• Nie Znaleziono Wyników

Antoni Jankowski, Mirosław Kowalski: Alternative fuel in the combustion process of combustion engines. Paliwo alternatywne w procesie spalania silników spa-linowych

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Antoni Jankowski, Mirosław Kowalski: Alternative fuel in the combustion process of combustion engines. Paliwo alternatywne w procesie spalania silników spa-linowych"

Copied!
28
0
0

Pełen tekst

(1)

DOI 10.2478/jok-2018-0047 Antoni JANKOWSKI, Mirosław KOWALSKI

Air Force Institute of Technology (Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych)

ALTERNATIVE FUEL IN THE COMBUSTION

PROCESS OF COMBUSTION ENGINES

Paliwo alternatywne w procesie spalania

silników spalinowych

Abstract: The article analyses the impact of emulsified fuel, containing H2O2 hydrogen peroxide, on the emissions of nitrogen oxides and diesel engine smoke. The process of forming toxic components in exhaust gases of reciprocating engines during the engine operation, and the relationship that specifies the hydrogen peroxide decomposition process were presented. The research was carried out with the use of fuel containing 30%, 20% and 10% of hydrogen peroxide. The concentration courses of the nitric oxide (NO) and nitrogen oxides (NOx), as well as the (CO) carbon monoxide concentration and (S) engine smoke courses were shown separately for the external characteristics of the engine. Finally, the importance of knowledge related to the mechanisms of generation of toxic components in exhaust gases in the reciprocating engines was emphasised.

Keywords: combustion engines, air pollution, environmental protection

Streszczenie: W artykule podjęto się analizy wpływu paliwa emulsyjnego, zawierającego nadtlenek wodoru H2O2 na emisję tlenków azotu i dymienie silnika o zapłonie samoczynnym. Przybliżono proces tworzenia składników toksycznych w spalinach silników tłokowych podczas pracy silnika, a także zależność określającą proces rozpadu nadtlenku wodoru. Badania przeprowadzono przy wykorzystaniu paliwa zawierającego 30%, 20% i 10% perhydrolu. Pokazano przebiegi stężenia tlenku azotu (NO) i tlenków azotu (NOx) oraz przebiegi stężenia tlenku węgla (CO) i dymienia silnika (S) dla charakterystyki zewnętrznej silnika. Na zakończenie podkreślono wagę znajomości mechanizmów tworzenia składników toksycznych spalin w silnikach tłokowych.

(2)

1. Introduction

The combustion of fuels currently is and will be a basic way of energy generation in the nearest future, among others, for transport purposes [3]. Transport is the cause of many threats to the natural environment – it emits dust and particulates along with a number of gaseous harmful substances, as well as noise and vibration [4].

Hydrocarbons and nitrogen oxides are carcinogens, while the carbon monoxide and sulphur dioxide – poisonous. Sulphur dioxide, nitrogen oxides (mainly NO2) and hydrocarbons, accumulating in the atmosphere, react under the solar radiation influence; the so-called photochemical reactions resulting in smog that is very dangerous for human health [8].

The emulsified fuel particles sprayed as a result of the injection process contain a certain amount of water drops in the fuel cloud. However, the water content in diesel fuel must be optimised due to the overall efficiency of the engine operation, engine smoke degree and changes in the emissions of toxic components of fumes. The addition of water most strongly reduces the emissions of nitrogen oxides and this effect persists with an increase in the percentage water content. However, the emissions of carbon monoxide, hydrocarbons and particulates initially decreases with an increase in the proportion of water in the fuel, and after exceeding 20% of its content, an increase in the analysed parameters is observed [5].

With a water content of more than 30%, the emulsion may be a mixture with the water – oil and oil – water structure, which causes deterioration of useful indicators of the engine operation [6]. Furthermore, the water content significantly affects the basic fuel properties, such as freezing and flash points, which rise with an increase in the emulsion viscosity.

