Ocena wpływu dodatku biopaliwa na emisję związków szkodliwych przez silnik odrzutowy

Podobne dokumenty
Analiza emisji związków szkodliwych spalin z silnika odrzutowego zasilanego biopaliwem

Metodyka oceny wydatku spalin silnika odrzutowego

The investigations into the influence of ethanol additive to Jet A-1 fuel on the exhaust emissions from a GTM-120 turbine engine

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

BADANIA STĘŻE Ń ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN TURBINOWEGO SILNIKA ŚMIGŁOWEGO W USTALONYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Badania wpływu dodatku tlenowego (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 3 OCH 3 ) do paliwa JET A-1 na emisję związków szkodliwych spalin silnika turbinowego GTM-120

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH

Biogas buses of Scania

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

FUNCTIONAL AGRIMOTOR TESTING SUPPLIED BY THE VEGETABLE ORIGIN FUELS BADANIE FUNKCJONALNE SILNIKA ROLNICZEGO ZASILANEGO PALIWAMI POCHODZENIA ROŚLINNEGO

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

THE ASSESSMENT OF TOXIC EMISSION FROM THE ENGINES OF THE W-3 HELICOPTER IN THE PREFLIGHT ENGINE RUN

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

BADANIA EMISJI SILNIKA TWD-10 B/PZL-10S PODCZAS PRÓBY SILNIKÓW SAMOLOTU PZL M28B BRYZA

WPŁYW SKŁADU MIESZANKI NA EMISJĘ SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN PODCZAS ZASILANIA SILNIKA GAZEM ZIEMNYM

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

PROGRAM WDROŻENIA PALIW ALETERNATYWNYCH w MZK SŁUPSKS

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA EKOLOGICZNOŚĆ POJAZDU

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Analiza wpływu zmian prędkości powietrza przed wlotem na wartości ciągu modelowego silnika lotniczego GTM-120

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

Warszawa, dnia 30 czerwca 2017 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ENERGII 1) z dnia 12 czerwca 2017 r.

WPŁYW ZASTOSOWANIA DODATKU ETANOLU DO MIESZANINY OLEJU NAPĘDOWEGO Z ESTREM FAME NA EKONOMICZNE I EKOLOGICZNE WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA PERKINS-1104C-44

The study of particulate emissions from small aircraft equipped in jet engine

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

ISBN

Ocena emisji składników spalin silnika wysokoprężnego zasilanego mieszaninami oleju napędowego z estrami metylowymi oleju rzepakowego

Pakiet cetanowo-detergentowy do uszlachetniania olejów napędowych przyjaznych środowisku

Assessment of vehicle emission indicators for diverse urban microinfrastructure

Analiza parametrów eksploatacyjnych silnika samolotu wielozadaniowego

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE WSKAŹNIKI JEGO PRACY

Jednostkowe stawki opłaty za gazy lub pyły wprowadzane do powietrza z procesów spalania paliw w silnikach spalinowych 1)

Analiza emisji oraz wskaźników pracy autobusu miejskiego zasilanego CNG w rzeczywistych warunkach eksploatacji

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

OCENA PORÓWNAWCZA ZUśYCIA PALIWA SILNIKA CIĄGNIKOWEGO ZASILANEGO BIOPALIWEM RZEPAKOWYM I OLEJEM NAPĘDOWYM

Badania porównawcze emisji toksycznych składników gazów wylotowych z silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego ON i B10

METODY OBLICZANIA WSPÓŁCZYNNIKA KOREKCJI WILGOTNOŚCI I ICH WPŁYW NA EMISJĘ TLENKÓW AZOTU

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

Marlena Owczuk Biodiesel, a ochrona środowiska. Studia Ecologiae et Bioethicae 4,

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

BADANIA WP YWU DODATKU TLENOWEGO (CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 3 OCH 3 ) NA EMISJ GAZOWYCH SK ADNIKÓW SPALIN SILNIKA TURBINOWEGO GTM-120

Jacek Nowakowski Gas Business Development Manager

KATALIZATOR DO PALIW

Analiza emisyjności pojazdu ciężkiego spełniającego normę Euro VI w warunkach rzeczywistej eksploatacji

Analiza zastosowania alternatywnych/odnawialnych źródeł energii

ZAKŁAD NAPĘDÓW LOTNICZYCH

Polskie Normy opracowane przez Komitet Techniczny nr 277 ds. Gazownictwa

Energetyka odnawialna w procesie inwestycyjnym budowy zakładu. Znaczenie energii odnawialnej dla bilansu energetycznego

MAN Truck & Bus Ekologicznie i ekonomicznie w przyszłość. Napędy alternatywne, CNG, biogaz,hybryda

gospodarki energetycznej Cele polityki energetycznej Polski Działania wspierające rozwój energetyki odnawialnej w Polsce...

