KHẢO sát HOẠT ĐỘNG của máy PHÁT điện CÔNG SUẤT 10 KVA sử DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ BIOGAS ủ từ PHÂN HEO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM T P HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 10 KVA SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ BIOGAS Ủ TỪ PHÂN HEO NGÀNH HỌC: CƠNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2003-2007 Sinh viên thực hiện: ĐẶNG BÌNH AN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng /2007 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 10 KVA SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS Ủ TỪ PHÂN HEO Giáo viên hƣớng dẫn TS DƢƠNG NGUYÊN KHANG Sinh viên thực ĐẶNG BÌNH AN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2007 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cảm tạ:  Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, tất quý thầy cô truyền đạt kiến thức cho em suốt trình học trường  TS.Dương Nguyên Khang Khoa Chăn Ni Thú Y hết lịng hướng dẫn, giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài  Th S Nguyễn Đình Hùng Bộ mơn Ơ tô – máy động lực trường Đại học Bách Khoa hết lòng hướng dẫn em suốt thời gian thực đề tài  Gia đình anh Huỳnh Cơng Bằng tạo điều kiện giúp đỡ em trình thực đề tài  Các anh chị trung tâm biogas trường Đại học Nông Lâm TPHCM tận tình giúp đỡ em trình thực đề tài  Các bạn bè thân yêu lớp cơng nghệ sinh học khóa 29 chia xẻ vui buồn thời gian học hết lịng hỗ trợ, giúp đỡ tơi thời gian thực tập  Các bạn bè lớp động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực tập tốt nghiệp iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Trang Lời cám ơn i Tóm tắt ii Mục lục iii Danh sách bảng iv Danh sách hình sơ đồ v 1.MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2.Mục đích yêu cầu 1.2.1 Mục đích 1.2.2 Yêu cầu .2 2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Lý thuyết vê biogas 2.1.1 Sơ lược biogas 2.1.2 Các sản phẩm hệ thống biogas 2.1.2.1 Khí đốt 2.1.2.2 Phân bón .4 2.1.3 Cơ chế tạo thành khí sinh học hệ thống biogas .4 2.1.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình tạo khí biogas 2.1.4.1 Điều kiện kỵ khí tuyệt đối 2.1.4.2 Nhiệt độ 2.1.4.3 Ẩm độ 2.1.4.4 pH 2.1.4.5 Thời gian ủ .6 2.1.4.6 Hàm lượng chất rắn 2.1.4.7 Thành phần chất dinh dưỡng 2.1.4.8 Các chất gây trở ngại cho trình lên men iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1.5 Ảnh hưởng biogas đến môi trường 2.1.5.1 Cải thiện vệ sinh môi trường nông thôn 2.1.5.2 Xử lý chất thải nông nghiệp thành phố 2.1.5.3 Giảm phát thải khí nhà kính 2.1.6 Tính chất khí biogas 2.1.6.1 Tính chất vật lý 2.1.6.2 Tính chất hố học .10 2.1.7 Tiềm ứng dụng biogas 12 2.1.7.1 Tiềm phát triển biogas .12 2.1.7.2 Ứng dụng 13 2.1.8 Một số hầm ủ yếm khí tạo biogas 14 1.8.1 Hầm ủ dạng vòm .14 2.1.8.2 Dạng hầm giếng có khoang chứa gas .14 2.1.8.3 Dạng hầm ủ túi dẻo 14 2.1.8.4 Hầm ủ dạng bê tông composit 14 2.2 Lý thuyết động đốt 14 2.2.1 Định nghĩa .14 2.2.2 Khái niệm động đốt kỳ 15 2.2.3 Cấu tạo động đốt .16 2.2.3.1 Bộ phận phát lực .16 2.2.3.2 Bộ phận đánh lửa .17 2.2.3.3 Bộ phận phân phối khí .17 2.2.3.4 Bộ phận nhiên liệu 18 2.2.3.5 Bộ phận làm mát 19 2.2.3.6 Bộ phận bôi trơn .19 2.2.4 Cấu tạo động chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu biogas .20 2.2.5 Khí thải động đốt .20 2.5.1 Oxit cacbon .21 2.5.2 NOx H2S SO2 21 2.5.3 Các chất hydrocacbua .22 2.5.4 Các hợp chất chì .22 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vật liệu phương pháp nghiên cứu .23 3.1 Thời gian địa điểm thực đề tài 23 3.2 Vật liệu, thiết bị sử