In this context, an attempt to use the aqueous solution of hydrogen peroxide as the emulsified fuel for diesel engines becomes interesting and legitimate.

2. Research methodology

The research was aimed at determining the impact of the emulsified fuel, containing H2O2, on the emissions of nitrogen oxides and the diesel engine smoke.

The formation of nitrogen oxides in the combustion process is the result of using oxygen from air as an oxidising agent, containing almost 4 times more nitrogen than oxygen. In the flame zone, there is nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2) marked with the common symbol of NOx. The speed of the formation of NOx is significantly affected by a flame type. In the case of gaseous homogeneous mixtures, the formation of NOx mainly depends on the mixture composition (F/A – fuel/air ratio)

(3)

and temperature. In the heterogeneous mixture, e.g. in case of the combustion of a stream of drops sprayed in the air (diffusion combustion), a decisive factor is the local mixture composition in the gas phase and local flame temperature.

Hydrogen peroxide is introduced into the combustion process in the form of emulsified fuel. It is subjected to decomposition with the release of oxygen under the reaction [11]:

2 2 2 1 2

H O =H O+ O +96.8 [kJ]

2 (1)

This decomposition spontaneously occurs under the influence of catalysts, which include dust and some metallic ions. The hydrogen peroxide has a strong oxidising effect; however, it can also act as a reducing agent towards even stronger oxidising agents. The test fuels were prepared on the basis of diesel fuel and hydrogen peroxide constituting 30% of the hydrogen peroxide solution H2O2. It should be noted that the fuel containing 10% of hydrogen peroxide contained only 3% of H2O2 and respectively: 20% of hydrogen peroxide corresponds to 6% of H2O2, and 30% of hydrogen peroxide corresponds to 9% of H2O2.

The tests were conducted at the engine test bench – 0. It consists of a single-cylinder diesel engine of S301D type and a hydraulic load brake of HWZ1 type, equipped with a strain gauge force sensor as well as measurement equipment and devices. By taking into account the need to avoid the impact of the engine speed controller, the tests were carried out in the range from 1 000 to 1 800 rpm.

Fig. 1. Diagram of the test bed: 1- engine, 2 - load brake, 3 - diesel fuel supply, 4 - test fuel supply system, 5 - rotational speed and torque indicator, 6 - exhaust gas analysers, 7 - opacimeter, 8 - atmosphere state indicators

1 2 4 5 6 7 8 3

(4)

3. Test results

The test results were summarised in tables no. 1, 2 and 3, and the selected characteristics were presented in Figures.

Table 1

The results for the engine powered by fuel containing 30% of hydrogen peroxide

External characteristics – 30% of hydrogen peroxide n [RPM] [Nm] Mo [kW] Ne [MPa] pe [kg/h] Ge [g/kWh] ge [ppm] NO [ppm] NOx [%] CO [FSN] S 1800 22.20 4.18 0.49 1.27 304.5 495 600 0.32 5.14 1600 20.68 3.46 0.46 1.11 321.8 440 510 0.15 4.09 1400 21.69 3.18 0.48 0.99 311.6 250 320 0.69 4.74 1200 25.75 3.23 0.57 0.86 267.4 300 400 0.47 5.91 1000 22.71 2.38 0.50 0.71 297.3 195 250 0.31 0.37

Fig. 2. The courses of power (Ne), torque (Mo), mean useful pressure (pe) and hourly fuel consumption (Ge) for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 30% of hydrogen peroxide

(5)

Fig. 3. The courses of the concentration of nitric oxide (NO) and nitrogen oxides (NOx)

for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 30% of hydrogen peroxide

Fig. 4. The courses of the carbon monoxide (CO) concentration and engine smoke (S) for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 30% of hydrogen peroxide

(6)

Fig. 5. The general characteristics of the concentration of nitrogen oxides (NOx, ppm) for the engine powered by fuel containing 30% of hydrogen peroxide

Fig. 6. The general characteristics of the carbon monoxide concentration (CO, %) for the engine powered by fuel containing 30% of hydrogen peroxide

