MỤC LỤC Trang 0019600001018 3 1 Mục đích, ý nghĩa đề tài - - S1 1k TT TT TT TH rệt 4 I0 « 4
1.2 Ý 'nphĨa c1 TH TT TT TH TT TT TT TT Tư net 4 2 Chất khí gây hiệu ứng nhà kính và vẫn đề ấm dần lên tồn cầu 4
2.1 Chất khí gây hiệu ứng nhà kính ¿2 2s x2 3E EvErkererersered 4
2.1.1 Hiệu ứng nhà kính - + 1x S1 1111911 11110 0 01 ki ko khen 4 2.1.2 Các chất khí gây hiệu ứng nhà kính - - + xxx £z£sz#xe£zrexvxe 5
2.2 Vấn đề ấm dẫn lên tồn cầu .- ¿5 tt 10
3 Các loại nhiên liệu thay thế và thế mạnh của biogas ở Việt Nam 12 3.1 Các loại năng lƯỢN - - s s9 ng ng ng h 12
3.1.1 Năng lượng mặt tỜI cc cv ng ng ng ren 12
3.1.2 Năng lượng BIĨ 1 HH re 14
3.1.3 Năng lượng địa nhIỆt - - c n1 ng ng ngư ve, 15
3.1.4 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỎ - - c1 1111113 1 1x vn re 16
3.1.5 Năng lượng hạt nhân -sc c n1 1v vn ngư rên 17
3.1.6 Ngudn nang lwong kKhac vi cecscsescssscsessssesvevsvscsessssvevsvscsessssvevavsenes 17 3.2 Thế mạnh của nhiên liệu blogas ở Việt Nam Sex 19 3.2.1 Thành phần chủ yếu của biOas - -:- ¿5 2+ St EEkE tk rkrrrrkes 19 3.2.2 Các tính chất của biogas sử dụng làm động cơ đốt trong 20 3.2.3 Tình hình sử dụng biogas trên thế giới và nước ta hiện nay 21 3.2.4 Thế mạnh của nhiên liệu biogas ở Việt Nam 2: ¿ca 22 4 Yêu cầu đặt ra cho động cơ chạy bằng biogas 5c cac versrersree 23
5, Tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu quả kinh tế của động cơ khi chạy
bằng nhiên liệu biO/g8s ¿S11 SEES3 31 131 3T TT TT TT ryp 24
5.1 Tinh tốn suất tiêu hao nhiên liệu ¿+ 52v v‡yvvEvvrvvrvsrvsrrsrrd 24 5.1.1 Giới thiệu động cơ TOYOTA -3ÏY Q11 11H ng HH nh 24
5.1.2 Tính tốn chu trình nhiệt của động CƠ 5c S55 s2 25
Trang 2phát điện chạy băng Blogas
6.2.2 Thiết kế bộ hồ trỘn - ¿- ¿SE S3 3E EEEESEEEEEEEEEEEEEEEEEErErtrrerrkrs 47 6.2.3 Thiết kế bộ truyén dai ec c cscs esesscscscscsssessssesssvsvsessssssvevsvscsessssevavsenes 53 6.2.4 Tính tốn van cung cấp khí ¿+ ¿ + ¿5s Sẻ St ềESEEEEEESEeErErErkekrerkred 57 6.2.5 Tính tốn thiết kế cơ cấu điều khiễn - s5 x2E3v2£E+xexrrerered 59
7 Tính tốn thiết kế bộ truyền động từ động cơ sang máy phát điện 60
7.1 Các thơng số ban đầu ¿-¿- ¿+ tà SE Bề SE TH re rkryt 60 7.2 Thiết kế bộ truyền bánh răng trong hộp số ¿5-5 2s +xszcsrxea 60 7.3 Thiết kế trục và tính then . ¿- ¿1 tt 3EESEEEEEEEEEEkrkrkrrerrsrrrrrrkes 65
re 27 67
8 Nguyên lí sử dụng lưỡng nhiên liệu trên động cơ TOYOTA-3Y 69 8.1 Ưu, nhược điểm của phương pháp lưỡng nhiên liệu -. - 69 8.2 Đặc điểm liên quan đến quá trình cháy trong động cơ TOYOTA-3Y 70 8.3 Phương pháp cung cấp và vận hành hệ thống nhiên liệu trên động cơ
¡949/2 71
Thực nghiệm
1 Lắp đặt bộ điều tốc cho động cơ TOYOTA-3 Y -¿- ¿+ + * vs vscee 71 2 Thử nghiệm máy phát điện được kéo bằng động cơ sau khi cai tao 73
Kết luận
Trang 3
LOI CAM ON
Đề hồn thành được đề tài đúng thời hạn, em xin chân thành cảm ơn quý thầy giáo, cơ giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thơng nĩi chung, bộ mơn Động Cơ nĩi riêng
đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài được tốt nhất
Em xin bày tỏ sự cảm ơn đến thầy giáo GS-TSKH Bùi Văn Ga đã tận tình hướng dẫn và cĩ những chỉ bảo quý giá để em cĩ được sự thành cơng của đề tài như hơm nay
Bên cạnh đĩ, em xin được cảm ơn thầy giáo Nguyễn Quang Trung đã giúp đỡ và cĩ những đĩng gĩp ý kiến quý báu giúp em nhận ra những thiếu sĩt và hồn thành đề tài được hồn hảo hơn nữa
Em xin được kính chúc xưởng Nhiệm Vụ Ươm Tạo Cơng Nghệ, bộ mơn Động Cơ - Khoa Cơ Khí Giao Thơng -Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng ngày càng
phát triển và mong ước quý thầy cơ cĩ được sức khỏe thật dồi dao
Ngày 01 tháng 06 năm 2010 Sinh viên
Trang 4phát điện chạy băng Blogas
1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 1.1 Mục đích của đề tài
Thấy rõ được vai trị quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ
Nghiên cứu, thiết kế, cải tạo động cơ ơ tơ cũ chạy xăng thành động cơ tĩnh tại chạy băng Biogas với việc sử dụng bộ điều tốc Gatec để kéo máy phát điện Từ đĩ, sản xuất hàng loạt, áp dụng sử dụng phố biến trên động cơ xăng nhiều xy lanh nhằm khai thác hiệu quả nguồn năng lượng Biogas cho động cơ tĩnh tại gĩp phần tiết kiệm năng lượng và bảo vệ mơi trường
Nắm vững các thao tác trong quá trình lắp đặt, kiểm tra hiệu chỉnh cũng như chế tạo thay thế các chỉ tiết của hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ
1.2 Ý nghĩa khoa học của để tài
Nhiên liệu Blogas là nhiên liệu sạch nên khi sử dụng khơng gây ơ nhiêm mơi trường
Tận dụng động cơ ơtơ cũ, những sản phẩm từ hoạt động nơng nghiệp và chăn
nuơi nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế
2 Chất khí gây hiệu ứng nhà kính va van dé 4m dan lên tồn cầu 2.1 Chất khí gây hiệu ứng nhà kính
2.1.1 Hiệu ứng nhà kính
Dai hap thu các chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong khí quyên và tác động của chúng đối với bức xạ mặt trời và bức xạ nhiệt từ mặt đất
Khi tia sáng mặt trời đến mặt đất một phần năng lượng được hấp thụ và làm
Trang 5
“Hiệu ứng nhà kámh tại nhiên Hiệu ng nhà kính tặng cường áo
“ “7 T %¿
tốc đồng của con người
Hình 2 —- 1 Hiệu ứng nhà kính
2.1.2 Các chất khi gây hiệu ứng nhà kinh
Các chất khí gây hiệu ứng nhà kính gồm hơi nước, CO,, C„Hy„ SO,, O;, CFC
- Khí COy
+ Cơ chế hình thành: Khí COx là chất khí khơng màu, khơng mùi và khơng vị COx được sản sinh trong quá trình hoạt động của con người, con người đã đốt rất nhiều nhiên liệu cĩ chứa Cacbon, điển hình là trong sinh hoạt, cơng nghiêp, nơng nghiệp và giao thơng
C+Ox 2 COx
+ Trữ lượng:
e Với CO cĩ trữ lượng 250 tân/năm Hàm lượng CO trong khơng khí khơng Ổn
định, chúng thường biến thiên nhanh nên khĩ xác định chính xác
e© Tổng khối lượng CO; sinh ra do đốt cháy nhiên liệu là 2,5.10' tan/nam Ngồi ra hoạt động núi lửa hằng năm sinh ra lượng CO; bằng khoảng 40000 lần CO; hiện cĩ
+ Hiệu ứng
e Khí CO xâm nhập vào cơ thê theo đường hơ hap chúng sẽ tác dụng thuận nghịch với Hemoglobin tạo thành cacboxyhemoglobin là mất khả năng vận chuyển máu và gây ngại:
Trang 6phát điện chạy băng Blogas
e Thực vật ít nhạy cảm với CO nhưng nồng độ cao 100 — 10000ppm sẽ gây
xoăn lá cây, chêt mâm non, rụng lá và kìm hãm sự sinh trưởng của cây cơi
390 ; | Carbon Dioxide 380 | 370 | 380 | 350 | Parts per million (ppm) 340 | 330 ` ! ! | 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 Hinh 2—2 Néng độ Cacbon dioxit trong những năm gần đây
e _ Tồn bộ CO; sinh ra khơng phải lưu đọng mãi trong khí quyển mà nĩ được cây xanh và biên hấp thụ đi khoảng một nữa Lượng CO; lưu tồn trong khí quyền, thực vật hấp thụ để tồn tại và phát triển, nhưng hàm lượng CO; cao quá sẽ gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính
Theo G.N.Plass , nếu nơng độ CO; trong khí quyền tăng gấp đơi thì nhiệt độ
