FAKULTA TECHNOLOGIE OCHRANY PROSTŘEDÍÚstav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší

Emisní charakteristiky vodíku se zemním plynem

SEMESTRÁLNÍ PROJEKT

Petr Jíša

ÚvodÚvod

V budoucnu se předpokládá zavedení vodíku V budoucnu se předpokládá zavedení vodíku jakožto ekologicky čistého paliva do energetikyjakožto ekologicky čistého paliva do energetiky

Směsi zemního plynu s vodíkem = možný Směsi zemního plynu s vodíkem = možný mezistupeň při přechodu na vodíkové mezistupeň při přechodu na vodíkové hospodářstvíhospodářství

Cíl práce: diskutovat vlastnosti tohoto palivaCíl práce: diskutovat vlastnosti tohoto paliva

ÚvodÚvod

Teoretická část: Literární rešerše na téma Teoretická část: Literární rešerše na téma Vlastnosti směsí vodíku se zemním plynemVlastnosti směsí vodíku se zemním plynem

Praktická část: Měření emisí vzniklých Praktická část: Měření emisí vzniklých spalováním směsí vodíku se zemním plynemspalováním směsí vodíku se zemním plynem

Praktická část nebyla z provozních důvodů Praktická část nebyla z provozních důvodů uskutečněna v termínu, bude uskutečněna uskutečněna v termínu, bude uskutečněna dodatečně dodatečně

Vlastnosti ovlivněné Vlastnosti ovlivněné přídavkem vodíkupřídavkem vodíku

Rychlost hořeníRychlost hoření Emise – množství a skladbaEmise – množství a skladba Fyzikálně-chemické vlastnosti (hustota, Fyzikálně-chemické vlastnosti (hustota,

výhřevnost a jiné)výhřevnost a jiné) Problematika záměnnostiProblematika záměnnosti Korozní vlastnostiKorozní vlastnosti

Vliv přídavku vodíku do Vliv přídavku vodíku do zemního plynu na zemního plynu na

výhřevnostvýhřevnost Vodík – nízkovýhřevné palivo, výhřevnost Vodík – nízkovýhřevné palivo, výhřevnost

10,22 MJ/m310,22 MJ/m3 Zemní plyn – velmi výhřevné palivo, Zemní plyn – velmi výhřevné palivo,

výhřevnost 32,97 MJ/m3výhřevnost 32,97 MJ/m3 Přídavek vodíku snižuje výhřevnost zemního Přídavek vodíku snižuje výhřevnost zemního

plynuplynu Výhřevnost zemního plynu klesá v závislosti na Výhřevnost zemního plynu klesá v závislosti na

objemovém procentu vodíku lineárněobjemovém procentu vodíku lineárně

Vliv vodíku na spalováníVliv vodíku na spalování

Vodík – iniciátor spalovacích reakcí Vodík – iniciátor spalovacích reakcí → → snižuje se zápalná teplota, zvyšuje se snižuje se zápalná teplota, zvyšuje se rychlost hoření → žádoucí při spalování rychlost hoření → žádoucí při spalování chudých směsíchudých směsí

Změny v chemismu spalovacích reakcí Změny v chemismu spalovacích reakcí → vliv na množství a skladbu emisí→ vliv na množství a skladbu emisí

Vliv přídavku vodíku na Vliv přídavku vodíku na emise COemise CO

Zdroj: Fanhua Ma et al. Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine. Zdroj: Fanhua Ma et al. Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine.

International Journal of Hydrogen EnergyInternational Journal of Hydrogen Energy, 2007, Volume 32, 5067-5075, 2007, Volume 32, 5067-5075..

Vliv přídavku vodíku na Vliv přídavku vodíku na emise uhlovodíkůemise uhlovodíků

Zdroj: Fanhua Ma et al. Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched Zdroj: Fanhua Ma et al. Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine. natural gas engine. International Journal of Hydrogen EnergyInternational Journal of Hydrogen Energy, 2007, Volume 32, 5067-5075., 2007, Volume 32, 5067-5075.

Vliv přídavku vodíku na Vliv přídavku vodíku na emise NOXemise NOX

Zdroj: Fanhua Ma et al. Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched Zdroj: Fanhua Ma et al. Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine. natural gas engine. International Journal of Hydrogen EnergyInternational Journal of Hydrogen Energy, 2007, Volume 32, 5067-5075., 2007, Volume 32, 5067-5075.

