Применение биогаза в ДВС с искровым зажиганием
|
Аннотация 2
Введение 4
1 Биогаз, его свойства и перспективы 7
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 13
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 22
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 22
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 24
4 Анализ влияния вида топлива (бензин, КПГ и биометан) на рабочий процесс ДВС 37
4.1 Влияния вида топлива (бензин, КПГ и биометан) на максимальную температуру и давление цикла 37
4.2 Влияния вида топлива (бензин, КПГ и биометан) на эффективные показатели цикла 46
Заключение 50
Список используемых источников 53
Введение 4
1 Биогаз, его свойства и перспективы 7
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 13
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 22
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 22
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 24
4 Анализ влияния вида топлива (бензин, КПГ и биометан) на рабочий процесс ДВС 37
4.1 Влияния вида топлива (бензин, КПГ и биометан) на максимальную температуру и давление цикла 37
4.2 Влияния вида топлива (бензин, КПГ и биометан) на эффективные показатели цикла 46
Заключение 50
Список используемых источников 53
Биогаз является важным компонентом системы возобновляемой энергетики во многих странах. Биогазовые установки обладают некоторыми специфическими свойствами по сравнению с другими установками возобновляемой энергии, такими как гибкое обеспечение электроэнергией и теплом посредством хранения газа или возможный вклад энергии в транспортный сектор.
При анаэробном сбраживании (АС) основной процесс преобразования органических веществ в биогаз является биологическим. Сложные процессы гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза хорошо известны и описаны [1]. АС работает с различными типами органического сырья, например с бытовым илом от очистных сооружений, твердыми бытовыми отходами, отходами животноводства, водорослями или энергетическими культурами. Некоторые из них доступны постоянно, а другие подлежат региональным и сезонным ограничениям. Основным продуктом анаэробного сбраживания является биогаз, в первую очередь метан и диоксид углерода (CO2). Побочный продукт - это богатый питательными веществами дигестат. Биогаз может быть преобразован в различные энергетические продукты, такие как тепло (путем сжигания), электричество и тепло (комбинированная теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)), электричество (с помощью турбин), природный газ (путем выделения CO2) или топливо (например, за счет увеличения доли метана или каталитического риформинга с участием CO2) [2]. Биогазовые установки могут гибко производить электроэнергию в соответствии с потребностями, используя возможность хранения сырья и биогаза [4]. Это обеспечивает выдающуюся роль биогазовых установок в энергетическом секторе.
Ископаемые ресурсы нефти, газа и угля не безграничны. Необходимо устранить экологические проблемы, вызванные отходами и сточными водами, и их следует избегать в будущем. Помимо вышеупомянутых проблем, следует учитывать, что сама вода также ограничена. Использование биогаза в качестве чистого топлива отвечает на текущие проблемы, связанные с экономикой, экологией и энергетикой:
• поиск возобновляемых источников энергии во время истощения разведанных запасов нефти и газа,
• снижение энергетической зависимости,
• ограничение загрязнения атмосферы, связанного с выбросами газов,
• уменьшение неприятного запаха и шума
• уменьшение парниковых эффектов.
Биогазовое топливо обычно вызывает незначительное загрязнение атмосферы, и, поскольку оно поступает из возобновляемых источников энергии, оно имеет большой потенциал для будущего использования.
За последнее десятилетие использование биогаза, поступающего из сточных вод, ферм и промышленных предприятий, постоянно растет. В настоящее время биогазовые установки легко доступны на рынке. Модернизированный биогаз в основном используется для производства тепла и электроэнергии. Однако все больше и больше проектов, использующих биогаз в качестве автомобильного топлива, реализуется в больших городах. Действительно, использование биогаза как автомобильное топливо - лучший способ улучшить отходы. Тем не менее, необходима государственная поддержка, чтобы сделать рынок биогаза привлекательным из-за его высоких инвестиционных затрат.