trung bình của Trái Đất tăng 3,6” C
- Khí CvHr
+ Cơ chế hình thành: CxHy là hợp chất của hydro và cacbon, là khí khơng màu, khơng mùi, chủ yếu sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu khơng hồn tồn, đặc biệt là tại các nhà máy lọc dầu, khai thác và vận chuyên xăng dầu, sự rị rỉ của ống dẫn khí đốt
Tùy vào hợp chất của chúng mà tạo ra các chất ơ nhiễm khác nhau và gây tác hại khác nhau Trong các hợp chất CxHy thì khí CH¿ được xếp vào chất khí nhà
kính gĩp phần vào quá trình nĩng lên của trái đất CHạ được sinh ra chủ yếu trong
quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện thiếu khơng khí
+ Trữ lượng: Từ năm 1999 đến năm 2006, CH, tang khơng đáng kể, xem như khơng đổi, nhưng trong năm 2007 và 2008, trên tồn cầu trung bình CH, bat dau
tang tro lai, CH, tang 90%
+ Hiệu ứng: khí CH¿ cùng khí CO; là khí nhà kính, chúng là thủ phạm chính gây
Trang 71850 | | Methane : ¬ Le Parts per billion (ppb) mm 3 & 5 ỗ 1550 | bee | 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010
Hình 2 - 3 Nồng độ Methane trong nhung nam gần đây
- Khí NOy
+ Cơ chế hình thành: NOx xuất hiện nhiều trong giao thơng và trong cơng nghiệp Trong khơng khí nitơ và ơxy cĩ thể tương tác với nhau khi cĩ nguồn nhiệt cao >1100°C và làm lạnh nhanh đề tránh phân hủy
t>1100°C
Na + XO, > 2NOx
Làm lạnh nhanh
+ Trữ lượng: NOx sinh ra khoảng 48 triệu tan/ nam (chủ yếu là NO¿)
+ Hiệu ứng: Tùy theo nồng độ mà NO; cĩ tác hại khác nhau
e NOx sé lam phai màu thuốc nhộm vải, làm cứng vải tơ, nilơng và gây han rỉ
kim loại
e Tuy theo nồng độ NO; mà người, cây cối sẽ bị ảnh hưởng ở mức độ khác
nhau Ở mức độ cao 100 ppm thì cĩ thể gây chết người
Trang 8phát điện chạy băng Blogas 325 Nitrous Oxide 320 - 315 + 310 - 305 - 1 yar ggg 1 dt 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 Parts per billion (ppb)
Hình 2 - 4 Nơng độ Nitơ Oxit trong những năm gần đây
- Khi Ozon
+ Cơ chế hình thành: Ozon là sản phẩm của chất chứa oxy (SO;, NO¿, andehyt) khi cĩ tia tử ngoại mặt trời kích thích
Tia ti ngoại
NO; > NO +O
Kich thich O + O, > O;
Ngồi ra, dưới tac dung cua tia tử ngoại Mặc Trời chiếu vào phân tử O; sẽ phân tích chúng thành nguyên tử Oxy, các nguyên tử Oxy này lại tương tác với phân tử O; để thành 03 Ozon sinh ra va mat di rat nhanh, chỉ tồn tại trong vài phút
O; +hv O+O;O+O; > O;
+ Trữ lượng: Ơzơn tập trung nhiều ở độ cao 25 km (tầng bình lưu) nơng độ khoảng 10 ppm Cịn ở sát mặt biển ozon cịn chỉ khoảng 0,005 — 0,007 ppm
+ Hiệu ứng:
e_ Ozon cĩ tác dụng như lá chắn cản trở tia tử ngoại của Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất, điều tiết khí hậu Nhưng nếu nồng độ trong khí quyển quá lớn sẽ
gây ơ nhiễm ozon và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến con người
e _ Ngồi ra Ozon cịn ảnh hưởng đến quá trình phát triển của thực vật, chúng thường gây các bệnh đốm lá, khơ héo mâm non
e© _ Nếu Ozon quá cao sẻ tham gia vào quá trình làm nĩng lên của Trái Đất Khi nồng độ Ozon tăng 2 lần thì nhiệt độ trung bình của Trái Đất tăng 1” C gây
Trang 9- Các hợp chất Halogen CFC
+ Cơ chế hình thành: CFC được sinh ra trong quá trình làm lạnh, xuất hiện nhiều
trong tủ lạnh, máy điều hịa, xí nghiệp đơng lạnh, thủy sản và trong các dung dịch
tây rửa, bình cứu hỏa Các chất này khếch tán sang tầng bình lưu và bị tấn cơng bằng bởi các tia cực tím Mặt Trời và phân hủy giải phĩng nguyên tử Clo Chính các nguyên tử này gây ra sự suy giảm tầng Ozon
Cl + O; 23 ClO + O, ClO + O; D> Cl + 20; 600 —cCFrC-12 S00 +— —=CFC-11 400 300 ite 200 gene | 100 Parts per trillion (ppt) 0 ị | | I 1978 1882 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 Hình 2 - 5 Nồng độ CFC trong những năm gần đây
+ Trữ lượng: Người ta ước tính mỗi nguyên tử CI cĩ thể phản ứng với 1000 phân tử Ozon Lượng CEC sẽ gia tăng tỉ lệ với sự phát triển cơng nghiệp
+ Hiệu ứng: Các chất CEFC khi bị phân hủy sẽ tạo ra Cl kết hợp với Ozon sé gây thủng tầng Ozon tạo điều điện cho các tia cực tím chiếu xuống Trái Đất gây các bệnh ung thư da và mắt cho con người, thực vật sẽ bị tơn thương và chết
- Hơi nước
Hơi nước gần mặt đất cĩ thời gian tồn tại tính theo ngày, phần lớn các chất khí gây hiệu ứng nhà kính khác tồn tại khá lâu trong khí quyên Mặt dầu khơng dễ biết được chính xác bao lâu nhưng người ta cũng ước tính được thời gian ton tai, nghĩa là thời gian cần thiết dé chất khí đĩ biến mắt trong khí quyên
* Các chất khí gây hiệu ứng nhà kính cĩ thể loại bỏ bằng nhiều giải pháp: ‹ Biến đổi vật lí (ngưng tụ hơi nước trong khí quyên)
° Do các phản ứng hố học trong khí quyên Đĩ là trường hợp methane Nĩ bị
oxy hố bởi phản ứng tự nhiên khi cĩ gốc OH va sinh ra CO, va hơi nước ở cuối
Trang 10phát điện chạy băng Blogas
© Do trao đổi vật lí qua bề mặt khí quyển và các bộ phận khác của hành tỉnh Ví dụ như trao đơi giữa các chất khí của khí quyên và đại dương thơng qua lớp biên s© Do trao đơi hố học qua mặt tiếp giáp giữa khí quyên và bộ phận khác của hành tỉnh Đĩ là trường hợp CO; bị giảm do diệp lục hố của cây cỗi hoặc CO, hoa tan vào nước đại dương sau đĩ phản ứng sinh ra acid carbonic, bicarbonate va ion carbonate
Hai thang đo được dùng để mơ tá ảnh hưởng của các chất khí khác nhau trong khí quyến Thang đo thứ nhất là tuổi đời của khí quyên diễn tá thời gian hệ thống đạt cân băng sau khi cĩ một sự gia tăng nhỏ của một chất khí nào đĩ trong khí
quyên Những phân tử đơn lẻ cĩ thê trao đối với những hệ thống khác như đất, đại
đương, hệ thống sinh học nhưng giá trị trung bình cĩ tuổi đời khí quyển liên quan đến thời gian biến mắt khí dư thừa Đơi khi người ta cĩ nhằm lẫn khi cho rằng thời gian tồn tại của CO; trong khí quyên chỉ vài năm vì thời gian trung bình đối với bat kì phân tử CO; nào ton tại trong khí quyền trước khi bị lay đi do hồ trộn vào đại dương, bởi điệp lục hố hay những quá trình khác Chính sự thay đỏi nồng độ của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính khác nhau bởi tất cả các nguồn phát sinh và biến mất xác định thời gian tồn tại của nĩ trong khí quyên chứ khơng chỉ cĩ quá trình loại bỏ chúng
Thang đo thứ hai là khả năng âm lên tồn cầu (GWP) GWP phụ thuộc cả hiệu
quả phân tử của chất khí gây hiệu ứng nhà kính và thời gian tồn tại của nĩ trong khí quyên GWP được đo tương đối so với cùng một khối lượng CO; và được đánh giá đối với thang đo thời gian đặc biệt Vì vậy nếu một phân tử cĩ GWP cao trên thang thời gian ngắn (20 năm) nhưng chỉ cĩ thời gian tồn tại ngắn, nĩ sẽ cĩ GWP lớn
trong thang đo 20 năm nhưng GWP nhỏ trong thang đo 100 năm Ngược lại, nếu
một phân tử cĩ thời gian tồn tại lớn hơn CO; GWP của nĩ gia tăng theo thời gian 2.2 Vấn đề ấm lên tồn cầu
Sự ấm lên của trái đất dựa trên sự gia tăng nhiệt độ trung bình của khơng khí gần mặt đất
