고효율 스파크 점화 lean-burn 스포츠 사이트 엔진이있는 공동 생성 발전소 28AGS 28AGS

Kuroiwa Takanori, Asato Kenya, Ando Kazunori, Matsuyama Yoshimitsu

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Kuroiwa Takanori: IHI Power Systems Co., Ltd.의 엔지니어링 및 기술 센터, 리 설계 및 개발 부서
Asato Kenya: Power System Plants Business Division, Ihi Power Systems Co., Ltd.
Ando Kazunori: Power System Plants Business Division, Ihi Power Systems Co., Ltd.
Matsuyama Yoshimitsu: 주요 엔지니어, 터보 기계 및 기계 요소 그룹, 기술 플랫폼 센터, 기술 및 인텔리전스 통합

Ihi Power Systems Co., Ltd.는 가스 엔진이 장착 된 공동 세대 시스템을 다양한 스포츠 사이트에 제공했습니다. Spark Ignition Lean-Burn Gas Engine 28Ags는 늦게 주요 모델입니다. 이 모델은 매우 효율적이며 소량의 CO를 방출한다는 기능이 있습니다.₂, 온실 가스, 린 공기 연료 혼합물과 조합하기위한 안정화 기술이있는 온실 가스. 2020 년 가스 엔진 28AGS와 IHI가 제조 한 바이너리 발전기로 구성된 가스 엔진 공동 세대 시스템은 IHI Yokohama Works에 설치되었으며 스포츠 사이트는 CO를 줄일 것으로 예상됩니다₂연간 약 1400 톤의 배출. 이 논문은 시스템의 개요를 소개합니다.

1. 소개

IHI 그룹은 2050 년까지 완전한 가치 사슬의 탄소 중립을 만들기 위해 쟁기질을했습니다. 우리는 우리의 비즈니스 활동의 직접 및 간접 온실 스포츠 사이트 배출량과 가치 사슬의 상류 및 다운 스트림 공정에서 배출을 줄임으로써 전반적으로 탄소 중립적 인 것을 목표로합니다. 이러한 노력의 일환으로 IHI Power Systems Co., Ltd. (IPS)는 IHI Corporation의 요코하마 작품에 공동 세대 시스템 (CGS)을 전달했습니다.⁽¹⁾. 이 시스템은 스포츠 사이트 엔진의 냉각수에서 열을 사용하여 전기를 생성하는 이진 발전기와 함께 4,000kW 고효율 스포츠 사이트 엔진 인 28AGS를 포장합니다. 이 CGS 발전소는 에너지 절약, CO 감소를 고려하여 설계되었습니다₂배출 (지구 온난화의 원인) 및 재난 예방. 이 백서는이 CGS 발전소에 대한 개요와 그곳에있는 조치를 제공합니다.

2. 시장 상황과 CGS 도입에 대한 배경

2.1 CGS

CGS는 총 에너지 효율을 향상시키기 위해 폐 열 (예 : 내부 조합 엔진 및 외부 조합 엔진의 열)을 사용하여 전력 및 열을 회수하는 에너지 공급 시스템입니다. CG를 사용하면 전기가 수요 지점 근처에서 생성 될 수있어 전력 전송의 에너지 손실이 줄어 듭니다. CGS는 상업용 전원 공급 업체로부터 구매 한 전기의 일부를 대체하여 상업용 전원 공급 장치를 위해 전기를 생성 할 때 효과적으로 사용하지 않고 폐기 된 에너지의 양과 주로 보일러가 CGS로 덮인 전기 열에 대한 수요의 일부를 대체함으로써 감소 할 수 있기 때문에 주목을 끌고 있습니다.

또한 에너지 관리 시스템 (EMS)과 함께 발전 시설 및 세부 전력 소비 데이터의 운영 데이터를 수집하고 시각화하여 추가 CO에 기여할 수 있습니다₂전력 절약 및 수요 최적화에 의해 달성 된 배출 감소.

