Luận án tiến sĩ nghiên cứu sử dụng khí tổng hợp từ sinh khối cho động cơ diesel phát điện cỡ nhỏ (TT)

-1MỞ ĐẦU Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí cho ĐCĐT, có nghiên cứu syngas sản xuất từ sinh khối ứng dụng cho động diesel máy phát điện cỡ nhỏ, mục đích tìm nguồn lượng sạch, rẻ, dồi để thay cho nguồn nhiên liệu hóa thạch, nhiên vấn đề Việt Nam chưa quan tâm mức Sinh khối nguồn nguyên liệu từ phụ phẩm nông nghiệp hay từ hoạt động sản xuất lâm nghiệp, để tận dụng nguồn sinh khối NCS thực đề tài “Nghiên cứu sử dụng khí tổng hợp từ sinh khối cho động diesel phát điện cỡ nhỏ” kết hợp với đề tài nghị định thư Việt Nam-Thái Lan (2014) “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo vận hành thử nghiệm hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp lượng quy mô nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam” Đề tài thực sở phối hợp gi a Viện tiên tiến Khoa học Công nghệ với Viện Cơ khí động lực, Trư ng Đại học ách khoa Hà Nội hướng tới góp ph n giải vấn đề thực tiễn phát triển nguồn nhiên liệu anh, để giảm thiểu nhiễm m i trư ng đ c iệt giảm tải cho lưới điện quốc gia gi cao điểm góp ph n n định sản uất sinh hoạt cho ngư i dân i Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài *) Mục đích nghiên cứu Đánh giá khả sử dụng syngas thay diesel truyền thống dùng cho động diesel - máy phát điện, đồng th i đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động *) Đối tượng phạm vi nghiên cứu Động Mitsubishi S3L2, động diesel xy lanh, kỳ không tăng áp sử dụng ph biến dẫn động máy phát điện Nhiên liệu thử nghiệm gồm diesel syngas Trong syngas sản xuất từ nguồn sinh khối khác cấp liên tục cho động Trong trình thử nghiệm thành ph n syngas liên tục kiểm soát Nghiên cứu mô trình cấp syngas, hình thành hỗn hợp cháy động diesel - máy phát điện sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với lưu lượng syngas khác sản xuất từ nguồn sinh khối khác Ph n thực nghiệm thực nghiên cứu ảnh hưởng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với lưu lượng khác đến đ c tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel - máy phát điện hoạt động chế độ tải khác Trong lượng syngas cấp trực tiếp liên tục vào đư ng nạp động từ hệ thống khí hóa sinh khối ii Phƣơng pháp nghiên cứu -2Phương pháp nghiên cứu sở kết hợp gi a lý thuyết thực nghiệm, nghiên cứu lý thuyết tiến hành c ng cụ m chuyên sâu, gồm CFD Fluent AVL-Boost Còn nghiên cứu thực nghiệm tiến hành PTN Hệ thống Năng lượng nhiệt với hỗ trợ thiết ị đo đại đồng ộ PTNĐCĐT, Trư ng ĐH K Hà Nội iii Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đã thực thành c ng nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel - máy phát điện đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động Khi áp dụng kết luận án vào thực tế góp ph n giải vấn đề cấp thiết nguồn nhiên liệu thay thế, giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu truyền thống, khai thác sử dụng hiệu nguồn sinh khối dồi có từ phế thải ngành n ng lâm nghiệp, góp ph n giải ph n thiếu hụt nguồn điện vùng sâu, vùng a nh ng vùng thiếu nguồn điện lưới quốc gia Luận án tài liệu tham khảo h u ích nghiên cứu sử dụng syngas đào tạo chuyên sâu ngành động đốt iv Tính Luận án Syngas nguồn nhiên liệu thay dùng cho động đốt có nhiều tiềm Hiện nay, Việt