Fig. 7. The general smoke characteristics (S, FSN) for the engine powered by fuel containing 30% of hydrogen peroxide

Fig. 8. The general characteristics of the specific fuel consumption (ge, g/kWh) for the engine

powered by fuel containing 30% of hydrogen peroxide

(7)

Table 2

The results for the engine powered by fuel containing 20% of hydrogen peroxide

External characteristics – 20% of hydrogen peroxide n [RPM] [Nm] Mo [kW] Ne [MPa] pe [kg/h] Ge [g/kWh] ge [ppm] NO [ppm] NOx [%] CO [FSN] S 1800 24.73 4.66 0.55 1.69 362.4 710 930 0.61 5.60 1600 24.23 4.06 0.54 1.43 351.5 720 960 0.52 6.13 1400 24.23 3.55 0.54 1.26 354.4 620 800 0.79 6.84 1200 24.23 3.04 0.54 1.09 357.4 500 620 0.74 6.49 1000 22.71 2.38 0.50 0.94 397.0 500 710 0.66 6.47

Fig. 9. The courses of power (Ne), torque (Mo), mean useful pressure (pe) and hourly fuel consumption (Ge) for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 20% of hydrogen peroxide

(8)

Fig. 10. The courses of the concentration of nitric oxide (NO) and nitrogen oxides (NOx)

for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 20% of hydrogen peroxide

Fig. 11. The courses of the carbon monoxide (CO) concentration and engine smoke (S) for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 20% of hydrogen peroxide

n [RPM] n [RPM]

(9)

Fig. 12. The general characteristics of the

concentration of nitrogen oxides (NOx, ppm) for the engine

powered by fuel containing 20% of hydrogen peroxide

Fig. 13. The general characteristics of the carbon monoxide concentration (CO, %) for the engine powered by fuel containing 20% of hydrogen peroxide

Fig. 14. The general smoke characteristics (S, FSN) for the engine powered by fuel containing 20% of hydrogen peroxide

Fig. 15. The general characteristics of the specific fuel consumption (ge, g/kWh) for the engine

powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

(10)

Table 3

The results for the engine powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

External characteristics – 10% of hydrogen peroxide n [RPM] [Nm] Mo [kW] Ne [MPa] pe [kg/h] Ge [g/kWh] ge [ppm] NO [ppm] NOx [%] CO [FSN] S 1800 25.24 4.76 0.56 1.79 376.7 400 580 0.74 6.11 1600 25.24 4.23 0.56 1.62 384.4 400 540 0.68 6.45 1400 25.24 3.70 0.56 1.41 381.6 400 510 0.84 6.83 1200 24.73 3.11 0.55 1.19 384.5 310 410 0.92 7.04 1000 24.23 2.54 0.54 1.00 393.6 280 370 0.81 7.80

Fig. 16. The courses of power (Ne), torque (Mo), mean useful pressure (pe) and hourly fuel consumption (Ge) for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

(11)

Fig.17. The courses of the concentration of nitric oxide (NO) and nitrogen oxides (NOx)

for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

Fig. 18. The courses of the carbon monoxide (CO) concentration and engine smoke (S) for the external characteristics of the engine powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

n [RPM]

(12)

Fig. 19. The general characteristics of the concentration of nitrogen oxides (NOx, ppm) for the engine

powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

Fig. 20. The general characteristics of the carbon monoxide concentration (CO, %) for the engine powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

Fig. 21. The general smoke characteristics (S, FSN) for the engine powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

Fig. 22. The general characteristics of the specific fuel consumption (ge, g/kWh) for the engine

powered by fuel containing 10% of hydrogen peroxide

(13)

4. Conclusions

On the basis of the conducted research and analysis of its results, it is possible to formulate the following conclusions:

1. It is possible to generate the stable emulsified fuel on the basis of the addition of hydrogen peroxide containing 30% of hydrogen peroxide.