dụng .23 3.3 Phương pháp, bố trí thí nghiệm 23 3.3.1 Giai đoạn 23 3.3.1.1 Bước 24 3.3.1.2 Bước 24 3.3.1.3 Bước 24 3.3.2 Giai đoạn 24 3.3.2.1 Bước 25 3.3.2.2 Bước 25 3.3.2.3 Bước 25 3.3.3 Giai đoạn 25 Kết thảo luận .26 4.1 Ảnh hưởng tốc độ vận hành máy nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện lượng nhiên liệu tiêu thụ chế độ không tải .26 4.2 Ảnh hưởng tốc độ vận hành máy nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện lượng nhiên liệu tiêu thụ chế độ có tải .30 4.3 Hiệu kinh tế sử dụng biogas .35 Kết luận đề nghị 37 5.1 Kết luận 37 5.2 Đề nghị 37 Tài liệu tham khảo 38 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH SÁCH CÁC BẢNG TÊN BẢNG TRANG Bảng 2.1 Thành phần hố học khí biogas Bảng 2.2 Điều kiện thích hợp cho q trình phân hủy kị khí Bảng 2.3 Hàm lượng chất ức chế trình lên men yếm khí Bảng 2.4 Hiệu xử lý phân hệ thống biogas Bảng 2.5 Bảng thống kê số lượng khí biogas sinh từ phân gia súc 12 Bảng 2.6 Bảng thống kê số lượng phân ngày gia súc 12 Bảng 2.7 Hàm lượng chất khí thải động 21 Bảng 4.1 Ảnh hưởng tốc độ vận hành máy nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện lượng nhiên liệu tiêu thụ chế độ không tải 27 Bảng 4.2 Bảng tiêu chuẩn khí thải Euro Euro động xăng 26 Bảng 4.3 Ảnh hưởng tốc độ vận hành máy nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện lượng nhiên liệu tiêu thụ chế độ có tải 31 Bảng 4.4 Bảng giá điện tạo chạy máy biogas xăng 35 Bảng 4.5 Bảng giá thành số loại hầm biogas 35 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ TÊN HÌNH TRANG Hình 2.1 Sơ đồ phân hủy kỵ khí tạo CH4 Hình 2.2 Sơ đồ chu chuyển CO2 Hình 2.3 Các kỳ động đốt kỳ 16 Hình 2.4 Sơ đồ chế hịa khí 19 Hình 4.1 Biểu đồ so sánh lượng khí HC NOx thải máy sử dụng xăng biogas chế độ khơng tải 28 Hình 4.2 Biểu đồ so sánh lượng khí CO, CO2, O2, thải máy xăng biogas chế độ khơng tải 28 Hình 4.3 Biểu đồ so sánh lượng khí CO, CO2, O2, thải máy xăng biogas chế độ có tải 33 Hình 4.1 Biểu đồ so sánh lượng khí HC NOx thải máy sử dụng xăng biogas chế độ có tải 33 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, giới nói chung Việt Nam nói riêng, nhu cầu lượng dầu mỏ nhằm đáp ứng nhu cầu cho hoạt động sống người ngày lớn, khả cung cấp ngày giảm Người ta dự tính khoảng 100 năm nguồn lượng từ thiên nhiên dầu mỏ, than đá … cạn kiệt Đây thật thách thức to lớn toàn thể ngành lượng giới mà có Việt Nam Vậy có nguồn lượng khác để thay cho nguồn lượng truyền thống điều mà nhiều nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu ứng dụng từ lâu Riêng Việt Nam nước phát triển, đời sống nhân dân cịn nhiều khó khăn cộng với vấn đề môi trường nên nguồn lượng phải đáp ứng thêm hai yêu cầu rẽ tiền Phân tích đặc điểm kinh tế, phát triển khoa học kỹ thuật đất nước, nhận thấy Việt Nam nước giai đoạn cơng nghiệp hố, đại hố có nơng nghiệp phát triển Trong chăn ni quy mơ lớn ngày phát triển, số lượng chất thải vô lớn Hiện người dân thường sử dụng phân chuồng bón cho trồng dùng làm thức ăn cho cá, gia súc… Điều có hại cho mơi trường lãng phí phân bò, phân heo cho ủ lên men điều kiện yếm khí tạo lượng khí mêtan (CH4) dùng để đốt cháy khí gas thiên nhiên Ngoài ra, thiết kế hệ thống biogas cịn giúp giảm đáng kể tác hại nhiễm mơi trường chăn ni Hơn nữa, khí mêtan sử dụng để sản xuất nguồn lượng quan trọng khác lượng điện Trên sở đó, đồng ý mơn Cơng nghệ sinh học hướng dẫn tận tình Tiến sĩ Dương Nguyên Khang, tiến hành đề tài: “Bƣớc đầu khảo sát hoạt động máy phát điện loại 10 kVA chạy nhiên liệu khí biogas đƣợc ủ từ phân heo” LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.2 