Wyniki pomiarów jakości powietrza prowadzonych metodą pasywną w Kolonowskiem w 2014 roku

OCENA ZUŻYCIA PALIWA PRZEZ SILNIK O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM PRZY ZASILANIU WYBRANYMI PALIWAMI

Mgr inż. Marta DROSIŃSKA Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

Ryszard Michałowski Karczowiska r.

METAN JAKO PALIWO ALTERNATYWNE W ZASILANIU POJAZDÓW MECHANICZNYCH

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

Wpływ dodatku Panther na toksyczność spalin silnika ZI

EFEKTY KSZTAŁCENIA DLA KIERUNKU STUDIÓW ENERGETYKA

Wpływ prędkości obrotowej silnika na emisję zanieczyszczeń przez samochód dostawczy

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: STC TP-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Technologia Chemiczna Specjalność: Technologia paliw

Analysis of exhaust emission from heavy duty vehicles in real traffic conditions

Wyzwania strategiczne ciepłownictwa w świetle Dyrektywy MCP

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

Comparative analysis of exhaust emission tests for a turbine engine

Analiza zastosowania alternatywnych/odnawialnych źródeł energii

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Rozpędzanie pojazdu dostawczego a emisja gazowych składników

Spalanie Emisja toksycznych zanieczyszczeń oraz metody jej ograniczania w nowoczesnych komorach spalania silników lotniczych

OFERTA TEMATÓW PRAC DYPLOMOWYCH dla specjalności/ kierunków dyplomowania do zrealizowania w Katedrze Aparatury i Maszynoznawstwa Chemicznego

Możliwości wykorzystania recyklingu energetycznego odpadowych tworzyw sztucznych do sprężania gazu ziemnego dla potrzeb zasilania

WPŁYW DOWNSIZINGU NA ZUśYCIE PALIWA I EMISJĘ SUBSTANCJI SZKODLIWYCH W SPALINACH

Ekologia w lotnictwie

WYBRANE PROBLEMY STOSOWANIA BIOPALIW DO ZASILANIA SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

DOŚWIADCZENIA W PRODUKCJI I EKSPLOATACJI AUTOBUSÓW JELCZ NA CNG. AGH Kraków, 8-9 maja 2009 r.

Czy technologia Duala Fuel przyśpieszy rozwój rynku NGV w Europie?

KOLOKWIUM: 1-szy termin z kursu: Palniki i paleniska, część dotycząca palników IV r. ME, MiBM Test 11 ( r.) Nazwisko..Imię.

WSKAŹNIKI EMISYJNOŚCI CO 2, SO 2, NO x, CO i pyłu całkowitego DLA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Stan zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego

BADANIA EMISJI SPALIN W RZECZYWISTYCH WARUNKACH RUCHU DROGOWEGO AKTUALNE MOŻLIWOŚCI BADAWCZE

Warszawa, dnia 19 maja 2017 r.

Oferta badawcza. XVI Forum Klastra Bioenergia dla Regionu 20 maja 2015r. dr inż. Anna Zamojska-Jaroszewicz

Spełnienie wymagań EURO4 i EURO5 przez autobusy na ON i CNG analiza porównawcza, na przykładzie wybranej floty pojazdów

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Transkrypt:

Jacek Pielecha 1, Remigiusz Jasiński Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu Ocena wpływu dodatku biopaliwa na emisję związków szkodliwych przez silnik odrzutowy 1. WSTĘP Kryzys paliwowy lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku uzmysłowił światu, że złoża surowców energetycznych są ograniczone. Tempo wydobywania zasobów naturalnych jest coraz większe, a co za tym idzie coraz bardziej realna staje się groźba ich wyczerpania. Obecnie uważa się jednak, że bardziej niebezpieczne może okazać się przekroczenie bariery ekologicznej, szczególnie jeśli ochrona środowiska nie będzie odpowiednio uwzględniania w światowej polityce. Kraje uczestniczące w Światowym Szczycie Ekologicznym Ziemia, w Rio de Janeiro w 199 r., zobowiązały się do roku 5 zredukować połowę emisji dwutlenku węgla w porównaniu ze stanem z 197 r.. Największą redukcję muszą przeprowadzić kraje, wśród, których jest Polska, opierające swoją gospodarkę energetyczną na spalaniu węgla. Zmniejszenie ilości emitowanych, szkodliwych produktów spalania, możliwe jest przez zastępowanie paliw kopalnych alternatywnymi źródłami energii, takimi jak: biomasa, energia słoneczna, wiatrowa czy też wodna [, ]. Częstym zjawiskiem, szczególnie w przypadku państw uprzemysłowionych, jest dotowanie inwestycji związanych z energetyką odnawialną. Przykładami działań państwowych mających na celu wspieranie alternatywnych źródeł energii są np. obowiązkowe dla odbiorców energii elektrycznej taryfy preferencyjne oraz limity na udział bioenergii w wytwarzanej energii elektrycznej oraz na zawartość biopaliw w dystrybucji paliw dla transportu. Obecnie głównymi kierunkami inwestycji są energetyka wiatrowa, ogniwa fotowoltaiczne i biopaliwa. Omawiane formy energetyki odnawialnej są niezwykle kapitałochłonne, w związku z czym bez wsparcia państwowych instytucji miałyby niewielkie szanse w zestawieniu z energetyka klasyczną. Pozostałe alternatywne źródła energii takie jak biomasa, geotermia i małe elektrownie wodne mają niewielki udział (około %s) w gospodarce paliw odnawialnych, a ich głównym założeniem jest stosunkowo niewielki koszt uzyskania korzyści dla społeczności lokalnych [1]. Bez wątpienia jedną z bardziej energochłonnych gałęzi gospodarki jest transport. Podstawowymi źródłami energii służącym do napędzania środków transportu są paliwa na bazie ropy naftowej benzyna i olej napędowy. Paliwa te w dalszej lub bliższej przyszłości będą musiały być zastąpione innymi rodzajami paliw, ze względu na ograniczone zasoby oraz coraz bardziej rygorystyczne przepisy chroniące środowisko [7, ]. W związku z bardzo dynamicznym rozwojem sektora lotniczych paliw alternatywnych istnieje potrzeba nawiązywania ścisłej współpracy między placówkami naukowymi, dystrybutorami paliw, producentami statków powietrznych oraz liniami lotniczymi. Efektem takiego stanu jest powstawanie wielu międzynarodowych projektów, mających na celu wspieranie rozwoju paliw alternatywnych, płynnego wprowadzania ich do użytku powszechnego oraz zwiększenia możliwości produkcji surowców potrzebnych do ich wytwarzania. Jedną z międzynarodowych inicjatyw wspierania rozwoju biopaliw lotniczych jest zapoczątkowany w 13 r. projekt o nazwie BIOJet Abu Dhabi. W skład instytucji działających w ramach projektu wchodzą firmy: Boeing, Etihad Airways, Takreer, Total oraz Masdar Institute of Science and Technology. Inicjatywa ma na celu wspieranie wykorzystania biopaliw w sektorze lotniczym w Zjednoczonych Emiratach Arabskich oraz koncentrację na badaniach, rozwoju i inwestycjach w produkcję surowca oraz możliwości rafinacji. W styczniu 1 r. Boeing 777-3ER w barwach Etihad Airways wykonał 5-minutowy lot pokazowy, 1 jacek.pielecha@put.poznan.pl remigiusz.w.jasinski@doctorate.put.poznan.p1 Logistyka /15 15