2. The engine research was carried out on emulsified fuels containing 10%, 20% and 30% of hydrogen peroxide.

3. In the nitric oxide (NO) area, the use of fuel containing 20% of hydrogen peroxide results in the increase of emissions by about 20%. The fuel containing 10% and 30% of hydrogen peroxide reduces the NO emissions respectively to the level of 73% and 59% in relation to the engine power by diesel fuel.

4. In the area of nitrogen oxides (NOx), the use of fuel containing 20% of hydrogen peroxide results in the increase of emissions by 35%. The fuel containing 10% and 30% of hydrogen peroxide reduces the NOx emissions respectively to the level of 87% and 71% in relation to the engine power by diesel fuel.

5. In the carbon monoxide (CO) emission area, the emulsified fuel with hydrogen peroxide results in the greatest effect – 30% hydrogen peroxide presence reduces the CO emissions to the level of 19% in relation to the engine power by diesel fuel.

6. In the engine smoke area, the use of fuel containing hydrogen peroxide results in positive effects, proportional to its concentration. The fuel containing 30% of hydrogen peroxide reduces smoke to 50% in relation to the diesel fuel supply.

5. References

1. Bemert L., Strey R.: Diesel-Mikroemulsionen als alternativer Kraftstoff. 5. FAD Konferenz Herausforderung – Abgasnachbehandlung fuer Dieselmotoren. 7.11-8.11.2007 in Dresden.

2. Born C., Peters N.: Reduzierung der Russemssionen am DI-Dieselmotor durch zusaetzliche Einspritzung von Wasserstoffperoxid. MTZ 59 (1998) 6.

3. Izdebski M., Jacyna-Gołda I., Markowska K., Murawski J.: Heuristic algorithms applied to the problems of servicing actors in supply chains. Arch. Transp., vol. 44 iss. 4, s. 25-34, 2017.

4. Jachimowski R., Szczepański E., Kłodawski M., Markowska K., Dąbrowski J.: Selection of a container storage strategy at the rail-road intermodal terminal as a

(14)

function of minimization of the energy expenditure of transshipment devices and CO2

emissions. Rocz. Ochr. Środ., t. 20, s. 965-988, 2018.

5. Jakubowski J.: Silniki samochodowe zasilane paliwami zastępczymi [Automotive engines powered by substitute fuels]. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warsaw 1987.

6. Karta charakterystyki – Nadtlenek wodoru [Safety data sheet – Hydrogen peroxide]. Zakłady Azotowe "Puławy" S.A.

7. Kolanek C., Kułażyński M., Kempińska M.: Examination of the effects of water presece in Fuel on toxicity indices of a cxompression-ignitonengine. Journal of KONES; European Science Sdociety of Powertrain and Transport Publication; Warsaw 2007.

8. Kowalewicz A.: Podstawy procesów spalania [Fundamentals of combustion processes]. WNT, Warsaw 2000.

9. Kowalewicz A.: Tworzenie mieszanki i spalanie w silnikach spalinowych [Mixture formation and combustion in combustion engines]. WKŁ Warsaw 1984.

10. Riom E., Larson L-O., Hagstroem U.: Verminderung des NOx-Ausstosses von

Dieselmotoren mit dem Humid Air Motor-Prinzip. MTZ 63 (2002) No. 5.

11. Trzebiatowski W.: Chemia nieorganiczna [Inorganic chemistry]. PWN, Warsaw 1979. 12. Warnatz J., Mass U., Dibble R.W.: Verbrennung Physikalisch-Chemische Grundlagen, Modellierung und Simulation, Experimente, Schadstoffentstehung. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997.

(15)

PALIWO ALTERNATYWNE W PROCESIE SPALANIA

SILNIKÓW SPALINOWYCH

1. Wprowadzenie

Spalanie paliw jest i będzie w najbliższej przyszłości podstawowym sposobem pozyskiwania energii, między innymi dla celów transportowych [3]. Transport jest przyczyną wielu zagrożeń dla środowiska naturalnego – emituje pyły i cząstki stałe wraz z wieloma gazowymi substancjami szkodliwymi oraz hałas i drgania [4].