2.2 스포츠 사이트 엔진의 특징

스포츠 사이트 엔진의 주요 특징 중 하나는 깨끗한 연도 스포츠 사이트 특성을 가지고 있다는 것입니다. 액체 연료 (예 : 석유), 스포츠 사이트 엔진의 연료 인 천연 스포츠 사이트는 산화 질소 (NOX), 황 산화물 (SOX), 그을음 및 기타 연료 유래 위험 물질을 조합하여 덜 방출합니다. 메탄 (ch₄)는 수소가 높습니다 (H₂) 연료의 탄소 (c) 함량과 관련된 함량; 따라서 천연 스포츠 사이트의 사용은 연료 유래 CO의 양을 줄일 수 있습니다₂조합으로 생성 된 배출. 또한, 광화학 스모그와 산성 비를 유발하는 NOX 배출량은 린 조합으로 감소 될 수 있기 때문에 천연 스포츠 사이트는 매우 환경 적으로 호환됩니다.

셰일 스포츠 사이트의 개발 덕분에 천연 스포츠 사이트의 예비 생산 비율이 증가했습니다. 액체 연료와 스포츠 사이트 연료의 가격 차이로 인해 스포츠 사이트 엔진은 경제적으로 유리할 수 있습니다. 따라서 스포츠 사이트 엔진을 사용하는 CG에 대한 기대치가 증가하고 있습니다.

3. CGS 발전소 개요

그림 1Ihi Yokohama Works의 CGS 발전소의 시스템 흐름을 보여줍니다. CGS 발전소에는 1 차 냉각수, 2 차 냉각수, 윤활유, 연료 스포츠 사이트, 공기 (환경으로 방출되지 않음) 및 연도 스포츠 사이트의 6 가지 시스템이 있습니다. 다음은 시설의 시스템 개요입니다.

3.1 시설의 시스템 개요

3.1.1 냉각 시스템

1 차 냉각수 및 2 차 냉각수는 스포츠 사이트 엔진을 식히기 위해 사용됩니다. 이것들은 서로 분리되어 있습니다. 1 차 냉각수는 스포츠 사이트 엔진을 냉각시키는 데 사용 된 다음 스포츠 사이트 엔진을 다시 식기 위해 재순환하기 전에 열교환기를 통해 2 차 냉각수에 의해 차례로 냉각됩니다. 윤활유는 2 차 냉각에 의해 냉각되고 적절한 온도로 자동 제어됩니다. 2 차 냉각수는 열 교환에 의해 1 차 냉각수와 윤활유를 식히는 데 사용 된 후 냉각탑으로 보내져 냉각탑 팬에 의해 대기와의 열 교환으로 열이 방사됩니다.

3.1.2 윤활유 시스템

스포츠 사이트 엔진 및 발전기베이스는 윤활유 팬 (이하 윤활유 싱크대 탱크) 역할을합니다. 윤활유는 윤활유 싱크 탱크에서 펌프에 의해 각 슬라이딩 부분까지 공급됩니다. 또한, 윤활유 정제 시스템 (IPS에 의해 제조 된 루클린)은 바이 패스 정제를 통해 윤활유 싱크 탱크의 윤활유를 정제하는 데 사용되어 윤활유의 수명을 연장시킵니다. 보충 시점에서 윤활유를 탱크 트럭에서 윤활유 합계 탱크에 직접 공급할 수 있습니다.

3.1.3 연료 스포츠 사이트 공급 방법

연료 스포츠 사이트는 비 산업성 도시 스포츠 사이트 라인에서 공급되며 연료 스포츠 사이트 압축기에 의해 지정된 압력으로 규제 된 후 스포츠 사이트 엔진으로 전송됩니다. 가압 연료 스포츠 사이트에는 윤활유 성분 (이하, 오일 함량)이 포함되어 있으며, 오일 함량이 높은 연료 스포츠 사이트가 스포츠 사이트 엔진으로 전송되면 연료 스포츠 사이트 유량을 제어하기위한 솔레노이드 밸브가 고정 될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 연료 스포츠 사이트를 스포츠 사이트 엔진으로 보내기 전에 오일 함량이 스포츠 사이트 오일 분리기에 의해 감소합니다.

3.1.4 공기 시스템

인클로저 내에 공기 압축기와 시동 에어 탱크가 보조 장치에 설치되고 검사 플랫폼에 기기 공기 압축기가 설치됩니다. 공기 압축기에 의해 생성 된 압축 공기는 시동 에어 탱크에 저장되어 스포츠 사이트 엔진을 시작하는 데 사용됩니다. 기기 공기 압축기에 의해 생성 된 압축 공기는 기기를 작동시키는 데 사용됩니다.