Nhiệt độ trung bình của khơng khí gần mặt đất đã tăng 0,74+0,18° (1,33+0,32°
F) trong thế ki qua Người ta nhận thấy rằng sự gia tăng nhiệt độ trên tỉ lệ với sự gia tăng nồng độ các chất khí gây hiệu ứng nhà kính từ giữa thé ki XX dén nay
Trang 11
khi nồng độ các chất khí gây hiệu ứng nhà kính ơn định Điều này phản ảnh nhiệt dung lớn của các đại dương
Sự ấm dân lên của trái đất sẽ gây ra những thay đổi khác bao gồm sự dâng lên của mực nước biên, sự gia tăng cường độ cực đoan của thời tiết, bão lụt thất thường gây thiên tai ảnh hưởng xấu đến nơng nghiệp
Hình 2 —- 6 Qua đất đang dân nĩng lên
Những điều chưa chắc chắn về mặt khoa học bao gồm độ gia tăng nhiệt độ
chính xác trong tương lai và sự thay đổi này sẽ biến động như thế nào từ vùng này sang vùng khác trên hành tỉnh Cĩ những tranh luận đang diễn ra ở quy mơ tồn cầu
về hành động nào cần thực hiện để làm giảm hay đảo chiều sự ẫm dần lên của trái
đất trong tương lai Hầu hết các quốc gia đã kí nghị định thư Kyoto đặt mục tiêu giảm chất khí gây hiệu ứng nhà kính
Các nhà khoa học nghiên cứu sự gia tăng nhiệt độ trái đất bằng mơ hình tính tốn khí hậu Các mơ hình này dựa trên nền tảng các nguyên tắc vật lí của động học chất lỏng, truyền nhiệt bức xạ và các quá trình khác với các giả thiết đơn gián hố cho phù hợp với cơng suất máy tính Các mơ hình này dự báo răng ảnh hưởng tực tế
của viéc gia tang nồng độ chất khí gây hiệu ứng nhà kính là việc khí hậu am dan
lên Tuy nhiên ngay cả khi cùng một giả thiết về mức độ tiêu thụ nhiên liệu hố thạch và mức độ phát thái CO; mức độ cảnh báo cũng thay đổi theo các mơ hình và vấn cịn phạm vi đáng kê về độ nhạy cảm thời tiết
Trang 12phát điện chạy băng Blogas
được dùng để khám phá các nguyên nhân gây sự biến động nhiệt độ hiện nay so với kết quả dự báo bởi mơ hình ứng các nguyên nhân do thiên nhiên hay con người gây
ra
Các mơ hình khí hậu đã dự báo tốt sự thay đổi nhiệt độ trong thế kỉ qua nhưng chưa cĩ thê cho biết tất cả các viễn cảnh xảy ra trong tương lai của khí hậu Các mơ hình đã khơng dự báo được sự thay đổi nhiệt độ trong khoảng thời gian từ 1910 đến
1945 đối với cả do tác động của thiên nhiên hay tác động của con người, tuy nhiên
các mơ hình này dự báo sự âm dần lên của trái đất từ năm 1975 chủ yếu là do phát thải cá chất khí gây hiệu ứng nhà kính do con người gây ra
3 Các loại nhiên liệu thay thế và thế mạnh của nhiên liệu biogas ở Việt Nam 3.1 Cac loại năng lượng
3.1.1 Năng lượng mặt trời
Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dịng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phĩng ra từ ngơi sao này Dịng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ nhìn thấy Mỗi giây trơi qua, Mặt Trời giải phĩng ra khơng gian xung quanh 3,827x1026 joule
Đối với cuộc sống của lồi người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng
lượng tái tạo quý báu Cĩ thể trực tiếp thu lẫy năng lượng này thơng qua hiệu ứng quang điện, chuyên năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong
pin Mặt Trời Năng lượng của các photon cũng cĩ thê được hấp thụ để làm nĩng các
vật thê, tức là chuyên thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc
làm sơi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ
thống nhiệt như máy điều hịa Mặt Trời
Năng lượng của các photon cĩ thê được hấp thụ và chuyên hĩa thành năng
Trang 13
Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí
quyên Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng
lượng cĩ thể khai thác được Trái Đất, trong mơ hình năng lượng này, gần giống
bình đun nước của những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hĩa nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời, thành động năng của các dịng chảy của nước, hơi nước và
khơng khí, và thay đổi tính chất hĩa học và vật ly của các dịng chảy này
Thế năng của nước mưa cĩ thê được dự trữ tại các đập nước và chạy máy phát điện của các cơng trình thủy điện Một dạng tận dụng năng lượng dịng chảy sơng suối cĩ trước khi thủy điện ra đời là cối xay nước Dịng chảy của biển cũng cĩ thể làm chuyên động máy phát của nhà máy điện dùng dịng chảy của biên Dịng chảy của khơng khí, hay giĩ, cĩ thê sinh ra điện khi làm quay tuốc bin giĩ Trước khi máy phát điện dùng năng lượng giĩ ra đời, cối xoay giĩ đã được ứng dụng để xay ngũ cốc Năng lượng giĩ cũng gây ra chuyên động sĩng trên mặt biển Chuyển động này cĩ thê được tận dụng trong các nhà máy điện dùng sĩng biển Đại đương trên Trái Đất cĩ nhiệt dung riêng lớn hơn khơng khí và do đĩ thay đổi nhiệt độ chậm hơn khơng khí khi hấp thụ cùng nhiệt lượng của Mặt Trời Đại dương nĩng hơn khơng khí vào ban đêm và lạnh hơn khơng khí vào ban ngày Sự chênh lệch nhiệt độ này cĩ thể được khai thác để chạy các động cơ nhiệt trong các nhà máy điện dùng nhiệt lượng của biển Khi nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời làm bốc hơi nước biến, một phần năng lượng đĩ đã được dự trữ trong việc tách muối ra khỏi nước mặn của biển Nhà máy điện dùng phản ứng nước ngọt - nước mặn thu lại phan nang lượng này khi đưa nước ngọt của dịng sơng trở về biển
Trang 14phát điện chạy băng Blogas
khơng khí và cung cấp nước nĩng ở mức độ cao, pin mặt trời thì địi hỏi trước hết phải giải quyết những vẫn đề kỹ thuật cơ bản, cơng nghệ chế tạo cũng như khả năng
ứng dụng thực tế của chúng Ở nước ta việc ứng dụng khả thi của năng lượng mặt
trời là vào việc nẫu nước nĩng và sây gỗ Cĩ thể nĩi là khả thi vì cơng nghệ tương đối đơn giản, quá trình chế tạo dễ dàng và giá thành thì tương đối phù hợp với kinh
tế Việt Nam
3.1.2 Năng lượng giĩ
Năng lượng giĩ được con người sử dụng hàng trăm năm nay Con người đã sử dụng năng lượng giĩ để duy chuyển thuyền buồn hay kinh khí cầu, ngồi ra năng lượng giĩ cịn được sử dụng để tạo ra cơng cơ học nhờ các cối xoay giĩ
Ý tưởng dùng năng lượng giĩ để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện Lúc đầu nguyên tắc của cối xay giĩ chỉ được biến đối nhỏ và thay vì là chuyển đối động năng của giĩ thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện Khi bộ mơn cơ học dịng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được
chế tạo đặc biệt hơn Ngày nay người ta gọi đĩ turbine giĩ, khái niệm cối xay giĩ
khơng cịn phù hợp nữa vì chúng khơng cịn cĩ thiết bị nghiền Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đây mạnh trên tồn thế giới, kê cả việc phát triển các turbine giĩ hiện đại
Hinh 3 —2 Cac turbine gid tai Ha Lan, phat điện nhờ sức giĩ, tận thu một
cách gián tiếp năng lượng Mặt Trời
Trang 15
