Wassereinspritzung für höheren BHKW-Wirkungsgrad

[Al Kano]

Hallo,
hier im Betrieb läuft ein solcher Compounder. Eine Leistungsteigerung ist
deutlich spürbar (WG 43,5 - 44 % hier gemessen). Der Motor läuft aber bei hoher Beanspruchung und thermischer Belastung.
Eine Einspritzung wie oben von Sauste beschrieben, vor dem Compounder, ist mir auch spontan eingefallen. Aber mir fallen gleichzeitig auch eine ganze Reihe von dabei möglicherweise auftretenden Problemen ein. Beispielsweise müsste der erste Turbo gegen einen nachfolgenden Druckaufbau vor dem zweiten Turbo (compounder) arbeiten. Wieviel Wasser wäre nötig - und - was macht dieses Wasser mit der Technik die es anschließend passieren muß? Auch wenn´s nur Dampf ist? ..........
Beim Wassereinspritzen vor dem ersten Turbo wird der Ladedruck des Motors noch weiter erhöht. Die Grenze sollte hier aber z.B. beim 265 Schnell bei max. 150 kPa liegen. Hier liegen wir aber jetzt schon genau am Limit!
Solche Eingriffe in den Motor sind kompliziert, zumal die Motoren mit hohen WG bereits an ihre physikalischen Grenzen stoßen.
Ihr kennt ja das Gestz vom abnehmenden Ertragszuwachs.
Aber...... als Anregung für die Motorenbauer sind die Gedanken sehr interessant. Sofern sie nicht von Diesen bereits gedacht wurden.
Grüßle und viel Gas

[Franz]

Hallo Al Kano,
ich `hab mir noch ein paar Gedanken hierzu gemacht wie die Sache wohl konkret funktionieren könnte. Ich versuch das Ganze `mal an der Kaskadenlösung/Reihenschaltung wie bei Skania/Schnell durchzuspielen, obwohl eine andere Turboladeranordnung vieleicht besser wäre. Wenn, dann müsste der Dampf schon vor die erste Stufe eingeblasen werden (bei einen Staudruck von z.B. ca. 3-4 Bar), um auch das komplett mögliche Enthalpie-Gefälle des Dampfes auszunutzen. Turbolader I müsste natürlich etwas größer sein oder eine VTG-Ausführung, d.h. durch die variable Geometrie entnimmt Turbo I nur die Energie die für die maximale Verdichterleistung notwendig ist. Vor Turbine II herschen dann halt unterschiedliche Staudrücke (vieleicht so zwischen 2-3 Bar) muss du gucken ob sie dann noch in einem akzeptablen Wirkungsgradbereich arbeitet, bzw. die Übersetzung angepasst werden muss. Wie bereits geschätzt - braucht man pro kW Nutzleistung an der Kurbelwelle ca. 8-10 kg Dampf/Stunde, bei beispielsweise 100 kW Abgasleistung könnte man je nach Wärmetauschergüte ca. 100-150 kg Heißdampf erzeugen, - also ca. 10-15 kW echte zusätzliche Nutzleistung! Für die Turbolader wäre der zusätzlich Dampf sicherlich kein Problem, da ja das Abgas sowieso zum großen Teil aus Wasserdampf besteht und wir hier von einer zusätzlichen Massenstrom von ca. 20-30% reden. Das Hauptproblem ist vieleicht die Wasserrückgewinnung/Kondensation aus dem Abgas und die entsprechende Aufbereitung wegen Korossion und Ablagerungen...

[westwind92]

Moin,
ich weis ja nix, aber dafür alles besser.

Wenn ihr es schafft die Wärmeleistung aus dem Abgas über eine Wasserdampfgestehung mit kontinuierlicher Wasserzuführung, Entcarbonarisierung und exakter Dosierung so in den Vorraum einer Abgasturbine einzuspritzen, daß nicht die Turbine hoch- sondern radial weitergeht, dann seit ihr technisch SPITZE.
Wenn ihr es dann noch vorrechnet, daß die Leistungserhöhung über die höhere Investition, den höheren Verschleiß und die sinkende Verfügbarkeit (mit steigender Anzahl an Baugruppen) ein betriebswirtschaftlich, verbessertes Nettoergebnis einbringt, ja dann RAN.

Beste Grüsse
ww92

[franz.boessl]

hallo

es gibt motoren, bei denen die ansaugluft mit wasser angefeuchtet wird, um niedrigere NOx e und höheren WG zu erreichen.

siehe:
www.rederi.no/default.asp?FILE=items/28 ... %20HAM.pdf

daneben gibts noch:
- wassereinspritzung in den brennraum
- bei dieselmotoren kraftstoff-wasser-emulsion
- millerverfahren
für die zukunft:
- homogene verbrennung eines homogenen kraftstoff-luft gemisches
(beim gasmotor wäre dies selbstzündung an allen stellen im brennraum)
problem bei der zündung mit zündkerze ist, dass sich eine flammenfront über von der zündkerze aus über den gesamten brennraum ausbreiten muss und dadurch lokal sehr hohe spitzentemperaturen entstehen. diese sind für die nox verantwortlich.



