力：0.4-0.7Mpa； LNG车载气瓶内压力：0.45-0.75Mpa； LNG气化后至发动机进口压力：0.4-0.65Mpa； 因突增负荷燃气提速瞬间压力：0.3-0.5Mpa； 发动机喷嘴工作压力：0.3-0.6Mpa 流量：175-300L/min 开启时间：3ms 关闭时间：1.2ms 密封性：内泄漏量10L/min 外泄漏量 10倍工作压力0.001L/min 电压：12VDC、24VDC 绝缘强度：500V 、电阻20 M 直动型、常闭式，寿命：109次； 管路通径1/2” ； 增设随机低压燃气过滤器。,6.2.3喷射与混合气型进气模式,喷射器型 单点喷射：把喷射阀集装于一个阀

15、体，依ECM指令喷射 燃气至混合气，一般4-8个、喷嘴工作环境好； 多点喷射：喷射阀集装在燃气共轨上依ECM指令喷入各缸， 实现燃气精确控制，喷嘴工作环境差； 调压器型 电控膜片调压器（EPR）十 混合器，燃料控制量响应快、 精度高、成本低，适用于LNG低压供气； 常规调压器 十 步进电机混合气：响应性及控制性差， 现已渐少用。 低压大流量喷嘴供气不足时可采用LNG气瓶增压措施； 加强对低压大流量喷嘴制造技术的开发，推广喷射型模式。,进气压力/温度传感器,增压压力传感器,环境传感器,电控单元,水温传感器,氧传感器,燃气压力传感器,燃气温度传感器,BAT+,节气门位置传感器,电子油门踏板,1,L

16、NG发动机电控系统,废气门控制阀,高压截止阀 （用于CNGV）,电子减压器,低压截止阀,电子节气门,诊断电脑,（联接混合器）,电控膜片混合器系统图,6.3车辆评价,总体设计：选型优化、技术先进 车长、布置、质量、轴荷、噪音等； 制造质量：全承载式底盘、车体结构优化 施工工艺、焊接、公差规范化； 安全性好：燃气报警、机舱自动灭火、车厢监控系统； 发动机：功率适中、扭矩大、适用于LNG低压气源 进气温度低，进、排气系统阻力小； 点火系统：能量高、寿命长； 节能设计：如ATS自动冷却系统、空调能量合理； 传动比：优化计算使发动机在燃料经济区运行； 经济性：气耗低、性价比好。,七、 LNG出租车,7.

17、1、改装技术要求 LNG气瓶容量：62 L； 经济性：汽油/气耗量比1（升油）：0.9（M3 )； 动力性：与原机功率相当； 易于安装：原车结构不做大的改动； 稳定性好：不需要经常调试； 续驶里程： 300 350KM; 安全性能：通过追尾试验；燃气报警系统。 排放： 要求达到国IV排放法规要求。,7.2 LNG汽车专用报警系统,像头位置：中门前中间，监控全车情况,7.3、中长途LNG营运汽车,基本方案： 、单燃料LNG大型长途客车、货柜车； 单燃料LNG电喷发动机； 加装燃气泄露报警系统； 450L瓶续驶里程约500KM; 、混合燃料LNG/柴油客车、货柜车方案 柴油机加装电控双燃料系统；

18、替代率：70 % ； 450L瓶续驶里程长约700KM； 经济效益适中; 3、邮政车、垃圾车、轮船等均可采用混燃。,柴油天然气双燃料电喷系统原理图,1.LNG单燃料电喷发动机： 节油率 100 % 节气率 20 % 2.混合方式串联、并联，稀土永磁电机； 3.自主开发多能源控制系统； 4.可靠节能的自动变速系统； 5.先进的电控离合器； 6.电量自动控制，不停车充电， 外插充电装置(Plug-in)； 7. 混合动力总成技术先进； 8.自动程控适应不同工况运行; 9.新型AMT变速箱延长电控阀、 同步换档机构等寿命； 10.排放标准： 欧 IV 。,八、气电混合动力客车特点,长 江 流 域 L

19、NG 客 运 渡 船,九、LNG在船舶领域里的应用 9.1、LNG船舶的特点： 船舶发动机系连续大负荷运行：单机、双击 船等速运行的阻力R=螺旋桨产生的有效推力 船舶消耗功率=船舶航行时克服阻力所需功率 船机以转速相应的输出功率与船阻功率相平衡 船机油耗：平均180g/kw.h，LNG气耗0.28m/kw.h 船机油气混燃：替代率75-80% 油气耗比： 1升油：1.01.05m气 LNG系统：储气罐、气化器、缓冲罐均置于甲板上 优化管路，机舱加设燃气泄露报警系统。,9.2、总体技术要求： 船舶燃料气：LNG、CNG、LPG； LNG船：运行里程长，排放、安全性好，成本低； 储罐：固定式、移动

20、式，蒸发率1.5%，气瓶压力：1.6Mpa， 机舱压力0.8Mpa，容量0.5-10M，安装要求：横摇20保证牢固； 船舶柴油发动机特点：额定功率：额定转速下12小时的功率 持续功率：90%的额定功率 超负荷功率：1小时的运行功率：110%额定功率 高压油泵全制调速器：燃油消耗率：180g/kw.h； 柴油/LNG混燃率：柴油30%、LNG 70%，也可切换至 100%柴油运行； 机舱安全：燃气泄露报警系统，如有泄漏可切换至 100%燃油， 暴震及失火检测系统：监测发动机工况； 电子监控系统：实时监测压力、转速、温度等数据， 如有异常切换至 100% 燃油； 规范完善：船舶规范、LNG规范、C

21、NG规范、加气站相关规范。,9.3、柴油/LNG双燃料船舶工作要求,船舶运行、船体参数及发动机动力参数 船舶改装设计 发动机电控燃气系统台架试验 船舶改装技术论证 改装技术方案报送船检审批 施工设计 承接船舶改装单位招标 设备订货（关键设备需船检批准） 改装工作计划制定、审核与完善 发动机调试，船舶试航，工厂验收 船检审核发证,柴油/LNG双燃料系统原理图,甲 板,驾 驶 室,轮 机 舱,结 束 语,混燃气公交车具有节能减排、安全经济意义； LNG、LNG气电混合动力汽车技术成熟具广阔发展前景； 氢合气燃料汽车，是无污染的新能源汽车； 发展柴油LNG混燃船以降低油耗，改善排放； 地方政府应全力资助，制定优惠政策扶持； 稳定的气源保障，经济性：气价柴油价的70%； 科学规划，采用高新技术开发关键设备； 建立LNG汽车的自主创新体系，进行产业化； 完善LNG相关国家标准、建设部整车配置标准； 建立公交集团统一技术、安全、维修管理的组织体系； 建立安全运行、技术培训的管理制度； 开发软件：考核运行的技术经济数据。,