Nam nguồn nguyên liệu sản uất syngas từ phế phẩm n ng lâm nghiệp dồi Việc sử dụng syngas thay nhiên liệu ăng diesel truyền thống góp ph n tận dụng nguồn phụ phế phẩm n ng, lâm nghiệp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch góp ph n giảm phát thải độc hại Đã sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp gi a m thực nghiệm để đánh giá khả mức độ ảnh hưởng tỷ lệ thành ph n syngas thay thế, góc phun sớm, áp suất phun nhiên liệu diesel đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel dẫn động máy phát điện cỡ nhỏ v Các nội dung đề tài Để thực nội dung nghiên cứu, luận án trình bày gồm ph n sau:  Mở đ u  Chương T ng quan  Chương Hình thành hỗn hợp cháy động lưỡng nhiên liệu diesel/syngas  Chương Mô cung cấp syngas chu trình nhiệt động động Mitsu ishi S3L2 sử dụng diesel/syngas  Chương Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá  Kết luận chung phương hướng phát triển -3CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học 1.1.1 Giới thiệu chung nhiên liệu sinh học 1.1.2 Chiến lược phát triển sử dụng NLSH Việt Nam 1.2 Khái quát chung, ƣu, nhƣợc điểm syngas 1.2.1 Khái quát chung syngas Syngas hỗn hợp khí thành ph n nhiên liệu bao gồm CO, H2 CH4, có CO2, nước, N2 hydro cácbon cao phân tử (tar) Syngas dùng để sản xuất amoniac methanol ho c biến đ i qua chu trình Fischer-Tropsch để sản xuất loại nhiên liệu t ng hợp Syngas dễ cháy nên sử dụng loại nhiên liệu thay cho ĐCĐT 1.2.2 Tính chất lý hóa syngas Tính chất vật lý hóa học syngas phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất, công nghệ sản xuất đ c biệt thành ph n khí đơn chất cấu tạo nên Bảng 1.1 thể tính chất lý hóa khí thành ph n syngas: Bảng 1.1 Tính chất lý hóa H2 , CO CH4 TT Thông số H2 CO Nhiệt trị thấp ( MJ/kg) 121 10,2 CH4 50,2 Tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết 34,4 2,46 17,2 Nhiệt độ cháy lớn atm (K) 2378 2384 2223 Giới hạn bốc cháy (nhạt/đậm) 0,01/7,17 0,34/6,8 0,54/1,69 Tốc độ lan tràn màng lửa (cm/giây) 270 45 35 1.2.3 Ưu, nhược điểm syngas 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu sản xuất syngas từ sinh khối 1.3.1 Nghiên cứu sản xuất syngas giới 1.3.2 Nghiên cứu sản xuất syngas Việt Nam Đã có nh ng đề tài dự án, hội thảo liên quan đến nghiên cứu phát triển lượng sinh khối triển khai Viện nghiên cứu Trư ng đại học ch đây: - Phạm Hoàng Lương đồng nghiệp, Trư ng ĐHBK Hà Nội thực Báo cáo t ng hợp nghiên cứu thiết kế, chế tạo vận hành thực nghiệm hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp lượng quy mô nhỏ phù hợp điều kiện Việt Nam Đề tài nghị định thư Việt Nam - Thái Lan, 5/2014; - Nghiên cứu thực trạng sử dụng sinh khối Việt Nam Viện lượng thực hiện; - Viện Công nghệ sau thu hoạch, sử dụng thiết bị khí hóa trấu Khí sản -4phẩm (producer gas) dùng để đốt cấp nhiệt quy mô nhỏ  Lựa chọn sinh khối để sản xuất syngas Nhìn chung, nguồn sinh khối Việt Nam có tr lượng lớn viên nén mùn cưa, trấu, rơm, gỗ mẩu, dăm mảnh keo, vỏ cà phê, vỏ hạt điều, than hoa Với mục tiêu lựa chọn sinh khối phù hợp để sản xuất syngas sử dụng cho bếp đun, hệ thống sấy, cho ĐCĐT… Giải pháp từ loại sinh khối than hoa, gỗ mẩu mùn cưa lựa chọn để sản xuất syngas phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam; nghiên cứu phân tích, đánh giá syngas để ác định sinh khối