80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Átírás

1 Hatásfok növelés lehetőségei 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% ε η elm. Otto-motorok Kopogási határ Diesel-motorok

2 A káros anyagok emissziója a légfelesleg függvényében Diesel-motorok Otto-motorok gépjármű. gázmotorok.

3 Szgj. (Diesel-motorok) emissziós határai Részecske kibocsátás [g/kwh] Füstgáz visszavezetés EURO 3 (2000) EURO 5 Részecske szűrő EURO 4 Kialakítás Jelenlegi motorok Vezérlés Katalizátor Füstgáz visszavezetés nélkül USA NOx [g/kwh] Prof. Bengt Johansson, ECM-2005

4 Korom kibocsátás képződése Lokális légfelesleg tényező KOROM NO x Hagyományos belsőégésű motorok Lokális lánghőmérséklet [K] Buergler, L., Cartus, T., Herzog, P., Neunteufl, K., and Weissbaeck, M., Brennverfahren,Abgasnachbehandlung, Regelung Kernelemente der motorischen HSDI Diesel Emissionsentwicklung, 13. Aachener KolloquiumFahrzeug- und Motorentechnik, 2004.

5 Korom kibocsátás képződése és kiégése Koromkoncentráció a hengerben Koromképződés Koromkiégés Koromkiégés Korom koncentráció kipufogáskor Kinetikus szakaszban keletkező korom

6 Katalizátorok szelektív katalizátor (SCR) NO x +NH 3 N 2 +H 2 O (nagyobb teljesítményű motorok) Oxidációs katalizátor (OCC) CO CO 2 C x H y H 2 O+CO 2 Részecske szűrő (PF)

7 Károsanyag kibocsátás csökkentés lehetőségei Diesel-motorokban Füstgáz visszavezetés Füstgáz visszavezetés nélkül

8 Égési folyamat direktbefecskendezős Diesel motorban (TDI)

9 Common Rail befecskendezés

10 Előkamrás égéstérű CFR motor

11 Égési folyamat előkamrás Diesel motorban

12 Előbefecskendezési idő: az az időintervallum, amely a befecskendezés pillanatától a felső holtpontig eltelik Gyulladási késedelem: az égéstérben megjelenő csepp és az öngyulladás következtében megjelenő láng között eltelt idő Alapfogalmak

13 A cetánszámmérés folyamata Alapvető konstans hőmérsékleti paraméterek beállítása - Belépő levegő hőmérséklete (66 C) - Hűtővíz hőmérséklet (100 C) - Befecskendező fej hőmérséklet (38 C) Üzemanyag fogyasztás beállítása (13ml/perc) Előbefecskendezési idő beállítása kézikerék segítségével (13 főtengelyfok) Gyulladási késedelem beállítása kompresszióállító kézikerék segítségével (13 főtengelyfok) Kézikerék leolvasása Ismételt mérések a megadott szabványos metodika alapján Kiértékelés

14 Olajok fizikai paraméterei Gázolaj NOME Repceolaj Napraforgóolaj Olivaolaj Szójaolaj Sűrűség 0,83 0,87 0,915 0,925 0,92 0,93 Fűtőérték [MJ/kg] ,5 39, ,7 Jódszám - < ,0 84,0 134,0 Cetánszám [-] > ,00 NA 39,00 Dermedéspont [ C] -25 < Kinematikai viszkozitás [mm 2 /sec] 3,5 3,5-5 97,7 65,9 84,2 64,9

15 Égéstörvények különböző tüzelőanyagok esetén

16 Gázolaj-Repce-Napraforgó emissziós Viszonyítási alap: gázolaj adatok

18 Porlasztási kép vizsgálata Gázolaj Repceolaj

19 Hőmérséklet hatása az 1-propanol repceolaj keverék viszkozitására Laza Penninger:Repceolaj és magasabb rendű alkoholok keverékének viszkozitása

20 Repceolaj-alkohol keverékek cetánszámai

21 Repceolaj-alkohol keverékek nyomás lefutásai (kompresszió viszony után állítás után)

22 Repceolaj-alkohol keverékek égéstörvényei (kompresszió viszony után állítás után) 100% Repceolaj+isobutanol repceolaj 80% repceolaj+20% isobutanol 90% repceolaj+10% isobutanol 95% repceolaj+5% isobutanol dqégés/dφ [J/fok] φ [fok]