Mục đích yêu cầu 1.2.1 Mục đích Tận dụng gas sinh từ phân heo lên men yếm khí để chạy máy phát điện loại 10 kVA để sản xuất điện 1.2.2 Yêu cầu  Ghi nhận lượng khí biogas xăng cần để chạy máy phát điện cơng suất 10 kVA vịng chế độ khơng có tải  Ghi nhận công suất khả tải máy phát điện chạy biogas xăng chế độ khơng tải có tải  Xác định thành phần khí xả từ máy chạy biogas xăng chế độ khơng tải có tải LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 22 Chƣơng VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thời gian địa điểm thực đề tài Đề tài thực từ tháng đến tháng trại heo gia đình anh Huỳnh Cơng Bằng số 23/3 tổ 13, ấp Trung Lân, xã Bà Điểm, huyện Hóc Mơn, Thành phố Hồ Chí Minh trại bị trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh 3.2 Vật liệu thiết bị sử dụng Biogas ủ từ phân heo Xăng A92 Máy phát điện công suất 10 kVA Đồng hồ đo ampe volt Máy đo khí xả Túi nhựa dẻo trữ gas chiều dài 4,5 m, đường kính 0,75 m Ống nhựa PVC có đường kính 21 mm Bóng đèn loại 500 W, 300 W, 100 W, bàn ủi công suất 1000 W Các dụng cụ khác như: Táp lơ lớn, phích cắm điện, công tắc điện, kéo, kềm, băng keo đen, dây điện… 3.3 Phƣơng pháp, bố trí thí nghiệm 3.3.1 Giai đoạn - Chuẩn bị gas nhiên liệu cho chạy máy: Cột kín đầu túi nylon, đầu cố định, đầu mang ống nhựa để trữ, đo lượng gas dẫn khí vào máy phát điện Tiến hành nối ống dẫn gas vào lỗ khí hầm biogas để trữ gas vào túi Kiểm tra túi, ống dẫn, van khố, khơng để gas xì Tính tốn lượng gas túi trữ theo kích thước túi công thức sau: Lượng gas (m3) = chiều dài túi x 3,14 x (đường kính túi/2)2 - Khảo sát tiến hành Hóc Mơn nhiên liệu biogas chế độ không tải 3.3.1.1 Bƣớc 1: Khảo sát nồng độ loại khí thải, hiệu điện đầu máy phát điện hoạt động chế độ khơng tải có cơng suất nhỏ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 23  Thí nghiệm ghi nhận 10 lần lặp lại 10 thời điểm khác với khoảng cách ngày  Tiến hành: Dùng ống dẫn gas từ túi trữ vào động cơ, khởi động máy, điều chỉnh bướm gas để máy hoạt động với công suất nhỏ, không tải từ máy thiết bị điện - Dùng đồng hồ đo ghi nhận hiệu điện đầu máy - Cho đầu dò máy đo khí xả vào ống bơ máy để đo nồng độ loại khí xả Thời gian lần đo 30 giây Ghi nhận kết đo được, thời gian máy chạy hết lượng gas túi 3.3.1.2 Bƣớc 2: Khảo sát nồng độ loại khí thải, hiệu điện đầu máy phát điện hoạt động chế độ khơng tải có cơng suất trung bình Cách tiến hành thực giai đoạn bước thay vào máy phát điện điều chỉnh chế độ không tải với cơng suất trung bình 3.3.1.3 Bƣớc 3: Khảo sát nồng độ loại khí xả, hiệu điện đầu máy phát điện hoạt động chế độ khơng tải có cơng suất cao Cách tiến hành thực giai đoạn bước thay vào máy phát điện điều chỉnh chế độ không tải với công suất cao 3.3.2 Giai đoạn  Chuẩn bị Dùng ống dẫn nối gas vào động máy phát điện Nối dây tải điện từ máy phát điện thiết bị gồm: bóng đèn trịn cơng suất 500 W, bàn ủi cơng suất 1000 W, bóng đèn trịn cơng suất 300 W, bóng đèn trịn công suất 100 W Khởi động máy, điều chỉnh bướm gas để máy hoạt động chế độ công suất nhỏ, vừa cao - Công suất nhỏ: tương ứng tải kW (lần lượt mở bóng trịn có cơng suất 500 W) - Cơng suất trung bình: tương ứng tải kW (lần lượt mở tiếp bàn ủi, bóng đèn có cơng suất 500 W) - Công suất cao: tương ứng tải 7,5 kW (lần lượt mở tiếp bóng đèn cịn lại.)  