双燃料发动机推动的可行性与废植物油和市政有机部分发电在城市地区

文摘

生物质,在形式的残留和浪费,可以用来产生能量较低的环境影响。重要的是使用原料接近的地方浪费可用,最短的转化途径,过程效率最大化。特别是废植物油和城市固体垃圾的有机分数代表城市燃料生产的良好来源。双燃料发动机可以考虑为一个有效的管理这些废物。事实上,双燃料技术可以实现整体效率的典型柴油机废气排放干净。摘要推动热电联产系统的可行性与废植物油和沼气是讨论和评估报告的性能和排放试验活动的基础上双燃料重型发动机相比,柴油和火花点火发动机。的比例从垃圾沼气潜力,从废植物油生物柴油潜力估计,它适合双燃料推动的结果。70千瓦的电力安装可以达到每10000人。

1。介绍

化石燃料成本增加和气候变化相关的开发需要一个替代资源的能源生产的主要份额,特别是从浪费或可再生能源。最近,高度重视生物质生产燃料的使用,特别是对运输作为替代汽油。生物燃料的生产是一种使用太阳能。然而,转换效率低的全球进程可以创建土地生产食品和能源之间的竞争。从这个考虑获得专门的能源作物不能被视为解决方案之间的能量和环境问题。生物燃料生产时从浪费成了非常有趣或剩余的其他人类活动,但是,在这种情况下,有限的原料只能贡献小的影响减少化石燃料的需求。此外,浪费会造成强烈的高效能源使用控制废物处理的问题。在生物燃料生产的情况下,专用能源作物,重要的是支持那些“生物质能源“全球最好的效率,为了减少土地使用竞争,(1],“浪费能量”转换,它可能是重要的收集附近的原料浪费可用的地方,实现最短的转换路径,过程效率最大化。

考虑废物产生在城市地区,一个适当的选择性收藏后,它可能使用的有机分数市政固体废物(垃圾)和废植物油(WVOs)和脂肪对能源生产。这些原料的人均潜力,将讨论,可能达到(特别是在意大利,但欧洲的平均值将不是那么不同)理论的价值相当于每年约10公斤的甲烷。考虑每年人均用电量(意大利)约5500千瓦时/年(2)和假设产生这种能量高效的天然气(NG)植物(联合循环),人均每年的燃料需求,作为电力消耗方面唯一的数量,每年约800公斤的甲烷是等价。所以速度接近1%的这个需求可以会见了燃料来自有机垃圾焚烧和WVO分数。现在,更大的一部分WVO产生污水排入当地网络,而收集到的部分通常是用于生产生物柴油与常规柴油炼油厂混合。而不是垃圾有机分数越来越有选择性的收集和堆肥或转换在沼气蒸煮器工厂。这似乎不是非常高效的管理;事实上,这两个废物处理分别在几个地方远离生产区域。

本文提出了一种更高效的利用可再生来源。双燃料发动机推动与垃圾沼气和生物柴油从WVO一直考虑实现更高效的浪费能量转换途径。此外,适当的考虑,由于原料数量有限,热电联产(CHP)生产与内燃机(ICE)可能比其他系统更合适(涡轮机)或比生物燃料的生产适合交通部门。双燃料技术代表了最优解为管理提供可能性two-waste类型学在同一个工厂气体和液体燃料在一个引擎允许他们利用全球效率的典型柴油机但清洁废气排放,所以适合城市地区。

2。城市固体垃圾沼气潜力从有机的一部分

捕捉和利用有机废弃物分解过程中产生的甲烷,可以显著降低大气中温室气体的排放。沼气生产工厂是一个有吸引力的方式,选择简单的堆肥,减少有机物垃圾填埋处理,根据欧盟。

沼气厌氧发酵的过程中产生(也称为消化),由生物分解的有机物在无氧环境激活通过厌氧微生物(细菌)。可生物降解的有机物转化为甲烷的混合物(CH₄)和二氧化碳(有限公司₂)和少量的硫化氢(H₂S),微量的氢(H₂)、氮(N₂),氨(NH)₃)和氧(O₂)可以在沼气。通常,混合物饱和水蒸气和可能含有尘埃粒子和硅氧烷。

