Эффективность использования топлива выше в

Эффективность использования топлива.

Тепловые процессы в котле.

При нагреве в котле воды или пара продуктами сгорания совместно действуют три вида теплообмена:

Тепловое излучение — теплообмен посредством лучистой энергии.

Конвекция — перенос теплоты перемешиванием между собой и перемещением частиц жидкости или газа.

От раскаленных продуктов сгорания теплота передается излучением и конвекцией теплообменным поверхностям. Далее тепловой поток проходит через металл труб или чугунных секций теплопроводностью, от внутренних поверхностей теплота передается к воде, движущейся с достаточно большой скоростью.

Наиболее интенсивна передача теплоты излучением к экранным поверхностям, расположенным в топке. При наличии на поверхностях нагрева сажи или слоя очень мелких частиц минерального происхождения, занесенных в топку воздухом, теплообмен ухудшается.

Передача теплоты к поверхностям нагрева в газоходах происходит в основном за счет конвекции. Поэтому поверхности нагрева называются конвекции. Поэтому поверхности нагрева называются конвективными. Теплообмен в газоходах, отнесенный к 1 м3 площади поверхности нагрева, а 10-12 раз меньше, чем в топке. Поэтому общая площадь конвективной поверхности в несколько раз больше радиационной.

Большое влияние на передачу теплоты оказывают отложения накипи на внутренней стороне поверхности нагрева и сажи на наружной, газовой стороне. Теплопроводность накипи и сажи во много раз ниже, чем стали.

В местах, где имеются отложения накипи и подверженных воздействию высоких температур газового факела, резко возрастает температура металла, что может вызвать деформацию и разрыв экранных труб.

Ухудшение теплоотдачи производит к повышению температуры отходящих газов и снижению эффективности использования топлива.

Коэффициент полезного действия котла.

Тепловой баланс котла представляет собой равенство, левая часть которого включает теплоту, внесенную в топку, а правая — сумму полезно использованной теплоты и потерь:

Располагаемая или внесенная теплота включает в себя теплоту сгорания топлива, а также физическую теплоту топлива и воздуха. Физическая теплота, внесенная газом и воздухом, обычно учитывается не в приходной части баланса, а соответствующим уменьшением количества теплоты, теряемой с уходящими газами. Для газообразного топлива потери от механической неполноты сгорания отсутствуют. В этом случае тепловой баланс газового котла выражается равенством:

Эффективность использования теплоты сгорания газа, т.е. превращения его химической энергии в тепловую энергию, усвоенную водой или паром, характеризуется коэффициентом полезного действия (КПД),который представляет собой отношение полезно используемой теплоты к затраченной, выраженное в долях от единицы или в процентах:

Основными направлениями, повышающими эффективность использования газа, являются:

Закрытие мелкой котельной и подключение ее потребителе к крупной станции дает экономию газа 13-16 м 3 /Гкал, при этом экономятся трудовые ресурсы — 6-9 человек.

Мероприятия, способствующие уменьшению потерь с уходящими газами Q3:

Потери теплоты с химической неполнотой сгорания должны быть сведены к нулю за счет:

Для снижения расхода газа из-за потерь в окружающую среду следует:

Для котлов с поверхностью нагрева больше 500 м 2 на растопку после суточной остановки затрачивается двухчасовой расход топлива при его нормальной нагрузке.

В паровых котлах экономия газа обеспечивается также увеличением температуры питательной воды, ростом сбора и возврата конденсата в котельную.

05 Сентября 2010 г.

© 2007–2021 ГК«Газовик». Все права защищены.
Использование материалов сайта без разрешения владельца запрещено и будет преследоваться по закону.

Источник

КПД и топливная эффективность.

