Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường khảo nghiệm chất phụ gia nano cho nhiên liệu trên động cơ diesel tàu thủy để đánh giá mức độ tiết kiệm nhiên liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính thời đề tài: ề Đ Trong xu hướng phát triển hoàn thiện phương tiện thủy mà chuyên gia tồn giới đã, đang, nỗ lực vấn đề giảm lượng nhiên liệu tiêu hao cho động hạn chế ô nhiễm môi trường động gây vấn đề quan tâm Năng lượng sử dụng động diesel chủ yếu dầu diesel truyền thống có nguồn gốc từ dầu mỏ, nguồn lượng tái sinh, dần cạn kiệt giá thành cao Nhược điểm nhiên liệu truyền thống tương lai tăng thể rõ rệt Mặt khác, nhà khoa học xác định phần lớn chất gây ô nhiễm trầm trọng nguy hiểm khơng khí CO, HC, NOx chất có mặt khí xả động diesel dùng nhiên liệu truyền thống Trong đó, tồn giới sức tìm cách giảm nhiễm mơi trường góp phần hướng tới phát triển bền vững n iê gh in tà u oa kh c họ Hình 1.1 Ơ nhiễm tàu thủy Trong q trình khai thác phương tiện giao thơng vận tải chi phí nhiên liệu cấp cho hệ động lực chiếm tỷ trọng lớn so với chi phí khác, đặc biệt phương tiện vận tải thuỷ Hiện Việt Nam có 1.700 tàu vận tải, với số lượng tàu cá khoảng 130000 tàu, tương ứng với lượng nhiên liệu xăng dầu tiêu thụ khoảng gần triệu tấn/năm Có thể nói, nguồn gây ô nhiễm cho vùng biển, ven biển nhiều nơi, tác động nghiêm trọng đến hệ sinh thái biển, hủy ề Đ hoại nguồn tài nguyên biển, gây nguy hiểm cho sức khỏe người Các nguồn gây ô nhiễm biển hoạt động hàng hải, thủy sản, du lịch, dầu khí liên quan đến việc sử dụng tài nguyên biển đa dạng phức tạp Đó nguồn nhiễm dầu sử dụng làm nhiên liệu, bôi trơn, thủy lực cho tàu, dầu hàng tàu vận chuyển; hóa chất lỏng tàu Các loại hàng nguy hiểm chất nổ, chất phóng xạ, chất cháy, chất độc… vận chuyển tàu; rác thải; nước thải; sơn chống hà sử dụng cho thân tàu Các vật liệu độc hại dùng để đóng tàu amiăng, kim loại nặng, hóa chất Ơ nhiễm di chuyển lồi thủy sinh vật thơng qua nước dằn tàu; bệnh truyền nhiễm lan truyền qua đường hàng hải; hoạt động phá dỡ tàu cũ, thăm dò khai thác dầu khí biển Hoạt động tàu biển nguồn nhân tạo đóng góp đáng kể vào nhiễm khơng khí Chất lượng tàu biển Việt Nam thường không cao, nhiều phương tiện cũ, lạc hậu, hiệu suất đốt cháy nhiên liệu thấp chưa có hệ thống xử lý khí thải nên phát thải nhiều khí độc SO2, CO2, CO, NOx , CxHy… Theo số liệu thống kê Chính phủ Mỹ, tàu biển thủ phạm gây 2/3 lượng khí thải SO2 ngành giao thông vận tải năm 2002 , việc thiếu biện pháp kiểm soát khiến tỷ lệ lên tới 98% vào năm 2020 Bên cạnh đó, Chính phủ Mỹ Canada đặt tiêu chuẩn khí thải tàu biển cỡ lớn Theo từ năm 2015, tàu biển phải giảm 96% lượng SO2 so với Tương tự, tàu biển đóng sau năm 2016 phải cắt giảm 80% lượng khí thải NO Báo cáo đánh giá tác động khí thải tàu biển sức khỏe Liên minh châu Âu (EU) cho thấy, lượng khói thải độc hại từ loại tàu biển giết chết khoảng 39.000 người năm châu Âu, Anh chịu thiệt hại nặng nề Nhằm kiểm sốt tốt khí thải từ tàu hoạt động hàng hải mức độ cho phép, Việt Nam cần có sách, văn quy phạm pháp luật, quy định, quy chuẩn nhà nước cho tàu cá tàu vận tải giảm thiểu phát thải khí thải, đặc biệt khí thải nhà kính, khoa học cơng nghệ tàu biển, máy tàu, lị thu gom khí thải Đối với tàu vận tải, Việt Nam cần sớm xem xét tham gia đầy đủ phụ lục VI -“ Các quy định ngăn ngừa nhiễm khơng khí tàu gây ra” Công ước quốc tế MARPOL 73/78 IMO Đồng thời xây dựng số theo chuẩn mực IMO thiết kế hiệu lượng (EEDI), số thẩm định nhờ tính tốn thông số thiết kế tàu Chỉ số phương tiện giúp chủ tàu so sánh hiệu n iê gh in tà u oa kh c họ thiết kế loại tàu có kích cỡ nhau, nhiều xưởng đóng tàu khác Ngoài ra, Việt Nam tổ chức đào tạo nhân lực, nâng cao nhận thức giảm thiểu khí thải từ tàu biển biến đổi khí hậu cho đối tượng liên quan đến hàng hải, thủy sản kinh tế biển Đổi cơng nghệ đóng tàu biển theo tiêu chuẩn hàng hải xanh mới, giảm phát thải động - máy tàu, lò đốt rác Ban hành sách đánh thuế, thu phí khí thải tàu biển; hợp tác trao đổi kinh nghiệm với tổ chức môi trường - hàng hải quốc tế lĩnh vực khí thải biển Vì vậy, u cầu đặt cần nghiên cứu ứng dụng phụ gia nhiên liệu cho động diesel nhằm giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm cức phí