Wärtsilä Diesel tog fram ny gasdieselteknologi

av Daniel Paro Forum 1992-08, sida 16-17, 27.05.1992

Taggar: Bolag: Wärtsilä

WÄRTSILÄ DIESEL TECHNOLOGY VASA 32GD

Wärtsilä Diese tog fra ny gasdieselteknologi

Text: Daniel Par föddes under senaste offshore boom, då Wärtsilä Diesel var marknadsledande som leverantör av motorer för flytande oljeborrplattformar. Under denna period hade Wärtsilä Diesel nära kontakt med alla oljebolag och de ledande oljeborrningsentreprenörerna. Oljebolagen = förutspådde då att det någon gång i framtiden kommer att bli en boom för så kallade flytande produktionsanläggningar — eftersom det finns talrika kända oljefyndigheter som är för små för att bygga fasta anläggningar, men som kan tömmas med så kallade flytande produktionsplattformar.

Från denna applikationsmöjlighet föddes idén att det inte vore så dumt om man kunde producera den energi som behövs på oljeplattformen eller oljeborrningsfartyget från den gas som ofta kommer som biprodukt till oljan från oljehålet självt. De gasmotorer som då fanns på marknaden var inte speciellt lämpade för en sådan applikation, eftersom de var för tunga i förhållande till sin effekt. Arbetsprocessen i dessa motorer liknar mycket den i en normal bensinbilmotor. En möjlighet att utveckla en lättare gasmotor med högre termisk verkningsgrad vore att utnyttja dieselprocessen, dvs att spruta in gasen I cylindern med hög |; till en ny gasdieselteknolog 1 tryck på samma sätt som man gör med dieselolja i en dieselmotor. Idén föreföll intressant och Wärtsilä Diesel påbörjade utvecklingen av den nya teknologin.

”Bomber” testredskap

Det första skedet i utvecklingen gällde att testa om gas verkligen kan förbrännas framgångsrikt enligt diesel Fig. 1: Gasdieselns huvudkomponenier, d.v.s. de som på något sätt avviker från en vanlig diesel. RE processen. Detta arbete gjordes i huvudsak i så kallade förbränningsbomber, där luft innesluts i en kammare och gasen insprutas med ett enda slag. Med olika instrument och höghasighetsfotografering kan man följa med vad som händer i ”bomber” genom ett kvartsglasfönster. Detta arbete genomfördes 1988 och resultatet var såtillvida positivt att det föreföll möjigt att uppnå en god förbränning enigt dieselprocessen.

Följande skede var att utveckla insprutningsutrustning som skulle göra applikationen möjlig på en dieselmotor. Detta arbete är en utmaning inom området finmekanik, eftersom utrymmet i en dieselmotors cylinderlock är mycket begränsat och flera olika medier skall arbeta inom samma utrymme — dvs gasen som skall förbrännas, dieseloljan som skall starta gasens förbränning, samt hydraulik som reglerar öppning och stängning av gasventilen. Det krävdes tre olika versioner innan man slutligen kom till en lösning som gav god förbränning och mekanisk driftsäkerhet.

Pilotinstallationer

I början av 1990 var man mogen att gå ut på marknaden i liten skala. Tre pilotinstallationer såldes, två i Finland och en i USA. Anläggningen i USA, som bestod av tre motorer, gick genast upp i ledningen när det gällde driftstimmar, eftersom den körs i stort EEE Fig. 2: Pilotinstallationen i Ringgold, USA, har samlat mest driftstimmar, nu ca 12 000 timmar.

WÄRTSILÅ DIESEL TECHNOLOGY VASA 32GD

EXHAUST GAS (= BOILE 8/1992 FSRU sett kontinuerligt. medan en av anläggningarna i Finland — som ägs av IVO, och finns i Järvenpää — i betydande omfattning användes som försöksanläggning under det första året.

Hösten 1991, när anläggningen i USA hade uppnått 8 000 h drift och en tillgänglighetsprocent kring 98, beslöt Wärtsilä Diesel att frisläppa tekniken för världsomfattande försäljning.

Om tekniken

I den hittills utvecklade versionen används naturgas som huvudbränsle. Eftersom naturgasen är relativt svårantändlig, används 5 4 dieselolja som tändbränsle. Båda medierna släpps in i cylindern i slutet av kompressionsslaget genom en kombinerad insprutningsventil. Gasmängden regleras av ett hydrauliskt system. som öppnar och håller gasventilen öppen så länge som krävs för ett tillräckligt gas skall komma in i cylindern. Den gasmängd som behövs beror på motorns belastning. Utöver dessa huvudfunktioner krävs vissa säkerhetssystem på motorn som snabbt stänger av gasen om det uppstår störningar, t.ex. i insprutningsventilens funktion. Gasdieselmotorns huvudkomponenter framgår av figur 1.