8717824s 100

Современные двигатели внутреннего сгорания еще много десятилетий назад – с появлением непосредственного впрыска и систем турбонаддува поступающего в цилиндры воздуха, достигли сегодняшних значений КПД и топливной эффективности. Поэтому на сегодняшний день мировые корпорации – производители двигателей для автомобилей и прочей техники тратят огромные деньги и многие годы усилий, чтобы за счет больших затрат и значительного усложнения конструкции двигателей повысить КПД всего на 2 – 3 %. Усилия и затраты оказываются совершенно не сравнимы с получаемым результатом. Итог всего этого — как в известной пословице – «гора родила мышь».
Кстати именно поэтому во всех крупных странах действует целая индустрия «тюнинга двигателя», т.е. огромное количество мелких фирм, полукустарных мастерских и отдельных спецов, которые берутся как-то довести стандартные двигатели массовых марок машин до более высоких показателей мощности, тяговитости и пр. Т.е. подвергают двигатель доводке, доработке, форсированию и проч. ухищрениям, которые в народе определяются как тюнинг двигателя.
Но все эти мероприятия и технические действия над моторами очень стандартны по своей сути и всем этим тюнинг — идеям уже минимум по пол — сотни лет. Напомню, что турбонаддув поступающего в двигатель воздуха был успешно применен еще в 20-х годах прошлого века, а первый патент в США на такое устройство получил швейцарский инженер Альфред Бюхи аж в 1905 году… А системы прямого впрыска топлива в цилиндры массово применялись в поршневых моторах военной авиации уже в начальный период 2-й мировой войны. Т.е. всем современным «передовым» техническим системам борьбы за повышение КПД и топливной эффективности двигателей уже под сто лет, или даже более того. При всех этих ухищрениях общий КПД лучших бензиновых двигателей (с искровым принудительным зажиганием) не превышает 25-30 %, а КПД лучших дизельных моторов в их самых экономичных крупногабаритных вариантах (у которых множество сложных дополнительных устройств) многие десятилетия ни как не может перевалить за 40-45 %. У малых дизелей КПД процентов на 10 ниже.
В этой статье мы постараемся коротко и популярным языком изложить основные задачи и определить теоретические возможности создания двигателя внутреннего сгорания с уверенным КПД выше 50%.
Есть отличная теоретическая статья на эту тему, полная статья находится тут, меня интересует она с точки зрения отправных теоретических точек — www.rotor-motor.ru/page08.htm

Первое значение указывает, какая часть выделяемого в двигателе тепла превращается в полезную работу, а какая зазря уходит в окружающее пространство. Механический КПД же указывает, какая часть активной работы двигателя бесполезно тратиться на преодоление различных механических сопротивлений и привод дополнительной техники в самом двигателе.
Но почему-то во всех учебниках в понятие общего КПД не вводят понятие «топливная эффективность». То есть значение, которое будет показывать, какое количество топлива полезно сгорает и превращается в итоге в тепло и объем рабочих газов, а какое количество топлива не сгорает и идет на выхлоп в виде паров топлива или продуктов его неполного сгорания. Именно эту, несгоревшую часть топлива, в современных «высокоэффективных» автомобилях дожигают в катализаторах, которые устанавливаются в выхлопных трубах. Т.е. выхлоп за счет применения этих систем оказывается достаточно чистым, но топливную эффективность и КПД двигателя эта система ни как не повышает. А наоборот снижает – ибо чтобы «прокачать» порцию выхлопных газов сквозь «густую сетку» каталитических поверхностей, двигателю приходится работать как солидному насосу и тратить на это дело немалую часть своей мощности. Конечно, в формулах подсчета КПД эта категория как-то присутствует, но присутствует не явно и робко. Например в такой форме, как, например, в одной из формул общего теплового баланса имеется составляющая «Q н.с. — тепло, получаемое при неполном сгорании». Но все эти подходы страдают некоей нечеткостью, поэтому я постараюсь изложить все предельно четко и максимально системно.
Итак, общий КПД двигателя будет раскладываться на 3 основные части:
топливная эффективность;
термический КПД;
механический КПД;
Мы не конструкторы ДВС и термическую и механическую КПД мы практически НЕ можем поправить и улучшить. Максимум что возможно сделать это, снизить коэф. трение в парах трения коробки, мотора, редукторов, ступичных подшипников. Это позволит снизить максимально потери на 5-7 %, правильно говорить о цифре 5 %, по крайней мере что показывает практика.