Vì giĩ khơng thơi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuéc bin gid chỉ cĩ thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng liên tục Tại châu Au, cac tuéc bin giĩ được nỗi mạng tồn châu Au, nhờ vào đĩ mà việc sản xuất điện cĩ thé được điều hịa một phần Một khả năng khác là sử dụng các nhà máy phát điện cĩ bơm trữ để bơm nước vào các bồn chứa ở trên cao và dùng nước để vận hành turbine khi khơng đủ giĩ Xây dựng các nhà máy điện cĩ bơm trữ này là một tác động lớn vào thiên nhiên vì phải xây chúng trên các đỉnh núi cao Mặt khác vì cĩ ánh sáng Mặt Trời nên giĩ thơi vào ban ngày
thường mạnh hơn vào đêm và vì vậy mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu
năng lượng nhiều hơn vào ban ngày Cơng suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo giĩ, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện
Nếu cộng tất cả các chỉ phí bên ngồi (kể cả các tác hại đến mơi trường thí dụ như vì thải các chất độc hại) thì năng lượng giĩ bên cạnh sức nước là một trong những nguồn năng lượng rẻ tiền nhất
Đây là một loại năng lượng sạch chi phí để thu năng lượng khá thấp nhưng địi hỏi phải phù hợp với điều kiện địa lý ở từng vùng Ở các nước khác việc sử dụng loại năng lượng này khá phổ biến Đặc biệt ở các vùng hải đảo
3.1.3 Năng lượng địa năng
Một báo cáo mới đây của Viện cơng nghệ Massachusetts (MIT) cho biết, câu trả lời cho cuộc khủng hoảng năng lượng của Mỹ lại nằm sâu trong lịng đất Cơng trình nghiên cứu trong 2 năm này cho thấy rằng nếu đầu tư hợp lý vào nghiên cứu địa năng thì cĩ thể khai thác được nguồn năng lượng đủ để cung cấp cho 25 triệu hộ gia đình Đề thu được nhiệt năng của Trái đất, người ta phải khoan sâu vào lịng đất thu lẫy hơi nĩng từ các nguồn phĩng xạ, các luồng hơi nĩng từ tâm Trái đất và lớp vỏ ngồi Từ những năm 70 Mĩ đã nhận thấy đây là cách giúp họ thốt khỏi tình trạng phải phụ thuộc vào nguồn năng lượng nhập khâu Tuy nhiên cho đến nay ngành cơng nghiệp non trẻ này mới chỉ cung cấp ít hơn 1% nhu cầu năng lượng của nước Mỹ Một phần là do ngay cả chỉ phí cho cách đơn giản nhất để khai thác nhiệt năng, đĩ là tập trung thắng vào các mạch, các nguồn như suối nước nĩng hay núi
lửa, cũng là rất tốn kém Theo nghiên cứu của MIT vẫn cịn một cách hiệu quả hơn,
là tập trung khai thác các nguồn nhiệt năng nằm sâu hơn trong lịng đất Cơng trình nghiên cứu này được Bộ năng lượng Mĩ (DOFE) tài trợ đã giới thiệu một cơng nghệ mới là chuyên hĩa nhiệt năng Bảng cách này lưu chất (khí hay chất lỏng) được
bơm lên theo mạch đá granite sâu 1.500 mét (dưới bề mặt Trái đất), và sinh ra chất
Trang 16phát điện chạy băng Blogas
khơng đủ để chuyên hĩa thành điện, nhưng một dự án khoan phá ở Soultz - Pháp,
đã thành cơng ngồi sự mong đợi trong việc tái tạo năng lượng hơi nước bằng việc áp dụng những quan niệm mới, phương pháp khoan ít tốn kém và cách tận dụng hữu hiệu lưu chất (khí hoặc chất lỏng) được giữ ở áp suất thơng thường của khí qun Cơng trình nghiên cứu của MIT kêu gọi mức đầu tư 20 triệu USD/năm trong vịng 15 năm để tiếp tục nghiên cứu việc khai thác địa năng Nhĩm nghiên cứu cho rang ho khơng tìm thấy trong tương lai, kĩ thuật khai thác này cĩ khĩ khăn hay hạn chế đáng kế nào Theo bản báo cáo, khoản đầu tư tương đối của DOE cĩ thê sẽ hỗ trợ được rất nhiều trong nghiên cứu phát triển kĩ thuật khai thác, xây dựng các nhà máy, hay thậm chí sử dụng CO; để thu hơi nĩng từ lịng đất Năm ngối, DOE đã
yêu cầu Quốc hội Mĩ lưu ý vào việc nghiên cứu phát triển địa năng, năng lượng mặt trời và nhiên liệu sinh học
3.1.4 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỏ
Thuý điện hiện nay là nguồn năng lượng chính của nước ta, nhà nước ta đã chủ trương xây dựng các nhà máy thuỷ điện với cơng suất rất lớn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong cơng nghiệp, nơng nghiệp cũng như trong đời sống sinh hốt của người dân Với mật độ về thuý điện cao nhất thế giới, nước ta cĩ rất nhiều lợi thế để xây dựng các nhà máy thuỷ điện, mặc dù vậy thuỷ điện là nguồn năng
lượng địi hỏi vốn đầu tư rất lớn, để xây dựng một nhà máy thuỷ điện phải mất một
thời gian khá dài khối lượng cơng việc khảo sát, thăm giị rất lớn, phá hoại đất đai, làm biến đối trầm tích Thuý điện làm mắt đi một diện tích đất canh tác rất lớn, ảnh
hưởng đến chất lượng nguồn nước, phá rừng, biến động thời tiết, làm cản trở giao
thơng vận tải thuỷ bộ cĩ khi cịn ảnh hướng đến việc di dân
Trang 17
Chính vì vậy để giám bớt các yếu điểm trên mà vẫn tận dụng cĩ hiệu quả và thực tế nguồn năng lượng thuỷ năng ta nên tiến hành xây dựng những nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ, huy động nguồn vốn địa phương phối hợp với sự hỗ trợ của TW
Tuy nhiên việc xây dựng và sử dụng năng lượng từ thuỷ điện nhỏ đối với một
trại chăn nuơi là khơng khả thi vì cần một nguồn vốn đầu tư lớn và sự hồ trợ kỹ thuật để vận hành
3.1.5 Năng lượng hạt nhân
Nhà máy điện nguyên tử đầu tiên đi vào hoạt động năm 1954 tại Liên Xơ, sau
đĩ các nước ở châu Âu, châu Mỹ và một số nước ở châu Á đã lần lượt xây dựng và khai thác các nhà máy điện nguyên tử Dự đốn đến năm 2020 nguồn năng lượng hạt nhân sẽ chiếm 60-65% tổng cơng suất điện năng trên thế giới
Việc sử dụng điện hạt nhân tránh được các dạng ơ nhiễm thơng thường, tại các nhà máy nhiệt điện nhưng lại là nguồn gây nguy hiểm lớn về mơi trường đo các chât thải phĩng xạ
Hình 3 - 4 Nhà máy điện hạt nhân lớn nhất ở Anh 3.1.6 Nguồn năng lượng khác
a Năng lượng từ khí sinh học (Blogas)
Việc sản xuất, sử dụng khí cần vốn đầu tư ít đo tận dụng được nguồn cĩ sẵn từ trại chăn nuơi là chất thải hữu cơ của vật nuơi Ưu điểm của nguồn năng lượng này
là việc nĩ thay thế được các nguồn năng lượng khác nhau như: Than, củi, điện,
Trang 18phát điện chạy băng Blogas
đất nơng nghiệp tốt hơn phân bĩn tươi Bên cạnh đĩ ngăn ngừa nạn chặt phá rừng bảo vệ mơi trường Chính vì vậy hiện nay, Blogas được sử dụng rộng rãi từ các trang trại nhỏ đến các trang trại lớn
Đề lắp đặt một hầm Biogas củng khá đơn giản khơng địi hỏi kỹ thuật cao và chỉ phí lắp đặt thấp vì vậy rất nhiều các hộ gia đình chăn nuơi nhỏ và các trại chăn
nuơi sử dụng Biogas cho các nhu cầu đun nấu, thắp sáng b Nhiên liệu hĩa lỏng LPG
LPG là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thơ, nhiên liệu khí hĩa lỏng cĩ thể thu được từ cơng đoạn lọc dầu hoặc làm tỉnh khiết khí thiên nhiên Chúng thường cĩ trong phần cịn lại (cặn) của quá trình chưng cất dầu hỏa, được hĩa lỏng ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyên và ở nhiệt độ mơi trường chúng thường là ở trạng thái khí Về mặt lý thuyết LPG chữa 50% propan và 50% butan Ơ
tơ su dung LPG it gay 6 nhiễm mơi trường nhờ giảm một lượng lớn các chất độc hại
như HC, CO;, NO,, CO Lượng khí độc của động cơ chỉ bằng 10% đến 20% so với lượng khí độc thải ra do động cơ chạy bằng xăng và Diesel Do LPG cĩ các đặc tính kĩ thuật như tính chống kích nỗ cao, khơng cĩ chì nên sản phẩm khơng cĩ muội
