Skomentuj 
Podziel się!
Udostępnij
Twittnij
Wyślij
Drukuj
Badania eksploatacyjne na ciągniku rolniczym CASE IH MX 135, przystosowanym do zasilania biogazem pochodzenia rolniczego.
Biogaz może powstawać samorzutnie, w procesach rozkładu substancji organicznych, lub można go produkować. Biogaz wykorzystywany jako paliwo może być produkowany z odpadów rolniczych (roślinnych i zwierzęcych), komunalnych i przemysłowych [5-7].
Tempo rozkładu substratów organicznych zależy przede wszystkim od rodzaju i rozdrobnienia, temperatury i czasu trwania procesu. Na przebieg procesu fermentacji korzystnie wpływa utrzymanie stałej wysokiej temperatury, wysokiej wilgotności (powyżej 50%), pH (powyżej 6,8) oraz ograniczenie dostępu powietrza [3,8]. O wartości opałowej paliwa decyduje procentowy udział metanu w biogazie. Im więcej metanu, tym większa kaloryczność, a więc korzystniej dla paliwa [1].
Jeśli do produkcji biogazu stosowane są odpady poubojowe (zaliczane do produktów rolniczych), konieczne jest stosowanie higienizacji. Proces higienizacji polega na wygrzewaniu rozdrobnionych substratów w podwyższonej temperaturze przez określony czas w celu pozbycia się patogenów i drobnoustrojów chorobotwórczych. Wówczas bezpiecznie jest prowadzić proces fermentacji w temperaturze 54oC w warunkach termofilowych.
Wyprodukowany biogaz jest oczyszczany z siarkowodoru metodą biologicznego utleniania H2S do siarki elementarnej przez mikroorganizmy. Zawartość metanu w tak otrzymywanym biogazie jest zmienna i wynosi od ok. 50% do ok. 62%, w zależności od stosowanych substratów.
Przygotowanie badań eksploatacyjnych
Badania eksploatacyjne przeprowadzono na ciągniku rolniczym CASE IH MX 135, który charakteryzował się w czasie dotychczasowej eksploatacji bezawaryjną pracą. Ciągnik został zmodernizowany i przystosowany do dwupaliwowego systemu zasilania. Oprócz zmian w układzie zasilania, do nadbudówki pojazdu została przytwierdzona rama, na której zamontowano 4 butle z biogazem stanowiące tzw. magazyn gazowy.
Dwupaliwowy system zasilania ciągnika polegał na zasilaniu biogazem z pilotującą dawką oleju napędowego. Na podstawie wstępnych badań, w zależności od warunków pracy ciągnika (od prędkości obrotowej i jego obciążenia), ustalono ilość dozowanego biogazu. Przy dużych obciążeniach ciągnik zasilany jest głównie paliwem ciekłym (ON), natomiast przy obciążeniach niższych mieszanką paliwa ciekłego i biogazu. Maksymalna dawka dozowanego biogazu wynosiła 30% w stosunku do paliwa ciekłego. Wprowadzenie większej ilości biogazu nie jest możliwe bez dodatkowych zmian konstrukcyjnych silnika.
Badania eksploatacyjne ciągnika rolniczego prowadzone były w przedsiębiorstwie rolnym Poldanor SA. Firma posiada obecnie 14 biogazowni w całej Polsce, w których produkowany jest biogaz pochodzący z surowców i odpadów rolniczych. Do zasilania silnika ciągnika wykorzystywany był biogaz otrzymywany w biogazowni Pawłówko, w której głównym wsadem do produkcji biogazu była gnojowica świńska i kiszonka kukurydziana. Okresowo jako surowce dodatkowe stosowane były także produkty uboczne i półprodukty produkcji roślinnej i produkcji pasz, gliceryna oraz odpady poubojowe [9].
Ciągnik zasilany był biogazem o składzie podanym w tabeli 1. oraz olejem napędowym handlowym zawierający do 7% estrów metylowych kwasów tłuszczowych.
Silnik ciągnika rolniczego smarowany był olejem silnikowym SAE 15W/40, API CI-4, ACEA E-7-04, przeznaczonym do silników z zapłonem samoczynnym, o podwyższonej odporności na utlenianie ze względu na specyfikę spalania paliwa gazowego. Paliwa gazowe powodują wzrost temperatury w komorze spalania, co przyczynia się do szybszego utleniania oleju silnikowego. Dlatego oleje stosowane do silników gazowych powinny być odporne na działanie wysokich temperatur.
Wykonanie badań eksploatacyjnych
W ciągniku rolniczym wymieniono olej silnikowy, przepłukano i wymyto resztki dotychczasowego oleju znajdującego się w układzie smarowania oraz wymieniono filtry: oleju, paliwa i powietrza.
