Nghiên cứu ứng dụng biogas nén trên xe mô tô

M CL C M CL C DANH M C CÁC Kụ HI U VÀ CH VI T T T DANH M C CÁC B NG DANH M C CÁC HÌNH M Đ U CH NG T NG QUAN V TÌNH HÌNH NGHIÊN C U NG D NG BIOGAS LÀM NHIÊN LI U CHO Đ NG C Đ T TRONG 1.1 V n đ l ng vƠ môi tr ng 1.1.1 Vi n c nh d u m 1.1.2 V n đ môi tr ng s d ng nhiên li u hóa th ch 1.2 Các tiêu chuẩn s d ng nhiên li u khí cho đ ng c đ t vƠ tính ch t lý hóa c a nhiên li u biogas 1.2.1 Nhiên li u khí thiên nhiên vƠ biogas lƠm nhiên li u cho đ ng c đ t 1.2.2 Đặc điểm khí sinh học biogas 11 1.3 Công ngh x lý t p ch t biogas 14 1.3.1 K t qu nghiên c u th c nghi m lo i b H2S 14 1.3.2 K t qu nghiên c u th c nghi m lo i b CO2 15 1.4 Các nghiên c u vƠ ngoƠi n ớc v s d ng biogas lƠm nhiên li u cho đ ng c đ t 17 1.4.1 Tình hình nghiên c u vƠ ng d ng biogas lƠm nhiên li u cho đ ng c đ t th giới 17 1.4.2 Tình hình nghiên c u vƠ ng d ng biogas lƠm nhiên li u cho đ ng c đ t Vi t Nam 19 1.5 K t lu n 20 CH NG C S Lụ THUY T V TRONG ĐÁNH L A C S D NG BIOGAS CHO Đ NG C Đ T NG B C 22 2.1 Tính toán lý thuy t trình nén l u tr khí biogas s ch 22 2.2 Tính toán hi u qu l u tr khí biogas ph ng pháp nén 23 2.3 Mô ph ng trình nén biogas vƠ tách khí CO2 24 2.4 C s lý thuy t đ ng c đ t đánh l a c ng b c s d ng biogas 27 2.4.1 Đặc điểm trình cung c p vƠ cháy c a h n h p biogas ậ không khí 27 2.4.2 Lý thuy t trình cháy hòa tr n tr ớc biogas ậ không khí 30 2.5 H th ng cung c p nhiên li u biogas nén cho xe g n máy hai bánh 31 2.5.1 Các ch ng lo i xe g n máy ch y xăng chuyển sang ch y biogas 31 2.5.2 B n ch t kỹ thu t c a gi i pháp cung c p biogas cho xe g n máy 32 2.5.2.1 Van công su t kiểu chơn không 34 2.5.2.2 Van không t i kiểu chơn không 34 2.5.2.3 Van gia t c kiểu chơn không 35 2.5.3 L p đặt h th ng cung c p biogas xe g n máy hai bánh 36 2.6 Xơy d ng mô hình tính toán cho h th ng cung c p biogas nén kiểu van ba ch c cho xe g n máy Honda Wave α 110cc 37 2.6.1 Thi t l p ph ng trình l u l 2.6.2 Thi t l p ph ng trình l u l ng cho dung tích 41 ng cho ph n t ti t l u 43 2.6.3 Thi t l p u ki n biên c a h th ng cung c p biogas kiểu van ba ch c cho xe g n máy Honda Wave α 110cc 46 2.6.4 H ph ng trình vi phơn t ng quát c a h th ng cung c p biogas nén kiểu van ba ch c cho xe g n máy Honda Wave  110cc .51 2.7 Mô ph ng trình cung c p nhiên li u biogas cho xe g n máy Honda Wave α 110cc 52 2.7.1 Xác định thông s ban đ u 52 2.7.2 K t qu mô ph ng trình cung c p nhiên li u biogas nén kiểu van ba ch c cho đ ng c xe g n máy Honda Wave α 110cc 53 2.8 K t lu n 55 CH NG NGHIÊN C U TH C NGHI M XE G N MÁY S D NG NHIÊN LI U BIOGAS NÉN 56 3.1 S đ b trí th c nghi m vƠ trang thi t bị 56 3.1.1 Xe g n máy th nghi m 56 3.1.2 Băng th Chassis Dynamometer 20” 58 3.1.3 H th ng đo áp su t thị bu ng cháy c a đ ng c xe g n máy 59 3.2 Quy trình th nghi m xe g n máy băng th 60 3.3 K t qu th c nghi m đo áp su t bu ng cháy xylanh 60 3.4 Ch y th nghi