23 Repceolaj-Benzin keverékek égéstörvényei Benzin arány: 0% 5% 10% 15% Cetánszám: 43 42, ,7 repce100 repce95 repce85 dqégés/dφ [J/fok] φ [fok]

24 Repceolaj-Benzin keverékek károsanyag kibocsátása Viszonyítási alap: gázolaj 120% 100% 80% Repce Napraforgo Repce+5% Benzin Repce+15% Benzin 60% 40% 20% 0% -20% CO NOx THC SO2 FSN -40% -60% -80%

25 Lehetőségek a cetánszám változtatására Benzin Gázolaj Cetánszám [-] % 5% 10% 15% 20% Bekeverés arány [%]

27 Kettős tüzelőanyag rendszer

28 Jogi helyzet:.mindezek alapján a jövedéki adó megfizetése mellett a bioüzemanyagok, mint például a biodízel forgalmazása csak akkor megengedett, ha azt üzemanyagba keverték és annak minősége megfelel a magyar szabvány előírásainak, továbbá a bioüzemanyagok, mint például a tiszta növényi olaj felhasználása csak akkor folytatható, ha azt nem keverték üzemanyagba és az adott motortípushoz alkalmas és a vonatkozó kibocsátási előírások teljesülnek, vagy üzemanyagba keverték és annak minősége a magyar szabvány előírásainak megfelel. Amennyiben a tiszta növényi olaj belsőégésű motorok üzemanyagaként kerül felhasználásra, a jövedéki adót a gázolajhoz rendelt adómérték alapján kell megfizetni. A jövedéki adó kivetését az üzemanyag felhasználása (tankolása) helye szerint illetékes fővámhivataltól kell kérni. GVOP 39012/

29 Égéstörvény repceolaj ill. gázolaj esetén (kompresszió viszony után állítás után)

30 ELSBETT motor

31 Összefoglalás: Optimalizálási igény! (Hideg) indíthatósági problémák Lakkosodási, gélesedési hajlam Tömítések cseréje Szűrési igény növekedése Lerakodások Működhet, de (ára van).

32 Biodízel

33 MSz EN 14214:2003 Gépjármű-hajtóanyagok. Dízelmotorok zsírsav-metil-észterek (FAME) hajtóanyaga.

35 Észterezés Tisztított növényiolaj Metanol Katalizátor Észterezés Glicerin Metanol Biodizel /NOME/

36 Anyag és közvetlen költségek 7,4% 3,9% 1% 8% 0,1% Mag Metanol Kataliztátor Sav 21% 1% 8% Közvetlen anyagköltség Közvetlen anyagköltség Közvetlen Közvetlen energiaköltség energiaköltség Közvetlen üzemi költség Közvetlen üzemi költség 2% 91% 88,6% 91% ( t/év termelés t/év esetén) 3000 t/év 77%

37 FAME előállítás energia mérlege kinyert energia bevitt energia energia hányados GJ/ha energia hányados biodízel+szalma+olajpogácsa biodízel* 0 * - a biodízel adatok 8 t/ha termés adatra vonatkozik, hazánkban ez az adat, kb. 2 t/ha!

38 Motorhajtóanyagok kihozatali átlagok

39 Országos igény: Éves gázolaj fogyasztás Fame üzem Országos bekeverhetőség Termés átlag Olaj kihozatal Terület igény 2, , milliárd liter et (Komárom) % t/ha % eha (2176 Km2) (Magyarország Km2)

40 WVO-ME (használt étolaj metil észter) A évi törvénymódosítások értelmében változott a biodízel fogalma, mely szerint az előállítás észterezés helyett átészterezéssel végezhető. E fogalompontosítás révén egyértelművé válik, hogy biodízel használt sütőolajból l is előáll llítható.

41 Graz-i (Grác) GVB közlekedési vállalat 134 busz 100 % WVO-ME üzem Tapasztalatok: Kopás nem nagyobb mint más üzemanyagok esetén Nem igényel speciális kenőolajat 7%-kal nagyobb tüzelőanyag fogyasztás Téli üzemben 33% gázolaj bekeverés szükséges Alacsonyabb SO 2, PM és PAH kibocsátás (PAH = Policyclic Aromatic Hydrocarbons )

42 FAME (SME) hatása az emisszióra NOx kibocsátás előkamrás motorok esetén csökken, közvetlen befecskendezés estén növekszik