phù hợp với mục tiêu sau: tính n định lưu lượng trình sản xuất, thành ph n khí có syngas mẫu phân tích có tính tương đồng đ c biệt có hàm lượng tar thấp Qua đánh giá thực tế cho thấy syngas sản xuất từ sinh khối than hoa đảm bảo yêu c u, nên sử dụng cho ĐCĐT hay ứng dụng vào nghiên cứu khác 1.4 Tình hình nghiên cứu sử dụng syngas cho ĐCĐT 1.4.1 Trên giới Xu hướng sử dụng ĐCĐT từ trước đến đa dạng, không nh ng sử dụng cho phương tiện giao th ng đư ng bộ, đư ng không, đư ng thủy mà sử dụng máy phát điện máy nông nghiệp Sự gia tăng nhanh chóng số lượng phương tiện vận tải thiết bị động lực sử dụng ĐCĐT chạy nhiên liệu ăng diesel gây nhiễm môi trư ng tr m trọng gây nguy cạn kiệt nguồn nhiên liệu Chính vấn đề giảm tiêu hao nhiên liệu thành ph n phát thải độc hại ĐCĐT lu n nh ng thách thức lớn ngành công nghiệp động Cùng với phát triển thành công ngành khoa học khác, ngành công nghiệp t nói riêng ngành ĐCĐT nói chung th i gian qua đạt nh ng thành c ng đáng kể việc phát triển, ứng dụng nguồn nhiên liệu thay thân thiện với m i trư ng phải kể đến nhiên liệu syngas 1.4.1.1 Sử dụng syngas cho động xăng 1.4.1.2 Sử dụng syngas cho động diesel 1.4.2 Tại Việt Nam Tại Việt Nam, giai đoạn 1980÷1984 có nghiên cứu sử dụng syngas cho động ăng e Ô t GAZ51 ên cạnh có số nghiên cứu sử dụng syngas tàu đánh cá ngư dân vùng iển Vũng Tàu xe chở khách tuyến Tp Gia Lai - Tp Hồ Chí Minh th ng tin cụ thể nghiên cứu chưa có nguồn trích dẫn xác Đề tài nghiên cứu Vy H u Thành, Trư ng HVKT Quân sự, “Nghiên cứu việc sử dụng khí hóa từ than hoa than đá dùng cho động -5cơ t ” Nội dung đề tài sản xuất syngas từ mẫu sinh khối 100% than đá, 100% than hoa, kết hợp gi a than đá than hoa Quá trình sản xuất sử dụng syngas thực trực tiếp xe Ô tô GAZ51, syngas cung cấp vào đư ng nạp động cơ, sau đạt chế độ làm việc n định động n định hệ thống sản xuất syngas Kết đề tài đánh giá khả thay nhiên liệu ăng chạy với syngas sản xuất từ than hoa công suất động đạt khoảng 70÷75%, với syngas sản xuất từ than đá công suất động đạt khoảng từ 80÷85% Các kết theo tác giả ch mang tính định tính th i gian đất nước khó khăn nên chưa có trang thiết bị đo công suất, đánh giá phát thải 1.5 Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Việt Nam có nguồn nguyên liệu sinh khối dồi Khả sử dụng nguồn sinh khối chưa hợp lí, gây lãng phí mà nhu c u lượng sử dụng lại ị thiếu hụt đ c biệt nh ng vùng sâu, vùng a Qua phân tích đánh giá cho thấy syngas đáp ứng nguồn cung, có đ c tính cháy khả sử dụng làm nhiên liệu thay cho ĐCĐT Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng cách hiệu nhiên liệu cho ĐCĐT mang tính thực tiễn khoa học cao, tác giả chọn đề tài cho chương trình NCS 1.6 Kết luận chƣơng Kết nghiên cứu t ng quan sản xuất syngas tình hình sử dụng syngas cho ĐCĐT cho phép rút nh ng kết luận sau: - Syngas sử dụng làm nguồn nhiên liệu thay nhiên liệu truyền thống diesel ăng cho ĐCĐT, với mục tiêu giảm phụ thuộc nguồn nhiên liệu hóa thạch, hạn chế phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính, bảo vệ m i trư ng sản xuất sinh hoạt - Trên giới sản xuất sử dụng syngas quan tâm, phát triển từ k 18 Phát triển công nghệ sản xuất syngas nâng cao sử dụng em giải pháp h u hiệu việc sử dụng nguồn lượng sinh khối, công nghệ giải tốt toán kinh tế bảo vệ m i trư