vận tải, giảm phát thải, tăng tính kinh tế đồng thời bảo vệ môi trường mà đảm bảo thông số kỹ thuật động ề Đ Việt Nam sau phần tư kỷ thực thay đổi đạt nhiều thành tựu to lớn có tính bước ngoặt, thay đổi mặt đất nước giới ghi nhận Một nhân tố đóng góp lớn vào phát triển chung phải kể tới phát triển khơng ngừng kinh tế Tuy nhiên, bên cạnh thành tựu to lớn nhìn nhận ảnh hưởng tiêu cực phát triển đến mơi trường sống, đến người việc nghiên cứu để giảm thiểu tác động mục tiêu cấp thiết góp phần vào phát triển bền vững đất nước n iê gh in tà u oa kh c họ Trong tất loại động nhiệt động đốt ưa chuộng nhiều tính ưu việt, đặc biệt tính kinh tế Nếu vấn đề liên quan đến mức độ phát sinh ô nhiễm từ khí xả loại động khơng giải cách triệt để tương lai gần phải đứng trước ngưỡng giới hạn luật môi trường ban hành từ nhiều quan chức hầu hết quốc gia giới Điều đồng nghĩa với việc: loại động toàn giới bị cấm sử dụng giải pháp để giảm bớt hàm lượng độc tố khí thải động Ngày nay, nhiên liệu dầu Diesel nguồn lượng cho hoạt động kinh tế như: Giao thông, lượng, sản xuất …Hàng năm nước tiêu thụ số lượng lớn loại nhiên liệu này, đặc biệt phương tiên giao thông ô-tô, tàu thủy…Với lượng lớn nhiên liệu Diesel sử dụng chất gây nhiểm mơi trường tạo khí CO2, CO, SO2, NOx, hạt rắn, hợp chất hữu dễ bay hơi, kim loại có nhiên liệu Diesel gây nên tác động to lớn đến môi trường Cùng với việc thực cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, nhu cầu nhiên liệu Việt Nam ngày gia tăng, tốc độ tăng trưởng GDP hàng năm đạt ÷ 8%, để làm 1000 USD GDP, nước ta phải tốn khoảng 600 kg dầu quy đổi, cao gấp 1,5 lần Thái Lan, gấp lần mức bình quân giới, áp lực cạnh tranh hội nhập WTO gay gắt! Mặt khác, đồng hành với việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch vấn nạn nhiễm mơi trường, vấn đề biến đổi khí hậu đặc biệt nghiêm trọng hơn, nước ta có đến 80% nguồn lượng sử dụng nhiên liệu hóa thạch ề Đ Chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Thủ tướng Chính phủ định (số: 79/2006/QĐ-TTg, ngày14/4/2006), nhằm giải đáng kể áp lực Theo đó, mục tiêu đến năm 2010 tiết kiệm 5% tổng mức tiêu thụ lượng, tương ứng với tiết kiệm triệu dầu quy đổi đến năm 2015 tiết kiệm 8%, tương ứng 13,1 triệu dầu Để thực mục tiêu này, biện pháp: Khuyến khích, thúc đẩy; Tuyên truyền cộng đồng; Các biện pháp bắt buộc khác, có biện pháp Khoa học Công nghệ n iê gh in tà u Từ vấn đề nêu trên, có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm đưa giải pháp để giảm lượng nhiên liệu tiêu hao nhằm mục đích giảm thiểu mức ô nhiễm sử dụng dầu Diesel gây Một số phương pháp đánh giá tốt sử dụng phụ gia nhiên liệu Nano nhằm nâng cao chất lượng trình cháy động giảm lượng phát khí thải độc hại mơi trường Với mục đích trên, đề tài nghiên cứu nhằm phân tích sâu chất phụ gia Nano sử dụng cho nhiên liệu diesel tác động chất phụ gia đến việc giảm lượng nhiên liệu tiêu hao, giảm ô nhiễm mơi trường tăng tính kinh tế cho động oa kh c họ 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước: 1.2.1 Tình hình nghiên cứu phụ gia nhiên liệu Nano Trung Quốc: Trung tâm kiểm nghiệm giám sát chất lượng dầu mỏ Quốc gia Trung Quốc kiểm định số: 0306 CNACL ngày 9/12/2001, cho thấy chúng thay đổi nằm giới hạn tiêu cho phép; Trung tâm đo lường phân tích Hố - Lý Thành phố Bắc Kinh kiểm định ngày 12/6/2001, số 010019, cho biết không ảnh hưởng tới người môi trường sử dụng phụ gia nhiên liệu Nano; Sản phẩm kiểm nghiệm Trung tâm giám sát khí thải xe máy Tổng cục Bảo vệ Môi trường nhà nước Trung Quốc; Trung tâm kiểm nghiệm an toàn vệ sinh - Bộ đường sắt Trung Quốc, đánh giá phụ gia nhiên liệu Nano không độc Phụ gia nhiên liệu Nano thương mại hoá từ năm 2001, với tốc độ tăng trưởng 11 %/năm, đưa vào pha trộn trực tiếp công ty chế biến - kinh doanh xăng dầu, Công ty dầu Triết Long Giang, Công ty dầu khí Bắc Kinh, Phúc Châu, Trường Sa, Phương Tháp , Hồ Nam 200 trạm xăng dầu Bắc Kinh 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước - Tháng ề Đ 6/2006 Tập đồn Cơng nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) kiểm chứng thử với xe Nga KAMAZ xe Nhật ISUZU mỏ than Hà Tu, với khảo nghiệm công ty Than Hà Tu Vật tư vận tải VTX 3/2007, Hội thảo Phụ gia nhiên liệu Nano