3.1.5 연도 스포츠 사이트 처리 방법

연도 스포츠 사이트 소음기는 스포츠 사이트 엔진의 연도 스포츠 사이트로 생성 된 소음을 줄이기 위해 사용됩니다. 노이즈 레벨이 감소한 후, 연도 스포츠 사이트는 탈환 반응기를 통과하여 연도 스포츠 사이트의 NOX의 양이 감소 된 다음 대기로 방출됩니다 (탈질 반응기의 세부 사항은섹션 5.2).

3.1.6 모니터링 시스템

Eden이라는 발전 모니터링 시스템^®(전기 디젤 엔진 네트워크, 선택 사항)가 설치되어 CGS 발전소의 각 시스템의 온도와 압력을 지속적으로 기록합니다. 이 정보는 인터넷을 통해 IPS의 중앙 모니터링 시스템 Nesty (Niigata 엔진 지원 시스템, 표준 장비)로 전송되어 IPS가 스포츠 사이트 엔진을 지속적으로 모니터링하여 고객 지원 시스템을 실현할 수 있습니다.

3.1.7 정전 시작 (BOS) 기능

이 발전소는 BOS 용 응급 발전기가 제공되어 상업용 정전이 발생하더라도 스포츠 사이트 엔진을 시작하기 위해 보조 장치에 전력을 공급할 수 있습니다.

3.1.8 바이너리 생성기

이 발전소는 에너지 재사용을 위해 스포츠 사이트 엔진의 1 차 냉각수에서 폐 열을 사용하여 전기를 생성하기위한 이진 발전기와 함께 제공됩니다 (이진 발전기의 세부 사항은섹션 5.1).

3.2 CGS 발전소의 특징

Ihi Yokohama Works의 CGS 발전소의 주요 특징은 다음과 같습니다.

- 우주 절약 : 레이아웃으로그림. 2이 CGS 발전소는 소형으로 설치되었습니다. 또한 스포츠 사이트 엔진 생성기와 통합 보조 장치 세트가 인클로저에 설치되어 공간 절약에 기여합니다.그림 3인클로저 내부의 레이아웃을 보여줍니다.

- CO를 줄이기위한 고도로 환경 적으로 호환되는 CGS 시설 기능 시스템₂연도 스포츠 사이트에 포함 된 에너지 절약 및 NOX에 의해.

- 재난 저항 시설로서 쓰나미에 대한 반응이 있고 전력 실패에 대한 백업. 비즈니스 연속성 계획 (BCP)에 기여합니다.

- 쓰나미에 대한 측정 : 발전기 인클로저 파운데이션 및 보조 마운트는 지상 2m 높이에 설치됩니다.

- 전력 실패에 대한 백업 : 재난 발생시 BOS에 대한 비상 발전기가 제공됩니다.

- 시설 효율성은 이진 생성기와의 에너지 재사용을 통해 향상됩니다.

4. 스포츠 사이트 엔진 생성기

4.1 스포츠 사이트 엔진 28AGS 발전

2012 년에 개발 된 스포츠 사이트 엔진 28AGS는 스파크 점화 린-벤 스포츠 사이트 엔진으로 스파크 플러그와 함께 전투 전 챔버에서 공기 연료 혼합물을 점화시키고 메인 조합 챔버에서 공기 연료 혼합물을 불 태우고 전처리 챔버에서 플레임 제트기를 태 웁니다.표 128AGS 시리즈의 라인업 및 엔진 사양 표시

28AGS 시리즈는 고성능과 고급 재해 저항으로 인해 주목을 받고 있습니다. 이 시리즈에는 다음과 같은 기능이 있습니다.

-이 엔진 클래스에서 세계 최고 수준의 발전 효율

- 최적화 된 공기 연료 비율 제어가있는 고 부하 응답 특성

- 시작 후 40 초 이내에 전압을 구축 할 수있는 높은 신생 성과 기능

- 중요한 부하 생존 작동 (정전시 및 발전을 계속하는 경우 상용 전원 공급 장치를 분리하는 기능)이 장착되어있어 중요한 부하에 전원을 공급하고 BCP에 기여할 수 있습니다.

