Publications / Résultats
(Français)
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L’utilisation de la biomasse comme ressource énergétique est un élément clé du développement durable. Dans ce cadre l’alimentation au biogaz de moteurs de cogénération permet d’optimiser l’utilisation de l’énergie primaire. Dans les moteurs à gaz, l’emploi d’une préchambre de combustion permet de réduire les émissions de NOx et CO en dessous des limites prescrites par l’Ordonnance Fédérale de la protection de l’air (OPair) et de diminuer fortement celles des HC, lors du fonctionnement au gaz naturel et ceci sans catalyseur. Les catalyseurs sont des éléments coûteux, à fiabilité et durée de vie très limitée en fonctionnement avec du biogaz et il est donc nécessaire de s’en affranchir. Exploiter pour le biogaz le potentiel de réduction des émissions offert par l'usage de préchambres mérite une attention particulière. Les plus faibles niveaux de pression de combustion, que l'usage de préchambres induit par rapport à un allumage direct, permettent de réduire les émissions de CO aussi bien que celles actuellement non réglementées comme les hydrocarbures imbrûlés. Le présent projet vise à caractériser expérimentalement le potentiel de réduction des émissions, de même qu’à accroître le rendement de conversion de biogaz, par l'usage de moteurs à mélange pauvre à préchambre de combustion. Les essais sont réalisés sur le moteur Liebherr du projet Swiss Motor.Les premiers résultats avec un biogaz reconstitué montrent un potentiel d’amélioration des performances des moteurs à cogénération fonctionnant au biogaz en permettant d’atteindre un rendement supérieur à 36% tout en respectant les normes suisses d’émissions concernant les biogaz et ce sans recourir à l’usage d’un catalyseur. Par la suite les possibilités d’amélioration de ce rendement, par variation de l’avance à l’allumage ou variation du taux de compression seront étudiées.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Favrat,Daniel
Roubaud,Anne
Documents annexés
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Rapport final
(Français)
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L’objet de ce travail est de tester le système d’allumage par préchambres non balayées sur un moteur à gaz de cogénération de 150 kW pour un fonctionnement aubiogaz. Il s’agit d’évaluer ses performances en matière d’efficacité de conversion du fuel et ses capacités à satisfaire les limites fixées par l’Ordonnance Fédérale de la Protection de l’air en ce qui concerne les émissions de NOx et CO (NOx CO :400 et 650 mg/Nm3, 5% O2 et 0% d’humidité relative) et d’observer le potentiel de réduction des hydrocarbures totaux (THC) ; ceux-ci n’étant pas encore réglementés. Les paramètres d’intérêts sont la richesse, la composition du carburant, le taux de compression et l’avance à l’allumage. L’objectif était d’atteindre un rendement minimal de 36% tout en satisfaisant les normes d’émissions sans utiliser de traitement catalytique des gaz d’échappement.Le moteur utilisé est un moteur à allumage commandé Liebherr G 926 TI, 10 L, 6 cylindres en ligne turbochargé, équipé de préchambres de combustion de volume 3% par rapport au volume des cylindres. Le taux de compression initial est de 12,0. Dans un premier temps le système d’alimentation du moteur a été modifié pour pouvoir fonctionner avec un mélange gaz naturel / CO2 afin de simuler un biogaz. La proportion de CO2 à utiliser a été fixée à 40%. Des séries d’essais au gaz naturel ont été réalisées avec allumage direct et par préchambre afin de servir de référence. Les mêmes conditions expérimentales ont été appliquées pour les essais avec biogaz synthétique. Pour le taux de compression de 12,0, différentes valeurs d’avance à l’allumage ont été utilisées. De nouveaux pistons ont été usinés pour obtenir un taux de compression de 13,3. Deux proportions de CO2 ont alors été utilisées (20 et 40%) afin d’observer l’influence de la teneur en CO2 dans le carburant sur les résultats.Pour le taux de compression de 12,0, l’introduction de 40% de CO2 induit une réduction des émissions de CO de 15% et de HC de 8% pour les mêmes émissions deNOx mais avec une perte de rendement de 1% par rapport au gaz naturel seul. Les résultats montrent que pour un taux de compression de 13,3 une avance à l’allumage de 8_VAPMH, un l de 1,57 et un taux de CO2 de 39,5%, il est possible d’obtenir un rendement de 37,7% avec des émissions de NOx et CO en dessous des normes. Les performances et émissions sont alors proches de celles rencontrées pour le gaz naturel et un taux de compression de 12,0 avec préchambre de combustion. Le passage du taux de compression de 12,0 à 13,3 permet de compenser la perte en rendement due à la présence des 40% de CO2 dans le carburant. D’autre part, il semble plus intéressant d’augmenter le taux de compression plutôt que d’augmenter l’avance à l’allumage (voir les figures 29,30 et 31) pour minimiser les oxydes d’azote. Ces essais ont permis d’observer que le CO2 ne modifie ni le processus de combustion dans les cylindres ni le déroulement de l’allumage par préchambre. Le cycle de dégagement de chaleur est identique et la vitesse combustion est la même.Cette étude montre que les moteurs à préchambres d'allumage permettent un accroissement substantiel de l'efficacité de conversion de biogaz, tout en restant dans leslimites d'émissions sans avoir recours à des catalyseurs.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Favrat,Daniel
Roubaud,Anne
Documents annexés
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