Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

Agenda Wprowadzenie do problemu gospodarki energetycznej Teza Alternatywne (unikatowe) podejście Opis rozwiązania Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

Wprowadzenie do problemu gospodarki energetycznej Warunki racjonalnego prowadzenia gospodarki cieplnej Wytwarzanie ciepła Przetwarzanie ciepła na energię mechaniczną i elektryczną Wykorzystanie ciepła do celów technologicznych Limity wynikające z przepisów wyższego rzędu Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 3

Przyjmijmy, że możemy rozwiązać problem gospodarki energetycznej w cukrowni (w ograniczonym zakresie) wykorzystując niekonwencjonalne, innowacyjne rozwiązanie z obszaru wymiany energii. Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25)

Alternatywne (unikatowe) podejście Istnieje urządzenie mogące zmieniać kilkukrotnie objętość komory spalania w trakcie trwania procesu spalania Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 5

Główne elementy ) Układ korbowo tłokowy 2) Dodatkowy tłok w komorze spalania 3) Pneumatyczna sprężyna akumulacyjna ) Dodatkowy tłok 5) Pneumatyczna sprężyna 6) Tłumik pneumatyczny Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 6

3 5 ROZWIĄZANIE. Głowica 2. Dodatkowy tłok 3. Tłoczysko. Zderzak górny 5. Zderzak dolny 2 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 7

Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 8

Karnotyzacja cyklu spalania Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 9

Podział na cykle równoważne Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25)

Sprawność obiegu Otto w zależności od stopnia sprężania i c p /c v Sprawność % 8 Obieg Otto 7 6 5 3 2 Cp/Cv =, Cp/Cv =,375 Cp/Cv =,35 Stopień spręż. 3 6 9 2 5 8 2 2 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25)

sprawność % Obieg Carnota 8 6 2 Δt (K) 5 5 2 25 3 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

Typowe obiegi teoretyczne dla przyjętej zasady działania silnika ACC P/Pmax P/Pmax OTTO ε=8, OTTO ε=7 SABATHE ε=3-7 OTTO ε=8, V/Vmax V/Vmax P/Pmax P/Pmax PROPONOWANY politropa ε=3-7 PROPONOWANY izoterma ε=3-7 V/Vmax V/Vmax Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 3

Sprawność dla przyjętych obiegów teoretycznych Sprawność [ % ] 7 66 62 OTTO ε=7 OTTO ε=8, Silnik z PAE (Sabathe) ε=3-7 Silnik z PAE (politropa) ε=3-7 Silnik z PAE (izoterma) ε=3-7 58 5 2 35 5 Obciążenie % 65 8 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25)

Sprawność nowego obiegu w zależności od obciążenia Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 5

Bilans energetyczny obiegu teoretycznego silnika ACC Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 6

p/p max Porównanie przebiegu rzeczywistego z teoretycznym (względem układu korbowego) V/V max Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 7

Rozkład temperatur T K 35 Cycles ACC Cycles Otto 3 25 2 5 5 8 2 3 36 2 8 5 crank angle Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 8

Wybrane przykłady zarejestrowanych przebiegów ciśnień w cylindrze silnika ACC Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 9

6MPa Typowy przebieg ciśnienia z ruchem tłoka w PAE (obieg porównawczy z przemianą politropową) mm2 5 8 3 6 2 2 8 36 crank angle 5 MPa 6 5 objętość całkowita p Parametry: n = 5 obr/min, M s = 28,5 Nm p g =, MPa, p d =,9 MPa, V gmax = 77 cm 3, α przep = 8%. Nowy (politropa) 3 2 V/Vmax,,,2,3,,5,6,7,8,9, V/Vmax Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

MPa 6 Typowy przebieg ciśnienia w cylindrze oraz ruch dodatkowego tłoka [ mm ] 2 ACC Laser 5 8 3 6 2 2 8 36 5 Crank angle Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

MPa 5 Zamknięty przebieg ciśnienia w cylindrze silników ACC i współczesnym (czterozaworowym) z izotermami temperatury maksymalnej. ACC engine Normal engine 3 2,,2,3,,5,6,7,8,9 V/Vmax Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 22

Przebieg spalania detonacyjnego przy zablokowanym aktywnej komorze spalania MPa 8 7 6 5 3 2 68 8 92 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 23

6 MPa Efekt obniżenia temperatury gazów poprzez działanie aktywnej komory ACC 5 - silnik z ACC (7 ) 2 - silnik odniesienia (8, ) Izoterma temp. =76% temp. max Izoterma temp. max. silnik odniesienia 3 2 6 2 8 2 3 36 2 cm 3 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

Typowy rozkład ciśnienia podczas pracy silnika z max sprawnością układu rekuperacji energii komory aktywnej [ MPa ] 6 [ mm ] 2 5 8 3 6 2 2 8 36 [ OWK ] 5 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 25

Zmiana ciśnienia przy stałym obciążeniu i różnych prędkościach obrotowych MPa 6 5 silnik ACC (5 obr/min) silnik ACC (286 obr/min) 3 2 8 36 5 crank angle Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 26

Porównanie wykresu pracy z symulacją 6 MPa 5 silnik ACC - symulacja silnik ACC pomiar 3 2 8 36 crank angle 5 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 27

Wpływ PAE na amplitudy ciśnień w cylindrze ( cykli) [ MPa ] 6 5 3 2 72 26 288 36 32 5 576 68 72[ OWK 792 ] [ mm ] 2 8 6 2 72 26 288 36 32 5 576 68 72 [ OWK ] 792 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 28

Tło widma pomiaru fotoelektrycznego MPa 6 5 3 2 9 8 crank angle 26 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 29

. głowica, 2. PAE tuleja cylindrowa (górny zbiornik), 3. PAE część górnego zbiornika o regulowanej objętości,. PAE napęd mechanizmu zmiany objętości, 5. gaźnikowy system zasilania z układem regulacji kąta obrotu przepustnicy. Slajd nr 3

Zalety Wyższa sprawność do 25% przy częściowych obciążeniach (obszar dla testów Euro) Wyższy stopień sprężania do % wzrost sprawności ogólnej średnio o ok. % Niższa temp. maksymalna w silniku przy pełnym obciążeniu do 5% obniża emisyjność a w przyszłości umożliwi zastosowanie quasi-adiabatycznych warstw w komorze spalania Mniejsza wymiana cieplna do % zapewnia wzrost sprawności o ok. % Mniejsze zużycie paliwa na biegu jałowym do 2% Mniejsza wrażliwości silnika na skład chemiczny paliwa Niższa temp. spalin Wielopaliwowość Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 3

Zastosowanie Napęd agregatu prądotwórczego na biogaz Wspomagające zasilanie w energie elektryczną przy zmniejszonym zapotrzebowaniu na parę technologiczną w cukrowni? Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 32