Selected combustion parameters of biogas at elevated pressure-temperature conditions

• Autorzy: Szwaja S. , Tutak W. , Grab-Rogaliński K. , Jamrozik A. , Kociszewski A.

Warianty tytułu

PL

Wybrane parametry procesu spalania biogazu w warunkach podwyższonego ciśnienia i przy podwyższonej temperaturze

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Results from tests conducted in several RTD centers lead to conclusion that biogas as a potential fuel for the internal combustion (IC) spark ignited (SI) engine features with its satisfactory combustion predisposition causing smooth engine run without accidental misfiring or knock events. This good predisposition is obtained due to carbon dioxide (CO2) content in the biogas. On the other hand, carbon dioxide as incombustible gas contribute to decrease in the brake power of the biogas fueled engine. To analyze mutual CO2 and CH4 content on biogas burning the combustion parameters as follows: adiabatic combustion temperature, laminar flame speed and ignition delay of biogas with various methane content were determined and presented in the paper. Additionally, these parameters for pure methane were also included in order to make comparison between each other. As computed, ignition delay, which has is strongly correlated with knock resistance, can change several times with temperature increase, but does not change remarkably with increase in methane content. Adiabatic combustion temperature does not also ought to influence on engine performance or increase in engine cooling and exhaust losses due to its insignificant changes. The largest change was observed in laminar flame speed, that can influence on development of the first premixed combustion phase.

PL

Wyniki badań przeprowadzonych w różnych centrach badawczych świadczą o tym, iż biogaz można traktować jako potencjalne paliwo do silników spalinowych o zapłonie iskrowym. Zastosowanie tego paliwa sprawia, że silnik pracuje płynnie bez wypadania zapłonów i spalania stukowego. Dobre predyspozycje biogazu jako paliwa spowodowane są z jednej strony zawartością dwutlenku węgla (CO2). Z drugiej jednak strony dwutlenek węgla jako gaz niepalny przyczynia się do obniżenia mocy silnika zasilanego biogazem. W artykule przedstawiono analizę wzajemnej zależności CO2 i CH4 zawartych w biogazie i ich wpływ na następujące parametry procesu spalania: temperaturę adiabatycznego spalania, szybkość rozprzestrzeniania się płomienia laminarnego oraz opóźnienie zapłonu dla biogazu o zmiennej zawartości metanu. Parametry te porównano z parametrami procesu spalania dla czystego metanu. Zgodnie z obliczeniem, opóźnienie zapłonu, które jest ściśle związane z odpornością na spalanie stukowe, może się zmieniać znacząco wraz ze wzrostem temperatury, ale nie zmienia się w istotny sposób wraz ze wzrostem zawartości metanu. Niewielkie zmiany temperatury adiabatycznego spalania nie powinny również wpływać na parametry pracy silnika oraz na wzrost strat chłodzenia lub strat wylotu. Największe zmiany zaobserwowano w szybkości rozprzestrzeniania się płomienia laminarnego, co może mieć wpływ na rozwój kinetycznej fazy spalania.

Słowa kluczowe

EN

biogas; fuel composition; parameters of combustion process

PL

biogaz; skład paliwa; parametry procesu spalania

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 51, nr 1
• Strony: 40--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz.

Twórcy

autor

Szwaja S.

autor

Tutak W.

autor

Grab-Rogaliński K.

autor

Jamrozik A.

autor

Kociszewski A.

• Faculty of Mechanical Engineering and Computer Science at Częstochowa University of Technology,