沼气是报道的典型成分表1(3]。

一些沼气礼节,依赖的甲烷含量,计算数据所示1和2。

生物分解有机废物没有氧气是一个过程,自发地出现在自然界中,特别是在老垃圾填埋场的环境温度。因此,控制和露天垃圾填埋场沼气的负责任的逃逸到大气中。因为甲烷的温室效应比二氧化碳高(超过20次),捕获和燃烧的CH₄从有机物质分解为地球减少全球变暖做出贡献。在控制垃圾填埋场,可以捕捉沼气生成的一部分。关闭反应堆(消化器)的使用,生产沼气,优化所有参与生物过程因素(温度、pH值、原料,保留时间的系统,和固体含量),导致更高的收益率甲烷的沼气大大降低逃入大气中。一定量的热量需要消化池的温度保持在最佳水平。热量是由燃烧产生沼气的一部分。尤其是对其生产沼气的分享传统植物通常在25%左右。

原料适合沼气的生产都是会腐败的生物质:粪便或污水,垃圾中有机部分,从能源作物和植物,考虑到木质素含量越高越低的沼气可以实现的。在表2报道的沼气可生产的数量(在几周后蒸煮器)从不同原料的厌氧发酵。沼气产量质量表示为一个百分比的干或湿的材料。沼气产量数据,如吨油当量,来自[4加上原料干物质含量。然后沼气产量在原料的质量百分数表示考虑平均低发热值19 MJ /公斤(获得的平均值图2)。

尽管沼气可以直接利用的最大效率CHP植物,甲烷的沼气升级是最好的替代汽车燃料或用它来取代化石NG在现有网络。这个过程增加了能量通过移除有限公司₂,提高甲烷含量,同时去除尘埃粒子,H₂年代,硅氧烷和其他杂质,防止污染和危险的化合物在燃烧的形成。升级过程所需的能量消耗大约10%的甲烷产生,估计从过程中所需的能量消耗5]。当第二代生物燃料生产的技术将成为可用,也将可能获得甲烷,从生物质气化合成气甲烷化。

城市有机垃圾的主要来源是有机垃圾湿分数(近30%)(大约每天人均1.5公斤,在欧洲)。

的步骤来估计人均每日甲烷,潜在生产450克湿垃圾有机分数(人均每天1500克)在图所示3(6]。近68 g的沼气升级22克甲烷产生的废物可以每天获得每个人。

因此,每年将近8公斤的甲烷(约9千克的甲烷,相当于沼气)的形式可能是人均来自垃圾的有机部分。

3所示。生物柴油潜力WVO和脂肪

废植物油是使用食用油的构成或其他蔬菜和动物油脂和脂肪。

在几个欧洲成员国,一些财团目前活跃WVO收集。废物收集和回收工业协会主要是使用石油从油炸食品生产行业和家庭。石油用于煎炸,而本身并不危险,应该分开收集和处理其他类型的浪费。在现实中,只有少量单独收集。大部分的石油,尤其是废油和脂肪从家庭,通过污水处理,达到污水处理厂高成本增加经济和精力充沛的污水处理过程。

在意大利,目前,据估计,垃圾数量组成的植物和动物油脂在一年生产280000吨,其中50%来自家庭。这个量对应大约每人每年5公斤,而每人每年消费大约30公斤估计。类似的数量可以找到在其他欧洲国家7和在美国8]。对于餐饮业,植物和动物油脂的生产是估计为每年55000至60000吨的60%在2007年被收集和回收的一小部分,(9]。

难以想象回收整个年度人均生产,但需要增加回收废植物油的分享,而不是分散的基础研究发展的适当方法(10,11]。是很重要的一个有效的公共教育和沟通来提高回收废油的百分比。事实上,大量的油及其传播的持有者是集合的主要困难之一。

废油收集通常转换,高附加值产品,在蔬菜润滑剂,生物柴油,甘油,或燃料,能量回收。

废油收集在意大利的主要应用是生物柴油的生产。

生物柴油生产的过程包括几个阶段的处理和化学处理浪费油或脂肪是接受。特别是,大约可以获得100克生物柴油和10 g 100 g的甘油植物油使用10 g的甲醇(12]。酯交换过程使用一个能量相当于25 - 35%的可用能源在生产生物柴油13]。大部分的能量用于生产甲醇。

因此,假设人均份额的可回收浪费食物油脂有效收藏可能接近3公斤/年(在意大利在2007年0.65公斤),相同数量的人均每年产生生物柴油可以从废油脂。然而,只有65 - 75%的燃料可以视为有效地产生浪费由于酯交换过程的化石燃料的消耗。

