Ежегодная Международная конференция "Сотрудничество для решения проблемы отходов"


Главная страница
Сведения об авторах

Эксплуатационные характеристики двигателей, работающих на биодизельном топливе

Семенов В. Г., ООО «НИИ альтернативных топлив», Харьков, Украина

Необходимость экономии энергоносителей, ужесточение норм выбросов вредных веществ и ограничение эмиссии диоксида углерода заставляют искать альтернативные виды топлива, в частности, на основе растительных масел и животных жиров. Интенсивные работы по переводу дизельных двигателей на биодизельное топливо ведутся в странах и с ограниченными топливно-энергетическими ресурсами, и со значительными природными запасами жидких энергоносителей.

С химической точки зрения биодизельное топливо представляет собой смесь метиловых (этиловых) эфиров насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Его применение позволяет снизить выбросы вредных веществ с отработанными газами.

Согласно Киотскому протоколу, одна из главных причин возникновения парникового эффекта — увеличение выбросов диоксида углерода в атмосферу в связи с ростом потребления ископаемого органического топлива (нефти, газа, угля). В настоящее время ежегодный выброс СО2 в атмосферу Земли, связанный с антропогенной деятельностью, достигает 25 млрд т. С 2008 по 2012 гг. каждая страна должна снизить выбросы СО2 на 6 % по отношению к уровню 1990 г.

Рассмотрим проблему выбросов СО2 на примере дизельных двигателей, которые в последнее время все больше вытесняют бензиновые в легковом автомобилестроении, занимают доминирующее положение в грузовой и сельскохозяйственной технике, на тепловозном и судовом транспорте. В табл. 1 приведены нормы СО2 в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания, принятые в ЕС.

Таблица 1

Нормы СО2 в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания в ЕС

Год

1995

2000

2003

2008

2012

Количество СО2, г/км

190

175

166

140

120

Количество диоксида углерода в отработанных газах зависит от затрат топлива Вт (в л/100 км или г/100 км) и относительной доли углерода в составе топлива С (бензин — 0,855; дизельное топливо — 0,87; биодизельное топливо — 0,77) и определяется формулой

Мсо2 = 3,67·Вт·С.

Низшая теплота сгорания дизельного топлива составляет 42,5 МДж/кг, а биодизельного — 37,5 МДж/кг (из-за наличия кислорода в молекуле метиловых эфиров). С 1 га пашни можно получить сырье для производства 1 т биодизельного топлива, при сгорании которого в атмосферу выделяется 2,8 т СО2 (см. приведенную выше формулу). Образовавшийся диоксид углерода поглощается зеленой массой растущих маслосодержащих растений, при этом 1 га рапсового поля за сезон связывает до 20—22 т СО2.

В качестве сырья для получения биодизельного топлива, помимо рапса (Европа) и сои (США, Аргентина), можно использовать отработанный фритюрный жир, отходы мясокомбинатов и птицефабрик, липиды микроводорослей, бактерии и грибы, содержащие в своих клетках углеводороды, быстрорастущую биомассу и др.

Рассмотрим влияние некоторых физико-химических показателей биодизельного топлива, определяемых национальным стандартом ДСТУ 6081:2009, на параметры дизеля, его экологические и эксплуатационные характеристики.

Биодизельное топливо имеет на 10 % большую плотность и в 1,5 раза большую кинематическую вязкость, чем дизельное топливо, что обусловливает некоторое увеличение дальнобойности топливного факела и диаметра капель распыленного топлива. В результате количество биодизельного топлива, попадающего на стенки камеры сгорания и гильзы цилиндра, может возрасти.

Поскольку коэффициент сжимаемости биодизельного топлива меньше, чем дизельного, действительный угол опережения впрыскивания топлива и максимальное давление увеличиваются.

Высокое цетановое число биодизельного топлива (> 51) способствует сокращению периода задержки воспламенения и менее «жесткой» работе дизеля.

Температура вспышки биодизельного топлива в закрытом тигле (120 °С) почти в 3 раза больше, чем дизельного, что обеспечивает высокую пожаробезопасность.

Молекула метилового эфира содержит 10 % кислорода. Наличие окислителя в молекуле топлива интенсифицирует процесс сгорания и повышает температуру в цилиндре дизеля, что, с одной стороны, увеличивает индикаторный и эффективный КПД двигателя, а с другой — приводит к некоторому росту количества NOx в отработанных газах. Меньшее количество углерода (~77 %) и наличие кислорода в молекуле обусловливают уменьшение низшей теплоты сгорания биодизельного топлива по сравнению с дизельным.

Данные о снижении выбросов вредных компонентов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Снижение выбросов при использовании биодизельного топлива

Дизельный двигатель

Снижение выбросов, %

СО

СnHm

РМ*

Сажа

с вихревой камерой (предкамерой)

12

35

36

50

непосредственным впрыском

10

10

24

52

                                                          * Твердые частицы.

Некоторое увеличение выбросов NOx можно компенсировать следующими мерами:

   уменьшением действительного угла опережения впрыскивания топлива;

   рециркуляцией отработанных газов;

   подачей воды на впуске.

При эксплуатации дизельных двигателей на биодизельном топливе необходимо обратить внимание на следующее.

Перед началом работы нужно промыть фильтр грубой и тонкой очистки топлива. Из-за повышенной агрессивности биодизельного топлива требуется замена топливных шлангов и прокладок на изделия, изготовленные из устойчивого к нему материала, а также тщательное удаление биодизельного топлива, попавшего на лакокрасочные покрытия. В некоторых случаях необходима более частая смена моторного масла из-за разжижения биодизельным топливом, попадающим в него. Возможно некоторое увеличение уровня шума и дымности при холодном пуске. При низких температурах требуется применение депрессорных присадок. Вследствие большой гигроскопичности биодизельного топлива необходимо контролировать содержание воды в нем, чтобы избежать развития микроорганизмов, образования перекисей и коррозии элементов топливной аппаратуры.

Performance of Biodiesel-Powered Engines

Semenov V. G., Research Institute of Alternative Fuels Ltd, Kharkiv, Ukraine

The recommendations on the operation of diesel engines running on biodiesel are provided in this paper.

Главная страница

Сведения об авторах

Семенов Владимир Григорьевич, канд. техн. наук, директор, ООО «НИИ альтернативных топлив», ул. Социалистическая, 8а, к. 13, Харьков, 61093, Украина. Моб. (050) 985-15-77. E-mail


© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 28.03.11