w trakcie którego samolot był częściowo zasilany biopaliwem lotniczym wyprodukowanym w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Wspomniane biopaliwo powstało w wyniku częściowego przetworzenia roślin przeprowadzonego przez firmę Total oraz poddania procesowi rafinacji do postaci paliwa lotniczego do silników odrzutowych przeprowadzonego przez firmę Takreer spółkę, której właścicielem jest Abu Dhabi National Oil Co. (ADNOC). Zjednoczone Emiraty Arabskie są obecnie jednym z nielicznych krajów, które wyprodukowały i przetestowały w locie własne biopaliwo lotnicze, charakteryzujące się o przynajmniej 5% mniejszą emisją dwutlenku węgla niż paliwa kopalne w ciągu całego cyklu życia [9]. Wykorzystując argumenty dotyczące zmiany wykorzystywania paliw kopalnych i zastępowaniu ich paliwami odnawialnymi w Instytucie Silników Spalinowych i Transportu Politechniki Poznańskiej kontynuuje się badania dotyczące wpływu dodatku biopaliw na emisję związków szkodliwych silników odrzutowych.. CEL I METODYKA BADAŃ.1. Cel badań Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu dodatku biopaliwa na emisję gazowych związków szkodliwych emitowanych przez silnik odrzutowy. Emisję związków szkodliwych wyznaczono na podstawie pomiaru ich stężenia w spalinach oraz strumienia masy spalin. Wyznaczenie emisji związków szkodliwych w zależności od użytego paliwa pozwoliło na określenie wpływu dodatku bioestru na emisyjność silnika odrzutowego. Pomiary przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych na przygotowanym stanowisku badawczym... Obiekt badań Obiektem badań był turbinowy silnik GTM-1 (rys. 1) zbudowany z jednostopniowej sprężarki promieniowej, napędzanej za pomocą jednostopniowej turbiny osiowej. Rozruch dokonywany był za pomocą rozrusznika, a silnik do chwili ustabilizowania parametrów swojej pracy zasilany był gazem LPG. Stanowisko badawcze, na którym umieszczono silnik umożliwiało pomiar prędkości obrotowej wału silnika, temperatury spalin w dyszy wylotowej oraz siły ciągu [, 3]. Pomiary wykonano dla dwunastu punktów pracy silnika w dwóch cyklach, po jednym dla każdego użytego paliwa. Każdy cykl pomiarowy obejmował przeprowadzenie pomiarów przy nastawach silnika umożliwiających uzyskanie siły ciągu w zakresie od 1 N do 1 N. Tabela 1. Podstawowe parametry silnika GTM-1 Ciąg statyczny [N] 1 Minimalna prędkość obrotowa [obr/min] 33 Prędkość obrotowa wirnika przy mocy maksymalnej [obr/min] 1 Masa silnika [g] 15 Paliwo podstawowe JET A-1 + 3% oleju MOBILE JET OIL II Rys. 1. Silnik GTM-1 Logistyka /15

.3. Aparatura pomiarowa Do przeprowadzenia badań emisji związków szkodliwych spalin wykorzystano analizator spalin Semtech DS firmy Sensors Inc. (rys. ). współpracujący z przepływomierzem EFM o średnicy wynoszącej 15 mm. Dodatkowo wykorzystano przepływomierz EFM-HS charakteryzujący się częstotliwością próbkowania do 5 Hz, o takiej samej średnicy. Zastosowanie układu dwóch równolegle zainstalowanych przepływomierzy na stanowisku badawczym umożliwiło dokonanie pomiaru masowego natężenia przepływu spalin z badanego silnika odrzutowego. Rys.. Schemat stanowiska badawczego (a) oraz widok (b) Analizator spalin wykorzystany w czasie realizacji badań umożliwiał pomiar wartości stężenia tlenku węgla, dwutlenku węgla, węglowodorów oraz tlenków azotu [, 5]. Gazy spalinowe wprowadzane były do analizatora za pomocą przewodu, którego temperatura wynosiła 191 C, wymagana do pomiaru stężenia węglowodorów w analizatorze płomieniowo-jonizacyjnym. W kolejnym etapie po schładzaniu spalin wykonywano pomiar stężenia tlenków azotu, tlenku węgla oraz dwutlenku węgla. Wykorzystany analizator spalin oprócz wartości stężenia poszczególnych gazowych związków szkodliwych umożliwiał pomiar współczynnika nadmiaru powietrza, który wykorzystano do analitycznego wyznaczenia strumienia masy spalin. W czasie prowadzonych badań dokonano także pomiaru sekundowego zużycia paliwa przez silnik. W tym celu podczas zasilania silnika tradycyjnym paliwem lotniczym Jet A-1 wykorzystano paliwomierz grawimetryczny firmy ODIUT Automex. Pomiar sekundowego zużycia paliwa w czasie zasilania silnika mieszanką paliwa Jet A-1 z 5- procentowym dodatkiem FAME [1] przeprowadzono za pomocą wagi oraz zbiornika z mieszanką. Po ustabilizowaniu się parametrów silnika odczytywano początkową masę zbiornika z paliwem, a następnie dokonywano pomiaru w określonym czasie... Metoda badawcza W celu wyznaczenia emisji szkodliwych związków gazowych spalin silnika odrzutowego konieczne było wykonanie pomiaru strumienia masy spalin. Strumień masy spalin jest rozumiany jako suma strumienia powietrza wpływającego do silnika mɺ oraz zużycia paliwa G e : pow m ɺ =ɺ m + G (1) sp Wykorzystując informację z analizatora spalin o wartości współczynnika nadmiaru powietrza oraz średnią wartość zużycia paliwa, strumień masy spalin wyznaczono na podstawie wzoru: pow e gdzie: mɺ = ( 1+ λ 1,5) () sp G e mɺ sp strumień masy spalin [kg/h], G e godzinowe zużycie paliwa [kg/h], λ współczynnik nadmiaru powietrza. Logistyka /15 17

