【摘要】中原油田采油四厂目前有柴油发电机组11台，承担着全厂边远油井、泵的发电任务，是厂用生产动力一个补充，为全厂的生产提供了一种支撑，发电机组虽然满足了使用要求，但是能源消耗和环境污染问题日益显现，同时油井生产过程中有伴生气。为降低能耗，充分利用资源，根据国内双燃料发动机的运用，我们对柴油/天然气双燃料发动机替代柴油机的技术在单井用发电机组上进行了试验推广，通过在原发电机组上加装了供气管线、电磁阀、混合器、稳压罐等装置；将油井套管气与发动机进气通道联接起来，使得天然气和空气一同进入发动机缸内，部分替代柴油燃烧，达到了目的。

【关键词】双燃料发动机 电控燃油喷射 天然气 排放

1 概况

采油四厂目前有柴油发电机组11台，承担着全厂边远油井、泵的发电任务，是厂用生产动力一个补充，为全厂的生产提供了一种支撑，发电机组虽然满足了使用要求，但是油耗很高，特别是油价上涨以来，油料成本压力更大。以120kw发电机为例，一天要消耗燃油160公升。在日常的使用过程中，一方面是高能耗，一方面旁边的井内有伴生天然气。针对这种情况，根据国内双燃料发动机的使用运转，我们将柴油发电机组改装为双燃料发电机组，目前使用良好。

2 结构与原理

2.1 双燃料发动机的工作过程及特点

双燃料发动机有两套燃料供应系统，即柴油供应系统和天然气供应系统，根据两套燃料供应系统的不同操作状态，双燃料发动机就有柴油和天然气两种工作状态。在柴油状态，天然气系统被关闭，双燃料发动机完全与柴油机相同，在双燃料状态，天然气和柴油供应系统同时工作，但主要做功的燃料为天然气。

天然气在进入缸内时存在不同程度的均相混合过程，但与汽油机不同，缸内的可燃混合气是在上止点附近通过喷射少量柴油引燃，而不是靠火花塞点燃。与柴油机点火方式类似，高压喷射进入缸内的引燃柴油雾化并依靠高温的压缩空气加热着火，着火的引燃柴油再将混合气点燃，由于引燃柴油在缸内分布范围大，因此能够比火花塞更可靠的点燃混合气。正是因为双燃料发动机特殊的混合气供给过程和点火方式，使得双燃料发动机既具有汽油机的特点，又具有柴油机的特点，同时又具有其自身的特点。

2.2 双燃料发动机的工作原理

双燃料发动机的燃料供给系统，由天然气供气系统、柴油喷射系统和控制系统组成。天然气供气系统是双燃料发动机最重要的燃料供给系统，它向发动机提供做功所募的主要燃料一天然气。柴油喷射系统基本上与原柴油机的喷射系统相同，只是针对彀燃料发动机盼技术水平的不同而有所改进。控制系统是双燃料发动机的大脑，协调并控制天然气和柴油系统的工作，控制系统的控制原理最终决定双燃料发动机的性能优劣.为提高双燃料发动机的性能，采用电控系统来控制和优化双燃料发动机的性能。

电控系统主要由燃气压力调节器与电磁阀、燃气喷射器、节流阀体、中央控制器、油门位置传感器、柴油油量控制器、转速传感器、控制面板和线束等组成。

改装布局如下图：

图3 123-20油井用120kw发电机组改装图

3 优点

3.1 动力性

柴油机改为双燃料发动机后，如果所选用的燃料供给系统合理，一般不会对发动机的进气流量产生大的影响，供给发动机的燃料总能量也不会有大的变化。另外由于天然气特殊物理和化学性质，双燃料发动机的燃烧过程均可以得到合理的控制，因此双燃料发动机的动力性能一般不会低于柴油机，如果设计合理，双燃料发动机在中低负荷和转速范围的动力性有可能超过柴油机，在123-20井试验过程中，120kw的发电机组带动64kw的负荷，在启动时的一次成功充分证明了这一点。

3.2 环境保护（降低CO2 、NOx和臭氧排放）

天然气以其丰富的资源和清洁燃烧特性而成为改善环境的一种好的清洁燃料。试验表明，双燃料发动机与柴油发动机相比，在所有运行工况下，CO2的排放量低；全负荷运行工况时，CO2排放量减少的幅度最大，可达31%，而在空负荷运行工况时CO2的排放量仅减少5%；全负荷运行工况时，NOX和CO的排放量分别减少54%和59%。

4 经济效益

常规的柴油发动机，按发动机的排量和燃烧室的面容比，获得最高效率时的最佳压缩比为14～16：I，但实际使用时为了得到较高的功率和好的冷起动性能，柴油机的压缩比在15～19：I范围内。改装为双燃料发动机时。发动机的压缩比一般不必改变，这是因为双燃料发动机的混合气是靠柴油点燃的，与汽油机的火花点火相比，在缸内分布广阔的柴油能够使混合气快速燃烧；另一方面，天然气的RON为130，具有良好的抗爆震性能，能够承受比较高的压缩比。因此，双燃料发动机的经济性和纯柴油机相近。

运用新工艺将柴油发电机组改为柴油-天然气双燃料发电机组，原来一台120kw发电机组一天燃烧柴油160升，改为双燃料后，一天燃烧柴油50升，天节约柴油110升，按1升5.5元计算，一天节约资金550元，一年可节约20万余元。

参考文献

[1] 王立新.兰志波 双燃料发动机（天然气/柴油）性能与排放的研究[J].内燃机工程，2002（2）

[2] 孙济美.X6130柴油.天然气双燃料发动机性能试验研究[J].天然气汽车信息，1997（04）

作者简介

车海燕，籍贯：河南辉县，学历：本科，职称：工程师。