báo cáo kết khảo nghiệm công ty TKV tổ chức Thành phố Hạ Long, kết luận: mức tiết kiệm nhiên liệu đạt 5,5% sử dụng phụ gia nhiên liệu Nano u - Tháng n iê gh in tà - Ngày 28/12/2006 Trung tâm Đăng kiểm Phương tiện giới đường Quảng Ninh, đo kiểm khí thải cho xe tải KAMAZ 55111 Nga cho kết quả: Độ khói (FSN) giảm 3,7%” sử dụng Phụ gia nhiên liệu Nano oa kh c họ - Tháng 5-6/2007, Viện KH&CN Môi trường- Đại học Bách khoa Hà Nội, đo thực địa mỏ than Cọc kết luận:“Khi sử dụng phụ gia Nano, mức lượng khí thải CO 12,3% mg/m3 NOx 0,26% mg/m3” - Năm 2007, Viện Khoa học Cơng nghệ Mỏ chủ trì khảo nghiệm Công ty cổ phần Than Cọc 6, Kết đạt mức tiết kiệm nhiên liệu bình quân đạt 5,0% - Cuối năm 2007, Cơng ty Xi măng Hồng Thạch tiến hành khảo nghiệm Kết mức tiết kiệm nhiên liệu đạt 5% (Theo phương pháp chuẩn- mẫu) Năm 2008, Cơng ty Xi măng Hồng Thạch khảo nghiệm đại trà với 42 xe vận tải Kết quả: đánh giá Tốt, mức Tiết kiệm Nhiên liệu đạt 5,34% - Tháng 7/2008, khảo sát phụ gia nhiên liệu Nano Phịng thí nghiệm động đốt - Đại học Bách Khoa Hà Nội Khảo sát tiến hành với 35 điểm đo (tương ứng với 35 chế độ tải tốc độ), điểm đo thực 30 lần đo liên tục để lấy kết trung bình cho điểm đo Kết mức tiết kiệm nhiên liệu đạt - 5,97 - 6,44% (tính theo kg/h) Cơng ty CP Xi măng Hồng Mai thực chương trình mục tiêu Quốc gia sử dụng lượng tiết kiệm từ tháng 10/2009 đến tháng 06/2010 với đề tài: “Khảo nghiệm sử dụng chất phụ gia nhiên liệu nano để tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí phát thải độc hại xe gắn động diesel” 1.3 Mục tiêu nghiên cứu: ề Đ Thử nghiệm chất phụ gia nhiên liệu Nano cho số động có cơng suất trung bình lắp tàu thủy, từ đánh giá mức độ tiết kiệm nhiên liệu động diesel, đánh giá hiệu kinh tế sử dụng chất phụ gia nhiên liệu Nano cho động lắp tàu thủy Đánh giá mức độ giảm thiểu nhiễm mơi trường khí xả động sử dụng phụ gia nhiên liệu Nano cho động lắp tàu thủy đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng phụ gia đến môi trường làm việc, đến sức khỏe thủy thủ Đánh giá ảnh hưởng sử dụng phụ gia nhiên liệu Nano đến tuổi thọ động tà gh in 1.4 Nội dung đề tài n iê Mỗi loại phụ gia có thành phần nguyên lý hoạt động hồn tồn khác Do đó, đề tài xây dựng chủ yếu tính chất lý hóa số chất phụ gia sử dụng nhiên liệu Diesel, nguyên lý hoạt động chúng pha trộn vào nhiên liệu trình sử dụng động Diesel Trong đề tài phân tích ngun nhân gây nhiễm mơi trường với đó, đưa tác dụng chất phụ gia nghiên cứu vấn đề giảm ô nhiễm môi trường qua số liệu tính tốn, thống kê cách đầy đủ Sau đưa kết luận, kiến nghị để giúp cho nội dung đề tài vào thực tiễn mang lại hiệu u oa kh c họ Chương 1: Tổng quan Chương 2: Tính chất nhiên liệu phụ gia nhiên liệu Nano Chương 3: Thử nghiệm phụ gia nhiên liệu Nano động Chương 4: Phân tích kết sau thử nghiệm Chương 5: Kết luận kiến nghị 1.5 Phương pháp nghiên cứu đề tài Tiến hành thử nghiệm thực tế tàu Tổng hợp phân tích kết thực nghiệm đưa đánh giá, kết luận 1.6 Phạm vi nghiên cứu đề tài Đề tài tiến hành thử nghiệm phụ gia nhiên liệu Nano động ENPF Đức trung tâm thực hành Viện Cơ khí động 6L27BSH hãng HANSHIN (Nhật) lắp tàu Sao biển trường Sau tổng hợp kết thực nghiệm khảo nghiệm thực địa để có phân tích đánh giá hiệu sử dụng phụ gia Nano việc giảm mức tiêu hao nhiên liệu, nâng cao tính kinh tế giảm phát thải động ề Đ Là đề tài mang tính phân tích ứng dụng, nên nội dung đề tài tập trung thử nghiệm động cơ, phân tích tác dụng phụ gia nhiên liệu trình cháy nhiên liệu việc cách thức hay nguyên lý tác động chất phụ gia để giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ chúng sử dụng với nhiên liệu diesel tà gh in 1.7 Ý nghĩa khoa học thực tiễn n iê Ý nghĩa khoa học đề tài nhằm vận dụng kiến thức động Diesel nhiên liệu tính chất phụ gia nhiên liệu Nano, giải thích cách rõ ràng, khoa học tác dụng đến q trình cháy động diesel Qua đó, đề tài tài liệu khoa học có tính chất tham khảo, giúp ích cho việc tra cứu thông tin phụ gia nhiên liệu Nano tác dụng chúng trình cháy việc giảm ô nhiễm phát sinh động sử dụng nhiên liệu diesel u oa kh c họ Ý nghĩa thực tiễn đề tài chất phụ gia nhiên liệu Nano tác dụng với thành phần nhiên liệu tạo điều kiện cho q trình cháy tốt qua mang lại hiệu kinh tế thông