4kAAAgBFWeA 960

А вот второй параметр, топливная эффективность, как раз, можно значительно увеличивать, средние показатель по практике 10-12 %, теория говорит о 3 % топливной эффективности, но как известно теория и практика у нас в жизни две разные разницы, никогда НЕ бывает идеальных или лабораторных условий, по этому мое правило отталкиваться от теории НО проверять и сравнивать все с практикой, с полученными результатами.
Вот тут я вынужден как раз показать вторую статью Андрея с теоретическими подсчетами, правда не правильно посчитанными, но суть не в этом, статья Андрея хороша так как написана простым и доступным языком для обывателя, учитывая сложность темы, крайне скудной информации по теме в открытых источниках, в интернете минимум информации возможно найти не смотря на 21 век, казалось бы, все это специализированная литература.
В первой статье можно ознакомится, что такое топливная эффективность, из чего она состоит, отлично показан тот «замкнутый» круг строения ДВС, приведены доказательства за последние 120 лет фактически нуль изменений. Чуть улучшена электроника, датчики, программы и все. С точки зрения конструкции изменений практически нет, данную задачу увеличения серьезного КПД так и не решил.

7UAAAgBFWeA 960

На этом фото с трансмиссионного электронного микроскопа мы видим частички катализатора на носителе, это так называемые активные центры, на которых главным образом и протекают каталитические реакции.
Для каждого типа реакций эффективны только определённые катализаторы. Кроме уже упомянутых кислотно-основных, существуют катализаторы окисления-восстановления.
Здесь речь идет о гетерогенных катализаторах, работают они следующим образом — речь идет про катализаторы ДОЖИГАНИЯ смеси, катализаторы окисления, как написано выше.
Дожигания это точно такой же процесс который происходит и в выхлопной системе, это именно окисление. Данный виды катализаторов на КПД дожига практически НЕ влияют, речь как раз может идти о цифрах 1 %, катализаторы дожига направлены и решают задачи экологии, выбросов и очистки воздуха, но не КПД топливной эффективности. Андрей, говорит о том что на катализаторах дожига на активных точках, фото выше, обеспечивается более низкая температура окисления, порядка 120-130 градусов и происходит окисление. По этому имеем меньше СО2 на выходе, примерно на 50 % и всего остального. Здесь мы стараемся максимально окислить и получить минимум выбросов и + 1 % экономии.
Андрей, мы используем катализаторы ГОРЕНИЯ, другими словами гомогенные! Это как раз труд изначально и отправные точки заданные Семеновым Н.Н. (нобелевский лауреат) в химии и точно так же все работает и в физических процессах (то есть «ноги» выросли от туда), о чем я тебе уже говорил, его работа — «Химические цепные реакции».
Чем отличаются катализаторы дожига (экологии) от катализаторов горения (кпд топлива). За счет увеличения радикалов, за счет катализаторов, время горения СНИЖАЕТСЯ, а мы помним по первой статье о НЕХВАТКИ ВРЕМЕНИ ГОРЕНИЯ, как следствие повышается степень (% выражение) разрушения бензольного кольца (ароматических углеводородов), а мы все помним сколько ароматики сегодня в высоко октановых бензин.
Практический дожиг самых лучших катализаторов это 70 % КПД. Чисто теоретически по формулам должно быть около 3 % Андрей, НЕ 1 %!

Вот данный подсчет:

«Давайте попробуем оценить потенциально возможный процент экономии или повышения мощности. В открытых источниках я не нашел данных по составу отработанных газов непосредственно из камеры сгорания, но можно попытаться рассчитать с хвоста. Так если за основу взять Евро-0 — начало 1988 год, экология и катализаторы в то время мало кого интересовали, топливо — не этилированный бензин. (взял здесь и здесь) То выбросы углеводородов нормируются — до 2,4 г/(кВт*ч), CO — до 11,2г/(кВт*ч), NOх — до 14,4 г/(кВт*ч) твёрдые частицы — не регламентировано, дымность — не регламентировано.
Есть замороки с размерностью, придётся некоторые вещи принять. Так для удобства расчета возьмём двигатель 100 кВт*ч, т.е. 134 лс*ч и будем гонять его в полсилы на 3000 об при этом он с легкостью съест 10л/100 км, на таких оборотах скорость будет где-то 130 км/ч и за час мы потратим 13л или при плотности бензина 750 гр/л (норма 720-780гр/л) получаем 975 гр. Итого процент несгоревшего топлива 2,4*50/975*100= 12,3 % Не слабо получилось, но если подумать о том что это 80-е и для примера взять ту же нашу копейку, то наверное да.
Но при таком расчете слишком много допущений, возьмём Евро-1 — введенный с 1992 года, топливо — не этилированный бензин, нормы по углеводородам от 0,72 до 0,97 г/км по разным источникам, CO до 2,72 г/км и HC+NOx 0.27 г/км
Мы возьмём значение побольше, чтобы потеря мощности была побольше, расход тоже побольше 10л/100 км или 0,1л/1км или 75 гр/км Итого процент несгоревшего топлива 0,97/75*100 = 1,3% Вот это уже тема, теперь ещё учтём что КПД катализаторов дожига где-то 75-85% и получим даже с самым лучшим катализатором 1,3/0,15=8,67%
Это абсолютный максимум потенциала вообще какой-либо экономии и повышения мощности, а по факту я бы эту цифру раза в 2 поделил, т.к. ничего абсолютного у нас нет и каким бы чудесным катализатор не был всё до 100% он не дожжёт. Даже приплетя сюда энергию дожига СО в СО2 больше 5% мы навряд ли наберём.
Чтобы быть до конца честными возьмём современное авто под Евро 5 и проведем ту же самую процедуру. Норма по углеводородам до 0,05 г/км, даже если приму эффективность катализатора в 90% то получу 0,05/75*100=0,067 после катализатора, а до него 0,067/0,1=0,67%
Я думаю тут комментарии излишни, никто не заметит прибавки мощности в 1%. Если у вас каким-то чудом вышло больше, то это не повод радоваться что вы нашли таки «источник вечной молодости», а повод задуматься над тем что с вашим авто что-то не то.»

В данном подсчете НЕ учитывается реальное топливо, количество влаги в нем, состав топлива (баражирование на АЗС, в танкере при перевозке и т.д. ), не учитывается двигатель (сама техника) и т.д. то есть около 70 % переменных не учитывается в данном методе подсчета. В виде примера, вода дистиллированная и из под крана, это все, с точки теории, есть вода, да вот на практике это совсем разные вещи! Речь идет о чистой теории, что не сгорает, как выразился сам автор, посчитал по формуле с «хвоста».
Еще пример, при расчете реактора, например на АПЛ, берется в анализ около 50 переменных, где чисто математически в формуле мы можем посчитать только 3 основных, все остальное нужно описывать и проверять на корреляции 😉 По этому теория хорошая штука, но это лишь базис, с которого все начинается. В теоретической формуле не учитывается практически НИ одна переменная, только гостовский, повторю, НЕ РЕАЛЬНЫЙ, а гостовский состав бензина, в данном случае нельзя говорить даже об одной переменной взятой при данном подсчете. Данный подсчет НЕ корректен и говорит нам — «Ребята я ничего НЕ учитываю, по сути 70 % реальных переменных не учитывает формула, результат такой то». По этому моя позиция, отталкиваемся от практики, а это 3 % и смотрим реальные замеры. Что показывают замеры, ниже покажу фото, это как раз разница между бумагой и жизнью, разница в тех переменных, которые Андрей не учитывал в подсчетах.
По практике мы имеем среднюю цифру в 11-12 % (8-16 %) мощности и экономичности в отдельных случаях цифры могут достигать до 20-25 % (вспоминаем цифру в 25 % потерь КПД при дожиге из первой статьи), это редко но такие случаи были где нибудь с десяток. По этому по практике правильно говорить о цифрах 10-15 %, я говорю всегда 10 %.