Wartość strumienia masy spalin jest proporcjonalna do uzyskiwanej siły ciągu. Z uwagi na małe wartości ciągu osiągane przez badany silnik (ciąg maksymalny 1 N) możliwy był pomiar masy spalin w sposób bezpośredni z wykorzystaniem dwóch współpracujących przepływomierzy: EFM-HSi EFM. Zmierzone wartości strumienia masy spalin za pomocą przepływomierzy stanowiły odniesienie dla wyników uzyskanych metodą analityczną i pozwoliły na określenie jej dokładności. Badania emisji związków szkodliwych spalin z silnika odrzutowego przeprowadzono z wykorzystaniem dwóch rodzajów paliw. Pierwszy cykl badawczy dotyczył wykonania pomiarów podczas zasilania silnika tradycyjnym paliwem lotniczym Jet A-1. Uzyskane wyniki emisji związków szkodliwych spalin podczas zasilania silnika paliwem konwencjonalnym stanowiły odniesienie dla drugiego cyklu badawczego, w którym silnik zasilano mieszanką paliwa Jet A-1 z 5-procentowym dodatkiem FAME. Każdy cykl pomiarowy obejmował przeprowadzenie pomiarów przy nastawach silnika umożliwiających uzyskanie siły ciągu w zakresie od 1 N do 1 N. W związku z wysoką temperaturą gazów wylotowych badanego silnika odrzutowego na czas wykonywania pomiarów stanowisko pomiarowe przystawiano do silnika na specjalnie wykonanej platformie, a następnie przez określony czas dokonywano poboru próbki gazów wylotowych. Po zakończeniu pomiaru dla danej nastawy silnika stanowisko pomiarowe odstawiano i przeprowadzano zmianę parametrów pracy silnika. 3. UZYSKANE WYNIKI POMIARÓW I ICH ANALIZA Wykorzystana aparatura pozwoliła na wyznaczenie stężenia poszczególnych szkodliwych związków spalin. Do wyznaczenie emisji zanieczyszczeń z silnika odrzutowego w kolejnych punktach pracy niezbędne było wyznaczenie strumienia masy spalin. W tym celu wykorzystano metodę analityczną oraz metodę polegającą na bezpośrednim pomiarze. Maksymalna wartości strumienia masy uzyskana za pomocą obydwu metod (rys. 3a) nie przekroczyła 15 kg/h. W celu określenia dokładności metody analitycznej przyjęto, że wartości strumienia masy uzyskane za pomocą przepływomierzy są rzeczywistymi wartościami przepływu. Największy względny błąd metody analitycznej równy 15% (rys. 3b) wystąpił przy minimalnej wartości siły ciągu (1 N). Dla kolejnych wartości siły ciągu błąd metody analitycznej wynosił średnio ok. 5%. Wzrost siły ciągu nie powoduje wzrostu niedokładności metody wyznaczania strumienia masy spalin na podstawie współczynnika powietrza i zużycia paliwa. Fakt ten pozwala stwierdzić, że zaproponowana metodyka pomiaru przepływu spalin pozwoli na równie dokładne szacowanie przepływającej masy spalin w silnikach o znacznie wyższej maksymalnej sile ciągu. Wartości strumienia masy spalin wyznaczone według metody pomiaru bezpośredniego z wykorzystaniem dwóch przepływomierzy zostały wykorzystane w dalszym etapie do wyznaczenia emisji związków szkodliwych emitowanych przez silnik odrzutowy. Qśr. rzecz. 1 1 Średni błąd względny Strumień masy spalin [kg/h] Qśr. oblicz. 1 1 Średni błąd względny [%] 1 1 Rys. 3. Strumień masy spalin wyznaczony za pomocą dwóch metod (a) oraz błąd względny metody analitycznej (b) Średnie natężenie emisji dwutlenku węgla z silnika odrzutowego zasilanego paliwem Jet A-1 (rys. a) zawierało się w przedziale od g/s do 1 g/s. Zwiększanie wartości siły ciągu powodowało wzrost emisji dwutlenku węgla spowodowany zwiększonym zużyciem paliwa. Na podstawie przeprowadzonych badań 1 Logistyka /15

