DIE AUSWIRKUNGEN VON SILOXANEN AUF MOTOREN UND DIE FOLGENDEN SCHÄDEN

Im Brennraum des Gasmotors angesammeltes Siliziumdioxid beschädigt verschiedene Teile des Motors wie Kolben, Zylinderköpfe, Ventile und verkürzt die Lebensdauer von Motoröl und Ölfiltern.

DIE AUSWIRKUNGEN VON SILOXANEN AUF MOTOREN UND DIE FOLGENDEN SCHÄDEN

Im Brennraum des Gasmotors angesammeltes Siliziumdioxid beschädigt verschiedene Teile des Motors wie Kolben, Zylinderköpfe, Ventile und verkürzt die Lebensdauer von Motoröl und Ölfiltern. Dadurch erhöht sich die Wartungshäufigkeit des Gasmotors, es kommt zu Klopfen im Brennraum des Motors, es treten Verluste bei der Umwandlung elektrischer Energie auf und der Ersatzteilverbrauch steigt. Diese Effekte lassen sich im Einzelnen wie folgt auflisten: Erhöhter Schmierölverbrauch aufgrund der Ansammlung von Siliziumdioxid in den Kolben, was zu Kratzern an den Laufbuchsen und zu einer fehlerhaften Reinigung der Kolbenringe führt [1]

Unfähigkeit, die Kolbenringe aufzuweiten, und erhöhter Ölverbrauch im Verbrennungsschritt durch Siliziumdioxid, das die Kolbenringe bedeckt [1]

Orthokieselsäure (H4SiO4), die bei der Verbrennung von Siloxan in der Brennkammer entsteht, vermischt sich mit dem Öl, erhöht den Säuregehalt des Öls und führt zu einem vorzeitigen Ölwechsel [1].

Belag der Ventile durch Siliciumdioxid aus der Siloxanverbrennung und die Ventile passen nicht mehr in die Sitze und es kommt zu Ventilfackeln (Flammenaustritt aus der Brennkammer) und Ventilrinnen [1]

Klopfen durch vorzeitige Druckzonen im Verbrennungsschritt durch Siliziumdioxid, das den Brennraum heterogen bedeckt, und die Gefahr von Klopfen an Motorkomponenten und Lagern in kurzer Zeit [3]

Verschlechterung des Ölfilms durch Kratzer durch Siliziumdioxid auf Zylinderoberflächen und Trockenreibung von Kolbenringen auf Laufbuchsenoberflächen [1]

Verkratzen der Motoroberflächen, mit denen die Siliziumdioxidpartikel im Schmieröl in Kontakt kommen, einschließlich der Lager [1]

Die Ansammlung von Siliziumdioxid in den Zündkerzen (Silizium wird in der Industrie als elektrisches Isoliermaterial verwendet und hat eine sehr hohe elektrische Isolierung) wirkt sich auf die Auslegungszündspannungen aus, die Zündkerzen müssen häufiger gereinigt werden und ein frühzeitiger Austausch ist erforderlich [1]

Aufgrund der Siliziumdioxidbeschichtung auf den Thermoelementen und Klopfsensoren und aufgrund der isolierenden Wirkung des Siliziumdioxids zeigen die Sensoren falsche Werte an und das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Motors weicht von den optimalen Werten ab, der Motorwirkungsgrad sinkt und die Emissionen sinken sowie die elektronischen Systeme, die den Motor vor Überhitzung und Klopfschäden aufgrund schwerer Betriebsschäden schützen.
 

EFFIZIENZ UND LEISTUNGSVERLUSTE DER MOTOREN DURCH SILOXANEN

Siliziumdioxid, das sich bei der Verbrennung von Siloxan im Brennraum des Motors anzusammeln beginnt, verstärkt ab dem Moment seiner Ansammlung seine Wirkung und führt auf folgende Weise zu Verlusten bei der Energieumwandlung: Leistungsverlust durch Klopfen aufgrund von Verschmutzung (z. B. 1250 kW statt 1415 kW) [1]

Leistungsverlust aufgrund von Effizienzverlust bei Niedriglastbetrieb (in der technischen Dokumentation des Motors angegeben, wobei der Wirkungsgrad des Motors bei 1415 kW von 40,5 % bei 1060 kW auf 39,3 % sinkt). (Der Effizienzverlust bei Zwischenleistungen muss betragen durch Interpolation berechnet). [2]

Aufgrund der Verschmutzung, Änderung des ausgelegten Verdichtungsverhältnisses der Brennkammer, Verbrennung von überschüssigem Gas bei gleicher Leistung im Vergleich zum sauberen Motor, Verschlechterung der Emissionen, Unfähigkeit, in Zukunft Volllast zu erreichen [3]