Węglowodory i tlenki azotu są rakotwórcze, a tlenek węgla i dwutlenek siarki – trujące. Dwutlenek siarki, tlenki azotu (głównie NO2) i węglowodory, gromadząc się w atmosferze wchodzą w reakcje pod wpływem promieniowania słonecznego, tzw. reakcje fotochemiczne, w wyniku których powstaje bardzo groźny dla ludzkiego zdrowia smog [8].

Rozpylone w wyniku procesu wtrysku cząsteczki paliwa emulsyjnego zawierają pewną ilość kropel wody w obłoku paliwa. Zawartość wody w oleju napędowym musi być jednak zoptymalizowana ze względu na ogólną sprawność pracy silnika, stopień dymienia silnika oraz zmiany w emisji toksycznych składników spalin. Dodatek wody najsilniej wpływa na obniżenie emisji tlenków azotu i wpływ ten utrzymuje się ze wzrostem procentowym zawartości wody. Natomiast emisja tlenku węgla, węglowodorów i cząstek stałych początkowo maleje ze wzrostem udziału wody w paliwie, a po przekroczeniu 20% jej zawartości obserwuje się wzrost analizowanych parametrów [5].

Przy zawartości wody większej niż 30% emulsja może stanowić mieszaninę o strukturze typu woda – olej i olej – woda, co powoduje pogorszenie użytecznych wskaźników pracy silnika [6]. Ponadto zawartość wody wpływa znacząco na podstawowe właściwości paliwa, takie jak temperatura krzepnięcia i temperatura zapłonu, która wzrasta ze wzrostem lepkości emulsji.

W takim kontekście interesująca i uzasadniona staje się próba wykorzystania roztworu wodnego nadtlenku wodoru jako paliwa emulsyjnego dla silników o zapłonie samoczynnym.

(16)

2. Metodyka badań

Badania miały na celu określenie wpływu paliwa emulsyjnego, zawierającego H2O2, na emisję tlenków azotu i dymienie silnika o zapłonie samoczynnym.

Powstawanie tlenków azotu w procesie spalania jest wynikiem wyko-rzystywania jako utleniacza tlenu z powietrza, zawierającego prawie 4 razy więcej azotu niż tlenu. W strefie płomieni występuje tlenek azotu (NO) i dwutlenek azotu (NO2) oznaczane wspólnym symbolem NOx. Na szybkość tworzenia się NOx istotny wpływ ma rodzaj płomienia. W przypadku gazowych mieszanin jedno-rodnych powstawanie NOx zależy głównie od składu mieszaniny (stosunku F/A – paliwo/powietrze) i temperatury. W mieszaninie niejednorodnej, np. w przypadku spalania strugi kropel rozpylonych w powietrzu (spalanie dyfuzyjne), decydującym czynnikiem jest lokalny skład mieszaniny w fazie gazowej oraz lokalna temperatura płomienia.

Nadtlenek wodoru zostaje wprowadzony do procesu spalania w formie paliwa emulsyjnego. Ulega on rozpadowi z wydzieleniem tlenu w myśl reakcji [11]:

2 2 2 1 2

H O =H O+ O +96.8 [kJ]

2 (1)

Rozpad ten przebiega samorzutnie pod wpływem czynników katalizujących, do których należy pył i niektóre jony metaliczne. Nadtlenek wodoru ma działanie silnie utleniające, jednak wobec jeszcze silniejszych utleniaczy może działać także redukująco. Paliwa badawcze przygotowano na bazie oleju napędowego i perhydrolu, stanowiącego 30% roztwór nadtlenku wodoru H2O2. Należy zaznaczyć, że paliwo zawierające 10% perhydrolu zawierało tylko 3% H2O2 i odpowiednio: 20% perhydrolu odpowiada 6% H2O2, a 30% perhydrolu odpowiada 9% H2O2.