W trakcie badań próbki oleju silnikowego pobierane były co 40 mth, aż do wymiany oleju (czyli do 100 mth). Pierwsza próbka, tak zwana "zerowa", została pobrana po wymianie oleju i pracy silnika przez 10 minut na biegu jałowym, kolejne po 40 mth, 80 mth i po 100 mth.
Właściwości eksploatacyjne oleju silnikowego zostały ocenione na podstawie analizy parametrów pracy silnika, zachodzących zmian właściwości fizykochemicznych oleju
w czasie eksploatacji, oceny stopnia zanieczyszczenia silnika przez osady, laki i nagary, jak również zużycia elementów silnika. Zmiany właściwości fizykochemicznych oleju zostały ocenione na podstawie badań laboratoryjnych próbek olejów. Badania wykonano dla dwóch wymian oleju silnikowego.
Wyniki badań eksploatacyjnych
Zmiany właściwości fizykochemicznych oceniono na podstawie następujących parametrów przedstawionych na rysunkach poniżej:
Spadek lepkości w trakcie eksploatacji jest rzeczą naturalną, na skutek temperatury bądź przedostawanie się do układu olejowego niewielkich ilości paliwa. Jednak nie wystąpiły gwałtowne zmiany lepkości kinematycznej; obserwowane spadki lepkości miały charakter łagodny dla obu wymian.
2. Liczba zasadowa
W czasie eksploatacji liczba zasadowa maleje na skutek neutralizacji kwaśnych produktów pochodzących z utleniania się oleju lub niecałkowitego spalenia paliwa. W naszym przypadku liczba zasadowa praktycznie nie uległa zmianie (co świadczy o małym przebiegu ciągnika) i była adekwatna do liczby przejechanych motogodzin.
3. Zawartość osadów całkowitych
Osady całkowite jest to ilość osadów, jaka tworzy się na skutek utleniania oleju. Im dłuższa eksploatacja, tym więcej osadów wydziela się z oleju. Podczas eksploatacji ciągnika zawartość osadów całkowitych pozostawała na bardzo niskim poziomie i wraz z ilością przejechanych motogodzin praktycznie nie ulegała zmianie zarówno dla I, jak i II wymiany. Wyjątek stanowi próbka oleju pobrana po 40 mth w II wymianie, gdzie zawartość osadów całkowitych była wyższa niż w przypadku pozostałych próbek. Przyczyną zaistniałej sytuacji była prawdopodobnie niewłaściwie pobrana próbka.
4. Pozostałość po koksowaniu
Im mniejsza pozostałość po koksowaniu, tym mniejsza tendencja do tworzenia nagarów na elementach silnika. W czasie eksploatacji ze wzrostem temperatury zwiększa się zdolność oleju do tworzenia osadów, co świadczy o prawidłowej funkcji oleju. W czasie eksploatacji ciągnika pozostałości po koksowaniu praktycznie nie uległa zmianie, co wskazuje, że proces starzenia oleju zachodził bardzo powoli.
5. Popiół siarczanowy
W czasie eksploatacji wzrasta ilość popiołu siarczanowego, na skutek powstawania coraz większej ilości osadów. W naszym przypadku popiół siarczanowy praktycznie nie uległ żadnym zmianom z upływem czasu pracy ciągnika.
6. Zawartość pierwiastków metalicznych
Na skutek eksploatacji zużywają się elementy silnika. Pierwiastki metaliczne pochodzące z elementów silnika przedostają się do oleju. Ilość pierwiastków metalicznych (żelazo, ołów, miedź) rośnie wraz ze wzrostem liczby przejechanych kilometrów, poprzez tarcie współpracujących ze sobą elementów silnika następuje ich ścieranie i przedostawanie się do oleju. W czasie eksploatacji ciągnika nie stwierdzono gwałtownych przyrostów zawartości tych pierwiastków. Łagodne przyrosty zawartości pierwiastków Fe, Cu, Pb świadczą o prawidłowym przebiegu procesu smarowania, czyli o dobrych właściwościach smarowych oleju.
Dwupaliwowy system zasilania ON/Biogaz nie wpłynął na nadmierne zużycie ON i biogazu. W trakcie badań nie zaobserwowano żadnych ubytków oleju silnikowego, nie wystąpiły też kłopoty z uruchomianiem silnika. Pomimo modernizacji ciągnika wszystkie parametry eksploatacyjne, takie jak: zadymienie w trakcie rozruchu, nagrzewanie silnika, poziom hałasu były na poziomie, jaki występował podczas dotychczasowego zasilania jednopaliwowego - olejem napędowym.