m xe g n máy s d ng biogas nén đ CH ng 91 NG PHÂN TệCH ĐÁNH GIÁ K T QU 92 4.1 So sánh áp su t thị bu ng cháy đ ng c xe g n máy Honda Wave α 110cc s d ng xăng RON92 vƠ biogas 85% CH4 với u ki n v n hƠnh 92 4.2 Di n bi n áp su t thị bu ng cháy đ ng c xe g n máy Honda Wave α 110cc s d ng biogas 85% CH4 t c đ khác 93 4.3 K t lu n 95 K t lu n vƠ h ớng phát triển c a đ tƠi 96 DANH M C CÁC Kụ HI U VÀ CH VI T T T Các ký hi u mẫu t La Tinh : dh [m] Đ ng kính họng khu ch tán venturi Dxl [m] Đ ng kính xy lanh đ ng c Ne [kW] Công su t đ ng c p [N/m2] Áp su t môi ch t công tác pxl [N/m2] Áp su t xy lanh đ ng c Qi [m3/s] L ul ng thể tích l u l i dung tích Vi Qij [m3/s] L ul ng thể tích qua ti t l u (S)j R [J/kg.oK] Hằng s khí Re [-] Chuẩn s Reynolds Rf [J/kg.oK] Hằng s khí c a nhiên li u Si [m2] Di n tích hi u d ng c a ph n t th i Sj [m2] Di n tích hi u d ng c a ph n t th j T [oK] Nhi t đ h n h p Các ký hi u mẫu t Hy L p:   [-] Tỷ s nén đ ng c [-] Tỷ l t α [đ ] Góc quay tr c khuỷu ηv [-] H s n p µ [-] H s l ul ng Δ [-] Đ nhám đ ng ng λi,j [-] H s t n th t dọc đ λl [-] ng đ ng ng Tỉ s gi a bán kính quay tr c khuỷu vƠ chi u dƠi truy n  [m /s] H s nhớt đ ng học ω [rad/s] T c đ góc tr c khuỷu đ ng c [kg/m3] Kh i l  ng riêng a [kg/m3] Kh i l ng riêng c a không khí [kg/m3] Kh i l ng riêng c a nhiên li u + [kg/m ] Kh i l ng riêng c a khí [-] H s t n th t c c b t i c a vƠo c a ti t l u  [-] H s t n th t c c b t i c a c a ti t l u [-] H s t n th t t ng c ng c a ti t l u f g - 3 Các ch vi t t t : A/F Vi t t t ch Air/Fuel (Tỷ s h n h p không khí/nhiên li u) CNG Compressed Natural Gas (Khí thiên nhiên nén) DVGW Deutsche Vereinigung des Gas-und Wasserfaches (Hi p h i khí vƠ n ớc c a Đ c) HV Heating Value (Nhi t trị cháy) LPG Liquefied Petroleum Gas (Khí d u m hóa l ng) MON Motor Octane Number (Chỉ s octan đ ng c ) NG Natural Gas (Khí thiên nhiên) DANH M C CÁC B NG Kí hi u Tiêu đ b ng Trang 1.1 Phơn b tr l ng nhiên li u hóa th ch th giới năm 2006 1.2 Công ngh 1.3 Giá trị thông s v t lý c b n c a khí thiên nhiên vƠ biogas 10 1.4 ThƠnh ph n ch t khí có biogas 12 1.5 Tính ch t c a biogas theo thƠnh ph n 13 2.1 ThƠnh ph n vƠ u ki n c a khí biogas sau đ 2.2 ThƠnh ph n (% V) s n phẩm biogas vƠ CO2 sau trình nén tách 26 2.3 L ul 27 2.4 Giá trị tỉ l (F/A)lt theo thƠnh ph n CH4 28 2.5 Bi n thiên h s tỷ l t 53 3.1 Thông s kỹ thu t xe Honda wave α 110cc 57 3.2 Quan h gi a áp su t thị pi xy lanh theo t c đ góc tr c khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: 85% CH4, 100% ga, n = 3000 vòng/phút) 61 3.3 Quan h gi a áp su t thị pi xy lanh theo t c đ góc tr c khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: 85% CH4 100% ga, n 67 ng d ng biogas vƠ yêu c u x lý c tách H2S ng s n phẩm biogas vƠ CO2 sau trình nén tách ng đ ng c a h n h p theo t i đ ng c 25 = 3620 vòng/phút) 3.4 Quan h gi a áp su t thị pi xy lanh theo t c đ góc tr c 73 khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: 85% CH4 100% ga, n = 4070 vòng/phút) 3.5 Quan h gi a áp su t thị pi xy lanh theo t c đ góc tr c 79 khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: 85% CH4 100% ga, n = 5360 vòng/phút) 3.6 Quan h gi a áp su t thị pi xy lanh theo t c đ góc tr c khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: Xăng RON92 100% ga, n = 3000 vòng/phút) 85 DANH M C CÁC HÌNH Kí hi u Tiêu đ hình Trang 1.1 Tr l 1.2 Bi n thiên l 1.3 S phơn b tr l 1.4 Các khu v c khai thác d u khí 1.5 Minh họa v khai thác tƠi nguyên vƠ ô nhi m môi tr 1.6 Nguy c bị ng p m c n ớc biển dơng cao 1.7 S đ trung hòa carbon c a nhiên li u biogas 11 1.8 S đ mô hình x lý H2S biogas b i v t li u lọc khác 14 1.9 Hi u qu lọc H2S biogas nh ng v t li u khác 15 1.10 1.11 2.1 ng d u m l i th giới (Gigaton) ng d u vƠ khí khám phá vƠ tiêu th ng ga theo khu v c th giới Vi t Nam vƠ Đông Nam Á ng khu v c Đông Nam Á S đ h th ng lọc biogas tháp n ớc có v t li u đ m nh h ng c a thƠnh ph n CH4 biogas đ n tính đ ng c Bi n thiên công su t nén theo áp su t biogas đ u 16 18 22 c a khí có thƠnh ph n 60% CH4, 40% CO2 2.2 Bi n thiên l 2.3 Hi u qu l 2.4 S đ mô ph ng trình nén tách CO2 c a khí biogas 25 2.5 Đ ng c có bu ng cháy phù h p với vi c s d ng nhiên li u khí 32 2.6 2.7 C m van chơn không ba ch c cung c p nhiên li u biogas nén cho xe g n máy S đ nguyên lý van công su t kiểu chơn không 2.8 S đ nguyên lý van không t i kiểu chơn không 35 2.9 S đ nguyên lý van gia t c kiểu chơn không 36 2.10 37 2.13 Hình nh l p đặt h th ng cung c p biogas nén xe g n máy Wave  110cc S đ t ng thể h th ng cung c p biogas kiểu van chơn không ba ch c cho xe g n máy Honda wave α 110cc Mô hình tính toán t ng đ ng c a h th ng cung c p biogas kiểu van ba ch c xe g n máy S đ tính toán l u l ng t i dung tích Vi 2.14 Đ nh c van cung c p biogas theo góc quay tr c khuỷu c a đ ng c 53 2.11 2.12 ng tích lũy biogas theo áp su t nén ng s d ng biogas nén 24 24 33 34 38 40 42 2.15 Quan h gi a tỷ l t ng đ ng h n h p vƠ t i đ ng c c a c m van chơn không ba ch c cung c p biogas nén cho xe g n máy Honda wave  110cc 54 3.1 S đ t ng quát trang thi t bị phòng th nghi m xe máy 56 3.2 57 3.3 Xe g n máy Honda wave α 110cc sau l p đặt h th ng cung c p nhiên li u biogas nén vƠ đ a lên băng th Chassis Dynamometer 20’’ Đ a xe g n máy lên băng th Chassis Dynamometer 20’’ 3.4 S đ b trí thi t bị thí nghi m đo áp su t bu ng cháy c a đ ng c 59 3.5 Ch y th nghi m đ 4.1 Di n bi n áp su t theo góc quay tr c khuỷu c a đ ng c xe g n máy Honda wave α 110cc Đ thị công thị chu trình c a đ ng c xe g n máy Honda wave α 110cc ng với nhiên li u xăng RON 92 vƠ biogas 85%CH4 Di n bi n áp su t theo góc quay c a tr c khuỷu c a đ ng c xe g n máy Honda wave α 110cc ng với t c đ góc c a tr c khuỷu khác Đ thị công thị chu trình c a đ ng c xe g n máy Honda wave α 110cc th c nghi m 4.2 4.3 4.4 ng 58 91 92 92 94 94