qua đánh giá tiêu kinh tế, kỹ thuật động cải thiện, hiệu tiết kiệm nhiên liệu sử dụng nó; qua doanh nghiệp, cơng ty vận tải lựa chọn phụ gia vừa để mang lại hiệu kinh tế, mục đích chung giảm thiểu ô nhiễm môi trường góp phần vào phát triển bền vững đất nước CHƯƠNG TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA NHIÊN LIỆU NANO 2.1 Tính chất nhiên liệu diesel Với động diesel thường sử dùng hai loại nhiên liệu sản xuất từ dầu mỏ: Dầu diesel (Diesel Oil: DO) dầu nặng (Fuel Oil: FO) Dầu DO: sản phẩm sạch, thu trình crăckinh, hỗn hợp nhiên liệu nặng nhiên liệu nhẹ Dầu FO: loại nhiên liệu có tỉ trọng, độ nhớt hàm lượng tạp chất lớn Tỉ trọng loại có lớn tới 0,99, nhiệt trị nhỏ Do nhiên liệu nặng sản phẩm thu cuối trình chưng cất chứa nhiều tạp chất, tính chất thay đổi khoảng rộng ề Đ 2.1.1 Thành phần hoá học Nhiên liệu dùng cho động chủ yếu sản phẩm chưng cất dầu mỏ, hỗn hợp phức tạp nhóm hydrơ cacbon khác Dựa vào tính chất cấu trúc phân tử hyđrơ cacbon phân thành nhóm: Hyđrơ cacbon mạch thẳng, hyđrơ cacbon mạch vịng (naptalin), hyđrơ cacbon thơm n iê gh in tà u Với động diesel tàu thuỷ thường dùng hai loại nhiên liệu sản xuất từ dầu mỏ: nhiên liệu chưng cất (DO) nhiên liệu nặng (FO) oa kh 2.1.2 Nhiệt cháy c họ Nhiệt cháy lượng nhiệt toả cháy kg nhiên liệu Nhiệt trị thấp QH nhiên liệu lỏng dùng động diesel nằm khoảng Q H=3980044000 kJ/kg 2.1.3 Khối lượng riêng (mật độ) nl Khối lượng riêng tỷ số khối lượng nhiên liệu với thể tích chứa chúng Khối lượng riệng có giá trị sau: nhiên liệu điezen: 0,830,86; nhiên liệu mơtơ: 0,8920,93; mazút tàu thuỷ: 0,920,95; mazút đốt lị: 0,950,99 Hiện người ta dùng nhiên liệu siêu nặng có khối lượng riêng đạt tới 1,01 2.1.4 Độ nhớt Mức độ chảy nhiên liệu đường ống đặc trưng độ nhớt Để đánh giá độ nhớt người ta dùng: - Độ nhớt động học (đơn vị đo mm2/s) độ nhớt vật lý xác định tỷ số độ nhớt động lực học với khối lượng riêng nhiên liệu nhiệt độ: = .106/nl - Độ nhớt qui chuẩn tỷ số thời gian chảy 200 ml nhiên liệu qua lỗ chuẩn nhớt kế Engler nhiệt độ thử nghiệm độ nhớt với thời gian chảy 200 ml nước tinh khiết nhiệt độ 200C Ở nhiệt độ 500C độ nhớt dầu diesel: 30-36 mm2/s, độ nhớt ma zút: 36260 mm2/s Để đảm bảo chất lượng phun nhiên liệu nặng khả bơm qua đường ống cần phải sấy nóng đến nhiệt độ 451100C 2.1.5 Nhiệt độ bén lửa (nhiệt độ bắt cháy) ề Đ Nhiệt độ nhỏ mà hỗn hợp nhiên liệu khơng khí bùng cháy tiếp xúc với lửa Nhiệt độ bén lửa phụ thuộc vào thành phần chưng cất nhẹ đặc trưng cho nhiên liệu theo quan điểm an toàn cháy bảo quản tàu n 2.1.6 Nhiệt độ tự bốc cháy iê gh in tà Nhiên liệu dùng cho diesel tàu thuỷ phù hợp với tiêu chuẩn cần có nhiệt độ bén cháy khơng nhỏ 610C với nhiên liệu diesel; không nhỏ 650C với nhiên liệu có độ nhớt trung bình; khơng nhỏ 800C với mazút u Nhiệt độ tự bốc cháy nhiệt độ nhỏ mà nhiên liệu tự bốc cháy cháy liên tục không cần tác động nguồn đốt cháy Nhiệt độ tự bốc cháy phụ thuộc vào thành phần hoá học nhiên liệu điều kiện môi trường xung quanh Tự bốc cháy diễn chủ yếu phụ thuộc vào áp suất thành phần môi chất Khi tăng áp suất môi trường hàm lượng ơxy nhiệt độ tự bốc cháy giảm xuống (tự bốc cháy tốt tăng áp suất lượng ôxy) Với nhiên liệu sản xuất từ dầu mỏ nhiệt độ tự bốc cháy áp suất khơng khí 3,54,5 MPa khoảng 2002500C oa kh c họ 2.1.7 Nhiệt độ đông đặc Nhiệt độ đông đặc nhiệt độ mà nhiên liệu trình làm lạnh khả lưu động Dựa vào nhiệt độ đông đặc cho phép lựa chọn nhiên liệu thích hợp dùng cho tàu khai thác vùng khí hậu xác định mức độ sấy nóng nhiên liệu để bơm 2.1.8 Độ cốc hố Độ cốc hố cặn dầu hình thành bề mặt chi tiết bị sấy nóng phân huỷ nhiên liệu nhiệt độ cao Sử dụng nhiên liệu có độ cốc hố cao dẫn đến hình thành cặn dầu xung quanh miệng vòi phun, rãnh xéc măng, thành buồng cháy, đường ống xả, cửa quét, thải động hai kỳ làm tăng tổn thất giới, phá huỷ khả dịch chuyển xéc măng làm xước piston Độ cốc nhiên liệu chưng cất không 0,5%, nhiên liệu nặng: 10% 2.1.9 Độ tro ề Đ Độ tro thành phần muối ôxýt kim loại, chúng lại nhiên liệu sau điều chế dầu vận chuyển bảo quản Độ tro đặc trưng kích thước hạt cứng tạo thành sau cháy nhiên liệu Nó có khả mài mịn chi tiết nhóm piston, xi lanh, xéc măng Cịn liên kết vanadi natri có tro có khả ăn mịn