Eine Verunreinigung der Brennkammer, die zu einer Änderung der entworfenen Kammergeometrie und der Wärmeübertragungseffizienz führt, führt dazu, dass der Motor im Vergleich zum sauberen Motor bei gleicher Leistung überschüssiges Gas verbrennt, die Emissionen sich verschlechtern und die Volllast in Zukunft nicht mehr erreicht wird [3]

Abnahme des volumetrischen Wirkungsgrads des Motors aufgrund von Ablagerungen um das Einlassventil, reduzierter Ventilöffnung und reduziertem Ansaugluft-/Kraftstoffgemischfluss des Motors (anfängliche Verbrennung von überschüssigem Gas, Verschlechterung der Emissionen, späteres Ausbleiben der Volllast) [3]

Verlust der Verbrennung bei niedrigem Druck und Verlust der Verbrennungseffizienz aufgrund von Gaslecks am Auslassventil, das aufgrund von Ablagerungen um das Auslassventil herum nicht vollständig geschlossen werden kann (anfängliche Gasverbrennung, späteres Scheitern der Volllast) [3]

Übermäßige Gasverbrennung und Leistungsverlust infolge der Verschlechterung der Konstruktionsgeometrie in der Brennkammer, die durch Turbulenzen des Kraftstoff-Luft-Gemisches aufgrund der angesammelten Siliziumdioxidschicht für eine homogene Verbrennung sorgt, und die Verringerung der Verbrennungseffizienz [3]

Sobald sich das Siliziumdioxid in den ORC-Kesseln anreichert, die die Wärmeenergie des Abgases auf das Thermalöl übertragen, bewirkt es Folgendes:

Durch die Bildung einer Isolierschicht auf den Rippenrohren und den Rippen wird die Wärmeübertragung um 20 bis 33 % reduziert, was zu Leistungsverlusten führt [4].

Kontraktion der Gasquerschnittsfläche infolge der Bildung einer Isolierschicht durch Festhalten an den Rippenrohren und den Rippen, wodurch ein Abgasgegendruck entsteht (was dazu führt, dass die Motoren ineffizient laufen oder ab einem bestimmten Gegendruckwert sogar stoppen) [4 ]

Bewertung der Strategien, die in Situationen angewendet werden können, in denen aufgrund der schädlichen Wirkung von Siloxan in Motoren eine Leistungsreduzierung in Motoren erforderlich ist Man muss sich mit den vorhandenen Gasmotoren begnügen, die mit geringer Leistung arbeiten können: Dadurch wird es nicht möglich sein, die maximale Menge an Gas zu nutzen, die aus dem Feld entnommen werden kann.

Zusätzlicher Gasmotor zu aktivieren: Der zusätzliche Gasmotor kann nur dann mit voller Leistung und hohem Wirkungsgrad betrieben werden, wenn mehrere Motoren mit geringer Leistung laufen. Andernfalls kann dieser zusätzliche Motor mit geringer Leistung und geringem Wirkungsgrad laufen. Wenn die gesamte fehlende Leistung des Motors oder der Motoren, die aufgrund der Siloxaneffekte mit geringer Leistung laufen, weniger als die Hälfte der Leistung eines normalen Motors beträgt (z. B. 1415/2 = 707 kW für einen Gasmotor mit 1415 kW Leistung), wird der Zusatzmotor kann längere Zeit nicht betrieben werden. Als Lösung wird die Leistung normal laufender Motoren leicht reduziert und die verbleibende Leistung des zusätzlich zu startenden Motors auf eine ausreichende Leistung für den Dauerbetrieb dieses Motors erhöht. Bei dieser Lösung wird der Wirkungsgrad normaler Motoren verringert.

Die Einrichtung des ANKA Regenerativen Siloxanentfernungssystems

REFERENZEN

Florez-Alvarez J., Egusquiza E., Analysis of damage caused by siloxanes in stationary reciprocating internal combustion engines operating with landfill gas, Engineering Failure analysis, 35, 2015.

Technical Description, Genset JGS 420 GS-L.L GE Jenbacher No Tolerance Datasheet, 5, 2008.

Stępień Z., Intake Valve And Combustion Chamber Deposits Formation – The Engine And Fuel Related Factors That Impacts Their Growth, 240-241, 2014.

Visser P., Gersen S., Van essen M., Regarding Specifications For Siloxanes In Biomethane For Domestic Equipment, 38, 2013.