than khơng cĩ hiện tượng đĩng màng của d6ng co, it gay mon xilanh, piston,
segment và các chỉ tiết kim loại khác trong động cơ Trữ lượng khí thiên nhiên trên thế giới để sản xuất ra LPG rất lớn, chỉ phí sản xuất ra LPG thấp và LPG cĩ tính kinh tế nhiên liệu cao hơn so với nhiên liệu truyền thống
c Nhiên liệu cĩ nguồn gốc tư sinh khối Biofuel
Nhiên liệu cĩ nguồn gốc sinh khối sử dụng làm nhiên liệu trên động cơ ơ tơ
chủ yếu là đầu thực vật và Biodiesel Dầu thực vật là loại đầu được chiết xuất từ các hạt các loại củ của cây chứa dầu với chiết xuất lớn như đậu phơng, đậu nành, dầu
cải, hướng dương, hạt dừa, hạt cọ
Biodiesel là những mono ankylester, nĩ là sản phẩm của quá trình ester hĩa của các Axit hữu cơ cĩ nhiều trong dầu mỡ động thực vật Dưới tác dụng của chất
xúc tác được dầu thực vật + methanol hoặc enthanol cho sản phẩm là ester +
glycerine + axit béo, các ester chính là Biodiesel Thơng thường biodIesel thường được sử dụng ở dạng nguyên chất hoặc ở dạng hỗn hợp với dầu diesel Ví dụ B20 là
hỗn hợp gồm 20% biodesel và 80% dầu diesel cĩ nguồn gốc dầu mỏ
Trang 19
gây ơ nhiễm mơi trường Do cĩ độ nhớt cao hơn dầu diesel nên khi sử dụng dầu
thực vật và biodesel thường sấy nĩng nhiên liệu hay pha lỗng với dau diesel, việc pha lỗng này cịn sử dụng với mục đích là tăng hệ số cetan khi sử dụng trên động co diesel
d Hydro nguồn năng lượng trong tương lai
Hydro nguồn năng lượng an tồn, thân thiện với mơi trường Vì trong thành phần hĩa học của Hydro chỉ chứa các nguyên tố như cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên khi cháy sản vật cháy chỉ là HạO, do đĩ Hydro là một nguồn nhiên liệu sạch lý tưởng
Hydro được sản xuất từ nước và năng lượng mặt trời Vì vậy hydro thu được
hay cịn gọi là hydro từ năng lượng mặt trời (solar hydrogen) Nước và ánh nắng
mặt trời cĩ vơ tận trên khắp hành tinh Năng lượng mặt trời được thiên nhiên ban
cho hào phĩng và vĩnh hang khoảng 3*1024 J/ngày, tức khoảng bằng 104 lần năng lượng thế giới tiêu thụ hang nam Vi vay hydro là nguồn năng lượng mặt trời là
nguồn nhiên liệu vơ tận, sử dụng từ thế kỷ này qua thế kỷ khác bảo đảm an tồn
năng lượng cho lồi người mà khơng sợ cạn kiệt, khơng thể cĩ bảo đảm năng lượng cho mỗi quốc gia, khơng cĩ quốc gia nào cĩ quyền tranh giành năng lượng hydro như đã từng tranh giành năng lượng hĩa thạch
Đề ta thu được năng lượng hydro cĩ hai phương pháp sản xuất sau Điện phân nước thơng qua các pin mặt trời và phương pháp quang điện hĩa phân rã nước nhờ
năng lượng của ánh nắng mặt trời với sự cĩ mặt của chất xúc tác quang, cả hai phương pháp đều cĩ phương trình phản ứng xảy ra như sau:
HO > H,+1/20,
3.2 Thế mạnh của nhiên liệu biogas ở Việt Nam 3.2.1 Thành phân chủ yếu của biogas
Biogas được tạo thành từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong mơi trường thiếu khơng khí Các chất hữu cơ cĩ thể là: cây cối, rơm rạ, xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chế biến thực phẩm, các chất thải từ quá trình chăn nuơi
Biogas từ các nguồn khác nhau thì cĩ chất lượng tương đối khác nhau và phụ
thuộc vào yếu nhất định Hỗn hợp này thơng thường bao gồm CH¡¿ (50-70%) và
CO, (25-50%) va các tạp chất khác như HạS Hàm lượng H;S nĩi chung vào khoảng
Trang 20phát điện chạy bằng Biogas
3.2.2 Các tỉnh chất của Biogas sử dụng làm nhiên liệu động cơ đốt trong Bảng 3 — 1 Một số tính chất của Biogas
Các tính chất vật lý Methane (CHụ„) Carbon Dioxide (CO;)
Trọng lượng phân tử 16,04 44,01
Tỷ trọng 0,554 1,52
Điểm sơi (1at) 144 °C 60,8 ”C
Điêm đơng (1at) -164,8 "C -38,83 °C
Khỗi lượng riêng 0,66 kg/m” 1,82 kg/m’
Nhiét d6 nguy hiém 64,44 °C 48,89 °C
Ap suat nguy hiém 45,8 at 72,97 at
Nhiét dung C, (Lat) 6,962.10" J/kg-C 2,643.10" J/ kg-"C
Tỷ lệ C/Cv 1,307 1,303
Nhiệt cháy 55,432 J/kg
Giới hạn cháy 5-15% Thê tích
Ty lệ cháy hồn tồn trong khơng khí
0,0947 Thê tích
0,0581 Khối lượng
Tính chất vật lý và hố học của Biogas cĩ ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn cơng nghệ sử dụng cho việc xử lý và đốt cháy Biogas Thành phần chính của
Blogas là CHạ và CO¿
* Nhiệt trị của nhiên liệu:
Giá trị nhiệt cao của methane, chất cháy cơ bản trong Biogas, là 1012 Btu/f (37,71.10°K1/m) Giá trị nhiệt thấp được định nghĩa bằng giá trị nhiệt cao trừ đi năng lượng cần thiết để làm bay hơi nước trong nhiên liệu và sản phẩm cháy Đối
với methane giá trị nhiệt thấp là 912 Btu/ff (33,98.10K])
* Các chất cơ bản trong biogas:
Ngồi hai thành phần chính là CH¿ và CO; cịn cĩ các tạp chất cơ bản dạng
khí cĩ mặt trong Blogas được liệt kê dưới đây:
- Hydrogen sulfide HS
- Hơi nước HạO - Sulfur dioxide SO,
- Nitrogen oxides NO,
- Hén hop fluorine bay hoi (vi du: HF, SiF,) - Hop chat nitrogen
Trang 21
3.2.3 Tình hình sử dụng nhiên liệu Biogas trên thể giới và nước ta hiện nay a Ngồi nước
Hiện nay ở quy mơ tồn cầu, Biogas là nguồn năng lượng lớn Tổng sản lượng
ứng dụng chiếm 9 đến 10 % tổng năng lượng trên thế giới Theo tính tốn, nếu tận
dụng xử lý được hết nguồn phế thải tồn cầu thì hàng năm người ta cĩ thể tạo 200 tỷ mỶ khí sinh học, tương đương 150 đến 200 triệu tân nhiên liệu và kèm theo nĩ là khống 20 triệu tấn phân bĩn hữu cơ chất lượng cao Cĩ thể nĩi rằng, Ấn Độ và Trung Quốc là hai quốc gia cĩ sự phát triển nhanh chĩng về cơng nghệ xây dựng các bê lên men mêtan
* Ấn Độ
Cơng nghệ khí sinh học bắt đầu ở Ấn Độ bắt đầu từ năm 1897 Ban đầu, các trạm Blogas chỉ cĩ quy mơ hộ gia đình Hàng năm cĩ khoảng 200.000 hộ gia đình Ấn Độ chuyền từ sử dụng năng lượng củi đốt sang sử dụng Biogas Năm 1985, Ấn Độ cĩ khoảng 1 triệu bể với chỉ phí xây đựng khoảng 55 triệu đơ la Tính tới năm 1999 đã cĩ tới 2,9 triệu cơng trình hầm khí sinh học gia đình và 2700 cơng trình hầm khí tập thể xử lý phân người được xây dựng Ước tính số cơng trình này hàng năm tiết kiệm 3 triệu tấn củi và 0,7 triệu tấn Urê Tháng 3 năm 2000, Ấn Độ cĩ 3 triệu cơng trình hầm khí sinh học
* Trung Quốc
Lịch sử phát triển khí sinh học ở Trung Quốc bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX Năm 1978 đã xây dựng 7,5 triệu bể với hàng năm tạo ra khoảng 2,5 tỷ m' khí mêtan, tương đương 1,5 triệu tân đầu mỏ Cho đến năm 1979, trên lãnh thơ Trung Quốc đã cĩ 301 trạm phát điện nhỏ sử dụng khí Blogas Riêng ở tỉnh Sichuan các trạm này cĩ tổng cơng suất là 1.500kW Đến 1985, Trung Quốc đã xây dựng được 70 triệu bể khí mêtan Từ những năm cuối thập kỷ 80 của thế ký trước, người ta đã tính tốn
đến việc sử dụng năng lượng sinh học để thay thế các dạng năng lượng sử dụng
nhiên liệu hố thạch và Biogas đã trở thành đối tượng cho chương trình nghiên cứu năng lượng phục vụ nơng thơn của Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Năng lượng và Cơng nghệ mới - Bộ Nơng nghiệp Trung Quốc (1994) Cuối năm 2003, Trung Quốc