Badania przeprowadzano na silnikowym stanowisku badawczym (0). Składa się ono z jednocylindrowego silnika o zapłonie samoczynnym typu S301D oraz hydraulicznego hamulca obciążeniowego typu HWZ1, wyposażonego w tensometryczny przetwornik siły oraz sprzęt i aparaturę pomiarową. Ze względu na potrzebę uniknięcia wpływu regulatora prędkości obrotowej silnika, badania prowadzono w przedziale od 1000 do 1800 obr/min.

(17)

Rys. 1. Schemat hamownianego stanowiska: 1- silnik, 2 - hamulec obciążeniowy, 3 - doprowadzenie oleju napędowego, 4 - instalacja zasilania paliwem badawczym, 5 - miernik prędkości obrotowej i momentu obrotowego, 6 - analizatory gazów spalinowych, 7 - dymomierz, 8 - mierniki stanu atmosfery

3. Wyniki badań

Wyniki badań zestawiono w tabelach nr 1, 2 i 3, a wybrane charakterystyki przedstawiono na rysunkach.

Tabela 1

Wyniki dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 30% perhydrolu

Charakterystyka zewnętrzna – 30% perhydrolu n [RPM] [Nm] Mo [kW] Ne [MPa] pe [kg/h] Ge [g/kWh] ge [ppm] NO [ppm] NOx [%] CO [FSN] S 1800 22,20 4,18 0,49 1,27 304,5 495 600 0,32 5,14 1600 20,68 3,46 0,46 1,11 321,8 440 510 0,15 4,09 1400 21,69 3,18 0,48 0,99 311,6 250 320 0,69 4,74 1200 25,75 3,23 0,57 0,86 267,4 300 400 0,47 5,91 1000 22,71 2,38 0,50 0,71 297,3 195 250 0,31 0,37 1 2 4 5 6 7 8

(18)

Rys. 2. Przebiegi mocy (Ne), momentu obrotowego (Mo), średniego ciśnienia użytecznego (pe) i godzinowego zużycia paliwa (Ge) dla charakterystyki zewnętrznej silnika zasilanego paliwem zawierającym 30% perhydrolu

Rys. 3. Przebiegi stężenia tlenku azotu (NO) i tlenków azotu (NOx) dla charakterystyki

(19)

Rys. 4. Przebiegi stężenia tlenku węgla (CO) i dymienia silnika (S) dla charakterystyki zewnętrznej silnika zasilanego paliwem zawierającym 30% perhydrolu

Rys. 5. Charakterystyka ogólna stężeń tlenków azotu (NOx, ppm) dla

silnika zasilanego paliwem zawierającym 30% perhydrolu

Rys. 6. Charakterystyka ogólna stężeń tlenku węgla (CO, %) dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 30% perhydrolu

(20)

Rys. 7. Charakterystyka ogólna dymienia (S, FSN) dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 30% perhydrolu

Rys. 8. Charakterystyka ogólna jednostko-wego zużycia paliwa (ge, g/kWh)

dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 30% perhydrolu

Tabela 2

Wyniki dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 20% perhydrolu

Charakterystyka zewnętrzna – 20% perhydrolu n [RPM] [Nm] Mo [kW] Ne [MPa] pe [kg/h] Ge [g/kWh] ge [ppm] NO [ppm] NOx [%] CO [FSN] S 1800 24,73 4,66 0,55 1,69 362,4 710 930 0,61 5,60 1600 24,23 4,06 0,54 1,43 351,5 720 960 0,52 6,13 1400 24,23 3,55 0,54 1,26 354,4 620 800 0,79 6,84 1200 24,23 3,04 0,54 1,09 357,4 500 620 0,74 6,49 1000 22,71 2,38 0,50 0,94 397,0 500 710 0,66 6,47

(21)

Rys. 9. Przebiegi mocy (Ne), momentu obrotowego (Mo), średniego ciśnienia użytecznego (pe) i godzinowego zużycia paliwa (Ge) dla charakterystyki zewnętrznej silnika zasilanego paliwem zawierającym 20% perhydrolu