Khảo sát tiến hành Hóc Mơn dùng nhiên liệu biogas chế độ có tải 3.3.2.1 Bƣớc 1: Khảo sát khả tải, nồng độ loại khí thải máy máy hoạt động chế độ có tải cơng suất nhỏ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 24  Thí nghiệm ghi nhận 10 lần lặp lại 10 thời điểm khác với khoảng cách ngày  Tiến hành: Dùng ống dẫn gas vào động Nối dây tải điện từ máy thiết bị gồm bóng đèn có cơng suất 500 W, khởi động máy, điều chỉnh bướm gas cho máy hoạt động mức thấp Bật cơng tắc phát điện sau mở bóng đèn Dùng đồng hồ đo ghi nhận hiệu điện thế, cường độ dòng điện máy phát Đặt đầu dị máy đo khí xả vào ống bô máy để đo nồng độ loại khí xả Thời gian đo lần 30 giây sau rút đầu dị Ghi nhận kết quả, thời gian để máy chạy hết lượng gas túi 3.3.2.2 Bƣớc 2: Khảo sát khả tải, nồng độ loại khí thải máy máy hoạt động chế độ có tải cơng suất trung bình Cách tiến hành thực giai đoạn bước thay vào máy phát điện, thiết bị tải điều chỉnh mức độ trung bình 3.3.2.3 Bƣớc 3: Khảo sát khả tải, nồng độ loại khí thải máy máy hoạt động chế độ có tải cơng suất cao Cách tiến hành thực giai đoạn bước thay vào máy phát điện, thiết bị tải điều chỉnh mức độ cao 3.3.3 Giai đoạn Chạy máy phát điện nhiên liệu xăng trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh Các bước chuẩn bị, tiêu, bố trí, tiến hành thí nghiệm giống phần giai đoạn thay nhiên liệu sử dụng xăng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 25 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Qua thời gian tiến hành vận hành máy phát điện nhiên liệu xăng biogas với việc đo đạc xử lý số liệu thu kết sau 4.1 Ảnh hƣởng tốc độ vận hành máy lƣợng nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện lƣợng nhiên liệu tiêu thụ chế độ không tải Kết khảo sát trình bày theo giá trị trung bình bảng 4.1 Bảng 4.1 Ảnh hƣởng tốc độ vận hành máy nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện lƣợng nhiên liệu tiêu thụ chế độ không tải Thấp (n = 10) Trung bình (n = 10) Cao (n = 10) Tốc độ Nhiên liệu Nhiên liệu tiêu thụ Xăng (lít/giờ) 4,05 0,05 4,54 0,04 6,54 0,03 Gas (m3/giờ) 3,52 0,04 5,04 0,05 5,98 0,04 Xăng 99,7 1,1 224,5 1,6 377 4,67 Gas 94,9 3,61 166,6 2,3 287,4 6,6 Xăng 6,609 0,01 6,61 0,01 8,84 0,02 Gas 0,08 0,00 0,09 0,00 0,1 0,00 Xăng 225,4 0,23 554,1 5,82 824,8 Gas 474 2,06 379 3,0 192 Xăng 11,9 0,07 13,7 0,05 10,75 0,01 Gas 28,57 0,13 26,28 0,08 22,42 0,10 Xăng 5,48 0,09 7,91 0,09 8,88 0,13 Gas 7,1 0,04 9,3 0,08 Xăng 9,05 0,04 1,19 0,03 0,07 0,18 Gas 12,41 0,07 20,69 0,01 7,52 0,06 Xăng 0,81 0,00 0,93 0,00 0,73 0,01 Gas 1,94 0,01 1,78 0,05 1,53 0,01 Volt CO (% thể tích) HC (ppm) NOx (ppm) CO2 (% thể tích) O2 (% thể tích) 0,07 3,74 3,11 Hàm lượng khí thải cho phép theo tiêu chuẩn Euro tiêu HC, NOx CO trình bày bảng 4.2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 26 Bảng 4.2 Bảng tiêu chuẩn khí thải Euro Euro động xăng [8] Tiêu chuẩn HC (%V) NOx (%V) CO (%V) Euro 1,13 0,14 3,16 Euro 0,5 0,19 2,2 Kết bảng 4.1 cho thấy chạy máy tốc độ cao lượng nhiên liệu tiêu thụ nhiều bướm gas mở rộng làm hồ khí nhiên liệu khơng khí nhiều Tốc độ đốt cháy nhiên liệu nhanh nhằm sinh cơng nhiều để tăng số vịng quay máy Kết mức tiêu thụ nhiên liệu tăng theo bướm gas mở rộng cho thấy hai loại nhiên liệu chạy xăng biogas Ở điều chỉnh bướm gas có cơng suất thấp cho thấy lượng nhiên liệu tiêu thụ xăng 4,05 lít/giờ; lúc biogas 3,52 m3/giờ Do 1,15 lít xăng tiêu thụ tương đương với m3 gas Trong lúc theo ghi nhận trước đốt 0,9 lít dầu tương đương với m3 mêtan 1,15 lít xăng tương đương với m3 mêtan Như so với xăng lượng gas sinh học có mức tiêu thụ nhiên liệu cơng suất thấp chế độ không tải thấp nhiều so với ghi nhận trước Tỉ lệ cao lên mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình m3 gas tương đương với 0,9 lít xăng thấp xuống mức tiêu thụ nhiên liệu cao m3 gas tương đương với 1,09 lít xăng Diển biến sai khác giải thích sau: Về nguyên tắc, xăng phải chuyển từ dạng lỏng sang dạng trước đốt cháy pítton, nên vận hành máy tốc độ thấp hịa khí xăng cao gas, phải chuyển xăng từ dạng lỏng sang dạng có phần xăng khơng đốt cháy hồn tồn ngồi làm nhiên liệu tiêu tốn nhiều Trong lúc đó, vận hành máy tốc độ trung bình hịa khí xăng đủ để chạy máy, đồng thời ban đầu hòa khí gas thấp nên tăng tốc độ lượng gas máy hút vào tăng nhanh chóng để tăng độ đậm cho hịa khí đảm bảo cho máy hoạt động Do chuyển tốc độ máy từ thấp sang trung bình lượng gas tiêu thụ tăng nhiều so với xăng Ngược lại, vận hành máy tốc độ cao hịa khí gas ổn định hịa khí xăng cịn phải chuyển nhiên liệu từ thể lỏng sang thể khí nên lượng xăng tiêu thụ phải nhiều Kết khảo sát so sánh ảnh hưởng nhiên liệu xăng biogas lên nồng độ khí thải trình bày bảng 4.1 hình 4.1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 27 Nồng độ (ppm) Biểu đồ so sánh nồng độ HC NOx vận hành máy chế độ không tải 900 800 700 Thấp 600 Trung bình 500 400 Cao 300 200 100 HC NOx HC Khí thải xăng NOx Khí thải biogas Khí thải Hình 4.1 Biểu đồ so sánh lƣợng khí HC, NO2 thải máy sử dụng xăng biogas chế độ không tải Biểu đồ so sánh khí CO, CO2, O2, λ vận hành máy chế độ khơng tải Nồng độ (% thể tích) 14 12 10 Thấp Trung bình Cao CO CO2 O2 λ CO Khí thải xăng CO2 O2 λ Khí thải biogas Khí thải Hình 4.2 Biểu đồ lƣợng khí CO, CO2, O2 thải máy sử dụng xăng biogas chế độ không tải Dựa vào bảng 4.1.; hình 4.1 hình 4.2 cho thấy hai trường hợp vận hành máy nhiên liệu biogas xăng hàm lượng CO khí thải tăng tăng tốc độ vận hành máy từ tốc độ thấp sang trung bình, giảm mức tốc độ cao Khi sử dụng nhiên liệu biogas kết đo nồng độ CO vận hành máy mức LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 28 0,08 %; 0,09 % 0,1 % xăng 6,05 %; 6,61 % 8,84 % vận hành máy tốc độ cao lượng nhiên liệu vào piston nhiều nên phần khơng đốt cháy hồn toàn làm gia tăng lượng CO Hơn lượng nhiên liệu đốt cháy khơng hồn tồn sinh lượng HC cao khí xả chạy máy nhiên liệu xăng so với nhiên liệu biogas Mức khí xả có hàm lượng HC tăng dần tăng tốc độ vận hành máy sử dụng nhiên liệu xăng Điều có lẽ thành phần xăng cịn có lượng hydrocacbon làm nhiệm vụ chống kích nổ Những chất không bị đốt cháy nhiều động hoạt động chế độ không tải làm nồng độ HC máy chạy nhiên liệu xăng có giá trị cao so với nhiên liệu biogas Quan sát thấy rõ hai trường hợp trung bình cao Ở nhiên liệu xăng 554,1 ppm 824,8 ppm, nhiên liệu biogas 379 ppm 192ppm Riêng tốc độ thấp dư lượng HC biogas 474 ppm cao gấp lần so với nhiên liệu xăng 225,4 Điều hàm lượng HC máy chạy nhiên liệu biogas chưa bị đốt hết làm phần HC thất ngồi Tuy nhiên nồng độ CO2 tăng tăng tốc độ chạy máy nhiên liệu bị đốt cháy nhiều chạy tốc độ cao để sinh cơng để tăng số vịng quay máy đồng thời dư lượng O2 giảm xuống Hàm lượng NOx giảm dần tăng tốc độ chạy máy không đáng kể Dư lượng NOx chạy biogas cao 28,57 ppm; 26,28 ppm 22,42 ppm so với chạy xăng 11,9 ppm; 13,7 ppm 10,75 ppm tốc độ biogas cịn tồn lượng NH3 N2 cháy chuyển hóa thành NOx Tuy nhiên, giá trị NOx giảm dần tăng tốc độ chạy máy lượng NH3, N2 chưa bị đốt cháy hết có lẽ hàm lượng CO2 sinh từ phản ứng cháy mêtan làm tắt đốt cháy nhiên liệu Đối với máy chạy nhiên biogas dư lượng khơng khí ( ) luôn giảm với tỷ số đáng kể trường hợp tốc độ thấp, trung bình cao 1,94; 1,79 1,53 Trong dư lượng khơng khí ( ) động chạy xăng dao động khơng đáng kể 0,81; 0,93 0,73 Điều chế hồ khí phù hợp cho động chạy nhiên liệu xăng trộn theo tỷ lệ định xăng khơng khí, nên máy vận hành dư lượng khơng khí ( ) khơng có thay đổi so với động chạy nhiên liệu