Vliv přídavku vodíku na Vliv přídavku vodíku na tepelnou účinnost spalovánítepelnou účinnost spalování

Zdroj: Fanhua Ma et al. Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched Zdroj: Fanhua Ma et al. Experimental study on thermal efficiency and emission characteristics of a lean burn hydrogen enriched natural gas engine. natural gas engine. International Journal of Hydrogen EnergyInternational Journal of Hydrogen Energy, 2007, Volume 32, 5067-5075., 2007, Volume 32, 5067-5075.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 10 20 30 40 50 60 70

%H2

ρ (k

g.m

-3)

Vliv přídavku vodíku na Vliv přídavku vodíku na hustotu zemního plynuhustotu zemního plynu

Výpočet dle normy ČSN Výpočet dle normy ČSN

ISO 6976ISO 6976 Přídavek vodíku snižuje Přídavek vodíku snižuje

hustotu zemního plynu, hustotu zemního plynu, závislost je lineárnízávislost je lineární

Vliv přídavku vodíku na Vliv přídavku vodíku na Joule-Thompsonův efektJoule-Thompsonův efekt

Joule-Thompsonův efekt = problém na regulačních Joule-Thompsonův efekt = problém na regulačních stanicích pro zemní plynstanicích pro zemní plyn

Při poklesu tlaku se zemní plyn ochlazuje a uhlovodíky Při poklesu tlaku se zemní plyn ochlazuje a uhlovodíky v něm obsažené mohou kondenzovatv něm obsažené mohou kondenzovat

Přídavek vodíku Joule-Thompsonův efekt potlačujePřídavek vodíku Joule-Thompsonův efekt potlačuje

)8(d

QW vv

Problematika záměnnosti Problematika záměnnosti plynných paliv, kritéria plynných paliv, kritéria

záměnnostizáměnnosti Záměnnost plynných paliv = kritérium pro Záměnnost plynných paliv = kritérium pro

náhradu jednoho druhu plynného paliva náhradu jednoho druhu plynného paliva jiným plynným palivemjiným plynným palivem

Důležité pro bezpečný a efektivní chod Důležité pro bezpečný a efektivní chod spalovacích zařízení (hořáky, spotřebiče)spalovacích zařízení (hořáky, spotřebiče)

Kritéria záměnnosti:Kritéria záměnnosti: Wobbeho čísloWobbeho číslo Spalovací potenciál Spalovací potenciál d

HCavCOCHHuc yxi 7,03,0 42

Obecná ukázka obrazce Obecná ukázka obrazce záměnnostizáměnnosti

Obrazce záměnnosti se Obrazce záměnnosti se získávají empiricky získávají empiricky testováním paliv o testováním paliv o různých složeních přímo různých složeních přímo na spotřebičíchna spotřebičích

Definují se mezní Definují se mezní hodnoty korigovaných hodnoty korigovaných Wobbeho čísel a Wobbeho čísel a spalovacích potenciálů spalovacích potenciálů pro vznik defektůpro vznik defektů

Skupiny plynných palivSkupiny plynných paliv

V obecném diagramu V obecném diagramu záměnnosti definují záměnnosti definují uzavřené oblasti uzavřené oblasti uspořádaných dvojic uspořádaných dvojic (Spalovací (Spalovací potenciálpotenciál;Wobbeho ;Wobbeho číslo), skupiny číslo), skupiny plynných palivplynných paliv

Efekt přídavku vodíku na Efekt přídavku vodíku na příslušnost paliva do příslušnost paliva do

skupiny zemních plynůskupiny zemních plynů Výpočet spalovacích Výpočet spalovacích

potenciálů a Wobbeho potenciálů a Wobbeho čísel podle normy ČSN čísel podle normy ČSN ISO 6976ISO 6976

Předpoklad: Čistý zemní Předpoklad: Čistý zemní plyn = zemní plyn plyn = zemní plyn ruského typu ruského typu

Přídavek vodíku zvyšuje Přídavek vodíku zvyšuje spalovací potenciál a spalovací potenciál a snižuje Wobbeho číslosnižuje Wobbeho číslo

Plyn s 30% obj. vodíkuPlyn s 30% obj. vodíku by již vyžadoval úpravy by již vyžadoval úpravy zařízenízařízení

Závěr-pozitiva přídavku Závěr-pozitiva přídavku vodíku do zemního plynuvodíku do zemního plynu Iniciace spalovacích reakcí, pokles Iniciace spalovacích reakcí, pokles

zápalné teploty, vzrůst rychlosti hořenízápalné teploty, vzrůst rychlosti hoření Redukce emisí HC, CORedukce emisí HC, CO Zvýšení tepelné účinnosti motorů při Zvýšení tepelné účinnosti motorů při

spalování chudých směsíspalování chudých směsí Zmírnění Joule-Thompsonova efektu při Zmírnění Joule-Thompsonova efektu při

změnách tlaku plynuzměnách tlaku plynu

Závěr-negativa přídavku Závěr-negativa přídavku vodíku do zemního plynuvodíku do zemního plynu

Snížení výhřevnosti plynuSnížení výhřevnosti plynu Zvýšení emisí NOZvýšení emisí NOx x při zachování při zachování

pracovního režimu motoru oproti čistému pracovního režimu motoru oproti čistému zemnímu plynuzemnímu plynu

DĚKUJI ZA POZORNOSTDĚKUJI ZA POZORNOST