«Все описанные выше положительные моменты применения катализаторов горения действительно имеют место быть, но они тем более выражены, чем хуже состояние вашего автомобиля.» Тут тоже не правильно Андрей написал, но только не корректно, НЕ чем хуже состояние автомобиля а чем хуже сам автомобиль. Речь идет о системах как раз вторичных дожига, на жигули их нет и т.д. о более точных настройках смеси в картах, более точных алгоритмах работы смеси, датчиках. То есть чем совершеннее авто тем он скажем экономичнее, это линейная зависимость, тут же попадают системы стоп/старт и т.д.
а вот тут написано все верно — «Необходимо упомянуть ещё одну особенность катализаторов горения. В присутствии катализаторов горения на последней стадии процесса происходит догорание топлива практически до конца, что приводит к более высокому давлению на поршень в заключительной стадии его движения. В целом топливо сгорает быстрее, хотя и снижается максимальная скорость сгорания топлива. Т.е. на стадии начала горения катализатор тормозит скорость окисления топлива, препятствуя образованию тех же пероксидов, которые и способствуют возникновению детонации, а на второй при догорании за фронтом пламени ускоряет процесс горения и делает его более полным. В результате двигатель начинает работать «мягче», что снижает напряженность деталей и увеличивает ресурс двигателя. Тем самым применяя катализатор горения мы кроме всего прочего увеличиваем октановое число смеси.»
по практике могу добавить, не в «химическом» а «физическом смысле» мы снимаем от 1 до 3 октанов (в зависимости от катализатора), реальной стойкости смеси к детонации дополнительно.
Всем мир …

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Дизайн автомобиля

Гибридные автомобили используют два или более источника энергии для приведения в движение. Во многих конструкциях небольшой двигатель внутреннего сгорания сочетается с электродвигателями. Кинетическая энергия, которая в противном случае была бы потеряна на тепло во время торможения, повторно используется в качестве электроэнергии для повышения эффективности использования топлива. Двигатели автоматически отключаются, когда автомобили останавливаются, и снова запускаются при нажатии педали акселератора, предотвращая потерю энергии из-за холостого хода.

Эффективность флота

Эффективность автопарка описывает среднюю эффективность группы транспортных средств. Технологический прогресс в эффективности может быть компенсирован изменением покупательских привычек в пользу более тяжелых транспортных средств, которые при прочих равных являются менее эффективными.

Терминология энергоэффективности

Учитывая теплотворную способность топлива, было бы тривиально преобразовать единицы топлива (например, литры бензина) в единицы энергии (например, МДж) и наоборот. Но есть две проблемы со сравнениями, сделанными с использованием единиц измерения энергии:

Энергетическая ценность топлива

47

46

51

45

33

47

55

Ни общая теплота сгорания, ни чистая теплота сгорания не дают теоретического количества механической энергии (работы), которое может быть получено в результате реакции. (Это определяется изменением свободной энергии Гиббса и составляет около 45,7 МДж / кг для бензина.) Фактическое количество механической работы, получаемой от топлива (обратное удельному расходу топлива ), зависит от двигателя. Цифра 17,6 МДж / кг возможна для бензинового двигателя и 19,1 МДж / кг для дизельного двигателя. Для получения дополнительной информации см. Удельный расход топлива тормозной системы.

Топливная эффективность автотранспортных средств

Измерение

Топливная эффективность автотранспортных средств может быть выражена несколькими способами:

Статистика

Достаточно современные европейские супермини и многие автомобили среднего размера, включая универсалы, могут управлять движением по автомагистрали со скоростью 5 л / 100 км (47 миль на галлон США / 56 миль на галлон имп) или 6,5 л / 100 км в городском потоке (36 миль на галлон США / 43. миль на галлон имп), с выбросами углекислого газа около 140 г / км.

Средняя экономия топлива для всех транспортных средств на дорогах в Европе выше, чем в Соединенных Штатах, поскольку более высокая стоимость топлива меняет поведение потребителей. В Великобритании галлон газа без налогов стоил бы 1,97 доллара США, но с учетом налогов в 2005 году он стоил 6,06 доллара США. Средняя стоимость в Соединенных Штатах составляла 2,61 доллара США.