chi tiết nhóm piston, xi lanh, xupáp xả, thiết bị cánh ống phun tua bin máy nén Khi nhiệt độ chi tiết không lớn 550 0C tro tạo thành cháy nhiên liệu thải với khí xả Nhưng nhiệt độ cao liên kết vanadi natri trạng thái dẻo hay nóng chảy dính bết vào bề mặt chi tiết nóng Để tránh tượng động diesel trung tốc dùng nhiên liệu nặng người ta làm mát đế xupáp quay thời gian làm việc động nhờ cấu chuyên dùng Tro bám vào cánh tua bin khí xả làm cân rô to dẫn tới tăng mức độ rung động TBMN gh in tà n iê Với nhiên liệu diesel độ tro không vượt 0,01%, với nhiên liệu có độ nhớt trung bình: 0,04%, mazút: 0,2% u kh 2.1.10 Hàm lượng lưu huỳnh oa Lưu huỳnh chất có hại hợp chất điều kiện xác định có khả ăn mịn chi tiết thiết bị nhiên liệu, nhóm piston xi lanh, đường ống xả việc tăng muội xi lanh mài mòn chi tiết làm việc tăng lên c họ Hợp chất lưu huỳnh hình thành cháy lưu huỳnh ngun nhân chủ yếu ăn mịn ống lót xi lanh Khi giảm nhiệt độ thành xi lanh thấp nhiệt độ điểm sương diễn ngưng tụ lưu huỳnh bề mặt gương ống lót dẫn đến ăn mịn điện hố ống lót xéc măng piston Ngoài ra, sản phẩm cháy lưu huỳnh hợp chất làm tăng mài mịn chi tiết làm việc chúng có độ cứng cao 2.1.11 Hàm lượng nước Nước có nhiên liệu gây ăn mịn thùng chứa nhiên liệu, thiết bị hệ thống nhiên liệu, khó khởi động gián đoạn làm việc động Tuy nhiên, động sử dụng chất nhũ tương dầu nước cho phép cải thiện chất lượng cháy, giảm suất tiêu hao nhiên liệu mà không làm tăng mài mịn chi tiết nhóm piston xi lanh thiết bị nhiên liệu 10 ge (g/kw.h) Bh (kg/h) Tkx (oC) 187 75,74 181,8 184 77,05 174,1 181 78,36 168,3 178 79,52 164,5 175 80,78 162,1 3.4.3 Đồ thị công khảo nghiệm động 6L27BSH tàu Sao biển a Khi không pha phụ gia ề Đ n iê gh in tà u Hình 3.1 Đồ thị cơng theo góc quay trục khuỷu nhiên liệu khơng pha phụ gia Nano oa kh c họ Hình 3.2 Đồ thị cơng theo thể tích xi lanh nhiên liệu không pha phụ gia Nano 27 ề Đ iê gh in tà n Hình 3.3 Phần đầu đồ thị cơng theo góc quay trục khuỷu NL khơng pha phụ gia Nano u a Khi có pha phụ gia oa kh c họ Hình 3.4 Đồ thị cơng theo góc quay trục khuỷu nhiên liệu có pha phụ gia Nano 28 ề Đ gh in tà n iê Hình 3.5 Đồ thị cơng theo thể tích xi lanh nhiên liệu có pha phụ gia Nano u oa kh c họ Hình 3.6 Phần đầu đồ thị cơng theo góc quay trục khuỷu NL có pha phụ gia Nano 3.4.4 Các đồ thị Ne, Me, ge, Bh khảo nghiệm động 29 a Đồ thị Ne, Me, ge, Bh động ENPF Ne (kW) Bh(kg/h) Me(N.m) ge(g/kW.h) 200 195 gek Nep 36 190 Nek 180 30 ề Đ in 24 gh 170 tà Bhk n iê u Bhp 18 gep oa kh 160 họ 155 c 150 150 12 140 140 Mep 130 Mek 120 110 130 0 2040 100 1980 2020 2150 2060 2100 2140 2180 2220 n (v/p) Hình 3.7 Đồ thị Ne, Me, ge, Bh động ENPF 30 b Đồ thị Ne, Me, ge, Bh động 6L27BSH Ne (kW) Bh(kg/h) Me(N.m) ge(g/kW.h) gek 220 470 210 Nep 400 200 Nek ề Đ gh in 190 tà 90 n iê 300 Bhk u gep Bhp oa 180 kh 80 họ 13800 200 c 70 170 13400 Mep 13000 100 60 160 12600 150 50 Mek 12200 300 305 310 315 320 n (v/p) Hình 3.8 Đồ thị Ne, Me, ge, Bh động 6L27BSH tàu Sao biển 31 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ SAU KHI THỬ NGHIỆM Từ kết thử nghiệm chương ta thấy rõ tác dụng chất phụ gia Nano việc giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, tăng công suất mô men, giảm thành phần độc tố khí xả động cơ, cụ thể sau: 4.1 Đối với suất tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) động a Phân tích kết thử nghiệm động ENPF - Trường hợp khơng pha phụ gia tăng vòng quay động từ 1980 lên 2220 (v/ph) suất tiêu hao nhiên liệu có ích động giảm 21,2 (g/kw.h) tương đương giảm 9,1% chất lượng trình cháy tốt nên suất tiêu hao nhiên liệu có ích động giảm lượng cấp nhiên liệu trình cháy tốt cơng suất có ích Ne tăng suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e giảm theo biểu thức ề tà Bh Ne Đ ge  n iê gh in - Trường hợp pha phụ gia tăng vòng quay động từ 1980 lên 2220 (v/ph) suất tiêu hao nhiên liệu có ích động giảm 25,37(g/kw.h) tương đương giảm 15,58% chất lượng trình cháy tốt nên suất tiêu hao nhiên liệu có ích động giảm nhiều u oa kh - Khi vòng quay suất tiêu hao nhiên liệu có ích động có pha phụ gia giảm từ (14,97-21,56)% so với trường hợp không pha phụ gia c họ b Phân tích kết thử nghiệm động 6L27BSH: - Trường hợp thử nghiệm tàu Sao Biển