Rys. 10. Przebiegi stężenia tlenku azotu (NO) i tlenków azotu (NOx) dla charakterystyki

(22)

Rys. 11. Przebiegi stężenia tlenku węgla (CO) i dymienia silnika (S) dla charakterystyki zewnętrznej silnika zasilanego paliwem zawierającym 20% perhydrolu

Rys. 12. Charakterystyka ogólna stężeń tlenków azotu (NOx, ppm) dla

silnika zasilanego paliwem zawierającym 20% perhydrolu

Rys. 13. Charakterystyka ogólna stężeń tlenku węgla (CO, %) dla silnika zasilanego paliwem zawierają-cym 20% perhydrolu

(23)

Rys. 14. Charakterystyka ogólna dymienia (S, FSN) dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 20% perhydrolu

Rys. 15. Charakterystyka ogólna jednostko- wego zużycia paliwa (ge, g/kWh)

dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 10% perhydrolu

Tabela 3

Wyniki dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 10% perhydrolu

Charakterystyka zewnętrzna – 10% perhydrolu n [RPM] [Nm] Mo [kW] Ne [MPa] pe [kg/h] Ge [g/kWh] ge [ppm] NO [ppm] NOx [%] CO [FSN] S 1800 25,24 4,76 0,56 1,79 376,7 400 580 0,74 6,11 1600 25,24 4,23 0,56 1,62 384,4 400 540 0,68 6,45 1400 25,24 3,70 0,56 1,41 381,6 400 510 0,84 6,83 1200 24,73 3,11 0,55 1,19 384,5 310 410 0,92 7,04 1000 24,23 2,54 0,54 1,00 393,6 280 370 0,81 7,80

(24)

Rys. 16. Przebiegi mocy (Ne), momentu obrotowego (Mo), średniego ciśnienia użytecznego (pe) i godzinowego zużycia paliwa (Ge) dla charakterystyki zewnętrznej silnika zasilanego paliwem zawierającym 10% perhydrolu

Rys. 17. Przebiegi stężenia tlenku azotu (NO) i tlenków azotu (NOx) dla charakterystyki

(25)

Rys. 18. Przebiegi stężenia tlenku węgla (CO) i dymienia silnika (S) dla charakterystyki zewnętrznej silnika zasilanego paliwem zawierającym 10% perhydrolu

Rys. 19. Charakterystyka ogólna stężeń tlenków azotu (NOx, ppm) dla

silnika zasilanego paliwem zawierającym 10% perhydrolu

Rys. 20. Charakterystyka ogólna stężeń tlenku węgla (CO, %) dla silnika zasilanego paliwem zawierają-cym 10% perhydrolu

(26)

Rys. 21. Charakterystyka ogólna dymienia (S, FSN) dla silnika paliwem zawierającym 10% perhydrolu

Rys. 22. Charakterystyka ogólna jednostko-wego zużycia paliwa (ge, g/kWh)

dla silnika zasilanego paliwem zawierającym 10% perhydrolu

4. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badań i analizy ich wyników można postawić następujące wnioski:

1. Możliwe jest wytworzenie trwałego paliwa emulsyjnego na bazie dodatku nadtlenku wodoru o zawartości do 30% perhydrolu.

2. Badania silnikowe przeprowadzono na paliwach emulsyjnych zawierających 10%, 20% i 30% perhydrolu.

3. W obszarze tlenku azotu (NO) użycie paliwa zawierającego 20% perhydrolu powoduje wzrost emisji o około 20%. Paliwo o zawartości 10% i 30% perhydrolu obniża emisję NO odpowiednio do poziomu 73% i 59% w stosunku do zasilania silnika olejem napędowym.