mfg
fjb

[gadget]

Bei kurzlebigen Hochleistungsmotoren wie z.B. im (Sekunden)Rennsport mag Wassereinspritzung funktionieren, aber beim Dauereinsatz ist der Nutzten zum Mehrertrag mehr als fraglich. Bei Langstreckenrennen (Le Mans) hielten solche Motoren nicht einmal die halbe Distanz von einem Ölwchsel zum anderen. Ein Teil des Wassers(dampfes) schlägt an den Zylinderwänden an und verdünnt das Öl, der Ölfilm reißt ab und schon hat man einen Kolbenfresser.
Beim Biogas mit seinem Schwefelanteil werden dazu noch Probleme mit schwefligen Säuren und der dazugehörigen Korrosion kommen, besonders in den Heiß/Warm/Kaltübergängen (Punktkorrossion).
Bei mir ist in der Gasregelstrecke ein Eiskühler eingebaut, um den letzten Rest Feuchtigkeit heraus zubekommen,
Ich würde sowas höchsten in der Endphase des BHKWsleben ausprobieren, oder wenn mir der Motor nichts kostet.

...gadget

[TL1000junkie]

Bei kurzlebigen Hochleistungsmotoren wie z.B. im (Sekunden)Rennsport mag Wassereinspritzung funktionieren, aber beim Dauereinsatz ist der Nutzten zum Mehrertrag mehr als fraglich. Bei Langstreckenrennen (Le Mans) hielten solche Motoren nicht einmal die halbe Distanz von einem Ölwchsel zum anderen. Ein Teil des Wassers(dampfes) schlägt an den Zylinderwänden an und verdünnt das Öl, der Ölfilm reißt ab und schon hat man einen Kolbenfresser.
Beim Biogas mit seinem Schwefelanteil werden dazu noch Probleme mit schwefligen Säuren und der dazugehörigen Korrosion kommen, besonders in den Heiß/Warm/Kaltübergängen (Punktkorrossion).
Bei mir ist in der Gasregelstrecke ein Eiskühler eingebaut, um den letzten Rest Feuchtigkeit heraus zubekommen,
Ich würde sowas höchsten in der Endphase des BHKWsleben ausprobieren, oder wenn mir der Motor nichts kostet.

...gadget

Meine Erfahrungen untermauern die Aussagen von Gadget. In Anlagen mit feuchtem Gas, sieht man deutlich einen Anstieg von Verschleißmetallen im Motorenöl da das Wasser den Schmierfilm von der Laufbuchse verdrängt.
Ich denke eine Wirkungsgraderhöhung hat auch zwangsläufig höhere Wartungs- und Instandsetzungskosten zur Folge.

Gruß TL1000

[BHKW-Techniker]

Turbolader haben mit feinen Wassertröpfchen auch ihre Probleme. Selbst bei kleinen Mengen kann es zur Kavitation kommen. Außerdem wird das Öl viel zu stark mit Wasser belastet.

[franz.boessl]

Hallo!

In Grossdieselmotoren für Schiffs- u. Stationäre Anwendungen ist Wassereinspritzung schon heute Stand der Technik.

Gasmotoren sind in der Erprobung, die Wirkungsgradsteigerung und weitere positive Effekte sind nachgewiesen und nachzulesen in :
http://www.wtz.de/5DGMK/Auswirkungen_vo ... motors.htm

Franz

[TL1000junkie]

Hallo!

In Grossdieselmotoren für Schiffs- u. Stationäre Anwendungen ist Wassereinspritzung schon heute Stand der Technik.

Gasmotoren sind in der Erprobung, die Wirkungsgradsteigerung und weitere positive Effekte sind nachgewiesen und nachzulesen in :
http://www.wtz.de/5DGMK/Auswirkungen_vo ... motors.htm

Franz

Niemand bestreitet eine Wirkungsgradsteigerung durch Wassereinspritzung. Nur hinkt der Vergleich mit Großmotoren im Schiffbau. Dort sind 100% Motorleistung im Schnitt nur 85% der maximalen Motorleistung. Bei der Wirkungsgradsteigerung geht es dort vor allem im Senkung der Treibstoffkosten.
Mal ganz ehrlich, wer fährt mit seinem Gasmotor im Schnitt 85 % als Dauerleistung, wohl die wenigsten. Da muss die Leistungsangabe idealerweise immer 3stellig sein. Also Vollgas!!! Dabei werden die Motoren schon an der Leistungsgrenze betrieben. Jede weitere Leistungssteigerung hat einfach einen überproportionalen Anstieg des Verschleißes zur Folge das es wirschaftlich nicht tragbar wäre.

Gruß TL1000

[strike]

Kein Motor wird mit 100% gefahren. Die sind alle vom Hersteller gedrosselt. Grobe Richtung für Verbrauchsoptimierung bei Verbrennungmotoren: 80% Drehzahl und 80% Drehmoment.