W wyniku wizualnej oceny stanu silnika ciągnika rolniczego CASE IH MX 135 stwierdzono, że na silniku zarówno po I wymianie oleju (rys. 11), jak i po II wymianie (rys. 12):
• nie zaobserwowano widocznych śladów zużycia na elementach układu zaworów, krzywek i popychaczy;
• wnętrza pokryw zaworów były czyste;
• nie zaobserwowano widocznych osadów na elementach układu zaworów, krzywek i popychaczy;
• na filtrach paliwa i oleju nie stwierdzono żadnych osadów i zanieczyszczeń (rys. 13 i 14)
Wnioski
Na podstawie otrzymanych wyników badań w warunkach eksploatacji ciągnika rolniczego CASE IH MX 135 zasilanego dwupaliwowo ON/Biogaz można stwierdzić, że:
• oceniane parametrybadanego oleju w czasie eksploatacji w ciągniku rolniczym zasilanym paliwem ON/Biogaz uległy niewielkim zmianom i były adekwatne do ilości przejechanych motogodzin;
• w czasie badań przy zasilaniu ON/Biogaz olej silnikowy SAE 15W/40 charakteryzował się dobrą stabilnością termo-oksydacyjną, co stwierdzono na podstawie niewielkich zmian parametrów: lepkości kinematycznej, pozostałości po koksowaniu, osadów całkowitych i liczby zasadowej;
• ww. olej silnikowy podczas smarowania silnika ciągnika rolniczego zasilanego paliwem ON/Biogaz charakteryzował się dobrymi właściwościami przeciwutleniającymi, myjąco-dyspergującymi i przeciwzużyciowymi;
• badany olej silnikowy przy zasilaniu paliwem ON/Biogaz zapewnił zachowanie czystości elementów silnika na wysokim poziomie (niewielka ilość osadów całkowitych oraz brak widocznych osadów i zanieczyszczeń na filtrze olejowym);
• uzyskane wyniki badań oleju silnikowego przy zasilaniu paliwem ON/Biogaz wskazują na jego dalszą przydatność do eksploatacji;
• paliwo ON/Biogaz nie wpłynęło negatywnie na procesy starzenia oleju silnikowego; proces starzenia zachodził powoli, a zmiany fizykochemiczne były adekwatne do czasu przepracowania oleju.
Biorąc pod uwagę powyższe wnioski, można stwierdzić, że olej silnikowy SAE 15W/40 API CI-4 może być stosowany do smarowania silników wysokoprężnych zasilanych dwupaliwowo, w którym jednym z paliw jest biogaz otrzymywany m.in. z surowców rolniczych, produktów ubocznych i odpadów poubojowych.
Mgr Monika Ziółkowska
PIMOT
[1] Curkowski A., Mroczkowski P., Oniszk-Popławska A., Wisniewski G., Biogaz rolniczy - produkcja i wykorzystanie - Mazowiecka Agencja Energetyczna Sp. z o.o. - Warszawa, grudzień 2009
[2] Ryckebosch E., Drouillon M., Vervaeren H.: Techniques for transformation of biogas to biomethane, Biomass and Bioenergy, 2011, 35(5), 1633-1645.
[3] Deublein D., Steinhauser A.: Biogas from Waste and Renewable Resources: An Introduction, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2008.
[4] Myinta M., Nirmalakhandanb N., Speece R.E.: Anaerobic fermentation of cattle manure: modeling of hydrolysis and acidogenesis, Water Research, 2007, 41, (2), 323-332.
[5] Oniszek-Popławska A., Zowsik M., Wiśniewski G.: Produkcja i wykorzystanie biogazu rolniczego. EC BREC/IBMER, Gdańsk - Warszawa 2003.
[6] Olsson L., Fallde M.: Waste(d) potential: a socio-technical analysis of biogas production and use in Sweden. Journal of Cleaner Production, 2015, 98, 107-115.
[7] Bernat K. i in.: Biogas production from different size fractions separated from solid waste and the accompanying changes in the community structure of methanogenic Archaea. Biochemical Engineering Journal, 2015, 100, 30-40.
[8] Chen Y., Cheng J. J., Creamer K. S.: Inhibition of anaerobic digestion process: A review; Bioresource Technology, July 2008, 99(10), 4044-4064.
[9] http://www.poldanor.com.pl/pl/produkcja-energii-z-biogazu/biogazownia-pawowko
14
KOMENTARZE (0)
Do artykułu: Procesy starzenia oleju silnikowego przy zasilaniu biogazem rolniczym