43 Biogázok

44 Biogáz összetételek: \ Biogáz Deponiagáz I Deponiagáz II Szennyvíziszap-gáz CH 4 58,70% 35,80% 50,60% 61,20% CO 2 39,70% 32,90% 37,10% 38,50% O 2 1,60% 1,80% 2,60% - egyéb: - H 2 O + N 2 N 2 N ,50% 9,70% 0,20% H 2 S 25 ppm ppm

45 Különböző nyersanyagokból kinyerhető biogáz mennyiség: nyersanyag: tehéntrágya csirketrágya disznótrágya kukoricaszár szennyvíz m 3 /t Emőd - Tölgyesi Zöldy: Alternatív járműhajtások

46 CO 2 tartalom hatása a lamináris lángterjedési sebességre u max (cm/s) Chemkin mechanizmussal számolt GRI 3.0 mechanizmussal számolt 5 0 CO 2%

47 CO 2 tartalom hatása az adiabatikus lánghőmérsékletre Tad,max (K) 2220 Disszoc. modellel számolt Chemkin alappal számolt GRI mechanizmussal CO 2 %

48 A biogáz hasznosításának lehetőségei Tisztítás leválasztás (CO 2, SX) Földgáz hálózat

49 Relatív villamos teljesítmény és hasznos hő változása, továbbá az összhatásfok és villamos teljesítmény hatásfok változása biogáz esetén a villamos teljesítmény függvényében

50 A THC kibocsátás a füstgáz O 2 tartalom függvényében különböző CH 4 -CO 2 keverékek mellett 2500 THC [ppm] CO2-0%p0,8 CO2-10%p0,8 CO2-20%p0,8 CO2-30%p0,8 CO2-40%p0,8 CO2-50% p0, O2 [V/V%]

51 A CO kibocsátás a füstgáz O 2 tartalom függvényében különböző CH 4 -CO 2 keverékek mellett 800 CO [ppm] CO2-0%p0,8 CO2-10%p0,8 CO2-20%p0,8 CO2-30%p0,8 CO2-40%p0,8 CO2-50% p0, O2 [V/V%]

52 A NOx kibocsátás a füstgáz O 2 tartalom függvényében különböző CH 4 -CO 2 keverékek mellett 8000 NOx [ppm] CO2-0%p0,8 CO2-10%p0,8 CO2-20%p0,8 CO2-30%p0,8 CO2-40%p0,8 CO2-50% p0, O2 [V/V%]

53 Anaerob elgázosító 1. Szilárd biomassza beadagolása 2. Elgázosítás pirolízissel 3. Szűrő kamra 4. Tűztér 5. Hő-cső

54 Aerob elgázosító adagolás füstgáz wood chop aerob fagáz: oxigénes közegben történő elgázosítás - producergáz: levegővel történő elgázosítás - szintézisgáz: tiszta oxigénnel történő elgázosítás Levegő vagy O 2 pernye víz reaktor keverő pellet GÁZ Gasification with a pilot device at Pannon University

55 Fagáz autó

56 Vízmentes összetételek: Komponens anaerob fagáz producer gáz szintézisgáz Földgáz CH 4 [%] CO 2 [%] ,1 CO [%] H 2 [%] N 2 [%] Hi [MJ/m3] 9,5 6,48 10,45 35,72 anaerob fagáz: oxigéntől elzárt közegben történő gázosítás aerob fagáz: oxigénes közegben történő elgázosítás - producergáz: levegővel történő elgázosítás - szintézisgáz: tiszta oxigénnel történő elgázosítás

57 Láng képek biogáz szintézisgáz CH 4 =60% CO 2 =40% CH 4 =17% CO =41% H 2 =35% CO 2 =7% anaerob fagáz (magas hőmérsékletű fagáz)

58 Az adiabatikus lánghőmérséklet a légfelesleg tényező függvényében (298 K, 1 bar) anaerob fagáz producer gáz szintézisgáz földgáz Tad [K] ,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 λ T ad,max λ=0,91-0,98 a növekvő H 2, CO illetve a csökkenő inert tartalommal T ad,max eltolódik λ <1 felé

59 A lamináris lángterjedési sebesség a légfelesleg tényező függvényében (298 K, 1 bar) 120 anaerob fagáz producer gáz szintézisgáz földgáz 100 u [cm/s] u max λ=0,6-0,95 a növekvő H 2 illetve a csökkenő inert tartalommal u max eltolódik λ «1 felé u max eltolódása» T ad,max 0 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 λ

