haku: @supervisor Larmi, Martti / yhteensä: 54
viite: 10 / 54
| Tekijä: | Berg, Hanna |
| Työn nimi: | Blandning av väte i naturgas som bränsle för gasmotorer |
| Hydrogen blending in gas engines | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2015 |
| Sivut: | viii + 62 Kieli: swe |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Oppiaine: | Energiatekniikka (K3007) |
| Valvoja: | Larmi, Martti |
| Ohjaaja: | Stegar, Jenny ; Portin, Kaj |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201512165569 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 3286 | Arkisto |
| Avainsanat: | internal combustion engines hydrogen blending emissions combustion duration förbränningsmotorer väte-natugasblandning utsläpp förbränningsvaraktighet |
| Tiivistelmä (eng): | Hydrogen blending in natural gas is analysed as a fuel for gas engines. The report includes test plans, the execution of the tests, analysis of the test results and conclusions. Blending of hydrogen in natural gas pipelines can become reality in the near future, and pure hydrogen engines have already been tested extensively. To be able to safely use hydrogen blends in a gas engine, the effect on knock and pre-ignition has to be studied. Since the flame propagation speed of hydrogen is much higher than that of methane, the blend will burn faster and at higher temperatures than a pure methane fuel. One area of focus in the report is security of the test cell to ensure safe operation with the highly explosive fuel during the tests. The tests were carried out on Wärtsilä 34 medium speed gas engines, one with a pre-chamber and the other with a spark plug. Both full load and part load points were tested with varying amounts of hydrogen. Different compression ratios were tested as well. The ignition timing was changed to find the optimal time of ignition. The maximum amount of hydrogen added to the fuel at full load was for the spark ignited engine 28 vol-% at medium compression ratio and for the engine with pre-chamber the maximum of 16 vol-% hydrogen was added at a high compression ratio. These points were run without adjustments to the engine, with high temperatures, pressures and NOx-levels. On lower compression ratio the maximum amount was increased, and at part load, 75 %, up to 60 vol-% hydrogen was added. The limiting factor was the supply system of hydrogen, not knock, indicating that even more could have been added. With adjustments to the engines the NOx-levels were decreased. The hydro carbon-emissions were decreased in the emissions. The results show that relatively high levels of hydrogen can be added to the engines, but that the ignition timing should be adjusted according to the hydrogen level to avoid high NOx-emissions. If an online tool for analysing the composition of the gas was developed, the engines of Wärtsilä could use gas with varying amount of hydrogen as well. |
| Tiivistelmä (swe): | Väte-naturgasblandningar analyseras i rapporten som bränsle för gasmotorer. Till rapporten hör planering av tester, utförning av tester och analys av testresultat samt slutsatser. Blandning av väte i gassystemet kan komma att bli verklighet inom nära framtid, och vätemotorer har redan testats i stor utsträckning. För att kunna använda väteblandningar i förbränningsmotorer bör inverkan på knackning och förbränningsvaraktighet analyseras. Eftersom väte brinner snabbare än metan kommer även blandningarna att brinna snabbare, med risk för ohanterlig knackning eller förtändning. I rapporten läggs vikt vid planeringen av säkerheten i testningsutrymmet, för att garantera säker operation av motorn under testerna. Testerna utfördes på Wärtsiläs medelsnabba gasmotorer, en med pilottändning och en med tändstiftständning, där både full och nedsatt last analyserades med varierande mängd väte. Tändningstidpunkten varieras för att analysera när den optimala tidpunkten är för de olika blandningarna. Högsta möjliga andelen väte som kan tilläggas i bränslet på full last var för tändstiftmotorn 28 vol-% på medelhögt kompressionsförhållande och 16 vol-% på motorn med pilottändning på högt kompressionsförhållande. Med lägre kompressionsförhållande kunde mera väte tilläggas, och med 75 % last kunde 60 vol-% väte tilläggas i bränslet. Mera än detta kunde ha körts från knackningssynpunkt, men systemet kunde inte mata högre än detta. Inga justeringar gjordes i motorn vid dessa punkter. Punkterna hade höga NOx-nivåer, vilket beror på den höga temperaturen i cylindern. När tändningstidpunkten justerades kunde mera väte tilläggas, och NOx-nivån sjönk. Kolväte-utsläppen minskade, speciellt på tändstiftsmotorn vid höga andelar väte. Resultaten visar att Wärtsiläs motorer kan köras på relativt hög andel väte om tändningstidpunkten justeras. Utan justering i tändningstidpunkt är trycken och temperaturerna i motorn omöjligt höga och ger upphov till höga NOx-utsläpp. Vid optimal tändningstidpunkt kommer flera fördelar fram, som lägre kolväte-utsläpp. Framtida forskningsmöjligheter finns i att köra tester med dessa bränslen på varierande last. För att väte ska kunna tilläggas i gasnätverket för Wärtsiläs del borde ett verktyg för att kontinuerligt analysera inkommande gas till motorn utvecklas, så tändningstidpunkten kan justeras snabbt. |
| ED: | 2016-01-17 |
INSSI tietueen numero: 52694
+ lisää koriin
INSSI