4所示。最大能量转换效率

考虑到少量的燃料获得从废油和有机垃圾,典型的平均消费相比,它应该是重要的能源效率最大化至少为了获得最大的公司₂减少。因此,废物的距离产生的废物一起治疗应该减少精炼燃料的步骤的数量。WVO的回收和垃圾有机部分针对生物燃料的生产运输部门似乎不是最好的解决方案。事实上,在这种情况下,有必要获得燃料纯度高的特点,与传统的集中式生产混合燃料(特别是生物柴油)。会比使用这些废物发电和热电联产系统热的城市垃圾产量。

现在多数在小规模的基础上采用的技术是微型涡轮(MT)和冰。低权力参与,热电联产系统与内燃机将是首选。事实上,冰执行比太由于高电气(通常也整体)效率(14]。

CHP的植物,与传输的情况下,有可能适应燃料供给系统和燃烧模式可用的燃料实现能量输出的增加。

事实上,由于缺乏自主权问题,直接使用沼气的可能性现有的引擎,它有可能消除沼气升级的阶段甲烷,然后达到一个潜在的约25公斤/年人均沼气(能量相当于9公斤/年甲烷)获得近10%的整体废物能源转换效率。

把WVO转化为生物燃料,同时有大量的经验文献与引擎的推动下纯植物油(PPO)专用能源作物,经历不被发现与酯化废植物油。

生物柴油是化学处理的植物油。PPO的优点是生产过程很简单:冷压油的种子;油过滤器去除固体颗粒。因此,直接使用植物油作为发动机燃料的可能性,而不需要额外的酯交换过程会增加整体效率和有限公司₂减少。然而,nonesterified油的使用涉及到一些问题由于高粘度。运动粘度范围从50到90毫米²/ s PPO与4 - 6毫米²/ s常规柴油。现代柴油机燃油喷射系统的高粘度可能导致炼焦燃料注射器,环碳化,在润滑燃料(燃料的积累15]。非常高粘度提高泵的工作和增加液滴的大小由喷射器的喷射导致错误的混合物,热力学效率的降低,增加了烟尘排放和粒子。随着酯化油,发动机的性能和排放相当不受影响,和任何操作和耐久性问题是消除(16,17]。然而,PPO可以使用安全、方便地在柴油发动机,至少在小与普通柴油混合比率(18]。预热的石油是必要的。粘度测量表明需要预热的温度调整燃料注入燃烧室之前约90°以上(19,20.]。这个操作完成的引擎,引擎必须钻。这可能是一个并发症,当然在应用程序的情况下在运输而且对CHP工厂,因为这样的双槽的需要:一个用于PPO和一个用于柴油发动机冷启动和加热。

然而,在替换使用WVO PPO不是直接的,事实上,大量的杂质在使用石油(游离脂肪酸、聚合物、氯化物和磷脂)通过一个简单的清洗过程不能完全除去。废油,高酸度有额外的问题。酯交换过程应该执行获取methylester分数,而杂质浓缩在甘油分数(21]。曾经作为生物柴油酯化,没有实质性差异的发动机性能和排放,(22]。

5。使用的可行性CHP双燃料发动机推动沼气和WVO Methylester

由于气体和液体燃料的可用性,可以产生在同一热电厂,作为有机废物的处置设施和浪费油,使用双燃料的可能性(DF)引擎能量转换似乎青睐。

NG diesel-NG DF引擎,碳化物空气混合气进入气缸,通过试点柴油点燃注入,如压缩点火发动机。然后,通过不同的火焰燃烧传播方面几乎均匀的空气燃料混合物。在光与介质加载,稀混合气不允许快速火焰方面传播(23]。另一方面,在高负载,可能发生,自燃引起的废气温度和最喜欢的高摄入量和高水平的天然气替代(24]。DF的优势技术实现的可能性是一个典型的柴油发动机,整体效率高于一个完整NG火花点火(SI)引擎,但比柴油机废气排放清洁,尤其是颗粒物的排放。获得这些结果,至少在静止的条件下,不同的设备,如节流阀、EGR系统,和一个三方催化剂,必须实现和优化,25]。

在下面,数据取自实验活动开展,在静止的条件下,在史Motori,在两个不同的六缸重型发动机总线应用报道。这两个引擎是欧元欧元II柴油发动机和V NG SI引擎。欧元II柴油发动机推动全面柴油(FD)和DF模式。即使“欧元引擎”指的是发动机满足排放标准,如果欧元V引擎之间的比较,欧元FD II引擎,DF引擎有助于突出DF引擎的潜力。事实上,如果欧元V引擎,化学计量和三方催化剂,代表了最佳技术排放减少。相反,FD引擎是最好的技术效率高。欧元II柴油机的主要特点和欧元NG SI V引擎被发表在表3和4,分别。两个引擎都配备了三方的催化剂。