При анаэробном сбраживании (АС) основной процесс преобразования органических веществ в биогаз является биологическим. Сложные процессы гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза хорошо известны и описаны [1]. АС работает с различными типами органического сырья, например с бытовым илом от очистных сооружений, твердыми бытовыми отходами, отходами животноводства, водорослями или энергетическими культурами. Некоторые из них доступны постоянно, а другие подлежат региональным и сезонным ограничениям. Основным продуктом анаэробного сбраживания является биогаз, в первую очередь метан и диоксид углерода (CO2). Побочный продукт - это богатый питательными веществами дигестат. Биогаз может быть преобразован в различные энергетические продукты, такие как тепло (путем сжигания), электричество и тепло (комбинированная теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)), электричество (с помощью турбин), природный газ (путем выделения CO2) или топливо (например, за счет увеличения доли метана или каталитического риформинга с участием CO2) [2]. Биогазовые установки могут гибко производить электроэнергию в соответствии с потребностями, используя возможность хранения сырья и биогаза [4]. Это обеспечивает выдающуюся роль биогазовых установок в энергетическом секторе.
Ископаемые ресурсы нефти, газа и угля не безграничны. Необходимо устранить экологические проблемы, вызванные отходами и сточными водами, и их следует избегать в будущем. Помимо вышеупомянутых проблем, следует учитывать, что сама вода также ограничена. Использование биогаза в качестве чистого топлива отвечает на текущие проблемы, связанные с экономикой, экологией и энергетикой:
• поиск возобновляемых источников энергии во время истощения разведанных запасов нефти и газа,
• снижение энергетической зависимости,
• ограничение загрязнения атмосферы, связанного с выбросами газов,
• уменьшение неприятного запаха и шума
• уменьшение парниковых эффектов.
Биогазовое топливо обычно вызывает незначительное загрязнение атмосферы, и, поскольку оно поступает из возобновляемых источников энергии, оно имеет большой потенциал для будущего использования.
За последнее десятилетие использование биогаза, поступающего из сточных вод, ферм и промышленных предприятий, постоянно растет. В настоящее время биогазовые установки легко доступны на рынке. Модернизированный биогаз в основном используется для производства тепла и электроэнергии. Однако все больше и больше проектов, использующих биогаз в качестве автомобильного топлива, реализуется в больших городах. Действительно, использование биогаза как автомобильное топливо - лучший способ улучшить отходы. Тем не менее, необходима государственная поддержка, чтобы сделать рынок биогаза привлекательным из-за его высоких инвестиционных затрат.
В бакалаврской работе проведен анализ влияния биотоплива в виде биометана на рабочий процесс двухтопливного ДВС, работающего на КПГ и бензине. Получены основные выводы по работе:
1. Использование биометана связано с очень низкими выбросами парниковых газов, если они производятся посредством газификации биомассы, или даже с отрицательными выбросами парниковых газов при производстве из субстратов, таких как органические бытовые отходы или навоз (в противном случае выделяется метан в процессе его разложения).
2. Для биометан при его цене на заправочных станциях порядка 12 руб за 1 м3 или 15 руб за 1 кг. Эти расчеты показывают экономическую эффективность применения биометана в качестве хотя бы второго топлива в двухтопливных двигателях для начала развития этого направления.
3. При переходе двигателя с жидкого топлива (бензина) на газовое привел к снижению нагрузок в среднем на 8-10%, что показывает возросший ресурс и возможности форсирования двигателя при работе на газовом топливе. Для полноценного использования газового топлива эффективно было бы применять агрегатный наддув со степенью повышения давления 1,6-1,8 с охладителем надувочного воздуха. Это бы позволило повысить эффективность работы на низких нагрузках и при переходе на газовое топливо с октановым числом около 120.
4. Проведенный анализ показал, что для эффективной работы двигателя на биогазе и природном газе необходимо более точно подбирать углы опережения зажигания и по возможности повысить температуру охлаждающей жидкости, что снизит тепловые потери. Также возможен вариант впрыска газа в начале такта сжатия непосредственно в цилиндр двигателя, это позволит снизить потери при наполнении и лучше реализовать заложенный в газовое топливо потенциал.
Выводы по 1-му разделу
Для того чтобы использовать биогаз в автомобилях его необходимо очистить, так как сжигание не очищенного биогаза приводит к поломке двигателя автомобиля. Очистка биогаза - это процесс удаления диоксида углерода (CO2) из исходной смеси, который увеличивает содержание метана (CH4) в полученном газе, и его очистку от сероводорода, воды и других микропримесей. Обработка позволяет адаптировать параметры качества биогаза к параметрам природного газа.