cĩ hơn 9,7 triệu hầm cho các hộ gia đình trên tồn quốc Trên 90% hầm đang hoạt động tốt, sản xuất ra khoảng 2.980.000 m/năm Biogas chủ yếu được sử dụng vào
mục đích đun nấu, thắp sáng và chạy các động cơ phát điện b Trong nước
Cơng nghệ khí sinh học đã được nghiên cửu và ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 1960 Lịch sử phát triển cơng nghệ khí sinh học ở Việt Nam chia thành 4 thời
Trang 22phát điện chạy băng Blogas
* Thời kỳ 1960 — 1975
Đã tiến hành thí nghiệm biện pháp sản xuất khí Methane từ phân động vật nhưng cuối cùng cũng khơng thành cơng Nguyên nhân là do nhập cảnh ồ ạt các loại
khí đốt Butan, Propan và phân hĩa học
* Thời kỳ 1976 — 1960
Chế tạo thiết bị sản xuất khí sinh học loại nắp nỗi băng tơn, bể phân hủy xây bằng gạch và cơ bể cĩ gioăng nước để giữ kín khí được tích trong nắp chứa khí Tuy
nhiên, việc thử nghiệm trên bị thất bại do kỹ thuật và quản lý
* Thời ky 1981 — 1990
Trong hai ké hoach 5 nam (1981-1985 va 1986-1990), céng nghé khi sinh hoc đã trở thành một trong những lĩnh vực ưu tiên trong chương trình
Năm 1990, TP Hồ Chí Minh cĩ trên 700 cơng trình, Đồng Nai cĩ 468 cơng
trình, Hậu Giang cĩ 240 cơng trình, Hà Bắc cĩ 50, Lai Châu cĩ 40, Quảng Ngãi cĩ
43 cơng trình
Nĩi chung tồn quốc cĩ khoảng 2000 cơng trình Đa số các cơng trình đều hoạt động tốt, với thé tích khoảng 2+200 m
* Thời kỳ 1991 toi nay
Những năm 1999 trở lại đây nhiều nhà khoa học trong nước đã nghiên cứu, triển khai nhiều cơng trình xử lý chất thải bằng hệ thống khí sinh học Biogas (mơ
hình hình cầu của Viện năng lượng với thê tích 5m, 7m’, 8m’, 10m, 15mỶ, mo
hình NL-6 ) đã tạo ra một nguồn phân bĩn đáng kể, khả năng giải quyết nguồn năng lượng sạch tại chỗ và giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường Ở miền Trung, Tây Nguyên, hàng loạt các mơ hình bể Biogas cũng được áp dụng cho các hộ chăn nuơi gia súc, các nơng trường chăn nuơi trên địa bàn như mơ hình của Trung tâm Năng lượng mới (Sở KHCN TP Đà Nẵng, mơ hình bể Biogas phá váng tự động của Phân
Viện BHLĐ và Bảo vệ Mơi trường miền Trung, Tây nguyên (Đề tài 203-02/VBH)
Nhiều tơ chức quốc tế đang quan tâm phát triển cơng nghệ ở Việt Nam: họ tơ chức
nhiều hội thảo, tài trợ nhiều dự án phát triển năng lượng sinh khối ở nước ta Các dự án NLSK cĩ cơ hội tận dụng cơ chế phát triển sạch (CDM) để thu hút vốn đầu tư Nhiều cơng nghệ đã được hồn thiện, ứng dụng thương mại nên Việt Nam cĩ thê nhập và ứng dụng, tránh được rủi ro về cơng nghệ
3.2.4 Thế mạnh của nhiên liệu biogas ở Việt Nam
Nước ta cĩ hơn 80% dân số sống ở nơng thơn Trong những năm qua phong trào xây dựng các hầm biogas qui mơ gia đình ở các hộ chăn nuơi gia súc, gia cầm
Trang 23
dụng động cơ kéo các máy cơng tác thơng thường như bơm nước, máy phát điện,
máy xay xác, máy lạnh, máy sấy để bảo quản sản pham nơng nghiệp, bảo vệ gia súc, gia cầm là rất lớn
4 Vêu cầu đặt ra cho động cơ khi sử dụng nhiên liệu biogas
Khi sử dụng khí biogas cho động cơ đánh lửa cưỡng bức, đo cĩ chỉ số Octane
cao nên cĩ khả năng chống kích nơ tốt Mặc khác khí biogas cũng được sử dụng
trên động cơ cĩ tỉ số nén cao được cải tạo từ động cơ Diesel nguyên thủy Trong trường hợp này người ta sử dụng phương pháp đánh lửa bằng cách phun mơi một phần nhiên liệu để đảm bảo cho động cơ hoạt động Ơn định mặt khác lượng nhiên liệu phun mơi phải ít nhất để giám chỉ phí sản xuất Kỹ thuật này cĩ nhiều lợi thế khi sử dụng trên động cơ tĩnh tại nhưng lại rất hạn chế trên động cơ vận tải do việc điều chỉnh phức tạp ở chế độ quá độ Chính vì vậy sử dụng khí blogas trên các phương tiện giao thơng vận tải hiện nay vẫn cịn nhiều hạn chế
- Năng lượng tia lửa điện
Năng lượng tối thiểu của tia lửa điện cần thiết để đốt cháy hỗn hợp Methane -
khơng khí cao hơn nhiều so với trường hợp các hydrocacbon khác Vì vậy yêu cầu của hệ thống đánh lửa của động cơ khi sử dụng nhiên liệu biogas phải cĩ tính năng cao hơn để đám bảo tạo ra năng lượng đánh lửa lớn để phù hợp với từng chế độ tải của động cơ
- Quá trình cháy của động cơ
Tốc độ lan tràn màng lửa của hỗn hợp Methane — khơng khí tương đối thấp Đặc điểm này làm giảm tính năng của động cơ vì làm tăng truyền nhiệt từ mơi chất cơng tác qua thành Để khắc phục nhược điểm này người ta tăng cường thêm vận động rỗi của hỗn hợp trong buồng cháy Tuy nhiên tốc độ lan tràn màng lửa thấp sẽ cĩ ưu điểm là làm giảm độ ồn của quá trình cháy
- Ngồi ra để sử dụng được nhiên liệu Biogas thì động cơ phải thỏa mãn một số yêu
cầu sau đây:
+ Tý số nén lớn để cĩ thê hoạt động được với nhiên liệu khí;
+ Cĩ khả năng sử dụng lưỡng nhiên liệu để khi nhiên liệu thay thế khơng đủ cung cấp thì cĩ thể chuyển sang hoạt động với nhiên liệu truyền thống:
+ Độ giảm cơng suất khi sử dụng nhiên liệu Biogas so với nhiên liệu xăng khơng lớn quá;
+ Lượng tiêu thụ Biogas phù hợp với năng suất sinh khí của hầm Biogas;
+ Mức độ phát thải ơ nhiễm phải thấp hơn động cơ xăng;
Trang 24phát điện chạy băng Blogas
5, Tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu và hiệu quả kinh tế của động cơ khi chạy bằng nhiên liệu biogas
5.1 Tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu 5.1.1 Giới thiệu động cơ Toyota 3Ÿ
Động cơ 3Y được hãng ơ tơ Toyota sử dụng phổ biến từ năm 1989 đến năm 1998 trên các đời xe Toyota Corona, Toyota Corola Đây là động cơ dùng nhiên liệu xăng, sử dụng bộ chế hịa khí 2 họng , hệ thống đánh lửa bán dẫn, cơ cầu phân phối khí kiểu xupap đặt Cùng với cơ cấu cân xích thủy lực và sử dụng con đội thủy lực trong cơ cấu phân phối khí nên cĩ tính năng kỹ thuật vượt trội với các động cơ thời bấy giờ
Bộ chế hịa khí Bộ
chia
dia
Than may “a
Loc dau
Bom xang
Máy khởi
động
Trang 25
Bang 1—5 Cac thơng số cơ bán của động cơ
Tên động cơ 3Y (xăng) Thứ nguyên Giá trị
Cơng suất cuc dai (Kw) Nemax 65
Số vịng ene eyes quay cực đại Dax 4800
(vong/phut)
Moment xoắn cực đại
Minax 155
(Nm)
Số vẻ vịng quay ứng Ứng với với n 3400
M max
Tỷ số nén 8 8,8
Duong kinh xylanh(mm) D 86
Hanh trinh piston(mm) S 98
Số xylanh i 4
Số kỳ + 4
5.1.2 Tinh toan chu trình nhiệt của động cơ
5.1.2.1 Tính nhiệt khi động cơ sử dụng nhiên liệu xăng
Bước 1 Xác định các thơng số cho trước của động cơ
Bảng 5— 2 Các thơng số động cơ
Tên thơng số Ký hiệu Thứ nguyên | Giá trị
Cơng suất cĩ ích N, Kw 65
Tý sơ nén € 8,8
Sơ vịng quay n Vịng/ phút 4800
Đường kính xI lanh D mm S6
Hanh trinh piston S mm 98
Sơ xi lanh 1 4
Sơ kỳ T 4
Gĩc mở sớm xupáp nạp G1 Độ 24°
Gĩc đĩng muộn xupáp nạp 02 Độ 58°
Gĩc mở sớm xupáp thải (03 Độ 64?
Gĩc đĩng muộn xupáp thải Q4 Độ 30°
Trang 26phát điện chạy băng Blogas
Bước 2 Chọn các thơng số cần thiét trong q trình tính tốn
Bảng 5-3 Các thơng số chọn
Tên thơng số Ký hiệu Thứ nguyên | Giá trị
Áp suất khí nạp Py, MN/mˆ 0,098
Nhiệt độ khí nạp Ty "K 297