对欧元II引擎,Borghi & Saveri菲350年代涡流测力的使用刹车。一个层流流量计是利用空气流量测量;微观运动RFT 9739 NG Corioli质量流量计用于消费,而柴油消费是衡量电子综合重力系统AVL国防部730年。相反,对欧元四引擎,315千瓦APA异步测功机控制AVL彪马系统和Sensyflow热膜风速计为空气质量流量计。使用以下分析器测量废气排放:贝克曼HFID国防部404年THC,贝克曼HCLA国防部955年贝克曼NDIR国防部880年公司低浓度,哈特曼&布劳恩ura所言10 e不,有限公司₂阿,₂和CO浓度高。的准确性措施约±0.1%的扭矩和速度,为±1%、有限公司₂阿,₂、公司和THC排放,空气和燃料流量的±1%。

在图4的测试点是代表三个(FD-DF-NG)研究案例。测试点选择在整个运行范围的SI引擎和柴油机在FD模式。相反,在DF模式下,发动机工作区域是有限的不包括非常低和最大负荷,分别由于高总未燃烧的碳氢化合物(THC)和打击的风险。自从两个引擎有细微差别,最大速度和最大制动平均有效压力(BMEP),在图4、额定转速的测试点是规范化(速度/ SPEEDmax)和额定负载(BMEP / BMEPmax)的引擎。图中,DF工作区域(阴影区域)明显小于柴油(虚线区)之一。

从数据5,6,7,8可以看到,DF引擎,从柴油欧元获得第二引擎,可以达到一个低水平的发动机排放、有限公司₂包括,类似于欧元如果V引擎。THC,有限公司,排放报告测量下游三方所有的三个案例的催化剂。把颗粒物排放,减少尊重原FD发动机的平均,(25]。实验值与BMEP / BMEPmax报道,但是他们是指相同的速度和负载条件图4。这个选择证明自己的特定的排放和热效率更受负载,而不是速度的影响。

图9也表明,一个引擎效率高于SI引擎,在静止的条件下,可以使用DF引擎来实现。

在图10NG质量分数达到在DF显示模式。很高比例的NG(85 ~ 90%)被用来维持高质量的燃烧和低排放。

考虑潜在的有机废物可用在城市地区的9公斤/年人均甲烷当量和3公斤/年人均生物柴油,气体燃料的比例大约是75%,所以与DF引擎兼容。因此,它可能对所有固体和石油有机废物在同一个CHP DF发动机工厂。在成瘾,DF引擎可能非常适合CHP植物在城市地区;事实上,(我)随着热电联供装置将连接到电网将是没有必要在低负荷运行或迅速改变负载;(2)的引擎必须一天24小时工作,不能在额定功率运行,但它应该大部分时间工作在一个输出的大约便宜20%。所以它有可能保持柴油机的操作只有在完整的峰值功率。成瘾,它可能会达到最高约10%的力量小于名义FD,没有敲门,推迟引燃喷射。

在表5,可能的性能而言,电能生产和有限公司₂避免DF引擎推动与垃圾沼气和生物柴油从WVO报道。它可以指出,大约,测试引擎可能适合近的一个城市国人民。

6。结论

生物质,在形式的残留和浪费,可以管理来产生能量,同时减少对环境的影响。在城市地区,WVO和垃圾的有机分数代表生产生物燃料的原料。然而,电能可恢复相比,平均消费是接近1%。所以应该是重要的能源效率最大化至少为了获得最大的公司₂减少。

摘要DF引擎的性能,FD引擎,一个完整的NG引擎比较静止的状态评估的潜力都使用相同的废物转化/热电厂有机垃圾焚烧和WVO分数。双燃料技术可以实现整体效率的典型柴油机废气排放干净。从垃圾沼气和生物柴油的比例从WVO适合DF加剧。70千瓦的电力安装可以达到每10000人。这个数据代表的估计问题。事实上,产生的能量,可以利用废植物油和市政有机分数不是那么线性的,取决于许多因素被排除在这一工作。同时,相关的问题系统成本和收入的电能销售没有评估。

命名法

BMEP:	制动器平均有效压力
共和人民党:	结合热力和电力
DF:	双燃料
EGR技术:	废气再循环
FD:	完整的柴油
冰:	内燃机
求得:	低发热值
垃圾:	城市固体垃圾
吴:	天然气
PPO:	纯植物性油
THC:	总未燃烧的碳氢化合物
WVO:	废植物油。

引用

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