stwierdzono, że zastosowanie domieszki biopaliwa nie skutkuje zmniejszeniem natężenia emisji dwutlenku węgla. Średnie wartości natężenia emisji dwutlenku węgla dla badanych paliw były zbliżone (rys. b). Biorąc jednak pod uwagę sposoby wytwarzania i przygotowywania biopaliwa do użytku przemysłowego, emitowana masa dwutlenku węgla przez spalanie paliw pochodzenia roślinnego jest znacznie mniejsza, a nawet bliska zeru. Wynika to z absorbowania dwutlenku węgla przez rośliny w trakcie fazy wzrostu. Natężenie emisji CO [g/s] 1 1 1 Średnia zmierzona emisja CO Wyznaczona emisja CO Zmierzona emisja CO Natężenie emisji CO [g/s] 1 1 1 Średnia emisja CO dla paliwa Jet A-1 Średnia emisjia CO dla paliwa B5 Rys.. Natężenie emisji dwutlenku węgla dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 (a) oraz porównanie emisji CO dla obydwu badanych paliw Wzrost wartości siły ciągu w zakresie od 1 N do 5 N powodował zwiększenie wartości natężenia emisji tlenku węgla w przypadku zasilania silnika naftą lotniczą (rys. 5a), jak i mieszanką B5. Odnotowane wartości zawierały się w przedziale 35 mg/s (rys. 5b). W zakresie średnich i dużych wartości siły ciągu ( 1 N) stwierdzono stabilizację natężenia emisji tlenku węgla na poziomie około 3 mg/s w przypadku obu paliw. Wyznaczone średnie wartości natężenia emisji tlenku węgla dla badanych paliw nie wykazują znacznych różnic dla poszczególnych nastaw silnika odrzutowego. Różnice wartości natężenia emisji omawianego składnika spalin, z wyjątkiem początkowej wartości siły ciągu (1 N) okazały się mniejsze niż 1%. Analizując cały zakres pomiarowy nie stwierdzono korzystnego wpływu zastosowania domieszki biopaliwa na emisję tlenku węgla. Natężenie emisji CO [mg/s] 5 35 3 5 15 1 5 Średnia zmierzona emisja CO Wyznaczona emisja CO Zmierzona emisja CO Natężenie emisji CO [mg/s] 5 35 3 5 15 1 5 Średnia emisja CO dla paliwa Jet A-1 Średnia emisjia CO dla paliwa B5 Rys. 5. Natężenie emisji dwutlenku węgla dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 (a) oraz porównanie emisji CO dla obydwu badanych paliw Średnie natężenie emisji węglowodorów w przypadku zasilania silnika paliwem Jest A-1 nie przekroczyło 1 mg/s (rys. a). W zakresie wartości siły ciągu 1 7 N stwierdzono zwiększenie natężenia emisji węglowodorów od 55mg/s do 13 mg/s. Dalsze zwiększanie wartości siły ciągu silnika odrzutowego nie powodowało zwiększania emisji węglowodorów, skutkując jej stabilizacją na poziomie około 1 mg/s. Średnie wartości natężenia emisji węglowodorów okazały się mniejsze przy zasilaniu silnika paliwem B5 Logistyka /15 19