Биометан - привлекательное топливо, доступное сейчас для поддержки перехода от обычных видов топлива к перспективным альтернативным топливам (новое биотопливо, водород и т. д.).
Использование биометана связано с очень низкими выбросами парниковых газов, если они производятся посредством газификации биомассы, или даже с отрицательными выбросами парниковых газов при производстве из субстратов, таких как органические бытовые отходы или навоз (в противном случае выделяется метан в процессе его разложения).
Выводы по 2-му разделу
Тепловой расчет показал значительное влияние вида топлива на мощностные и экономические характеристики работы. Получено, что для эффективного использования природного газа требуется повысить степень сжатия, что приводит к необходимости организовывать дросселирование при работе на бензине при низких частотах вращения. А без повышения степени сжатия перевод двигателя на газовое топливо, причем не принципиально природный газ или биометан, мощностные характеристики работы двигателя снижаются на 17%, а удельный эффективный расход топлива возрастает на 7 и 15 процентов при работе на компримированном природном газе и биометане соответственно.
С учетом меньшей стоимости газового топлива 1 м3 - 16 руб, по сравнению с бензином 1 л - 43 руб, при пересчёте на 1 кг получаем 19,3 руб за компримированный природный газ и 56,6 руб за 1 кг бензина Аи-92.
Таким образом получаем двухкратное снижение стоимости расхода горючего при переходе на газовое топливо. А для биометан при его себестоимости 4 руб за 1 м3, и цене на заправочных станциях порядка 12 руб за 1 м3 или 15 руб за 1 кг. Эти расчеты показывают экономическую эффективность применения биометана в качестве хотя бы второго топлива в двухтопливных двигателях для начала развития этого направления.
Выводы по 3-му разделу
Как мы видим переход двигателя с жидкого топлива (бензина) на газовое привел к снижению нагрузок в среднем на 8-10%, что показывает возросший ресурс и возможности форсирования двигателя при работе на газовом топливе. Для полноценного использования газового топлива эффективно было бы применять агрегатный наддув со степенью повышения давления 1,6-1,8 с охладителем надувочного воздуха. Это бы позволило повысить эффективность работы на низких нагрузках и при переходе на газовое топливо с октановым числом около 120.
Помимо снижения нагрузки на элементы кривошипно-шатунного механизма, переход на газовое топливо улучшает условия смазывания поршневой группы за счет того, что газ не смывает микрослой смазки с зеркала цилиндра, который позволяет двигаться поршню с меньшими потерями на износ и трение, при лучшем теплоотводе.
Выводы по 4-му разделу
Проведенный анализ показал, что для эффективной работы двигателя на биогазе и природном газе необходимо более точно подбирать углы опережения зажигания и по возможности повысить температуру охлаждающей жидкости, что снизит тепловые потери. Также возможен вариант впрыска газа в начале такта сжатия непосредственно в цилиндр двигателя, это позволит снизить потери при наполнении и лучше реализовать заложенный в газовое топливо потенциал.
1. Использование биометана связано с очень низкими выбросами парниковых газов, если они производятся посредством газификации биомассы, или даже с отрицательными выбросами парниковых газов при производстве из субстратов, таких как органические бытовые отходы или навоз (в противном случае выделяется метан в процессе его разложения).
2. Для биометан при его цене на заправочных станциях порядка 12 руб за 1 м3 или 15 руб за 1 кг. Эти расчеты показывают экономическую эффективность применения биометана в качестве хотя бы второго топлива в двухтопливных двигателях для начала развития этого направления.
3. При переходе двигателя с жидкого топлива (бензина) на газовое привел к снижению нагрузок в среднем на 8-10%, что показывает возросший ресурс и возможности форсирования двигателя при работе на газовом топливе. Для полноценного использования газового топлива эффективно было бы применять агрегатный наддув со степенью повышения давления 1,6-1,8 с охладителем надувочного воздуха. Это бы позволило повысить эффективность работы на низких нагрузках и при переходе на газовое топливо с октановым числом около 120.