Bibliografia

• [1] http://www.eurobserv-er.org/pdf/baro200b.pdf
• [2] http://www.aebiom.org/IMG/pdf/Brochure_BiogasRoadmap_WEB.pdf
• [3] Huang J., Crookes R.: Assessment of simulated biogas as a fuel for the spark ignition engine. Fuel, 1998, 77(15), 793-801.
• [4] Crookes R.J.: Comparative bio fuel performance in internal combustion engines. Int J Biomass Bioenergy, 2006, 30, 461-468.
• [5] Jingdang H., Crookes R.J.: Assessment of simulated biogas as a fuel for the spark ignition engine. Fuel, 1998, 77(15), 793-1801.
• [6] Nagalingam B., Duebel F., Schmillen K.: Performance study using natural gas, hydrogen supplemented natural gas and hydrogen in AVL research engine. Int J Hydrogen Energy, 1983, 8(9), 715-720.
• [7] Korakianitis T., Namasivayam A.M., Crookes R.J.: Naturalgas fueled spark ignition (SI) and compression-ignition (CI) engine performance and emissions. Prog Energy Combust Sci, 2011, 37, 89-112.
• [8] Smith G.P., Golden D.M., Frenklach M., Moriarty N.W., Eiteneer B., Goldenberg M., Bowman C.T., Hanson R.H., Song S., Gardiner W.C., Lissianski V.V. and Zhiwei Qin Z., http://www.me.berkeley.edu/gri_mech/.
• [9] Mallampalli H.P., Fletcher T.H., Chen J.Y.: Evaluation of CH4/NOx Global Mechanisms Used for Modeling Lean Premixed Turbulent Combustion of Natural Gas, Paper 96F-098, Presented at the Fall Meeting of the Western States Section of the Combustion Institute, October 28-29, 1996.
• [10] www.biogasmax.eu.
• [11] Mitzlaff K.: Engines for biogas. Published by Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft GmbH, 1988.
• [12] Park Ch., Park S., Lee Y., Kim Ch., Lee S., Moriyoshi Y.: Performance and emission characteristics of a SI engine fueled by low calorific biogas blended with hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 2011, 36, 10080-10088.
• [13] Porpatham E., Ramesh A., Nagalingam B.: Investigation on the effect of concentration of methane in biogas when used as a fuel for a spark ignition engine. Fuel, 2008, 87, 1651-1659.
• [14] Porpatham E., Ramesh A., Nagalingam B.: Effect of hydrogen addition on the performance of a biogas fuelled spark ignition engine. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32, 2057-2065.
• [15] Herle J.V., Membrezb Y., Olivier Bucheli O.: Biogas as a fuel source for SOFC co-generators. Journal of Power Sources, 2004, 127, 300-312.
• [16] Jamrozik A., Kociszewski A., Sosnowski M., Tutak W.: Simulation of combustion in SI engine with prechamber. CADMD'2006, CAD in Machinery Design Implementation and Educational Problems, Polyana, Ukraine, May 2006, 66-69.
• [17] Jamrozik A., Tutak W., Kociszewski A., Sosnowski M.: Numerical Analysis of Influence of Prechamber Geometry in IC Engine with Two Stage Combustion System on Engine Work Cycle Parameters. Journal of KONES, Warsaw 2006, Vol 13, No 2, 133-142.
• [18] Tutak W., Jamrozik A., Kociszewski A., Sosnowski M.: Numerical analysis of initial swirl profile influence on modeled piston engine work cycle parameters. Combustion Engines/Silniki Spalinowe, 2007-SC2, 401-407.
• [19] Kociszewski A., Jamrozik A., Sosnowski M., Tutak W.: Simulation of combustion in multi spark plug engine in KIVA-3V. Combustion Engines/Silniki Spalinowe. 2007-SC2, 212-219.
• [20] Kociszewski A.: Numerical analysis of spark plugs number influence on selected parameters of combustion in piston engine. Combustion Engines/Silniki Spalinowe, No. 1/2008 (132), 50-55.
• [21] Kociszewski A.: Three-dimensional modelling and experiment on combustion in multipoint spark ignition engine. Memstech 2009, Lviv-Polyana, Ukraine 2009, 20-23.
• [22] Jamrozik A., Tutak W.: Modelling of combustion process in the gas test engine. Memstech 2010, Lviv - Polyana 2010, 14-17.
• [23] Tutak W., Jamrozik A.: Numerical analysis of some parameters of gas engine. Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture Polish Academy of Science Branch in Lublin, Lublin 2010, Volume X, 491-502.
• [24] Tutak W., Jamrozik A.: Modelling of the thermal cycle of gas engine using AVL Fire Software. Combustion Engines/Silniki Spalinowe, No. 2/2010 (141), 105-113.
• [25] Sosnowski M., Tutak W., Jamrozik A., Kociszewski A.: Modeling of the thermal cycle piston internal combustion engine with spark ignition engines including exhaust gas recirculation. Edukacja Techniczna i Informatyczna V, Czestochowa 2010, 29-38.
• [26] Tutak W., Jamrozik A., Kociszewski A.: Improved emission characteristics of SI test engine by EGR. Memstech 2011, Lviv - Polyana 2011, 101-103.
• [27] Tutak W., Jamrozik A., Kociszewski A.: Three dimensional modelling of combustion process In SI engine with Exhaust Gas Recirculation. 10th Jubilee International Conference on Heat Engines and Environmental Protection, Hungary 2011, ref. 27, 203-208.
• [28] Cupiał K., Tutak W., Jamrozik A., Kociszewski A.: The accuracy of modelling of the thermal cycle of a self-ignition engine. Combustion Engines/Silniki Spalinowe, No. 1/2011 (144), 37-48.
• [29] Naber J.D., Szwaja S.: Statistical approach to characterize combustion knock in the hydrogen fuelled SI engine, Journal of Kones, Warsaw 2007.
• [30] Szwaja S.: Hydrogen rich gases combustion in the IC engine, Journal of Kones, Warsaw 2009, Vol.16, No.4, 447-455.
• [31] Szwaja S.: Time-frequency representation of combustion knock in an internal combustion engine, Combustion Engines/Silniki Spalinowe, PTNSS-2009-SC-132, 306-315.
• [32] Szwaja S.: Combustion Knock - Heat Release Rate Correlation of a Hydrogen Fueled IC Engine Work Cycles, 9th International Conference on Heat Engines and Environmental Protection. Proceedings. Balatonfured, Hungary, 2009.
• [33] Cupiał K., Szwaja S.: Producer gas combustion in the internal combustion engine, Combustion Engines/Silniki Spalinowe, No. 2/2010, 27-32.