4. W obszarze tlenków azotu (NOx) użycie paliwa zawierającego 20% perhydrolu powoduje wzrost emisji o 35%. Paliwo o zawartości 10% i 30% perhydrolu obniża emisję NOx odpowiednio do poziomu 87% i 71% w stosunku do zasilania silnika olejem napędowym.

(27)

5. W obszarze emisji tlenku węgla (CO) paliwo emulsyjne z perhydrolem powoduje największy efekt – 30% udział perhydrolu obniża emisję CO do poziomu 19% w stosunku do zasilania silnika olejem napędowym.

6. W obszarze dymienia silnika użycie paliwa z zawartością perhydrolu powoduje pozytywne efekty, proporcjonalne do jego stężenia. Paliwo o zawartości 30% perhydrolu obniża dymienie do 50% w stosunku do zasilania olejem napędowym.

5. Literatura

1. Bemert L., Strey R.: Diesel-Mikroemulsionen als alternativer Kraftstoff. 5. FAD Konferenz Herausforderung – Abgasnachbehandlung fuer Dieselmotoren. 7.11-8.11.2007 in Dresden.

2. Born C., Peters N.: Reduzierung der Russemssionen am DI-Dieselmotor durch zusaetzliche Einspritzung von Wasserstoffperoxid. MTZ 59 (1998) 6.

3. Izdebski M., Jacyna-Gołda I., Markowska K., Murawski J.: Heuristic algorithms applied to the problems of servicing actors in supply chains. Arch. Transp., vol. 44 iss. 4, s. 25-34, 2017.

4. Jachimowski R., Szczepański E., Kłodawski M., Markowska K., Dąbrowski J.: Selection of a container storage strategy at the rail-road intermodal terminal as a function of minimization of the energy expenditure of transshipment devices and CO2

emissions. Rocz. Ochr. Środ., t. 20, s. 965-988, 2018.

5. Jakubowski J.: Silniki samochodowe zasilane paliwami zastępczymi. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1987.

6. Karta charakterystyki - Nadtlenek wodoru. Zakłady Azotowe „Puławy” S.A.

7. Kolanek C., Kułażyński M., Kempińska M.: Examination of the effects of water presece in Fuel on toxicity indices of a cxompression-ignitonengine. Journal of KONES; European Science Sdociety of Powertrain and Transport Publication; Warsaw 2007.

8. Kowalewicz A.: Podstawy procesów spalania. WNT, Warszawa 2000.

9. Kowalewicz A.: Tworzenie mieszanki i spalanie w silnikach spalinowych. WKŁ, Warszawa 1984.

10. Riom E., Larson L-O., Hagstroem U.: Verminderung des NOx-Ausstosses von

Dieselmotoren mit dem Humid Air Motor-Prinzip. MTZ 63 (2002) Nr 5. 11. Trzebiatowski W.: Chemia nieorganiczna. PWN, Warszawa 1979.

12. Warnatz J., Mass U., Dibble R.W.: Verbrennung Physikalisch-Chemische Grundlagen, Modellierung und Simulation, Experimente, Schadstoffentstehung. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 1997.

(28)

Cytaty

Powiązane dokumenty

w usuwaniu jonów metali ciężkich z zanieczyszczonego środowiska). Chemik 67(10), pp. 971–978 (in

Oxtoby [10] has also given an example of a completely regular Baire space whose square is not a Baire space, thus showing that a product theorem for Baire spaces cannot be

By means of micromechanical models, the stiffness of the stone-on-stone skeleton was predicted on the basis of the properties of mortar and PA mixes.. Based on the predic- tions,

and travel behavior. To achieve this aim panel data are used from the same  respondents 

visualizing the terms that occur most frequently in social media posts classified as food consumption activities in Amsterdam (a) and Istanbul (b).. For the sake of legibility,

After the synthesis of esters in water with different acyl donors or enzyme concentrations the kinetic parameters of MsAcT catalyzed transesterification in water was investigated.

• Kindling is an animal model of epilepsy by which repeated induction of a focal seizure discharge, usually carried out by focal electrical stimulation, results in a progressive