biogas Hơn nữa, tỷ lệ trộn thành phần khí biogas khơng khí thay đổi dư lượng khơng khí ( ) ln thay đổi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 29 Đối với tốc độ vận hành máy cao dư lượng khơng khí ( ) thấp nhất, điều có lẽ hỗn hợp trộn đậm có nghĩa lúc lượng biogas nhiều khơng khí nên lượng khơng khí sử dụng hết dư lượng khơng khí ( ) Ở mức thấp hịa khí trộn lỗng, có nghĩa lượng biogas không khí nên lượng không khí chưa sử dụng hết dư lượng khơng khí ( ) thải cao 4.2 Ảnh hƣởng tốc độ vận hành máy nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện lƣợng nhiên liệu tiêu thụ chế độ có tải Kết khảo sát trình bày theo giá trị trung bình bảng 4.3 Bảng 4.3 Ảnh hƣởng tốc độ vận hành máy nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện lƣợng nhiên liệu tiêu thụ chế độ có tải Tốc độ Nhiên liệu tiêu thụ Volt (V) Ampe (A) Nhiên liệu Xăng (lít/giờ) Gas (m3/giờ) Xăng Thấp (n = 10) Trung bình (n = 10) Cao (n = 10) 5,03 0,06 6,54 0,05 8,46 0,05 6,1 0,05 9,53 0,04 12,07 0,05 215,2 0,33 218,7 0,86 238 Gas 209,4 10,1 210,6 0,34 214,2 0,42 Xăng 8,61 0,04 15,56 0,05 29,06 0,07 Gas 8,66 0,05 15,91 0,03 30,42 0,03 0,94 Công suất lý thuyết (W) Xăng 3000 5000 7500 Gas 3000 5000 7500 Công suất thực tế (W) Xăng 1853 10,5 3403,3 20 6794,4 Gas 1811 88,1 3350,6 8,8 6668 13,3 Xăng 7,61 0,07 8,07 0,02 9,05 0,09 Gas 1,11 0,013 1,48 0,05 2,98 0,01 Xăng 555 4,16 424 0,92 369,7 5,66 Gas 215,5 1,86 375,8 1,84 Xăng 14,2 12,6 0,12 10,97 0,13 Gas 15,28 0,06 14,81 0,06 13,58 0,01 Xăng 7,96 0,09 0,1 7,06 0,05 Gas 12,17 0,08 13,46 0,13 11,14 0,05 Xăng 7,11 0,09 0,13 0,70 0,02 CO (% thể tích) HC (ppm) NOx (ppm) CO2 (% thể tích) O2 (% thể tích) 2,48 234,6 0,116 8,49 0,98 36,1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 30 Gas 1,74 0,09 1,52 0,11 1,19 0,01 Xăng 0,96 0,01 0,86 0,01 0,75 0,01 Gas 1,04 0,01 1,01 0,00 0,93 0,00 Dựa vào bảng kết cho thấy mức tốc độ nhỏ, trung bình cao cơng suất máy chạy nhiên liệu xăng luôn cao biogas độ chênh lệch công suất máy không cao tương ứng 42 W; 52,7 W 126,4 W Điều hoàn tồn hợp lý hồ khí tạo thành khơng khí với xăng có độ đậm đặc cao hồ khí khơng khí biogas nên cháy sinh công nhiều dẫn đến công suất phát điện cao Muốn cho động sử dụng nhiên liệu biogas đạt công suất cao ứng với tốc độ ta phải điều chỉnh bướm gió để tăng đậm đặc hồ khí biogas Ở tốc độ thấp, dao động giá trị volt ampe dòng điện phát chạy máy nhiên liệu biogas 10,1 V 0,05 A lớn nhiều so với chạy xăng 0,33 V 0,04 A làm cho giá trị công suất thực tế máy không ổn định Ở máy vận hành dùng nhiên liệu biogas 88,1 W, xăng 10,5 W Tuy nhiên, chạy máy mức tốc độ trung bình cao với nhiên liệu biogas dao động giá trị cơng suất thực tế 8,8 W 13,3 W xăng 20 W 36,1 W Từ cho thấy độ ổn định dòng điện chạy nhiên liệu biogas cao so với chạy xăng Điều làm tăng tuổi thọ thiết bị điện Khi máy chạy tốc độ nhỏ, trung bình cao lít xăng tạo 370,6 W; 507 W 799 W điện m3 biogas tạo 302 W; 351,6 W 552,4 W điện Như vậy, lượng nhiên liệu xăng gas định tốc độ vận hành máy cao sản xuất nhiều điện Theo bảng 4.2 vận hành máy tốc độ thấp để tạo kW điện ta cần 2,7 lít xăng hay 3,31 m3 gas; tốc độ trung bình 1,76 lít xăng 2,8 m3 gas; tốc độ cao 1,25 lít xăng 1,81 m3 gas Như vậy, với tốc độ máy chạy cao lượng nhiên liệu cần để sản xuất kW điện giảm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 31 Biểu đồ so sánh nồng độ CO, CO2, O2, λ vận hành máy chế độ có tải 16 14 Nồng độ (% thể tích) 12 Thấp 10 Trung bình Cao CO CO2 λ O2 Khí thải xăng CO Khí thải CO2 O2 λ Khí thải biogas Hình 4.3 Biểu đồ so sánh lƣợng khí CO, CO2, O2, thải