Konkurrenskraftig verkningsgrad

Tack vare dieselprocessen har Wärtsilä Diesels gasmotorer en hög verkningsgrad. Verkningsgraden ligger långt över gasturbinernas. Den är också väsentligt bättre än hos tidigare så kallade Lean Burn-gasmotorer och den är konkurrenskraftig med kombinerade anläggningar, där man utnyttjar både en gasturbin och en ångturbin.

Kombianläggningarna kan i prakti en utnyttjas endast för stora kraftverk, medan gasdieseln kan utnyttjas ör små och medelstora kraftverk. Den nu utvecklade gasdieseltekniken ämpar sig därför ypperligt för distribuerad kraftproduktion. En annan fördel med dieselprocessen. som också stärker dess positon som kraftkälla för distribuerad kraftproduktion, är det faktum att bränsleörbrukningskurvan är mycket flat jämförd med gasturbiner och ångturbiner. Detta innebär att man kan köra på varierande last utan att kilowattpriset ökar nämnvärt.

Låga emissioner

Gas är i sig ett miljövänligt bränsle, eftersom den inte innehåller nämnvärda mängder svavel. Dieselprocessen i sig är också miljövänlig, eftersom den bar en mycket fullständig förbränning

FRUN, 8/1992

WÄRTSILÄA DIESEL TECHNOLOGY GAS ENGINES

POLLUTANT

GAS DIESEL (g/kWh)

GAS TURBINE (g/kWh och koloxid och oförbrända bränslerester i avgasen är låga.

Det område där en normal dieseloljemotor kräver specialåtgärder är kväveoxider. Wärtsilä Diesels gasförbränningsprocess har i detta avseende visat sig vara mycket gynnsam, och kväveoxidhalten är mer än hälften lägre än för en emissionsoptimerad dieselmotor. Det innebär att Wärtsilä Diesels gasdiesel är konkurrenskraftig med gasturbiner när det gäller kväveoxider, koloxid och oförbrända bränslerester.

Tack vare den låga bränsleförbrukningen är gasdieseln överlägsen gasturbiner, när det gäller koldioxid, vilket är den i dagens läge starkast bidragande orsaken till den så kallade växthuseffekten. Sammanfattningsvis är gasdiesel miljövänligare än gasturbiner — och givetvis mycket miljövänligare än alternativa kraftverk som baserar sig på någon form av fossila bränslen.

Fortsatt utveckling

Sedan lanserandet av Vasa 32 för gasdieseldrift har Wärtsilä Diesel fortsatt utvecklingsarbetet. Gasdieseltester med den större motorn Vasa 46 påbörjas I sommar.

Ursprungligen tänkte sig Wärtsilä Diesel att tekniken också kunde utnyttjas för flytgas. Det visade sig dock att flytgas har mekaniskt sett mycket annorlunda egenskaper än naturgas. Flytgasapplikationen har därför krävt utveckling av en helt ny insprutningsutrustning. Detta arbete har också genomförts, och under våren startades försök med flytgas på Vasa 32. Försöken har hittills gett mycket positiva resultat och Wärtsilä Diesel planerar att installera flytgasutrustningen i en pilotanläggning under hösten. När till 3.8 1. 0.5

Fig. 3: Gasdieseln är helt konkurrenskraftig jämförd med gasturbiner när det gäller emissioner.

räcklig driftserfarenhet har samlats kommer också denna motorversion att frisläppas för världsomfattande försäljning.

På hyllan för framtida utvecklingsprojekt finns dessutom en kombinerad gasmotorprocess, där både Otto-processens och dieselprocessens egenskaper utnyttjas. För denna process har redan beviljats patent i flera länder och Wärtsilä Diesel hoppas kunna starta utvecklingen ännu detta år. 9

Wärtsili Diesels team fick för ett par veckor sedan motta priset Finländskt Ingenjörsarbete 1992 för sina insatser.

Priset Finländska Ingenjörsarbete 1992, som utdelas av Suomen Teknillinen Seura och Tekniska Föreningen i Finland, tilldelades nyligen en arbetsgrupp från Wärisilä Diesel bestående av produktutvecklingsdirektör Daniel Paro, biträdande direktör Carl-Erik Rösgren och sektorförman Ingemar Nylund. Det prisbelönta’ arbetet gäller utveckling av en helt ny gasdieselteknologi.

17