Вплив складу синтезованого газу на процес згоряння суміші у двигуні внутрішнього згоряння

Abstract

Стаття присвячена застосуванню низькоенергетичного синтезованого газу (синтез-газу) в якості палива для двигунів внутрішнього згоряння, які у свою чергу передають механічну енергію до когенераційної установки (комбінованого виробництва тепла та електроенергії). Подібні енергетичні установки дозволяють досягти високих значень сумарного ефективного ККД при використанні звичайного двигуна внутрішнього згоряння з іскровим запаленням. Аналізовані синтез-гази можуть бути отримані методом газифікації побутових відходів з доступом до повітря. Досліджено вплив складу компонентів синтезованого газу на внутрішні параметри двигуна внутрішнього згоряння. Процес подачі палива до двигуна керувався стандартним блоком з підключенням до нього декількох датчиків в камері згоряння та випускному колекторі. Робота двигуна на всіх сумішах синтез-газів порівнювалася з роботою на чистому метані. Аналіз показує, що падіння показників ефективності у вигляді індикаторного середнього ефективного тиску коливається від 10% до 40% порівняно з роботою на чистій метановій суміші. Зі збільшенням частки водню в синтезованому газі збільшується жорсткість ходу двигуна, а також швидкість тепловиділення. При вмісті в синтез-газі високої частки монооксиду вуглецю жорсткість ходу двигуна була найнижча. Представлені результати дозволяють аналізувати процеси, які відбуваються в двигуні внутрішнього згоряння, а також вплив складових синтезованого газу, виробленого з відновлюваних джерел енергії. Це дозволить налаштувати процес виробництва газу таким чином, щоб досягти якомога найвищих енергетичних та економічних показників його утилізації в когенераційній установці.

The article is devoted to the use of low-energy synthesized gas (synthesis gas) as a fuel for internal combustion engines, which in turn transmit mechanical energy to a cogeneration plant (combined production of heat and electricity). Such power plants allow you to achieve high values of total effective efficiency when using a conventional internal combustion engine with spark ignition. The analysed synthetic gases can be obtained by the method of gasification of household waste with access to air. In this work, synthesis gases were obtained in laboratory conditions. The composition of the components of the studied synthesis gases corresponds to several gas mixtures that are created during the artificial gasification of household waste of certain categories. The influence of the composition of the synthesis gas components on the internal parameters of the internal combustion engine was studied. The process of supplying fuel to the engine was controlled by a standard block with several sensors connected to it in the combustion chamber and the exhaust manifold. Engine operation on all synthesis gas mixtures was compared with operation on pure methane mixture. The analysis shows that the drop in efficiency indicators in the form of indicator mean effective pressure (IMEP) ranges from 10% to 40% compared to work on a pure methane mixture. With an increase in the proportion of hydrogen in the synthesis gas, the stiffness of the engine, as well as the rate of heat generation, increases. When the synthesis gas contained a high proportion of carbon monoxide, the stiffness of the engine was the lowest. The main combustion time of synthesis gas is reduced when hydrogen is added to the mixture, and due to an increase in the proportion of methane or carbon monoxide, it increases on the contrary. The presented results make it possible to analyses the processes occurring in the internal combustion engine, as well as the influence of the components of the synthesis gas produced from renewable energy sources. This will make it possible to adjust the gas production process in such a way as to achieve the highest possible energy and economic indicators of its utilization in the cogeneration plant.