Optimization of operating modes exhaust gas wastegate system of marine medium speed diesel

Проанализированы режимы перепуска выпускных газов (EGW) судового среднеоборотного дизеля 6L20 Wartsila. Приведены результаты исследования по определению влияния степени перепуска выпускных газов на эмиссию оксидов азота, удельный эффективный расход топлива и температуру выпускных газов дизеля. Эксперименты выполнялись как для разной степени открытия перепускного клапана (0 … 10 %) и для разной нагрузки на дизель (55 … 85 %). По результатам эксперимента были построены графические зависимости эмиссии оксидов азота NO_Х от степени открытия клапана перепуска выпускных газов d_EWG. В качестве критерия, позволяющего оценить эффективность использования системы перепуска для различных режимов, предложено рассмотреть площадь под кривой NO_Х=f(d_EWG). Экспериментально установлено, что использование перепуска газов способствует снижению эмиссии оксидов азота судовых дизелей. Относительное снижение выбросов оксидов азота находится в пределах 3,33 … 15,42 % и зависит от количества газов, перепускаемых помимо газотурбонагнетателя, и мощности дизеля. Наибольший уровень снижения эмиссии NO_X соответствует 75 … 85 %-ой нагрузке – самым распространенным режимам работы судовых среднеоборотных дизелей при их использовании в качестве дизель-генераторов в составе судовой электростанции. Установлено, что использование системы EGW приводит к росту удельного эффективного расхода топлива. При этом для режимов, соответствующих 55 … 65 %-ой нагрузки его увеличение составляет 2,66 … 4,43 %. Для нагрузки 0,85N_eном увеличение удельного расхода топлива не превышает 1,2 %. Также определено, что использование системы EGW вызывает рост тепловой напряженности дизеля (которая оценивалась по значению температуры выпускных газов t_г). Определение эффективности использования системы EGW, как одного из способов обеспечения требований Приложения VI МАРПОЛ по ограничению эмиссии NO_X, должно производиться путем комплексной оценки следующих параметров работы дизеля: количество NO_X в выпускных газах, увеличение удельного эффективного расхода топлива Db_e, температура выпускных газов t_г.

Проаналізовано режими перепуску випускних газів (EGW) суднового середньообертового дизеля 6L20 Wartsila. Наведено результати дослідження щодо визначення впливу ступеня перепуску випускних газів на емісію оксидів азоту, питому ефективну витрату палива і температуру випускних газів дизеля. Експерименти виконувалися для різного ступеня відкриття перепускного клапана (0 ... 10 %) та для різного навантаження на дизель (55 ... 85 %). За результатами експерименту були побудовані графічні залежності емісії оксидів азоту NO_Х від ступеня відкриття клапана перепуску випускних газів d_EWG. Як критерій, що дозволяє оцінити ефективність використання системи перепуску для різних режимів, запропоновано розглянути площу під кривою NO_Х=f(d_EWG). Експериментально встановлено, що використання перепуску газів сприяє зниженню емісії оксидів азоту суднових дизелів. Відносне зниження викидів оксидів азоту знаходиться в межах 3,33 ... 15,42 % і залежить від кількості газів, яка спрямовується зовні газотурбонагнетача, і потужності дизеля. Найбільший рівень зниження емісії NO_X відповідає 75...85 %-ому навантаженню – найпоширенішим режимам роботи суднових середньообертових дизелів при їх використанні в функції дизель-генераторів у складі суднової електростанції. Встановлено, що використання системи EGW призводить до зростання питомої ефективної витрати палива. При цьому для режимів, відповідних 55 ... 65 %-ому навантаженню його збільшення становить 2,66 ... 4,43 %. Для навантаження 0,85N_eном збільшення питомої витрати палива не перевищує 1,2 %. Також визначено, що використання системи EGW викликає зростання теплової напруженості дизеля (яка оцінювалася за значенням температури випускних газів t_г). Визначення ефективності використання системи EGW, як одного із способів забезпечення вимог Додатка VI МАРПОЛ щодо обмеження емісії NO_X, має проводитися шляхом комплексного оцінювання наступних параметрів роботи дизеля: кількість NO_X в випускних газах, збільшення питомої ефективної витрати палива Db_e, температура випускних газів t_г.

The modes of exhaust gas bypass of a marine medium-speed diesel engine 6L20 Wartsila are analyze. The results of studies to determine the effect of the degree of bypass of exhaust gases on the emission of nitrogen oxides, specific effective fuel consumption and temperature of the exhaust gases of a diesel engine are presented. The experiments were performed both for different degrees of opening of the bypass valve (0 ... 10 %) and for different loads on the diesel engine (55 ... 85 %). According to the results of the experiment, graphical dependences of the emission of nitrogen oxides NO_X on the degree of opening of the exhaust gas bypass valve d_EWG were constructed. As a criterion for evaluating the efficiency of using the bypass system for various modes, it is proposed to consider the area under the curve NO_X=f(d_EWG). It has been experimentally established that the use of gas bypass helps to reduce the emission of nitrogen oxides of marine diesel engines. The relative reduction of nitrogen oxide emissions is in the range 3.33 ... 15.42 % and depends on the amount of gases bypassed in addition to the gas turbocharger and the diesel power. The highest level of NO_X emission reduction corresponds to 75 ... 85 % load - the most common mode of operation of marine medium-speed diesel engines when they are used as diesel generators in a marine power plant. It is established that the use of the EGW system leads to an increase in the specific effective fuel consumption. Moreover, for the modes corresponding to the 55 ... 65% load, its increase is 2.66 ... 4.43 %. For a 0.85N_enom, the increase in specific fuel consumption does not exceed 1.2 %. It was also determined that the use of the EGW system causes an increase in the thermal tension of the diesel engine (which was estimated by the value of the exhaust gas temperature t_g). Determining the efficiency of using the EGW system as one of the ways to meet the requirements of MARPOL Annex VI to limit NO_X emissions should be carried out by a comprehensive assessment of the following diesel operation parameters: the amount of NO_X in the exhaust gases, the increase in the specific effective fuel consumption Db_e, the temperature of the exhaust gases t_g.