pha phụ gia so với trường hợp không pha phụ gia suất tiêu hao nhiên liệu có ích động giảm (14,2217,06)% chất lượng trình cháy tốt nên suất tiêu hao nhiên liệu có ích động giảm nhiều 4.2 Đối với Lượng nhiên liệu tiêu hao a Phân tích kết thử nghiệm động ENPF - Trường hợp khơng pha phụ gia tăng vịng quay động từ 1980 lên 2220 (v/ph) lượng nhiên liệu tiêu hao cho động thời gian tăng lên 1,08 kg/h tương đương tăng 12,2 % tải khơng đổi, muốn tăng vịng quay phải tăng lượng nhiên liệu 32 - Trường hợp pha phụ gia tăng vịng quay động từ 1980 lên 2220 (v/ph) lượng nhiên liệu tiêu hao cho động thời gian tăng lên 0,54 (kg/h) tương đương tăng 12,3 % - Khi vịng quay lượng nhiên liệu tiêu hao cho động thời gian có pha phụ gia giảm từ (0,48-1,02)kg/h tương đương giảm từ (9,8811,17)% so với trường hợp không pha phụ gia b Phân tích kết thử nghiệm động 6L27BSH: ề Đ - Trường hợp thử nghiệm tàu Sao Biển pha phụ gia so với trường hợp khơng pha phụ gia lượng nhiên liệu tiêu hao cho động thời gian có pha phụ gia giảm từ (8,41-8,98)kg/h tương đương giảm từ (9,99-10,01)% so với trường hợp không pha phụ gia tác dụng phụ gia làm xảy vụ vi nổ nên chất lượng trình cháy tốt lượng nhiên liệu tiêu hao cho động thời gian giảm tà gh in 4.3 Đối với cơng suất có ích (Ne) động cơ: iê a Phân tích kết thử nghiệm động ENPF n - Trường hợp không pha phụ gia tăng vịng quay động từ 1980 lên 2220 (v/ph) cơng suất có ích động tăng lên 16,1 kw tương đương tăng 18,3% tăng vịng quay cơng suất có ích động tăng theo biểu thức sau: u oa họ p e VS z n i 60 kh Ne  c - Trường hợp pha phụ gia tăng vịng quay động từ 1980 lên 2220 (v/ph) cơng suất có ích động tăng lên 18,8 kw tương đương tăng 41,14% - Trường hợp pha phụ gia so với trường hợp khơng pha phụ gia cơng suất động tăng (7,73 – 34.81)% tác dụng phụ gia nhiên liệu Nano mà nhiên liệu lúc hóa sương hai lần với kích cỡ “siêu nhỏ” nanomét nên công suất động nâng cao b Phân tích kết thử nghiệm động 6L27BSH: - Trường hợp pha phụ gia so với trường hợp khơng pha phụ gia cơng suất động tăng từ (19-37) kw tương đương tăng từ (4,92 – 8,71)% tác dụng phụ gia nhiên liệu Nano mà nhiên liệu lúc hóa sương hai lần với kích cỡ “siêu nhỏ” nanomét nên cơng suất động tăng 4.4 Đối với mơ men có ích (Me) động 33 a Phân tích kết thử nghiệm động ENPF - Trường hợp khơng pha phụ gia tăng vịng quay động từ 1980 lên 2220 (v/ph) mơ men có ích động tăng lên 40 (Nm) tương đương tăng 26,67% tăng vịng quay mơ men có ích động tăng theo biểu thức sau: Ne   Me n 30 - Trường hợp pha phụ gia tăng vịng quay động từ 1980 lên 2220 (v/ph) mơ men có ích động tăng lên 43 Nm tương đương tăng 24,57% - Trường hợp pha phụ gia so với trường hợp khơng pha phụ gia mơ men động tăng (14,67-16,67)% chất lượng trình cháy tốt nên công suất động tăng mô men tăng b Phân tích kết thử nghiệm động 6L27BSH: ề Đ - Trường hợp pha phụ gia so với trường hợp khơng pha phụ gia mơ men có ích động tăng từ (611-110537) Nm tương đương tăng từ (4,97 – 8,71)% công suất động tăng nên mơ men có ích tăng n iê gh in tà u oa kh c họ 34 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận ề Đ Trước trạng môi trường Thế giới Việt Nam bị ô nhiễm nặng nề loại khí thải từ việc đốt nhiên liệu cạn dần nguồn nhiên liệu hóa thạch, vấn đề đặt phải phát triển bền vững Với mong muốn góp tiếng nói nhỏ việc tăng tính kinh tế, giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ cho động cơ, bảo vệ mơi trường, nhóm tác giả phân tích tác dụng loại phụ gia nhiên liệu trình cháy động Nói chung phụ gia nêu hầu hết xử lý không triệt để, tác dụng giảm khí thải độc hại khơng nhiều, giá thành cao, không hiệu hỗn hợp không bền Trong điều kiện phải sử dụng lại động cũ hồn cảnh nước ta cần phải sử dụng phương pháp giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ, giảm nhiễm khí xả mà đảm bảo tính kinh tế cho động cơ, nghĩa đảm bảo suất tiêu hao nhiên liệu, công suất động mà khơng tăng thêm nhiều chi phí khai thác, hạn chế tác động đến kết cấu động Vì vậy, sử dụng chất phụ gia nhiên liệu Nano mang lại tính kinh tế giảm nhiễm mơi trường hiệu n iê gh in tà u Từ kết thực nghiệm động trung tâm thí nghiệm Viện Cơ khí cho thấy: Trường hợp pha phụ gia so với trường hợp khơng pha phụ gia suất tiêu hao nhiên