máy xăng biogas chế độ có tải Biểu đồ so sánh lượng khí HC NOx vận hành máy chế độ có tải Nồng độ (ppm) 600 500 400 Thấp 300 Trung bình 200 Cao 100 HC NOx HC Khí thải xăng NOx Khí thải biogas Khí thải Hình 4.4 Biểu đồ lƣợng khí HC, NO2 thải máy sử dụng xăng biogas chế độ có tải Lượng CO thành phần khí xả chạy máy nhiên liệu biogas mức tốc độ ln có giá trị tăng dần tương ứng 1,11 % ; 1,48 % 2,98 % nhỏ 3,16 % đạt yêu cầu khí thải theo tiêu chuẩn Euro Trong chạy xăng giá trị nồng độ CO cao 8,54 % Nồng độ HC khí xả tốc độ trường hợp sử dụng xăng tốc độ thấp, trung bình cao 555 ppm; 424 ppm 369,7 ppm biogas 215,5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 32 ppm; 234,6 ppm 375,8 ppm thấp 1130 ppm tiêu chuẩn Euro Tuy nhiên, nồng độ HC sử dụng nhiên liệu biogas có giá trị tăng dần xăng lại giảm dần Điều có lẽ máy vận hành chế độ có tải với tốc độ cao nhiệt đốt cháy nhiên liệu xylanh cao, có khả đốt cháy phần HC làm giá trị HC giảm xuống Trong đó, mức tải cao biogas hút vào nhiều nên không đốt cháy kịp ngồi làm nồng độ HC tăng lên Nồng độ NOx khí xả tốc độ vận hành máy sử dụng nhiên liệu xăng 14,2 ppm; 12,6 ppm 10,37 ppm gas 15,28 ppm; 14,81 ppm 13,58 ppm thấp 190 tiêu chuẩn Euro Tuy nhiên, nồng độ NOx vận hành máy nhiên liệu biogas cao xăng hỗn hợp khí bốc cháy tốt xăng Chính nhiệt lượng hỗn hợp cháy cao hơn, lượng NOx sinh nhiều Trong khí xả máy sử dụng xăng có hàm lượng CO2 vận hành máy tốc độ thấp 7,96 %, tăng lên tốc độ trung bình 8,49 % giảm tốc độ cao 7,06 % thấp vận hành máy nhiên liệu biogas, có hàm lượng CO2 mức độ thấp, trung bình cao 12,17 %; 13,46 % 11,14 % nguyên nhân biogas có sẵn lượng CO2 với lượng CO2 sinh đốt cháy mêtan Khi máy hoạt động chế độ cao lượng CO2 đột ngột giảm hịa khí nhiên liệu đậm, oxy khơng đủ để đốt cháy hồn tồn nhiên liệu, lượng CO2 giảm CO tăng lên Lượng oxy thành phần khí xả giảm dần tăng tốc độ chạy máy hai trường hợp vận hành máy nhiên liệu xăng 7,11 %; 0,98 % 0,7 %, biogas 1,74 %; 1,52 % 1,19 % nguyên nhân chạy máy tốc độ cao hịa khí nhiên liệu khơng khí hịa trộn đậm đặc Lượng oxy chủ yếu từ khơng khí để đốt cháy hàm lượng hịa khí phải cần nhiều nồng độ oxy thành phần khí xả ngày giảm ta tăng tốc độ chạy máy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 33 4.3 Hiệu kinh tế máy nổ phát điện sử dụng biogas xăng Bảng 4.4 Giá điện tạo chạy máy biogas xăng Tốc độ Thấp Nhiên liệu Công suất (kW) Nhiên liệu Giá sản xuất tiêu thụ (VNĐ/kW) Xăng 1853 10,5 5,03 30.700 Biogas 1811 88,1 6,1 2.700 Trung Xăng 3403.3 20 6,54 21.700 bình Biogas 3350,6 8,8 9,53 2.300 Xăng 6794.4 36,1 8,46 14.100 Biogas 6668 12,07 1.500 Cao 13,3 Theo trung tâm nghiên cứu lượng môi trường , hội liên hiệp khoa học kỹ thuật Việt Nam giá thành m3 biogas có giá thành 800 VNĐ Trong lúc giá điện kinh doanh nhà nước 2500 VNĐ, giá lít xăng 11.300 VNĐ Kết cho thấy giá điện sản xuất vận hành máy phát điện biogas có giá trị thấp giá điện mà hộ kinh doanh phải trả cho nhà nước giá nhiên liệu biogas 800 đ/m3 thấp nhiều so với xăng 11.300 đ/lit Người dân phải xây dựng hệ thông hầm ủ sử dụng biogas Theo khảo sát Trung tâm biogas Trường Đại học Nông Lâm TPHCM giá thành loại hầm ủ trình bày bảng 4.5 Bảng 4.5 Bảng giá thành số loại hầm biogas Loại hầm Phủ nhựa Túi nylon KT1 Trung Quốc Giá thành (VNĐ/m3) 200.000 400.000 1.000.000 Lượng gas sinh từ hầm ủ thay đổi phụ thuộc nhiều yếu tố loại lượng phân cho vào, thời gian lưu lại phân, pH, nhiệt độ điều kiện yếm khi, hóa chất… trung bình m3 thể tích hầm sinh khoảng m3 gas/ngày Theo kết chúng tơi khảo sát lượng gas sản xuất 0,5 kW điện có giá