4. Проведенный анализ показал, что для эффективной работы двигателя на биогазе и природном газе необходимо более точно подбирать углы опережения зажигания и по возможности повысить температуру охлаждающей жидкости, что снизит тепловые потери. Также возможен вариант впрыска газа в начале такта сжатия непосредственно в цилиндр двигателя, это позволит снизить потери при наполнении и лучше реализовать заложенный в газовое топливо потенциал.
Выводы по 1-му разделу
Для того чтобы использовать биогаз в автомобилях его необходимо очистить, так как сжигание не очищенного биогаза приводит к поломке двигателя автомобиля. Очистка биогаза - это процесс удаления диоксида углерода (CO2) из исходной смеси, который увеличивает содержание метана (CH4) в полученном газе, и его очистку от сероводорода, воды и других микропримесей. Обработка позволяет адаптировать параметры качества биогаза к параметрам природного газа.
Биометан - привлекательное топливо, доступное сейчас для поддержки перехода от обычных видов топлива к перспективным альтернативным топливам (новое биотопливо, водород и т. д.).
Использование биометана связано с очень низкими выбросами парниковых газов, если они производятся посредством газификации биомассы, или даже с отрицательными выбросами парниковых газов при производстве из субстратов, таких как органические бытовые отходы или навоз (в противном случае выделяется метан в процессе его разложения).
Выводы по 2-му разделу
Тепловой расчет показал значительное влияние вида топлива на мощностные и экономические характеристики работы. Получено, что для эффективного использования природного газа требуется повысить степень сжатия, что приводит к необходимости организовывать дросселирование при работе на бензине при низких частотах вращения. А без повышения степени сжатия перевод двигателя на газовое топливо, причем не принципиально природный газ или биометан, мощностные характеристики работы двигателя снижаются на 17%, а удельный эффективный расход топлива возрастает на 7 и 15 процентов при работе на компримированном природном газе и биометане соответственно.
С учетом меньшей стоимости газового топлива 1 м3 - 16 руб, по сравнению с бензином 1 л - 43 руб, при пересчёте на 1 кг получаем 19,3 руб за компримированный природный газ и 56,6 руб за 1 кг бензина Аи-92.
Таким образом получаем двухкратное снижение стоимости расхода горючего при переходе на газовое топливо. А для биометан при его себестоимости 4 руб за 1 м3, и цене на заправочных станциях порядка 12 руб за 1 м3 или 15 руб за 1 кг. Эти расчеты показывают экономическую эффективность применения биометана в качестве хотя бы второго топлива в двухтопливных двигателях для начала развития этого направления.
Выводы по 3-му разделу
Как мы видим переход двигателя с жидкого топлива (бензина) на газовое привел к снижению нагрузок в среднем на 8-10%, что показывает возросший ресурс и возможности форсирования двигателя при работе на газовом топливе. Для полноценного использования газового топлива эффективно было бы применять агрегатный наддув со степенью повышения давления 1,6-1,8 с охладителем надувочного воздуха. Это бы позволило повысить эффективность работы на низких нагрузках и при переходе на газовое топливо с октановым числом около 120.
Помимо снижения нагрузки на элементы кривошипно-шатунного механизма, переход на газовое топливо улучшает условия смазывания поршневой группы за счет того, что газ не смывает микрослой смазки с зеркала цилиндра, который позволяет двигаться поршню с меньшими потерями на износ и трение, при лучшем теплоотводе.
Выводы по 4-му разделу
Проведенный анализ показал, что для эффективной работы двигателя на биогазе и природном газе необходимо более точно подбирать углы опережения зажигания и по возможности повысить температуру охлаждающей жидкости, что снизит тепловые потери. Также возможен вариант впрыска газа в начале такта сжатия непосредственно в цилиндр двигателя, это позволит снизить потери при наполнении и лучше реализовать заложенный в газовое топливо потенциал.
Подобные работы
- Анализ термодинамики рабочего процесса бензинового двигателя с добавками водорода
Магистерская диссертация, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 4980 р. Год сдачи: 2021 - Двигатель с искровым зажиганием на альтернативном топливе Е85
Бакалаврская работа, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 4385 р. Год сдачи: 2022 - НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ
Авторефераты (РГБ), автомобили и автомобильное хозяйство. Язык работы: Русский. Цена: 1200 р. Год сдачи: 2006