liệu có ích động giảm (7,43- 7,47)%, cơng suất động tăng (7,73 – 34.81)%, mô men động tăng (14,67-16,67)%, lượng khí CO có khí thải động giảm (53,85- 85,71)%, lượng khí CO2 giảm (31,3453,24)%, lượng khí hydrocacbon (HC) giảm (21,74- 22,12)% oa kh c họ Qua phân tích kết khảo nghiệm ứng dụng Phụ gia nhiên liệu NANO, để Tiết kiệm nhiên liệu giảm khí phát thải gây nhiễm môi trường, xe gắn động Diesel, triển khai Việt Nam từ tháng 6/2006 Tập đồn Cơng nghiệp Than - Khống sản Việt Nam (TKV) & Tiếp tục Tổng công ty Công nghiệp Xi măng Việt Nam (VICEM) thực nghiệm với tổng số gần 12.500 Tấn Diesel pha phụ gia Nano để khảo nghiệm sau sử dụng đại trà cơng ty khảo nghiệm có đối chứng tương đồng với mức TKNL đạt 5%; Được tiến hành qua 16 đơn vị/ công ty, với 19 nghiên cứu khảo nghiệm & có 300 xe tải, máy xúc, máy ủi tham gia; Với nhiều chủng loại xe Mỹ, Nhật, Nga, Pháp, Đức, Thụy Điển, Hàn Quốc v.v , có loại đại & chế 35 ề Đ tạo xuất xưởng từ năm 2008, xe xúc Nhật KOMATSU PC750-7 (X7) cơng ty Xi măng Bút Sơn Có TURBO tăng áp - sử dụng phun nhiên liệu điện tử có hệ thống kiểm tra giám sát động qua hình & kiểm sốt hoạt động động ECM; Như xe Mỹ Caterpillar(CAT) 773E sản xuất năm 2005, trọng tải 58 công ty Than cọc 6; Xe CAT 769D chế tạo năm 2005, trọng tải 36 cơng ty Xi măng Hải Phịng; Đến xe tải bình thường Kamaz Nga, Hyundai Hàn Quốc, trọng tải 15- 20 tấn…; Thời gian sử dụng nhiên liệu có pha phụ gia Nano, cho xe sử dụng loại tháng loại sử dụng Nano nhiều 2,5 năm (từ tháng 11/ 2007 đến tháng 5/2010) với xe công ty Xi măng Hoàng Thạch, Xi măng Hà Tiên 2; Tất nghiên cứu khảo nghiệm khẳng định, việc sử dụng phụ gia nhiên liệu Nano tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải nhiễm khơng có hỏng hóc động cơ, liên quan đến việc sử dụng Nano, ngược lại động chạy “khỏe êm hơn” kết luận XM Hoàng Thạch; “Các xe máy thiết bị hoạt động ổn định, giảm độ ồn động cơ” kết luận XM Hà Tiên 2… Ngoài ra, sở khảo sát phịng thí nghiệm Đại học Bách khoa Hà Nội, XM Hoàng Thạch kết hợp kiểm chứng sản xuất thực tế "Kết luận: lượng nhiên liệu tiêu thụ nhau, cơng suất động tăng lên, điều cho phép tiết kiệm nhiên liệu nhiều Thực Địa Mỏ!" n iê gh in tà u kh oa Với nghiên cứu khảo nghiệm công ty: Vật tư, vận tải & xếp dỡTKV, Hồng Thạch, Hà Tiên 2, Hải Phịng- VICEM…, tất cho thấy mức tiết kiệm nhiên liệu sử dụng NANO xấp xỉ nhau, đạt 5,5% - 5,34% 5,57%- 5,5% & hoàn toàn tương thích với kết đánh giá mức tiết kiệm nhiên liệu Phịng thí nghiệm đại Việt Nam - Phịng thí nghiệm Động đốt – Viện Cơ khí Động lực- Đại học Bách khoa Hà Nội 5,97% - 6,44% c họ Năm 2008, Viện Dầu khí Việt Nam khuyến nghị Tập đồn Dầu khí Quốc gia cho PV Oil pha trộn phụ gia Nano với nồng độ thích hợp vào sản phẩm Diesel để tạo khác biệt với sản phẩm khác thị trường (thân thiện với môi trường & tiết kiệm nhiên liệu) 5.2 Kiến nghị Qua kiểm chứng từ năm 2006 đến Công ty thuộc Tập đồn TKV, Cơng ty Xi măng Hồng Thạch VICEM, Phịng Thí nghiệm động đốt ĐHBK Hà Nội, trung tâm thí nghiệm Viện Cơ khí trường khẳng định 36 chắn ràng việc sử dụng Phụ gia nhiên liệu Nano mang lại lợi ích lớn cho đơn vị sử dụng, đồng thời góp phần mang lại mơi trường cho xã hội Nếu tính mức tiết kiệm lượng 5%, với giá dầu DO 10.057d/l, điểm hoà vốn = 1,5% mức Tiết kiệm chi phí đạt 3,5% Ở Việt Nam, năm sử dụng khoảng gần 32 triệu DO, hàng năm tiết kiệm 18.000 tỷ đồng minh chứng thực tế để tin tưởng vào kỳ ngun cơng nghệ Nano ề Đ Các phụ gia có thị trường tỷ lệ pha trộn với nhiên liệu chưa cao, từ 1/800 ÷ 1/1.000, cịn phụ gia Nano có tỷ lệ pha trộn vượt trội 1/8.000, mặt khác tỷ lệ tiết kiệm nhiên liệu thường đạt xấp xỉ (thơng tin khảo sát Phịng thí nghiệm Động đốt trong- Đại học Bách khoa Hà Nội), loại phụ gia đưa vào Việt Nam, thường có hiệu kinh tế, thấp so với Phụ gia nano chúng có giá bán cao gấp ÷ lần phụ gia loại Trung Quốc (tính giá trị tăng thêm cho 01 lít Diesel) Hiện nay, số sở, phân xưởng e ngại “chưa nhận thức mức” chủ trương lớn, triển khai ứng dụng công nghệ để tiết kiệm nhiên liệu, giảm chi phí sản xuất thân số loại phụ gia chưa nghiên cứu, kiểm chứng công phu Việt Nam, nên nhìn chung, việc triển khai ứng dụng loại phụ gia tiết kiệm nhiên liệu để giảm khí phát thải độc hại, gặp thác