4.2 스포츠 사이트 엔진 열 효율을 높이기위한 노력

2017 년에 누적 된 기술 지식을 최대한 활용하여 IPS는 28AGS 시리즈의 효율성을 성공적으로 향상 시켜서 우선 순위를 유지했습니다.그림 4IPS 스포츠 사이트 엔진의 효율 향상 이력을 보여줍니다. 고효율 28AGS 시리즈의 첫 번째 모델은 2020 년 6 월 배송 이후 여러 분야에서 운영되었습니다.

이 CGS 발전소는 V- 타입 12 기통 스포츠 사이트 엔진 28Ags를 채택했으며,이 개발을 통해이 개발을 통해 효율성이 클래스에서 최고 수준으로 향상되었습니다.

다음은 28AGS 시리즈의 열 효율을 향상시키기 위해 적용되는 일부 기술을 설명합니다.

4.2.1 전투 전 챔버에서 주 조합 챔버로의 불꽃 제트 최적화

23150_23994⁽²⁾.

그림 5전투 전 챔버에서 불꽃 제트의 CFD 분석 결과를 보여줍니다. 이것은 전투 전 챔버 모양의 계산 파라미터의 예이며 모양 최적화 전후의 불꽃 제트의 분석 결과입니다. 모양 최적화 전에 불꽃 제트는 직선이 낮고 거리가 짧습니다. 형상 최적화 후, 화염 제트는 직선이 높고 거리가 길어집니다. 이것은 메인 혼합물 챔버의 중심에서 먼 실린더 라이너 벽 주위에 마른 공기 연료 혼합물을 태울 수있게한다. 최적화 된 사전 전투 챔버 모양을 시험 엔진으로 검증하고 주 혼합물 챔버에서 조합의 변화를 감소시키는 효과를 갖는 것으로 확인되었다. 결과적으로, 메인 혼합물 챔버의 최대 발사 압력은 최대 허용 소성 압력을 초과하지 않고 증가하여 발전 효율을 향상시킬 수 있습니다.

4.2.2 번지 않은 스포츠 사이트 연료 배출 감소 (메탄 슬립)

고효율 스포츠 사이트 엔진 28AG는 효율성 향상 외에도되지 않은 스포츠 사이트 연료 배출량을 줄일 수 있습니다. 이는 온실 스포츠 사이트 배출을 줄이고 환경 적 호환성을 향상시키는 데 기여합니다. 스포츠 사이트 엔진 28Ags는 흡기 포트의 공기 및 스포츠 사이트 연료를 혼합하고 공기 연료 혼합물을 주요 혼합물 챔버에 공급합니다. 메탄 슬립은 실린더 헤드와 실린더 라이너 사이의 틈새와 같이 혼합물 챔버에서 작은 간격으로 흐르는 공기 연료 혼합물이 혼합물 챔버 벽의 과도한 열 손실로 인해 화상을 입지 않고 배기 뇌졸중에서 배출되지 않을 때 발생합니다. 테스트 엔진 모델로 메탄 슬립이 스포츠 사이트 엔진 28AGS 개발 중에 비해 메탄 슬립이 약 40% 감소 할 수 있음을 검증했습니다. 작은 간격의 부피를 줄여 혼합물 챔버에서 실패하지 않은 스포츠 사이트를 유발할 수 있습니다⁽²⁾.

4.2.3 효율성 개선을위한 기타 기술

우선 순위가 좋은 요소 기술뿐만 아니라 다음 기술을 결합하고 최적화하여 엔진 클래스에서 최고 수준의 효율성을 달성했습니다.

- 균질화 된 혼합물 농도로 노크 감소
- 최적화 된 공기 연료 비율 컨트롤러와 안정적인 조합 보장
- 기계적 손실 감소 및 냉각 손실 감소

5. 공기 환경과 호환되는 CGS 시설

에너지를 절약하여 CO2 배출량을 줄이고 환경 적 호환성을 향상시키기 위해,이 CGS 발전소를 위해 우리는 스포츠 사이트 엔진의 폐 열을 사용하여 전기를 생성하는 이진 발전기와 연도 스포츠 사이트를 정화하는 이진 발전기를 채택했습니다. 다음은 이러한 시설의 시스템과 특징을 설명합니다.