Hệ số dư lượng khơng khí a 0,896
Ap suất cuơi kỳ nạp P, MN/mˆ 0,088
Áp suất khí sĩt P, MN/mˆ 0,116
Nhiệt độ khí sĩt T; "K 920
Độ sây nĩng khí nạp mới AT "K 20
Chi s6 doan nhiét m 1,45
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z Ẽ, 0,85
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b Éy 0,95
Hệ số nạp thêm Ay 1,02
Hệ số quét buơng cháy À¿ 1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt wv 1,17
Hệ số điên đây đơ thị Oe 0,97
Buéc 3 Tinh toan qua trinh nap + Hé sé nap n,
11, Sr va, -aay{ Be) (5-1)
—
Trang 27+ Hệ số khí sĩt Yr _A,AT, + AT) p, 1 r — T, ` „ 1 P nền Ed, —A, A, ( Pa _1297+ 20) 0116 1 = 0,06 (5-2) 920 0,088 0116 ïz 8,8.1,02—1/17.1|———| G3 + Nhiệt độ cuối kỳ nạp Tạ m-1 (7, +A) Aur T,{ " P, T, = l+7, 1,45-1 (297+ 20)+ L17.0.06 20{ OO 11 J" = 1+ 0,078 OPO) _3ss024[°K] (5-3)
Buéc 4 Tinh toan qua trinh nén
+ Tỷ nhiệt trung binh dang tich cia khong khi mc,
mC, =a, + oT, [KJ/Kmol.K] (5-4)
mC, =a,+ oT, = 19,806 + TT 297 = 20,43[KJ/Kmol.K] + Ty nhiét mol dang tich trung binh cia san pham chay mC"
Trang 28phát điện chạy băng Blogas
+ Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cơng tác mC',
mC, = al +7, (5-6) Trong đĩ: g, =e FB, _ 19,806 + 20,733.0,06 — 1 vong l+y, 1+ 0,06 b= b, +b,.7, _ 0,00419 + 0,00586.0,06 _ 9 g4ng l+y, 1+ 0,06
=> mC! =a' + oT, = 19,8586 + a 349,21 = 20,6(KJ/kmol.K) + Chỉ số nén đa biến trung bình nụ
Chỉ số nén đa biến trung bình là nghiệm của phương trình Chọn n;=1,38 thay vào phương trình trên ta được:
¬— (5-7) a +7, fe" +1) 8,314 19,8586 + oS 349,218, +1) > n-l=
Giải phương trình trên ta được mị = 1,371 + Áp suất cuối quá trình nén P,:
b=P,e" (5-8)
> P = 0,088.8,8'°” = 1,735 [MN/m’]
+Nhiệt 46 cuéi qua trinh nén T,
T, =T,.e"" (5-9)
> T, = 349,21 8,8°°" =795,6[°K]
Bước 5 Tính tốn quá trình cháy
+ cạn khơng khí cần thiết để đốt cháy hồn tồn 1Kg nhiên liệu
C „H O #s=0211274 32) 6-19) Trong đĩ: Bảng 5 - 4 Thành phân trong l kg nhiên liệu Khơi lượng Nhiệt trị
Nhiên liêu | [kg] phân tr up, | thap Quy
C H O [kgkmoll | [kjkg]
Xăng 0,855 0,145 0 110 - 120 43995
Trang 29
1 (oe „ 0145 5) = 0,512 [kmol kk/kg nl]
° O21 12° 4
+ Số mol khi nap méi M;
M, =a.M,+— (5-11) Hai > M, =0,896.0,5119 + + = 0,467 [kmol/kg nl] 114 + Tinh AM AM=C +?! +0/79z.M, -|a.M, pt (5-12) 12 2 Hy
AM = = + 0148 0,79.0,896.0,5119— [osseos 119+ aa) = 0,03874 [kmol
kk/kg nl]
+ Luong san vat chay M,
M, = M, +AM =0,46736 + 0,03874 = 0,5061[kmol kk/kg n]] (5-13)
+ Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết By
M, 0,5061
=—2 =/Ø,=-ˆ =1,083 5-14
A M, Pe 0,46736 6-14)
+ Hệ số biến đổi phân tử thực tế B
g=.1?: = pg — 108289 + 0,06 _ 1 o789 (5-15)
1+7, I+0,06
+ Hệ số biến đổi phân tử tại z (B,)
8, -1„+#, lữ, > B=14 1,08289—1 0,85 _ l+7, &, 1+ 0,06 0,95
+ Tổn thất nhiệt do cháy khơng hoan toan AQy
AQu = 120000(1-a)M, = 120000(1 -0,896)0,5119 = 6388,512
+ Tỷ nhiệt mol trung bình của mơi chất tại z 7C" :
Trang 30phát điện chạy băng Blogas ,= Sz _ 085 _ 9 9474 E, 0,95 0,06 20,733.0,5061 0,89474+ +19,8586.0,46736(1 — 0,89474) > a, = 006 = 20,6522 0506| 089474 + mi] + 0,46736(1 — 0,89474)
brat xe] +#.M,(I—x,)
b" = 8, (5-19) Ms + Jeans) 9 0,00586.0,506 { 08947 + nes | + 0,00428.0,46736(1 — 0,89474) => b,, = 006 =0,00571 0,5061| 0,89474+—”—— |+ 0,46736(1 - 0,89474) 1,083
+ Nhiệt độ cực đại của chu trình T;: T; là nghiệm của phương trình
ấ,(Q„ - AOu ) +nC! 1T = B,m.C"_T (5-20)
M, {l + Ty )
Đưa về phương trình bậc 2 dạng Ax” + Bx + C=0
Trong đĩ: Bang 5 - 5
Động cơ A B C
Động cơ đánh lửa | „by, |B,.a, | | [a vặnh _ 26, - À¿)
cưỡng bức 8 alt”) 1 A= Ø,b" =1,07.0,00571 =0,0061 B= £,.a", = 1,07.20,6522 = 22,098 C= c + re xi = - 81709,389 ——l+ 22,4 (+7)
Gidi phuong trinh ta dugc T, = 2631,43 [°K] + Áp suất cực đại của chu trình ly thuyết P,
T 2631,43 = p,.— B, => P, =1,7375.-———
P, P T 8, Zz 795 6
Cc a
1,07 = 6,221[MN/m? | (5-21)
Trang 31+ Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở P,: T b= Gn (5-22) Chọn n;=1,244 2631,43 = T, = 1,244-1 =1549,5|° K | >
+ Áp suất cuối quá trình giãn nở Py
p, = Pe b sm
= p, = 2721 _9,414[Mn /m?| (5- 23)
>
+Kiém nghiệm lại giá trị nạ đã chọn
8,314 ~~ | (5-24) 2 (ế, -€,)0, " b; M,(I+y,)/@, “ty? +5 (T, +T,) on 1a 8314 on (0.95-0,85)43995 0,467341 +0,06).1,0782(2704,66671408,539 n, =1,22 +206522+ SS ?Ì9046667-1408539)
+ Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sĩt P,
m—] P m T =T,| = r (% ( 5-25 ) 1,45-1 "m3 => Tsp =1549.5{ >) =1044,5[°K | 3 Sai số: Trish —Tyehon _ 1044,19 — 920 T sion 1044,19 = 0,118 =118% <15%
Bước 7 Tính tốn các thơng số chỉ thị + Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết P`;:
Trang 32phát điện chạy bằng Biogas p,=pi.o;> P¡= 1,06663.0,97 = 1,03463 [MN/miÏ] (5-27) + Hiệu suất chỉ thi n;
" §314.M,.p,f, —_ 7, = 8314.0,46736.1,03463.297 _ 9 3396 (5-28)
OuN,-P, 43995.0,8155.0,098
+ Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g;
= 3600 1o; _ g= 0.0, 3600 43995.0,3396 _ igs = 240,9525[g / Kw.h| (5-29) Bước 6 Các thơng số cĩ ích
+ Áp suất tốn thất cơ giới trung bình P„
Pm =4+bC,, +P, - Pa (5-30) Trong do: = C - Sn _ 98.10.4800 _ 15,68{m/s] 30 30 Bang 5 - 6 Động cơ a b Động cơ xăng 0,05 0,0155 P„ = 0,05 + 0,0155.15,68 + 0,116 - 0,088 = 0,321 [MN/m”] + Áp suất chỉ thị trung bình P, P.=P;-Pn > Pe=1,03463 — 0,321 = 0,71359 [MN/m’] (5-31)
+ Hiệu suất cơ giới Tịw Pe
Dy = P (5-32)
0,71359
> = oe = 5
IM 7 03463
+ Suất tiêu hao nhiên liệu cĩ ích g,
g, == 1T (5-33)
> g.= 0232 _230903 [g/kWnh]
+ Hiệu suất cĩ ích Ne
Ne = Ni-Nm = 0,3396.0,69 = 0,234
Trang 33
y, =~ 207 _ ụ -_ 6304 0 søogyy] (5-34)
pin 0,71359.4.4800
+ Duong kinh xi lanh
D.=\—% = "Vy 314.98 4.0.5693 =86,0027|mm| (5-35)
= |D,- D| = | 86,0027- 86| = 0,0027
4.1.3 Tính tốn nhiệt khi động co chay bang Biogas - Thành phân các chât trong Blogas
CHạ: 55,04 (%) HạS: 0,0055(%) H;:3,1545 (%)
CO;: 31,8 (%) Nz: 10(%)
- Lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy hết 1 mỶ khí biogas (ở đktc)
M, = 0,21 In += - ;)€.H,0, [m? kk/m? Bio] 4 2 (5-36) 0,21 - Thanh phan thé tích ơxy trong khơng khí
CnH„O, - Thành phần phần trăm của các chất khí chứa một trong ba nguyên
t6 C, H, O
nm,r - Số nguyên tử cacbon (C), Hydro (H), Ơxy (O) trong cầu tạo phân tử
của các chất khí thành phần của khí biogas
1 1 M, = 02i (24H, + 2H, +%H,S)- %0, : oil 0,5504 + — *(0, 031545+0 000053) =5317 [m” kk/m Bio] —M
+m, =—~e = °8!7 9933 [kmol kk/kg bio] Ppio-2254 1,018.22,4 (5-37)
- Thành phần theo thể tích hỗn hợp nạp vào động cơ
Theo kinh nghiệm, đối với động cơ gas hệ số dư lượng khơng khí z nằm
trong khoảng 1,05 + 1,15 thì động cơ đạt N.„a¿„ Chọn ø = 1,05
- Lượng hỗn hợp ứng với 1 m° biogas 1a :
M; = 1+@.M,_,[m*h’/m*khi biogas] = 1 + 1,05.5,317 = 6,583 [m h”/m khí biogas |