ng - Việt Nam có nguồn nguyên liệu sinh khối dồi dào, có số công trình nghiên cứu sản xuất syngas để tận dụng lượng Tuy nhiên việc sử dụng nguồn lượng chưa hợp lý, thư ng sử dụng dạng nhiệt, nghiên cứu sử dụng cho ĐCĐT công trình - C n phải có nghiên cứu đ y đủ việc sử dụng syngas thay cho nhiên liệu diesel truyền thống để nâng cao hiệu sử dụng syngas -6CHƢƠNG HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ LƢỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL/SYNGAS 2.1 Đặc điểm trình cháy lƣỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel Thực chất, trình hình thành hỗn hợp động diesel hỗn hợp đồng không khí nhiên liệu diesel truyền thống; cấp syngas vào đư ng nạp động làm cho hỗn hợp bị thay đ i, dẫn đến diễn biến trình cháy động diesel bị ảnh hưởng hòa trộn syngas vào hỗn hợp đồng an đ u động Lúc động diesel coi động nửa đánh lửa cưỡng M t khác động diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas xuất syngas nên chống tượng kích n trình cháy Tuy nhiên diễn biến trình cháy phụ thuộc nhiều vào thành ph n H2 có syngas, nên áp suất y lanh tăng cao syngas giàu khí H2 ngược lại 2.2 Cơ chế hình thành hỗn hợp cháy sử dụng lƣỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel 2.2.1 Quá trình hình thành hỗn hợp Trong động lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với việc tạo hỗn hợp syngas-không khí bên xy lanh, syngas cung cấp vào đư ng nạp theo nguyên lý chế hòa khí ho c phun, sau syngas hòa trộn với không khí ay đư ng nạp tạo hỗn hợp vào y lanh động Nh chuyển động rối trao đ i nhiệt hỗn hợp trình nạp trình nén, hòa khí hỗn hợp nhiên liệu diesel/syngas tiếp tục ay tạo thành hỗn hợp đồng 2.2.2 Quá trình cháy Quá trình cháy động diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas bắt đ u vùng nhiên liệu diesel hòa trộn với hỗn hợp đồng syngas-kh ng khí Khi nén trình cháy xảy trước tiên với diesel, sau diesel cháy làm nguồn lửa để syngas cháy Quá trình cháy diễn nhanh theo hai vùng, vùng cháy khuếch tán vùng cháy lan tràn màng lửa 2.3 Cơ sở tính toán trình cấp syngas 2.3.1 Yêu cầu trình cấp syngas đường nạp động Không gây ảnh hưởng không khí nạp cho động cơ, đảm bảo việc cấp syngas thuận lợi Để tính toán thiết kế đư ng ống, hệ -7thống nạp cho động nghiên cứu, NCS sử dụng công cụ tính toán động lực học dòng chảy (CFD) có hỗ trợ máy tính Quá trình vận động dòng khí nạp để nâng cao hệ số nạp cho động diesel mô ph n mềm CFD Fluent 2.3.2 Cơ sở lý thuyết phần mềm mô CFD Fluent 2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán trình cháy lƣỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel 2.4.1 Cơ sở lý thuyết mô trình cháy 2.4.2 Quy luật cháy mô hình cháy 2.4.3 Mô hình tính toán thành phần phát thải 2.4.4 Kết luận chƣơng Trên sở nội dung trình ày, rút nh ng kết luận sau đây: - Đ c điểm trình cháy lưỡng nhiên liệu diesel/syngas tạo hỗn hợp đồng không khí-syngas từ bên tạo hỗn hợp với nhiên liệu diesel phun mồi vào bên Do thể tích hỗn hợp đồng động với khí syngas m i trư ng áp suất cao nên hỗn hợp dễ dàng hòa trộn dẫn đến áp suất nhiệt độ xy lanh động tăng lên đồng th i giảm phát thải khói bụi - Cơ chế hình thành hỗn hợp cháy sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas có đ c điểm nhiên liệu diesel xé nhỏ ay hơi; nén trình cháy diễn theo