w stosunku do zasilania paliwem Jet A-1; z wyjątkiem wartości siły ciągu 1 N i N (rys. b). Różnice okazały się znaczne, sięgające nawet % dla maksymalnej wartości siły ciągu. Stwierdzono, że użycie biopaliwa pozwoliło na zmniejszenie natężenia emisji węglowodorów w szczególności dla wartości siły ciągu ponad 7 N. Uzyskane mniejsze wartości natężenia emisji węglowodorów były wynikiem wyższej temperatury spalania paliwa B5 przy wartościach siły ciągu ponad N. Natężenie emisji HC [mg/s] Średnia zmierzona emisja HC 1 Wyznaczona emisja HC 1 Zmierzona emisja HC 1 Natężenie emisji HC [mg/s] 1 1 1 Średnia emisja HC dla paliwa Jet A-1 Średnia emisjia HC dla paliwa B5 Rys.. Natężenie emisji dwutlenku węgla dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 (a) oraz porównanie emisji HC dla obydwu badanych paliw. Średnie natężenie emisji tlenków azotu dla silnika zasilanego naftą lotniczą nie przekroczyło 1 mg/s. Wzrost wartości siły ciągu skutkował proporcjonalnym zwiększeniem natężenia emisji tlenków azotu (rys. 7a). Średnie wartości natężenia emisji tlenków azotu emitowanych przez silnik zasilany badanymi paliwami znacząco różniły się w zależności od wartości siły ciągu (rys. 7b). W pierwszej części badanego zakresu wartości siły ciągu (od 1 N do N) natężenie emisji tlenków azotu dla paliwa Jet A-1 było większe (o % przy sile ciągu równej 7 N), niż w przypadku zasilania silnika paliwem B5. Od wartości siły ciągu 9 N wyznaczone średnie wartości natężenia emisji tlenków azotu były większe dla paliwa B5. Znaczący wzrost natężenia emisji tlenków azotu odnotowano dla czterech ostatnich punktów pomiarowych (ciąg o wartościach od 9 N do 1 N); zwiększenie natężenia emisji w stosunku do pomiaru dla ciągu o wartości N wyniosło ponad 1%. Natężenie emisji NO x [mg/s] 1 1 1 1 Średnia zmierzona emisja NOx Wyznaczona emisja NOx Zmierzona emisja NOx Natężenie emisji NOx [mg/s] 1 1 1 1 Średnia emisja NOx dla paliwa Jet A-1 Średnia emisjia NOx dla paliwa B5 Rys. 7. Natężenie emisji dwutlenku węgla dla silnika zasilanego paliwem Jet A-1 (a) oraz porównanie emisji NO x dla obydwu badanych paliw Logistyka /15

