张志远：甲醇动力燃烧技术不应拘泥于传统，理想选择是均质均燃

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编者按|2021年4月21-24日，由中国内燃机学会主办、中国船舶集团有限公司第七一一研究所和山东大学共同承办的第二届世界内燃机大会在济南举行。本届大会以“绿色、高效、智能、可靠”为主题，共设有4个主旨报告、9个主题报告，并设立8个分会场开展近200场专题交流，致力于加快内燃机发展，助力“碳达峰 碳中和”目标的实现。

4月23日下午，在第二届世界内燃机大会甲醇燃料分会场，北京礡德恒激光科技有限公司总工程师张志远发表题为《均质均燃 理想的动力燃烧技术》的主题演讲报告。

在演讲报告中，张志远表示，甲醇作为一种新型清洁燃料动力燃烧应用，不应该拘泥于传统内燃机的设计理念，应该去探索新思想、新方法和新技术。同时，张志远认为，甲醇动力燃烧技术的理想选择是均质均燃。

均质均燃解决方案诞生的背景

在中国致力于实现“2030碳达峰 2060碳中和”目标的大背景下，传统内燃机产业正面临前所未有之大挑战，这种情况下动力装置是否还需要燃烧这种形式？在张志远看来，燃烧仍然是动力装置获取能源的主要形式，是最大限度实现节能减排的关键环节，将燃料的化学能充分转换为动能的深度技术探索，仍然是具有重要社会意义和巨大经济效益的重大工程难题。

同时，张志远注意到，自内燃机诞生，技术改进就从未止步，虽然节能减排效果不断提升，

但几乎全部具有化代意义的技术进步都是在物理混合上做文章，而鲜见促进化学反应的设计考虑。因此，这造成至少存在三个方面的问题：第一，预混、直喷从未达到设计者原本想要的“均质”状态；第二，电能仅被用于点火；第三，点燃、压燃后燃烧过程任其发展，既无着火前的“预准备”，也没有燃烧发展过程的“精细管控”。

考虑到德系车企已经推出增设预混辅缸的技术方案、日产也已官宣新一代“ e-power ”内燃机技术，世界范围内正逐步形成继HCCI之后的又一波传统内燃机技术创新，张志远提出均质均燃解决方案，即在现有内燃机技术体系基础上，构造一种特殊的放电结构，有机融合气体放放电、动力燃烧技术，促进燃烧化学反应速率，最大限度将燃料的化学能转换为动能，实现更有效做功。

均质均燃的理论依据和实践成果

据张志远介绍，均质均燃技术体系的理论依据是质量作用定律、阿伦尼乌斯定律和帕邢定律。技术特征为：全气相预混、全燃烧室区域全燃烧过程精确管控、预电离提高预混气分子运动活性、等离子云激励多发性着火和燃烧、后电离强化燃烧发展以及燃烧残留无检出。

目前张志远的技术团队在甲醇燃料热力燃烧领域已经取得二项重要成果：一是甲醇燃料热力燃烧的热效率达到70%以上，达72.73%-85.71%之间，以5000大卡/kg热值计，石家庄及以南地域吨蒸汽甲醇用量在140-145kg，石家庄与唐山之间约150kg，唐山以北最高165kg。

二是采用甲醇燃料的等离子相燃烧，火焰温度达到2000℃以上，远超常规的甲醇燃料液相燃烧1100℃的最高火焰温度。

张志远表示，“上述二项间接性重要成果，为甲醇燃料动力燃烧应用奠定了坚实的技术基础，均质均燃有望短期内甲醇发动机上获得成功。”

均质均燃是理想的甲醇动力燃烧技术

从基本物理和化学属性来看，甲醇的主要物理属性是常温、常压、液态、闪点低、热值低；主要化学属性是能量密度与液氢有可比性（CH3OH、H2）、直链结构、低碳性、洗涤性、微腐蚀性、神经性毒性。另外，甲醇具有火焰波长短、过量空气系数小、过雾化脱火、燃尽率要求高等燃烧特性。

甲醇的这些特点，再加上均质均燃的技术特征，使得均质均燃成为理想的甲醇动力燃烧技术。据张志远分析，“闪点低更易于气化实现全气相预，利于达到燃烧物与氧化物分子的理想均匀分布状态；外部能量场（电磁能、光能、热能、机械能等）激励羟基“OH”脱离化学键束缚，利于均化燃烧发展过程中的的物理混合、化学反应动态变化，利于最大限度实现燃烬率；全域全过程精细管控，易于控制燃烧体积膨胀速率，利于最大限度实现能量形态的转换，有效做功。”