Biyogaz yakıtlı dizel motorda pilot yakıt miktarının emisyonlar üzerine etkisi

Abstract

ÖZETBİYOGAZ YAKITLI DİZEL MOTORDA PİLOT YAKIT MİKTARININ EMİSYONLAR ÜZERİNE ETKİSİSon yıllarda umut verici bir enerji kaynağı olarak ön plana çıkan biyogaz, bilindiği gibi, biyokütleden anaerobik sindirim yoluyla, organik yakıtlardan elde edilmektedir. Her ne kadar üretim sürecine, hammaddelerin türlerine ve bileşimlerine bağlı olarak değişen ana bileşimi söz konusu olsa da, genellikle metan (CH4) (%40-75), karbondioksit (CO2) (%25-55), az olarak da hidrojen (H2), hidrojen sülfür (H2S) ve diğer gazlardan oluşur. Araç yakıtları için petrole alternatif yakıt olabileceği görüldüğünden, birçok bilimsel çalışmanın konusu olmuştur. Bu tez çalışmasında, biyogazın çift yakıtlı bir motorda kullanılmasıyla meydana gelen zararlı emisyonların (CO, HC, NOX ve is) yansıra özgül yakıt tüketimi, özgül enerji tüketimi, hacimsel verim, ısıl verim ve egzoz gaz sıcaklıkları gibi parametreler incelenmiştir. %60’ı CH4, %40’ı ise CO2 gazlarından oluşturulan biyogaz, ana yakıt kaynağı olarak kullanılmış, pilot yakıt olarak dizel yakıtı, biyogaz/ hava karışımının tutuşturulabilmesi için motora gönderilmiştir. Deneylerde, Common-rail püskürtme sistemli, dört zamanlı, dört silindirli ve turbo şarjlı bir dizel motor kullanılmıştır. Çalışma boyunca motor, maksimum motor yüküne ulaştığı devir olan 1750 d/ d’de sabit tutularak, 20 Nm aralıklarla 40-80 Nm arasında değiştirilmiştir. Deney sonuçlarına göre çift yakıtlı çalışmada en uygun şartın pilot yakıt miktarının %50 olduğu görülmüştür.SAYFATEŞEKKÜRiİÇİNDEKİLERiiÖZETviABSTRACTviiSEMBOLLERviiiKISALTMALARixŞEKİL LİSTESİxiTABLO LİSTESİxii1. GİRİŞ1 1.1. Çalışmanın Amacı2 1.2. Biyogaz ve Özellikleri3 1.2.1. Biyogazın elde edilmesi4 1.2.1.1. Ülkelere göre biyogaz kullanımı4 1.2.1.2. Biyogazın kullanım alanları5 1.2.2. Biyogaz yakıtlı içten yanmalı motorlar5 1.2.2.1. Buji ateşlemeli motorlarda biyogaz kullanımı6 1.2.2.2. Biyogazın sıkıştırma ile ateşlemeli motorlarda kullanılması6 1.2.2.3. Çift yakıtlı motorlarda püskürtme avansı ve miktarının etkileri7 1.3. Dizel Yakıt ve Özellikleri7 1.3.1. Dizel yakıtın sınıflandırılması8 1.3.2. Dizel yakıtının özellikleri8 1.3.2.1. Viskozite8 1.3.2.2. Bulutlanma ve akma noktası9 1.3.2.3. Alevlenme ve parlama noktası9 1.3.2.4. Uçuculuk noktası9 1.3.2.5. Donma noktası9 1.3.2.6. Özgül ağırlık10 1.3.2.7. Setan sayısı10 1.3.2.8. Isıl değer10 1.3.2.9. Kükürt miktarı10 1.3.2.10. Kül miktarı10 1.4. Dizel Motorlarda Çift Yakıt Uygulamaları11 1.5. Günümüze Kadar Yapılan Bazı Çalışmalar122. MATERYAL VE YÖNTEM17 2.1. Deney Düzeneği17 2.1.1. Deney motoru18 2.1.2. Dinamometre19 2.1.3. Hava yakıt ölçüm sistemleri19 2.1.4. Emisyon ölçüm sistemi20 2.2. Deney Sonuçlarının İncelenmesinde Kullanılan Hesaplama Yöntemleri21 2.2.1. Özgül yakıt tüketimi21 2.2.2. Özgül enerji tüketimi22 2.2.3. Hacimsel verim22 2.2.4. Isıl verim23 2.2.5. Egzoz emisyonlarının hesaplanması23 2.2.6. Hata analizi24 2.3. Deney Yöntemi243. BULGULAR VE TARTIŞMA26 3.1. Özgül Yakıt Tüketimi26 3.2. Özgül Enerji Tüketimi28 3.3. Hacimsel Verim29 3.4. Isıl Verim31 3.5. Egzoz Gazı Sıcaklıkları33 3.6. Silindir İçi Sıcaklıklar35 3.7. Egzoz Emisyonları39 3.7.1. Hidrokarbon (HC) emisyonları39 3.7.2. Karbondioksit (CO2) emisyonları41 3.7.3 Azot oksit (NOx) emisyonları43 3.7.4 İs emisyonları454. SONUÇLAR VE ÖNERİLER47 4.1. Sonuçlar47 4.2. Öneriler49KAYNAKLAR50EKLER57

ABSTRACTEFFECT OF PILOT FUEL AMOUNT ON EMISSIONS OF BIOGAS FUELLED DIESEL ENGINEBiogas, which has come to the forefront as a hopeful energy source in recent years, is derived from organic fuels through anaerobic digestion from biomass, as is known.Although main composition varies depending on production process, types and compositions of raw materials, it is usually composed of methane (CH4) (40-75%), carbon dioxide (CO2) (25-55%), also a little bit hydrogen (H2), hydrogen sulphide (H2S) and other gases. Since it appears to be alternative fuel to oil for vehicle fuels, it has been the subject of many scientific studies.In this thesis not only the harmful emissions CO, HC, NOX and Soot but also parameters as specific fuel consumption, specific energy consumption, volumetric efficiency, thermal efficiency and exhaust gas temperatures by using biogas in a dual fuel engine are investigated. Biogas, which has been consist of 60% CH4 and 40% CO2 gases, have been used as a main fuel source and the diesel fuel as pilot fuel has been sent to the engine to ignite the biogas/ air mixture. A diesel engine with a common-rail injection system, four- stroke, four-cylinder and turbocharged has been used in tests, the engine has been kept constant at 1750 rpm, the speed at which the highest torque was generated, and the torque has been changed between 40-80 Nm at 20 Nm intervals. According to test results, the optimum conditions are provided when the pilot fuel amount is 50% in the dual fuel operation.