M, = 6,583 [m*h’/m’khi biogas] = 0,288 [kmol hh/kgbiogs] (5-38)
Trong d6, 1m’ khi biogas va 5,9125 m”kÝ, khi tính tốn giả thuyết thành phần Oxy va Nito trong khơng khí là 21% và 79% nên:
Trang 34phát điện chạy băng Blogas l ——DD_—- + 79.5,317 - N> =| 10 6,583 6,583 5,317 - On = 21.2— % = 16,96 % 6,583 3 1 - CH, = 55,04 a - CO, =318.—1 6,583 ’ 1 -H,S = 0,0055 ’
- Nhiệt trị nhiên liệu khí biogas % = 8,361% 3
% = 4,83%
3 % = 0,0008% i = 65,32%
Nhiệt trị thấp được tính theo cơng thức Menđeleep: O„ =(2,8.CO +10,8.H, +35,8.CH„ +56.C,H, + ) Thay thành phân phần trăm các khí vào ta cĩ:
ĨØ„ =(10,8.0,031545 + 35,8.0,5504).10? = 20043|K7 / m |
O, = 20045|KF /m? |=19690,57[KJ / ke]
- Thơng số chọn
Áp suất khí nạp Nhiệt độ khí nạp
Nhiệt độ blogas trước cửa nạp
Hệ số dư lượng khơng khí Hệ số lợi dụng nhiệt tại Z Hệ số lợi dụng nhiệt tại b
Ap suất khí sĩt Nhiệt độ khí sĩt
Độ sấy nĩng khí nạp mới Độ sấy nĩng khí nạp mới
Hệ số quét buồng cháy
Hiệu đính tỷ nhiệt
Trang 35
- Thơng số tính tốn
Tính tốn nhiệt động cơ gas dựa trên cơ sở kết hợp giữa số liệu khí biogas đang được thí nghiệm ở trường và hướng dẫn làm đồ án mơn học “Động cơ đốt trong”
Bước 1 Quá trình nạp
+ Nhiệt độ hỗn hợp khí trước xupáp nạp _f, +a.M,T, Tạ 8Ư, 2x fo KÌ = 5-39 7 l+ø.M, ( ) ` 298 + 1,05.5,317.298 _ 29| KÌ 1+1,05.5,317 + Hệ số khí sĩt A, AT, + AT) p, 1 y, _AAT, + AT) p (5-40) T, DP, m ed, — Â,.Â, (? P, Heme) 26 88.102 -117.1 2116 |" tg 0,088 + Nhiệt độ cuối quá trình nạp
m~1 (,+AT)+^,+„4, {#) T= l+7, 44 (5-41) 1,5-1 (298 + 20)+ LI7.00603920| 4 - =356|"K] 1+ 0,0603 + Hé s6 nap ny 1 T
n= tt Pele a a Ay é-1T7,+AT p, D, (5-42)
— 1 298 0,088 88-1 298+20 0,098 1 al 5 - 0817 a 8,8.1,02 — ura Bước 2 Quá trình nén
Trang 36phát điện chạy băng Blogas me, =2 "S1 [KI/KmolK] (5-43) LY,
mc,,: Ty nhiệt mol trung bình của khí thứ 1 thành phần
MCyy, = MCyo, = MCycq = 19,806 + — 1|KJ | Kmol’ K| (5-44)
ji Cyeo, = 30,0884 21?! 7
MCycy, =12,252 + 9,05028 „
TiCyy, =19,931+ ot
Thay số vào với >V;: Thể tích tổng cộng của các khí thành phần
> V, =1m` Khí biogas Thay số vào (5-44) ta được:
0.00861 7 2
me, =19,1563+ KJ | Kmol’ K|
+ Ty nhiét mol trung binh cua san vat chay
Thanh phan va s6 lwong san vat chay cua h6n hop khi a> 1 My = >m/2(C„H,O,) = 4,511 [m?/m’*khi biogas]
Mco2= šn(C„H„O,) = 0,132[m/mỶ khí biogas] Mẹ; = 0,21(œ-1).Mạ= 0,0592[m”/m)” khí biogas] My? = 0,79.œ.Mu+N; = 4,511[m/mỶ khí biogas] N;: Thể tích khí N; trong khí biogas
+ Tỷ nhiệt mol hỗn hợp sản phẩm cháy
mc, = 21726 T7 2 mol” K] (5-45)
.P,
> me}, =20,183+———T|KJ 0,005 ! Kmol" K |
2
+ Tỷ nhiệt mol trung bình của hỗn hợp cơng tác , +7,.MCy
mcy = “Ty KUI Kmol°K]
(19,671+ T)+ 0076 {204 g3 + 02005 7] = 1+ 0,0722 2 — J[KJ/Kmoi°K] (5-46) 0,00844 2 0,004 26
Trang 37
+ Chỉ số nén đa biến trung bình nụ
Chon n,; = 1,38 n-1= 8,314 _ 8,314 (5-47) ay '+ T Te" 41) 19827+ — 356(8,8"" +1)
Sau khi thé s6 chon n, để cân bang 2 về ta chon được nị = 1,372
Sai số hai về A = 0,0005< 0,001 thỏa điều kiện
+ Nhiệt độ cuối quá trình nén
T, = Ty = 356.8,8077) = 800°K] (5-48)
+ Áp suất cuối quá trình nén
Pc =P,.e"' ,[MN/m”] = 0,088.8,8°'”^“= 1,741[MN/nmiÏ] (5-49)
Bước 3 Quá trình cháy
+ Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1m” khí biogas (ở đktc) Mạ = 5,317 ,[m kk/m khí blogas]
+ Lượng khí nạp mới tính theo m”
M¡= 1 + ơ.Mo,[m”kk/m khí biogas] (5-50)
=] + 1,05.5,317 = 6,583 [m*kk/m’* khi biogas] + Lượng sản vật cháy Mạ
M> = M;+ AM = 6,567 [m’hh/m’ khi biogas] (5-51) Trong đĩ: AM =- 0,0158
+ Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết
M, 6,561
Bo = M _ 0,998 (5-52)
+ Hệ số biến đơi phân tử thực tế
p=1+ Fo) 1, (0998-1) — 0 oog (5-53)
l+7, 1+0,06
+ Hệ số biến đơi phân tử tại Z
B„=1+ =ĐŠz > g, = 14 (+y,).é, 6 ° (1 + 0,06).0,95 (0998— D085 _ 4 99g (5-54)
+ Tén thất nhiệt do cháy khơng hồn tồn œ > Ì nên AQ =0
Trang 38phát điện chạy băng Blogas M, (x, + 7 me "+M, (I —X; )mey' mcy = ° [KJ/Kmol’K] (5-55) ul, tel, M,(1-X,) Bo z= oz = 0,85 =0,988 E, 0,86 6567 0988+ 006 20183: 0,00257)+ 6,58341—0,988(19,8274+ 0,00421.T) My = 0,06 6,567 0,988+— 0997 ,J* 6281-0988 > mc„ =20,1472 +0,0046.T , [KJ/Kmol’K]
+ Nhiệt độ cực đại của chu trình T;
Nhiệt độ cực đại của chu trình T;: T; là nghiệm của phương trình
SAQy ~ AQn) , mC'.T, =B,m.C",, 1, (5-56)
M,l + y,)
Đưa về phương trình bậc 2 dạng Ax” + Bx + C=0
Trong đĩ: Bang 5 - 8
Động cơ A B C
Độ ong codanh lửa _B,b„ | B„az„ | 4 _ {4 + Ưr Ìạ _ Š:(Øy ~ AOz) anh li b} ay | =
cưỡng bức 2 M1 ity.) 22,4 : A= ,b;„ =0,9979.0,005 =0,00229 Zz vz B= £ a", = 0,9979.20,176 = 20,1064 Zz VZ C= 1s vặt _ Š„(Qy —AQg) MI l+ 241 7,) >C= {1 9,827 + 20004 800 800 — TS = —71837 2 9°? (1 +.0,06)
Giải phương trình ta được T, = 2721,813[”K]
+ Áp suất cực đại của chu trình
Trang 39
Bước 4 Quá trình giãn nở + Tỷ số giãn nở sớm ; p = l + Tỷ số giãn nở sau.ồ = ¢ = 8,8 + Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở
Ty _ 2121813
b— 721 8 81272-1
a
=1507,4 [°K] (5-58)
+ Kiém nghiệm lại trị SỐ nạ
Kiểm nghiệm lại giá trị nạ đã chọn
Chọn n;ạ= 1,2723 n, -1= 8,314 (5.59) (—6)Ør —.„ +2 (7 +T7,) Mũ+z,)8Œ.-1)) 7 277 TS TH 8,314 (0,95 — 0,85)20045 +20,147 + 2° (goo + 1507,4) 6,583.(1 + 0,06).0,998.(800 - 1507,4)
Thay số vào cơng thức và giải ta được: nạ = 1,272; sai số = 0,0005< 0,001 + Áp suất cuối quá trình giãn né P,
P, 5,913
Py = om [MN/m”] > P, = g gum ~ 00372 [MN/m”] (5-60)
+ Kiểm nghiệm lại hệ số khí sĩt
mh 1,45-1
r=7,)72}" P, px) =1507,4/ 216) 0,372 = 10221 %, (5-61)
¬A 3L HIÀ peta
Sai sơ —72_——#z = 11,1 %4< 15% thoả điêu kiện
rchon
Bước 5 Thơng số chỉ thị
+ Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết
_ &P A ] ] ] 2 P.= “| (i == — (i = } ,LMN/m“| (5-62) _£-] 1, —1 7 —Ì pr 746) 37 (, 1 |! i! * 88-1] 131-1 881) 13733-1 g gist P,’ = 0,912 [MN/m’]
+ Ap suat chi thi thực tế
P; = 4.P;’ , [MN/m?7] (5-63)
P; = 0,97.0,912 = 0,885[MN/m’]
Trang 40phát điện chạy bằng Biogas
+ Suất tiêu hao nhiên liệu khí biogas chỉ thị g¡=2100-P,31v Ln3/Kwh] = 9700.0,098.0,815 M,.PiT, 6,583.0,885.298 + Hiệu suất chỉ thị _ 37115.M,7„.Pi _ 371,15.6,583.298.0,885 O,My-P,.10° 20045.0,815.0,098.10) i Bước 6 Thơng số cĩ ích + Tổn thất cơ giới P„= 0,05 + 0,0155.C„+ P,- P, Trong đĩ: Cr - Vận tốc piston m— sin = 38.4800 = 15,68 [m/s] 30 30.1000 P„ = 0,05 + 0,0155.15,68+ 0,116 - 0,088= 0,321 [MN/m”] + Áp suất cĩ ích trung bình P,= P¡- P„ ,[Mn/m”] = 0,885- 0,321 = 0,564 [MN/m’] + Hiệu suất cơ giới
P Nin = CẺ= S2 =0637, P 0885 Tìm = 63,7 %
+ Suất tiêu hao khí biogas cĩ ích
V
= = OT _ 0702 [ms KW] Tn 9,637
+ Cơng suất cực đại của động cơ
PWV, J N ="! Vin [Kw] 30.7 Trong đĩ: 2 2 y, = — _ 3,14.86 98 ~ 0.5689 [lit] 4.10 4.10 >N.= sees = 51,33 [Kw]
+ Mức tiêu hao khí biogas khi động cơ đây tai V,=N V.= 51,33.0,702 = 36,03 [m”h] + Hiệu suất cĩ ích của động cơ gas