60 Megnövekedő lángterjedési sebesség hatása

61 Wabash River IGCC (Integrated Gasification Combined-Cycle) Pe=192 MW Pe= 104 MW Pe= 262 MW

62 Tampa Electric Integrated Gasification Combined-Cycle Pe=192 MW Pe= 121 MW Pe= 250 MW

63 IGCC gázösszetételek Komponens Wabash Tampa szintézisgáz CH 4 [%] 1,9 0,1 3 CO 2 [%] 15,8 14,4 17 CO [%] 45,3 42,7 40 H 2 [%] 34,4 38,3 40 N 2 [%] 1,9 3,3 0

64

65

66

67 Különböző terhelési pontok

68 Motor vizsgálati ciklusok Az A. Függelék A/41. számú melléklete a 6/1990. (IV.12.) KöHÉM rendelethez[1] A kompressziógyújtású motorok, valamint a külső gyújtású földgáz és PB-gáz üzemű motorok szennyezőanyag-kibocsátásának korlátozására vonatkozó követelmények vizsgálati ciklus a fordulatszámmal és nyomatékkal meghatározott elvégzett vizsgálati pontok sorozatát jelenti melyeken a motor működik állandósult üzemállapotban (ESC vizsgálat) vagy átmeneti üzemi állapotban (ETC, ELR vizsgálat);

69 az ESC amely, egy 13 állandósult üzemállapotból álló ciklus, az ELR átmeneti terhelési fokozatokból áll különböző fordulatszámoknál, amelyek egyetlen vizsgálati eljárás szerves részei és amelyeket egy időben kell elvégezni; az ETC amely másodpercről - másodpercre változó átmeneti üzemállapotok sorozatából áll.

70 ESC vizsgálat a jelen rész 6.2. pontja szerint, állandósult állapotban végzett 13 üzemmódból álló vizsgálati ciklust jelent, ESC Európai állandósult állapotú ciklus (European steady state cycle) Üzemálla pot száma Motorfordulatszá m Százalékos terhelés Súlyozó tényező Az üzemmód időtartama alapjárat a b b a a a b b c c c c ,15 0,08 0,10 0,10 0,05 0,05 0,05 0,09 0,10 0,08 0,05 0,05 0,05 4 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc

71 A vizsgálati ciklusok specifikus meghatározása Leadott teljesítmény (a leadott P max %-a) ESC Európai állandósult állapotú ciklus (European steady state cycle) P max P max 50 %-a P max 70 %-a Ellenőrzött terület Alapjárat Motor fordulatszám

72 AZ ESC ÉS ELR VIZSGÁLATI CIKLUS Az A, B és C motor-fordulatszámokat a gyártónak kell megadnia a következő előírásoknak megfelelően: Az n hi magas fordulatszámot a II/A rész 8.2. pontja szerint meghatározott, deklarált P(n) legnagyobb effektív teljesítmény 70 %-ának számításával kell megállapítani. Az n hi az a legnagyobb motor-fordulatszám, amelynél a teljesítmény-görbén ez a teljesítményérték előfordul. Az n lo alacsony fordulatszámot a II/A rész 8.2. pontja szerint meghatározott, deklarált P(n) legnagyobb effektív teljesítmény 50 %-ának számításával kell megállapítani. Az n lo az a legkisebb motor-fordulatszám, amelynél a teljesítmény-görbén ez a teljesítményérték előfordul. Az A, B és C motor-fordulatszámokat a következők szerint kell kiszámítani: A fordulatszám = n lo + 0,25 (n hi - n lo ) B fordulatszám = n lo + 0,5 (n hi - n lo ) C fordulatszám = n lo + 0,75 (n hi - n lo )

73 ELR vizsgálat a jelen rész 6.2. pontja szerint végzett, állandó motorfordulatszámon alkalmazott terhelési fokozatok sorából álló ciklust jelent; Fordulatszám Európai terhelésreagálási vizsgálat (European load response test) 1. ciklus 2. ciklus 3. ciklus 4. ciklus Kiválasztott pont Terhelés

74 ETC vizsgálat 1800 másodpercről-másodpercre változó, átmeneti üzemállapotból álló ciklust jelent; Európai átmeneti ciklus (European transient cycle) Városi utak Vidéki utak Autópályák Fordulatszám % Nyomaték % Idő [s]

75 Köszönet nyilvánítások OTKA, biogázok tüzelési tulajdonságainak vizsgálata (T-T046860) c. projektnek OTKA, Megújuló energiaforrások tüzeléstechnikai vizsgálata c. (D ) projektnek

76 Köszönöm a figyelmet!