2100419682

Logistyka - nauka

GRAB-ROGALIŃSKI Karol^{1 2} SZWAJA Stanisław³ PYRC Michał⁴

Spalanie gazu koksowniczego w silniku Zl o wydłużonej ekspansji

Tel: [phone]. Fax: [phone]. [e-mail] ^    ^

'Politechnika Częstochowska. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Infoimalyki. 42-201 Częstochowa, al. Armii Krajowej 21. Tel: [phone]. Fax: [phone]. [e-mail]

Tel:[phone]. Fax:[phone]. [e-mail] ^J    *    **    *

Logistyka 6/2014

1

WSTĘP

Gaz koksowniczy jako efekt uboczny w produkcji koksu obok innych paliw gazowych może być wykorzystany jako paliwo do zasilania tłokowych silników spalinowych. Gaz koksowniczy składa się z takich składników gazowych jak metan CH₄ 30%, wodór H2 50%, tlenek węgla CO 10% i inne gazy takie jak dwutlenek węgla CO2, azot N2, węglowodory ciężkie HC, które zajmują pozostałe 10%. Z punktu widzenia wygenerowanej przez silnik energii zaletą tego paliwa jest duża zawartość wodoru, który jak wiadomo jest traktowany jako potencjalny substytut paliw kopalnych i posiada wiele interesujących właściwości. Właściwości wodoru charakterystyczne dla tego paliwa to duża szybkość płomienia laminamego ok. 2 m/s, szerokie granice palności od 4-^75 % , niska energia zapłonu około 0,2 mJ, wysoka temperatura samozapłonu na poziomie 858 K, wysoki współczynnik dyfuzyjności wynoszący 0,61 cm³/s [4,5,10], Wodór jako dodatek do paliw płynnych lub gazowych w odpowiednich proporcjach poprawia przebieg procesu spalania, poprawiając takie parametry jak czas zwłoki samozapłonu w silniku gdzie paliwem bazowym był olej napędowy co wykazali w swojej pracy Szwaja i Grab-Rogaliński [8,9]. Również dodatek wodoru w silniku gdzie paliwem bazowym była benzyna przynosi duże korzyści zwłaszcza gdy silnik pracuje w zakresie mieszanek ubogich co zostało przedstawione przez Ji i Wang’a [1] w ich pracy. Zastosowanie wodoru jako dodatku powoduje również obniżenie emisji takich toksycznych składników spalin jak CO2, CO i HC oraz cząstek stałych PM co zostało przedstawione w wielu pracach badawczych [1,2,3,6,13]. Duża zawartość wodoru w paliwie może również przekładać się w pewnych niesprzyjających warunkach na występowanie pewnych niekorzystnych zjawisk podczas procesu spalania jakie są charakterystyczne dla silnika wodorowego. Do zjawisk tych można zaliczyć, cofanie się płomienia do kolektora dolotowego, występowanie niekontrolowanych zapłonów od gorących miejsc w komorze spalania oraz spalanie stukowe. Badania nad tymi zjawiskami prowadzili m.in. Szwaja [7,11] i Verhelst [12].

2

STANOWISKO BADAWCZE I METODYKA POMIAROWA

3

Wszystkie pomiary zostały wykonane na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej w Instytucie Maszyn Cieplnych. Stanowisko badawcze wyposażone jest w silnik spalinowy S231. Silnik ten fabrycznie jest silnikiem wolnossącym o zapłonie samoczynnym zasilanym olejem napędowym chłodzonym cieczą przez odparowanie. Zmodyfikowany on został na

4

potrzeby badań w taki sposób aby umożliwić pracę tego silnika z paliwami lekkimi takimi jak benzyna i inne gazy palne. Wyposażony on został w elektroniczny układ zapłonowy z możliwością regulacji kąta wyładowania iskrowego oraz energii tego wyładowania, obniżono również stopień kompresji z e=16 do 8=11. Ponadto kolektor dolotowy wyposażony został w elektronicznie regulowaną przepustnicę, wtryskiwacze paliwa płynnego i gazowego oraz alternatywnie mieszalnik paliwa gazowego. Układ dolotowy silnika wyposażony jest również w mechaniczna sprężarkę doładowującą oraz chłodnicę świeżego powietrza umieszczoną w zbiorniku z cieczą chłodzącą. Dzięki zaworowi upustowemu umieszczonemu w sprężarce możliwe jest regulowanie nadciśnienia doładowania w zakresie od 0*1 bar przy tej konfiguracji. Pomiar powietrza dostarczanego do silnika