5.1 바이너리 생성기

이진 발전기는 저온 폐 열 (예 : 스포츠 사이트 엔진의 1 차 냉각수)을 사용하여 전기를 생성합니다. 일반적으로 2 차 냉각수와의 열 교환으로 폐기되는 폐 열은 발전기의 열 공급원으로 사용될 수 있습니다. 이진 발전기의 채택은 전체 CGS 발전소의 총 효율을 향상 시켰으며 스포츠 사이트 엔진에 의해 생성 된 kW · H 당 CO2 배출량을 줄였습니다.

5.1.1 원칙 및 시스템 구성

그림 6이진 생성기의 시스템 구성을 보여줍니다. 이진 발전기는 순환 펌프, 증발기, 터빈 발전기 및 응축기로 구성되며, 이는 단일 장치로 포장되어 설치를 지원합니다. 이 시스템은 유기 순위주기 (ORC)를 조정하며, 이에 따라 끓는점이 낮은 매체가 가열되고 증발되어 터빈으로 전기를 생성합니다.

저온 액체 냉각 배지는 순환 펌프에 의해 압력을 가하고 증발기로 전송되며 대략 90 ° C (엔진 부하가 100%인 경우)에서 1 차 냉각수와의 열 교환으로 가열되고 스포츠 사이트화됩니다. 고압 냉각 배지는 터빈에서 팽창하고 스포츠 사이트 엔진의 2 차 냉각수와 열 교환하여 냉각되고 응축되며, 원래의 저온 냉각 매체로 돌아갑니다. 모든 구성 요소는 패키지에 보관되어 있으며 1 차 냉각수 및 보조 냉각수를 연결 하여만 사용할 수 있습니다. 이것은그림. 7.

5.1.2 이진 발전기의 용량

이 CGS 발전소는 IHI가 제조 한 이진 발전기를 채택했습니다. 주요 사양은표 2.

스포츠 사이트 엔진이 단독으로 작동하고 24 시간 동안 이진 발전기와 함께 작동 할 때 CO₂전기 유틸리티에서 전기를 구매할 때보다 배출량이 상당히 낮습니다.표 3CO를 나열합니다₂Ihi Yokohama Works의 배출 감소. 스포츠 사이트 엔진이 바이너리 발전기와 함께 사용될 때 CO₂배출량은 스포츠 사이트 엔진을 단독으로 사용하는 것보다 매년 약 200 톤이 낮습니다.

5.2 디 니트레이션 시설

디 니트레이션 시설은 스포츠 사이트 엔진에서 연도 스포츠 사이트의 NOX를 줄이기위한 일련의 장치입니다. 그것은 탈질 원자로, 요소 용액 탱크, 디 니트레이션 펌프 보드, 우레아 용액 인젝터 및 NOX/O로 구성됩니다.₂분석기. 연도 스포츠 사이트의 NOX는 질소 일산화 질소 (NO)와 이산화 질소로 광범위하게 분류 될 수 있습니다 (NO₂), 혼합물에서 생성 된 대부분의 NOX는 아니오입니다. 대기로 방출 된 후, NO는 오존 및 기타 물질과 반응하여 위험한 물질 인 NO2를 형성합니다. 탈질 시설은 화학 반응 과정을 사용하여 NO의 연도 스포츠 사이트를 질소로 줄입니다 (N₂) 및 해독을위한 물 (H2O)은 연도 스포츠 사이트가 대기로 방출되기 전 (이하, 탈질 반응).

이 CGS 발전소는 스포츠 사이트 엔진의 효율을 유지하면서 NOX를 줄이기 위해 탈질 시설이있는 스포츠 사이트 엔진을 사용하여 요소 감소 제를 사용하여 탈질 반응을 통해 NOX를 줄이고 환경 적 호환성을 향상시킵니다.

5.2.1 원칙 및 시스템 구성

그림 8탈질 반응 과정을 보여줍니다. 디 니트레이션 시설에서, 우레아 용액을 요소 용액 인젝터와 함께 연도 스포츠 사이트에 안개 형태로 분무하고 연도 스포츠 사이트에서 NOX와 반응시킨다. 이 반응은 다음 두 단계로 구성됩니다.