trị vào khoảng 1.250 VNĐ Như sau năm m3 thể tích hầm thu lại 1.250 x 365 = 465.000 VNĐ Kết cho thấy xây hầm ủ phủ nhựa sau 160 ngày người dân thu hồi vốn Nếu xây hầm túi nylon thời gian thu hồi vốn 320 ngày 800 ngày tương đương năm tháng hầm xây xi măng KT1 Trung Quốc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 34 Rõ ràng từ kết cho thấy ý nghĩa thực tế hiệu việc xây dựng hầm ủ chạy máy nổ phát điện phục vụ hoạt động sản xuất trang trại Ở chưa tính tốn đến lợi ích vệ sinh thú y phịng bệnh gia súc, gia cầm việc cắt giam khí thải CO2 gây hiệu ứng nhà kính tồn cầu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 35 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Qua trình khảo sát phân tích số liệu thu thập được, rút kết luận sau - Máy phát điện chạy nhiên liệu xăng chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu biogas hoạt động tốt cho công suất không chênh lệch nhiều so với chạy xăng độ ổn định dòng điện cao - Nồng độ loại khí xả độc hại gây ô nhiễm môi trường chạy máy sử dụng nhiên liệu biogas thấp nhiên liệu xăng đạt tiêu chuẩn Euro - Hiệu kinh tế chạy máy nhiên liệu biogas cao nhiên liệu xăng 5.2 Đề nghị - Người sử dụng máy nổ nên chạy máy tốc độ cao vừa tiết kiệm nhiên liệu vừa có cơng suất lớn Hơn dịng điện ổn định nên kéo dài tuổi thọ thiết bị tải - Cần nghiên cứu nhiều thiết kế trộn lọc khí để động đạt hiệu suất cao lượng khí thải ảnh hưởng đến môi trường - Phổ biến kỹ thuật xây dựng hầm ủ, khuyến khích người dân sử dụng biogas thay xăng chạy máy nổ phát điện, vừa thu hiệu kinh tế cao vừa chủ động nguồn lượng, đồng thời giảm ô nhiễm môi trường chăn nuôi nơi vùng sâu vùng xa - Nên có chương trình nghiên cứu sử dụng biogas làm nhiên liệu cho xe máy loại động khác nhằm tiết kiệm ngoại tệ dùng vào việc nhập xăng dầu đồng thời giảm áp lực cho ngành lượng quốc gia LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 36 Chƣơng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Nguyễn Đình Hùng, 2006 Cấu tạo động đốt Nhà xuất Giáo Dục Dương Nguyên Khang, 2006 Thực hành công nghệ xử lý chất thải Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM Bùi Minh Thường Nguyễn Đức Hoàng Kiêm, 2007 Thiết kế hoàn thiện động sử dụng khí biogas Luận văn tốt nghiệp Khoa Kỹ Thuật Giao Thông Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Nguyễn Tất Tiến, 2001 Nguyên lý động đốt Nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Văn Triều, 2007 Nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu biogas cho động Honda GX120 Đề tài nghiên cứu khoa học khoa Cơ Khí Giao Thông trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Bùi Cách Tuyến, 2006 Giáo trình độc chất học mơi trường Khoa Công Nghệ Sinh Học Trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn, Cục Nông nghiệp, Tổ chức phát triển Hà Lan, 2004 Cơng nghệ khí sinh học Tài liệu tập huấn kỹ thuật viên Tài liệu từ internet http://www.itdg.org/docs/technical_information_service/biogas_liquid_fuels.pdf http://vnexpress.net/Vietnam/Oto-xe-may/ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 10 KVA SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS Ủ TỪ PHÂN HEO Giáo viên hƣớng dẫn TS DƢƠNG NGUYÊN KHANG Sinh... dụng gas sinh từ phân heo lên men yếm khí để chạy máy phát điện loại 10 kVA để sản xuất điện 1.2.2 Yêu cầu  Ghi nhận lượng khí biogas xăng cần để chạy máy phát điện cơng suất 10 kVA vịng chế... trường chạy máy sử dụng nhiên liệu biogas thấp nhiên liệu xăng đạt tiêu chuẩn Euro - Hiệu kinh tế chạy máy nhiên liệu biogas cao nhiên liệu xăng 5.2 Đề nghị - Người sử dụng máy nổ nên chạy máy tốc