Ammoniakk som energibærer i ombygd forbrenningsmotor. Temperatursimulering av dobbeltrør og GVU

Abstract

I dette prosjektet har jeg 3D modellert et parti av det eksterne gass-tilførsel systemet slik det vil bli konstruert på Demo 2000 prosjektet på Stord, der det vil gjennomføres en testkjøring med ammoniakk, metan, og diesel som brennstoff på en 4-takt forbrenningsmotor type Wartsila 6L34DF, med planlagt oppstart Juni 2022.

Grunnlaget for oppgaven var i hovedsak at deler av ammoniakken kan kondensere i det eksterne tilførsel systemet, i hovedsak i røret, og at kondensert ammoniakk kan gå videre til brennstoff system på motor.

Det er gjennomført ulike temperatursimuleringer av systemet som viser temperaturutviklingen til gass, luft og materialer under en oppstart, når systemet er kaldt. Systemet er type rør i rør, med mekanisk ventilasjon i det ytre røret. Temperatursimulering av ventilasjon i det ytre røret er inkludert i prosjektet.

Dersom man skal forvarme systemet ved oppstart på metan, lokaliserte jeg den mest egnete plasseringen for en eventuell lav temp temperatur giver T1 i systemet, og hvor lang tid det vil ta å varme opp det indre systemet tilstrekkelig før man kan gå over til ammoniakk uten fare for kondensering, med hensyn til til oppgitte betingelser og parametre

Dersom systemet isoleres med 40mm rockwool og forvarmes med den eksisterende ventilasjonen, har jeg funnet hvor lang tid det vil ta å forvarme systemet, og en hensiktsmessig plassering av en lav temperatur giver T2, med hensyn til oppgitte betingelser og parametre. T1 og T2 sensorer kan eventuelt plasseres på Demo 2000 for videre kontroll.

In this project, I have 3D modelled a part of the external gas system as it will be constructed at the Demo 2000 project at Stord Suistainable katapult centre, during the upcoming full scale test of running a 4 stroke combustion engine type Wartsila 6L34DF on ammonia gas with diesel as pilot fuel, start June 2022.

The purpose of this project has been to investigate some of the available solutions to reduce the possibility of condensation of the ammonia gas in the external system during a start up of the engine.The method that has been used during the investigation has been to perform temperature simulations of the gas and ventilation within the selected system bounaries related to gas consumption and engine load.

If the system should be pre heated with a start on Methane, with a load increase «recommended gas and diesel, warm engine» at t=0 - 300 s, and a load of 100% after t= 300 s, I found a proper location for eventually integrating a low temp temperature sensor T1 in the system, and how much time it will take to preheat the system with methane before it is safe to change over to ammonia gas without risk of condensation, with respect to listed boundary conditions.

If the system is insulated with 40mm rockwool and preheated with the existing ventilation, I have found how much time it will take to reach a temperature when its safe to start on ammonia, and a proper location for placing a low temp temperature sensor T2 in the system with respect to listed boundary conditions.T1 and T2 sensors can eventually be placed at the Demo 2000 for further investigation and realibility