(1) 요소 용액 분해/암모니아 생성⁽⁴⁾
연도 스포츠 사이트에 분무 된 후, 요소 용액은 300 ~ 450 ° C의 온도에서 고온 연도 스포츠 사이트에 의해 가열되고 암모니아를 생성하기 위해 다음 두 가지 분해 반응을 겪습니다 (NH3).
열분해 : (NH2)2CO → NH3+ hnco ···· (1)
가수 분해 : HNCO + H2O → NH3+ CO2

(2) NOX 선택적 감소 반응⁽⁴⁾
NH3공식의 열분해 반응에 의해 얻어NOX를 변환합니다 (아니요2) to n2및 H2o 다음 반응에 의해 denitration Reactor에서 탈질 촉매를 통과 할 때 다음 반응에 의해.
4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O
2NO2+ 4NH3+ O2→ 3n2+ 6H2O
아니오 + 아니요2+ 2NH3→ 2n2+ 3H2O

그림 9디 니트레이션 시설의 시스템 구성을 보여줍니다. 우레아 용액은 탈질 펌프를 사용하여 탱크에서 인젝터로 공급되고 연도 스포츠 사이트 파이프에 분사됩니다. 분무 된 요소 용액의 양은 각 하중의 스포츠 사이트 엔진 출구에서 NOX 농도 (이론적 값)에 기초하여 결정됩니다. NOX/O₂분석기는 수정을 위해 데니트레이션 펌프 보드에 페드를 돌려받습니다.

이 CGS 발전소는 Foreco Inc.에서 제조 한 디 니트레이션 시설을 채택했습니다. 이 회사 시설의 특징 중 하나는 요소 용액 인젝터에 공급 된 요소 솔루션의 일부가 요소 용액 탱크로 반환되어 재순환된다는 것입니다. 이것은 다음과 같은 효과를 제공합니다.

- 반환 된 요소 솔루션은 주입을 특정 온도 아래로 유지하는 데 사용됩니다.

- 요소 용액 공급 라인의 우레아 용액의 온도는 연도 스포츠 사이트 파이프에 MIS 형태로 분사 된 요소 용액의 온도보다 낮습니다 (200 ~ 300 ° C). 따라서, 모든 요소 용액이 NH3으로 분해되는 것은 아닙니다. 요소 용액 중 일부는 시아 누르 산 및 암 멜라이드와 같은 물 불용성 물질을 형성합니다. 요소 용액이 순환하여 인젝터가 이러한 물질로 막히지 않도록. 추가로, 솔레노이드 밸브가 내장 된 인젝터가 사용되어 압축 공기 및 청소수를 사용할 필요가 없으며, 기존의 2- 액체 유형 에어 어시스트 노즐.

5.2.2 디 니트레이션 용량

표 4이 CGS 발전소의 부하가 100%인 경우 탈질 용량을 나열합니다. 탈환 용량은 탈환 반응기의 입구에서 연도 스포츠 사이트 양, 연도 스포츠 사이트 온도 및 NOX 농도에서 92.8%입니다. 이는이 발전소가 공기 환경과 충분히 호환 가능하다는 것을 의미합니다.

6. 결론

우리는 환경 적으로 호환되는 재난 저항성 스포츠 사이트 엔진 CGS 발전소를 Ihi Yokohama Works에 제공했습니다. 스포츠 사이트 엔진을 이진 발전기와 결합 하여이 발전소는 CO를 줄일 것으로 예상됩니다.₂요코하마의 배출량은 매년 1400 톤 증가하여 온실 스포츠 사이트 배출 감소의 전 세계 추세에 기여합니다.

또한,이 발전소는 BOS 기능이 장착되어 있으며 재난의 경우에도 스포츠 사이트 엔진을 통해 적절한 전원 공급을 보장 할 수 있습니다.

가스 엔진을 사용하는 CGS 발전소는 환경 적으로 호환되며 단순히 에너지 절약에 기여합니다. 따라서 그들은 다양한 스포츠 사이트에서 점점 더 소개되고 있습니다.

IPS는 전 세계적으로 고품질 스포츠 사이트 엔진 CGS 발전소를 제공하여 전체 가치 사슬 전체에서 탄소 중립을 달성하는 데 기여할 것입니다.

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Vol.55 No.1