Дизельные двигатели обычно обладают большей топливной экономичностью, чем бензиновые (бензиновые) двигатели. Дизельные двигатели легковых автомобилей имеют КПД до 41%, но чаще 30%, а бензиновые двигатели до 37,3%, но чаще 20%. Это одна из причин, по которой дизели имеют лучшую топливную экономичность, чем аналогичные бензиновые автомобили. Обычный запас на 25% больше миль на галлон для эффективного турбодизеля.

Например, текущая модель Skoda Octavia, использующая двигатели Volkswagen, имеет комбинированный европейский топливный КПД 41,3 миль на галлон ‑ US (5,70 л / 100 км) для бензинового двигателя 105 л.с. (78 кВт) и 52,3 миль на галлон ‑US (4,50 л / 100 км). 100 км) для дизельного двигателя мощностью 105 л.с. (78 кВт) и более тяжелого. Более высокая степень сжатия помогает повысить энергоэффективность, но дизельное топливо также содержит примерно на 10% больше энергии на единицу объема, чем бензин, что способствует снижению расхода топлива при заданной выходной мощности.

В 2002 году в Соединенных Штатах было 85 174 776 грузовиков, и в среднем 13,5 миль на галлон США (17,4 л / 100 км; 16,2 миль на галлон ‑ имп. ). Большие грузовики, весом более 33 000 фунтов (15 000 кг), в среднем составляли 5,7 миль на галлон США (41 л / 100 км; 6,8 миль на галлон ‑ имп ).

Средняя экономия автомобилей в Соединенных Штатах в 2002 году составляла 22,0 мили на галлон США (10,7 л / 100 км; 26,4 миль на галлон ‑ имп. ). К 2010 году это увеличилось до 23,0 миль на галлон США (10,2 л / 100 км; 27,6 миль на галлон ‑ имп. ). Средняя экономия топлива в Соединенных Штатах постепенно снижалась до 1973 года, когда она достигла минимума в 13,4 миль на галлон США (17,6 л / 100 км; 16,1 миль на галлон ‑ имп. ) И с тех пор постепенно увеличивалась в результате более высокой стоимости топлива. Исследование показывает, что повышение цен на газ на 10% в конечном итоге приведет к увеличению экономии топлива на 2,04%. Одним из методов повышения топливной экономичности, разработанным автопроизводителями, является облегчение, при котором вместо более легких материалов используются улучшенные характеристики двигателя и управляемость.

Топливная эффективность в условиях микрогравитации

Транспорт

Топливная эффективность на транспорте

Эффективность транспортных средств и загрязнение транспорта

Техника вождения

Многие водители могут значительно улучшить свою топливную экономичность. Эти пять основных методов экономичного вождения могут быть эффективными. Простые вещи, такие как поддержание надлежащего накачивания шин, поддержание в хорошем состоянии транспортного средства и предотвращение холостого хода, могут значительно повысить топливную экономичность.

Усовершенствования передовых технологий для повышения топливной экономичности

Водородные топливные элементы

Поскольку в производстве и уничтожении автомобиля, а также в производстве, передаче и хранении электроэнергии и водорода присутствуют загрязнители, ярлык «нулевое загрязнение» применяется только к преобразованию накопленной энергии автомобиля в движение.

Источник

Adblock
detector
Тип топлива МДж / л МДж / кг БТЕ / имп гал. БТЕ / галлон США Октановое
число по исследовательскому методу (RON)
Обычный бензин / бензин 34,8 150 100 125 000 Мин. 91
Премиум бензин / бензин Мин. 95
Автогаз ( LPG ) (60% пропана и 40% бутана ) 25,5–28,7 108–110
Спирт этиловый 23,5 31,1 101 600 84 600 129
Метанол 17,9 19,9 77 600 64 600 123
Бензохол (10% этанола и 90% бензина) 33,7 145 200 121 000 93/94
E85 (85% этанола и 15% бензина) 25,2 108 878 90 660 100–105
Дизель 38,6 162 100 135 000 Не применимо к газотурбинным двигателям
Сжиженный природный газ 25,3 109 000 90 800
Жидкий водород 0 9,3