BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM T P. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG 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: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2003-2007 Sinh viên thực hiện: ĐẶNG BÌNH AN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9 /2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG 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 Sinh viên thực hiện TS. DƢƠNG NGUYÊN KHANG ĐẶNG BÌNH AN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2007 iii LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cảm tạ: Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tại trường. TS.Dương Nguyên Khang Khoa Chăn Nuôi Thú Y đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Th. S Nguyễn Đình Hùng Bộ môn Ô tô – máy động lực trường Đại học Bách Khoa đã hết lòng hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Gia đình anh Huỳnh Công Bằng đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài. Các anh chị tại trung tâm biogas trường Đại học Nông Lâm TPHCM đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài Các bạn bè thân yêu của lớp công nghệ sinh học khóa 29 đã chia xẻ cùng tôi những vui buồn trong thời gian học cũng như hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập. Các bạn bè ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực tập tốt nghiệp. iv MỤC LỤC Trang Lời cám ơn i Tóm tắt ii Mục lục iii Danh sách các bảng iv Danh sách các hình và sơ đồ v 1.MỞ ĐẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2.Mục đích và yêu cầu 2 1.2.1. Mục đích 2 1.2.2. Yêu cầu 2 2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 2.1. Lý thuyết vê biogas 3 2.1.1. Sơ lược về biogas 3 2.1.2. Các sản phẩm của hệ thống biogas 4 2.1.2.1. Khí đốt 4 2.1.2.2. Phân bón 4 2.1.3. Cơ chế tạo thành khí sinh học trong hệ thống biogas 4 2.1.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo khí biogas 5 2.1.4.1. Điều kiện kỵ khí tuyệt đối 5 2.1.4.2. Nhiệt độ 5 2.1.4.3. Ẩm độ 6 2.1.4.4. pH 6 2.1.4.5. Thời gian ủ 6 2.1.4.6. Hàm lượng chất rắn 6 2.1.4.7. Thành phần chất dinh dưỡng 6 2.1.4.8. Các chất gây trở ngại cho quá trình lên men 7 v 2.1.5. Ảnh hưởng của biogas đến môi trường 8 2.1.5.1 Cải thiện vệ sinh môi trường nông thôn 8 2.1.5.2 Xử lý chất thải nông nghiệp và thành phố 8 2.1.5.3 Giảm phát thải khí nhà kính 9 2.1.6. Tính chất của khí biogas 9 2.1.6.1. Tính chất vật lý 9 2.1.6.2. Tính chất hoá học 10 2.1.7. Tiềm năng và ứng dụng của biogas 12 2.1.7.1 Tiềm năng phát triển của biogas 12 2.1.7.2. Ứng dụng 13 2.1.8. Một số hầm ủ yếm khí tạo biogas hiện nay 14 2 1.8.1. Hầm ủ dạng vòm 14 2.1.8.2. Dạng hầm giếng có khoang chứa gas nổi 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 cơ bản về động cơ đốt trong 14 2.2.1. Định nghĩa 14 2.2.2. Khái niệm động cơ đốt trong 4 kỳ 15 2.2.3. Cấu tạo động cơ đốt trong 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 cơ đã được chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu biogas 20 2.2.5. Khí thải của động cơ đốt trong 20 2.5.1. Oxit cacbon 21 2.5.2. NO x H 2 S và SO 2 21 2.5.3. Các chất hydrocacbua 22 2.5.4. Các hợp chất của chì 22 vi 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 23 3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện 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 1 23 3.3.1.1. Bước 1 24 3.3.1.2. Bước 2 24 3.3.1.3. Bước 3 24 3.3.2. Giai đoạn 2 24 3.3.2.1. Bước 1 25 3.3.2.2. Bước 2 25 3.3.2.3. Bước 3 25 3.3.3. Giai đoạn 3 25 4. Kết quả và thảo luận 26 4.1. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ không tải 26 4.2 Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ có tải. 30 4.3. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng biogas 35 5. Kết luận và đề nghị 37 5.1. Kết luận 37 5.2. Đề nghị 37 6. Tài liệu tham khảo 38 vii DANH SÁCH CÁC BẢNG TÊN BẢNG TRANG Bảng 2.1. Thành phần hoá học khí biogas 4 Bảng 2.2. Điều kiện thích hợp cho quá trình phân hủy kị khí 7 Bảng 2.3. Hàm lượng các chất ức chế quá trình lên men yếm khí 7 Bảng 2.4. Hiệu quả xử lý phân của hệ thống biogas 8 Bảng 2.5. Bảng thống kê số lượng khí biogas sinh ra từ phân gia súc 12 Bảng 2.6. Bảng thống kê số lượng phân trong ngày của gia súc 12 Bảng 2.7. Hàm lượng các chất trong khí thải động cơ 21 Bảng 4.1. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ không tải 27 Bảng 4.2. Bảng tiêu chuẩn khí thải Euro 1 và Euro 2 đối với động cơ xăng 26 Bảng 4.3. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ có tải. 31 Bảng 4.4. Bảng giá điện tạo ra khi chạy máy bằng biogas hoặc xăng 35 Bảng 4.5. Bảng giá thành một số loại hầm biogas 35 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ TÊN HÌNH TRANG Hình 2.1 Sơ đồ phân hủy kỵ khí tạo CH 4 5 Hình 2.2 Sơ đồ chu chuyển CO 2 9 Hình 2.3 Các kỳ của động cơ đốt trong 4 kỳ 16 Hình 2.4 Sơ đồ bộ chế hòa khí 19 Hình 4.1. Biểu đồ so sánh lượng khí HC và NO x thải ra của máy sử dụng xăng hoặc biogas ở chế độ không tải 28 Hình 4.2. Biểu đồ so sánh lượng khí CO, CO 2 , O 2 , thải ra của máy bằng xăng hoặc biogas ở chế độ không tải 28 Hình 4.3. Biểu đồ so sánh lượng khí CO, CO 2 , O 2 , thải ra của máy bằng xăng hoặc biogas ở chế độ có tải 33 Hình 4.1. Biểu đồ so sánh lượng khí HC và NO x thải ra của máy sử dụng xăng hoặc biogas ở chế độ có tải 33 1 Chƣơng 1. MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, nhu cầu năng lượng về dầu mỏ nhằm đáp ứng nhu cầu cho các hoạt động sống của con người ngày càng lớn, nhưng khả năng cung cấp nó thì ngày càng giảm. Người ta dự tính khoảng 100 năm nữa nguồn năng lượng từ thiên nhiên như dầu mỏ, than đá … sẽ cạn kiệt. Đây thật sự là một thách thức to lớn đối với toàn thể ngành năng lượng của thế giới mà trong đó có Việt Nam. Vậy làm sao có nguồn năng lượng khác để thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống là điều mà nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu ứng dụng từ lâu. Riêng đối với Việt Nam là một nước đang phát triển, đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn cộng với những vấn đề về môi trường nên nguồn năng lượng mới phải đáp ứng thêm hai yêu cầu sạch và rẽ tiền. Phân tích đặc điểm của nền kinh tế, và phát triển khoa học kỹ thuật của đất nước, chúng ta nhận thấy Việt Nam là nước đang trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá có nền nông nghiệp phát triển. Trong đó chăn nuôi quy mô lớn ngày càng phát triển, vì thế số lượng chất thải vô cùng lớn. Hiện nay người dân thường sử dụng phân chuồng bón cho cây trồng hoặc dùng làm thức ăn cho cá, gia súc… Điều đó rất có hại cho môi trường và lãng phí bởi vì phân bò, phân heo khi cho ủ lên men trong điều kiện yếm khí sẽ tạo ra một lượng khí mêtan (CH 4 ) có thể dùng để đốt cháy như khí gas thiên nhiên. Ngoài ra, thiết kế hệ thống biogas còn giúp giảm đáng kể tác hại ô nhiễm môi trường do chăn nuôi. Hơn nữa, khí mêtan cũng có thể được sử dụng để sản xuất nguồn năng lượng quan trọng khác là năng lượng điện. Trên cơ sở đó, được sự đồng ý của bộ môn Công nghệ sinh học và sự hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ Dương Nguyên Khang, chúng tôi tiến hành đề tài: “Bƣớc đầu khảo sát hoạt động của máy phát điện loại 10 kVA chạy bằng nhiên liệu khí biogas đƣợc ủ từ phân heo”. 2 1.2. Mục đích và yêu cầu 1.2.1 Mục đích Tận dụng gas sinh ra từ phân heo được 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 hoặc xăng cần để chạy máy phát điện công suất 10 kVA trong vòng 1 giờ ở chế độ không và có tải. Ghi nhận công suất và khả năng tải của máy phát điện khi chạy bằng biogas hoặc xăng ở chế độ không tải và có tải. Xác định thành phần khí xả ra từ máy khi chạy bằng biogas hoặc xăng ở chế độ không tải và có tải. . tài: “Bƣớc đầu khảo sát hoạt động của máy phát điện loại 10 kVA chạy bằng nhiên liệu khí biogas đƣợc ủ từ phân heo . 2 1. 2. Mục đích và yêu cầu 1. 2 .1 Mục đích Tận dụng gas sinh ra từ phân. của khí biogas 9 2 .1. 6 .1. Tính chất vật lý 9 2 .1. 6.2. Tính chất hoá học 10 2 .1. 7. Tiềm năng và ứng dụng của biogas 12 2 .1. 7 .1 Tiềm năng phát triển của biogas 12 2 .1. 7.2. Ứng dụng 13 2 .1. 8 MINH BỘ MÔN CÔNG 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