PODSUMOWANIE Celem przeprowadzonych badań były ocena dokładności szacowania strumienia spalin na podstawie współczynnika nadmiaru powietrza i zużycia paliwa oraz rozpatrzenie wpływu dodatku biopaliwa na emisję związków szkodliwych z silnika turbinowego. W celu wyznaczenia masy przepływających gazów wylotowych zastosowano metodę bezpośredniego pomiaru z wykorzystaniem przepływomierzy EFM-HS (high speed exhaust flow meter) i EFM (exhaust flow meter) oraz metodę analityczną opartą na pomiarze współczynnika nadmiaru powietrza i zużycia paliwa. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów przepływu spalin stwierdzono, że przedstawiona metoda analitycznego wyznaczania strumienia gazów wylotowych pozwala na określenie strumienia spalin ze średnim względnym błędem wynoszącym %. Nie stwierdzono zwiększenia niedokładności omawianej metody przy wzroście siły ciągu, co umożliwia jej stosowanie do silników o znacznie większej maksymalnej sile ciągu niż miało to miejsce w przypadku zastosowanego obiektu badań. Nie stwierdzono negatywnego wpływu zastosowania biopaliwa na emisję dwutlenku węgla z silnika turbinowego. Wartości natężenia emisji dwutlenku węgla w przypadku obu zastosowanych paliw były zbliżone. Z uwagi na absorbowanie dwutlenku węgla przez rośliny wykorzystywane do produkcji biopaliwa, przyjmuje się, że masa emitowanego dwutlenku węgla w wyniku spalania paliwa pochodzenia roślinnego jest bliska zeru. Zastosowanie dodatku biopaliwa nie wpłynęło na emisję tlenku węgla z silnika odrzutowego w przeciwieństwie do emisji węglowodorów i tlenków azotu. Stwierdzono zmniejszenie natężenia emisji węglowodorów dla średnich i dużych wartości siły ciągu. W przypadku maksymalnej siły ciągu, natężenie emisji węglowodorów z silnika zasilanego B5 było mniejsze o % niż w przypadku użycia nafty lotniczej. Skutkiem zastosowania dodatku biopaliwa było również zmniejszenie natężenia emisji tlenków azotu dla małych i średnich wartości siły ciągu, nawet o %. Streszczenie W artykule przedstawiono ocenę emisji związków szkodliwych spalin silnika odrzutowego zasilanego paliwem alternatywnym. W badaniach wykorzystano metodę szacowania przepływu spalin z silnika turbinowego na podstawie współczynnika nadmiaru powietrza oraz dokonano oceny jej dokładności. Wykonano pomiary stężenia głównych, gazowych związków szkodliwych spalin: dwutlenku węgla, tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu. Na podstawie przeprowadzonych badań, dokonano oceny wpływu dodatku paliwa alternatywnego na natężenie emisji związków szkodliwych spalin silnika odrzutowego. Słowa kluczowe: silnik odrzutowy, emisja spalin, paliwa alternatywne. The assessment of the effect biofuel additive on jet engine exhaust emission Abstract The article contains an assessment of exhaust emission from jet engine powered by alternative fuel. The method of estimating the flow of exhaust gases from the turbine engine based on air-fuel ratio was used and an assessment of its accuracy was carried out. During the study the concentration of major harmful gaseous compounds: carbon dioxide, carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides were measured. On the basis of the carried out research, the effect on exhaust emission caused by usage of biofuel as a fuel additive was presented. Keywords: jet engine, exhaust emissions, alternative fuels. LITERATURA [1] Górski K., Olszewski W., Lotko W.: Alkohole i etery jako paliwa dla silników o zapłonie samoczynnym. Czasopismo Techniczne, z. 7. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków. [] Johnson K., Durbin T., Cocker D., Miller J., Agama R., Moynahan N., Nayak G.: On-road evaluation of a PEMS for measuring gaseous in-use emissions from a Heavy-Duty Diesel Vehicle. SAE Technical Paper -1-13,. Logistyka /15 1

[3] Merkisz J., Galant M., Karpiński D., Kubiak K.: Evaluation of possibility to use the LTO cycle for emission test on example of the model turbine engine GTM-1. Journal of Mechanical and Transport Engineering, (), 1. [] Merkisz J., Kozak M.: Wpływ składu mieszanek biopaliw z paliwami konwencjonalnymi na emisję toksycznych składników spalin. Eksploatacja i Niezawodność, 3, 3. [5] Merkisz J., Markowski J., Galant M., Karpiński D., Kubiak K.: Badania wpływu dodatku etanolu do paliwa Jet A-1 na emisję związków szkodliwych spalin silnika turbinowego GTM-1. Combustion Engines, 3 (15), 13. [] Merkisz J., Markowski J., Pielecha J.: Selected issues in exhaust emissions from aviation engines. Nova Science Publishers, New York 1. [7] Merkisz J., Pielecha I.: Alternatywne paliwa i układy napędowe pojazdów. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań. [] Merkisz J., Pielecha J., Radzimirski S.: New trends in emission control in the European Union. Springer Tracts on Transportation and Traffic, Vol., 1. [9] http://www.prtl.pl/samoloty_wiadomosci/1739 (dostęp: 13.5.1). [1] http://www.environet.eu/bioenergetyka (dostęp:.5.15). Logistyka /15