LNG车船的开发与实用化.ppt

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”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LNG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/Nm3进口到港现价：液化天然气 2.3元/Nm3LNG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、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,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、3g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;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：50ms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,LNG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,7.1、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；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 LNG 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、CNG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。,