thức, trở ngại định! n iê gh in tà u oa kh c họ Trước thực tiễn hiệu kinh tế- xã hội đáng kể kiểm chứng thời gian dài (từ 2006 đến nay) đơn vị “năng lượng trọng điểm” , Phịng Thí nghiệm trọng điểm quốc gia cơng nghệ lọc hóa dầu Công ty Phát triển ứng dụng kỹ nghệ (SAV) tiến hành bước triển khai đề tài khoa học cấp Nhà nước, nhằm làm chủ công nghệ sản xuất, để pha chế trực tiếp phụ gia vào sở chế biến sản xuất xăng dầu Nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất, PV Oil, Petrolimex , với hy vọng thực vòng 2-3 năm tới (2016-2018), giảm dần nhập khẩu, tiến tới sản xuất 100% nước 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ề Đ GS.TS Lê Viết Lượng (2000) Lý thuyết động diesel NXB Giáo dục, Hà nội KS.MTr Lương Công Nhớ- KS.MTr Đặng Văn Tuấn (1995) Khai thác hệ động lực tàu thủy NXB Giao thông vận tải, Hà Nội G.S Trần Hữu Nghị (1990) Xác định công suất diesel tàu thủy NXB Giao thông vận tải G.S.TSKH Bùi Văn Ga Ơtơ nhiễm môi trường PST.TS Phạm Văn Nhân (2012) Nhiên liệu môi chất chuyên dùng Vũ Đặng Hộ (1997), Hóa học nhiễm mơi trường NXB Giáo dục, Hà Nội Bộ khoa học công nghệ, Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN5689-2005, TCVN7117-2007 PGS.TS Phạm Minh Tuấn (2008) Khí thải động nhiễm môi trường NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội ThS Đặng Khánh Ngọc, KS Phan Văn Đức, KS Đặng Hà Dương, KS Đỗ Thị Hiền Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: “Sử dụng nhiên liệu cho động Diesel tàu thủy nhằm giảm ô nhiễm môi trường” Năm học 2009-2010 10 ThS Đặng Khánh Ngọc, KS Đặng Hà Dương, KS Lê Trí Hiếu Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường: “ Nghiên cứu sử dụng chất phụ gia để tăng tính kinh tế giảm phát thải cho động cơ” Năm học 2013-2014 11 TS Cù Huy Thành, Học viện kĩ thuật quân Nghiên cứu sử dụng hạt CeO2 làm phụ gia cho nhiên liệu Diesel Tạp chí khoa học cơng nghệ Hàng Hải số 24 (2010) 12 Ứng dụng Lecithin làm phụ gia cho nhiên liệu Diesel, Viện hóa học cơng nghiệp Việt Nam (2010 ) 13 Vũ Thế Ninh (2009) Luận văn thạc sỹ Khoa học: Điều chế NiO, NiFeO2 định hướng ứng dụng Đại học KHTN – ĐH Quốc Gia Hà Nội 14 Công ty Cổ phần xi măng Hồng Mai thuộc tổng cơng ty cơng nghiệp Xi măng Việt Nam (VICEM) Báo cáo kết dự án chương trình mục tiêu quốc gia, khảo nghiệm tiết kiệm nhiên liệu, sử dụng Phụ gia nhiên liệu NANO/ XMHMVICEM-SAV (Từ tháng 10/2009 đến tháng 06/2010) 15 Tập đoàn Than khoáng sản Việt Nam (TKV) Báo cáo kết khảo nghiệm tiết kiệm nhiên liệu Năm 2006 n iê gh in tà u oa kh c họ 38 ề Đ 16 Công ty phát triển ứng dụng kỹ nghệ mới(SAV) Địa chỉ: Số 279 đường K3, Cầu Diễn, Từ Liêm - Hà Nội Tài liệu phụ gia nano 17 A Novel Diesel Fuel Additive to Improve Fuel Properties and to Reduce Emissions, International Journal of Automotive Engineering, Vol Number 3, July 2012 18 The Effects of Fuel Additives on Diesel Engine Emissions during Steady State and Transient Operation, John P Nuszkowski, Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering, Morgantown, West Virginia 2008 19 The use of metallic additives and a test methodology, Final report European Commission, DG CLIMA,11th February 2013 20 Izu N, Shin W, Evaluation of response characteristics of resistive oxygen sensors based on porous cerium oxide, Sensors and Actuators B: Chem, 2006, V 113, P 207–213 21 Mikael Kjellin, Ingegărd Johansson, 2010, Surfactants from renewable resources, A John Wiley and Sons, Ltd., Publication (Part Biosurfactants, 10 Lecithin and other phospholipids, Willen van Nieuwenhuyzen); 22 Amit Joshi, Swaroopa G Paratkar, Bhaskar N Thorat, 2006, Modification of lecithin by physical, chemical and enzymatic methods, Eur J Lipid Sci Technol, WiLey-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim; 23 Taichi Kuroda, Hisashi Matsubayashi, Eri Arakawa, 2010, Fuel Additive, US 2010/0050503 24 Kronstein Max, Eichberg Joseph, 1981, Chemical modification of metal oxides and lecithin materials, US Patent 4305853 n iê gh in tà u oa kh c họ 39 PHỤ LỤC ề Đ iê gh in tà n Hình 1.Thử nghiệm động ENPF trung tâm Thí nghiệm thực hành Viện Cơ khí u oa kh c họ Hình Một số hình ảnh thử nghiệm động 6L27BSH tàu Sao Biển 40 ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ 41