hướng, cháy khuếch tán cháy lan tràn màng lửa - Sử dụng lý thuyết CFD để tính toán trình cấp syngas đư ng nạp để tạo hỗn hợp đồng Thực với thông số đ u vào thay đ i vận tốc dòng chảy, đư ng kính ống cấp syngas góc nghiêng từ ống cấp syngas đến đư ng ống nạp động thử nghiệm, để cải thiện hệ số nạp cho động - Cơ sở lý thuyết ph n mềm AVL- oost đủ để tính toán trình cháy lưỡng nhiên liệu diesel/syngas, để đánh giá đ c tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel - máy phát điện sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas - Các nội dung nghiên cứu chương sở tiền đề để xây dựng mô hình tính toán mô trình tạo hỗn hợp cháy lưỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel -8CHƢƠNG MÔ PHỎNG CUNG CẤP SYNGAS VÀ CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ MITSUBISHI S3L2 SỬ DỤNG DIESEL/SYNGAS 3.1 Giới thiệu chung Ngày công cụ mô sử dụng h u hết lĩnh vực kỹ thuật Các sản phẩm trước đưa sản xuất qua trình nghiên cứu tính toán ph n mềm mô Quá trình mô xác sản phẩm đem sản xuất có độ xác cao sai sót Trong nghiên cứu phát triển động kể số công cụ mạnh AVL-Boost CFD Fluent 3.2 Đối tƣợng nghiên cứu mô Trong khuôn kh nghiên cứu đề tài, đối tượng tập trung động S3L2 dẫn động máy phát điện hãng Mitsubishi sản xuất, thể hình 3.1 Đây động diesel, sử dụng ơm cao áp VE để cấp nhiên liệu đến vòi phun động 3.3 Chuyển đổi động diesel thành động Hình 3.1 Động Mitsubishi S3L2 sử dụng lƣỡng nhiên liệu diesel/syngas Động diesel cải tạo để sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas hai cách khác nhau: - Nhiên liệu kép (lưỡng nhiên liệu), đánh lửa tia phun mồi diesel; - Nhiên liệu khí, đánh lửa cưỡng 3.3.1 Động sử dụng lưỡng nhiên liệu 3.3.2 Cơ sở tính toán đường ống cấp syngas đường nạp động Đối với động diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas đư ng cấp syngas đư ng nạp động phải đáp ứng yêu c u sau đây: - Hạn chế tối đa t n thất dòng khí nạp cấp khí syngas nhiều nhất; - Đảm bảo lưu lượng syngas theo công suất yêu c u; - Hệ thống cấp syngas phù hợp với điều kiện thực tế thực nghiệm; - Độ mở van tiết lưu thiết lập trước thuận tiện cho chế độ thực nghiệm… Vì mục tiêu thực thiết kế đư ng cấp syngas đư ng nạp động Mitsu ishi S3L2 có kích thước, hình dạng phù hợp với hệ thống sản xuất syngas phòng thí nghiệm vị trí đ t động thử -9nghiệm M t khác, syngas cấp trực tiếp cho động nơi sản xuất; đư ng nạp động kh ng thay đ i, yêu c u đư ng cấp syngas đư ng nạp động gọn thuận lợi lắp đ t chi tiết trình thực nghiệm Quá trình mô đư ng cấp syngas đư ng nạp động tiến hành ước sau: chia lưới lựa chọn m hình điều kiện biên Kết mô đư ng cấp syngas đư ng nạp động thể hình 3.2 3.3: Hình 3.2 Kết xuất dạng trường vận tốc Hình 3.3 Kết MP dạng đường dòng 3.4 Nghiên cứu mô trình cháy động diesel sử dụng lƣỡng nhiên liệu diesel/syngas 3.4.1 Nghiên cứu mô động lưỡng nhiên liệu diesel/syngas Hình 3.4 Mô hình mô động S3L2 12 Ne-MP 10 Ne-TN Ne (kW) Dựa động thực tế mô nh ng ph n tử định nghĩa sẵn AVL- oost th ng số kỹ thuật động cơ, m hình động Mitsubishi S3L2 xây dựng thể hình 3.4 Độ tin cậy m hình đánh giá cách so sánh kết mô với thực nghiệm động sử dụng diesel thể hình 3.5 Kết cho thấy, sai lệch công suất động theo chế độ tải tốc độ 1500 v/ph gi a mô thực nghiệm lớn 11,9%, sai lệch trung bình 2,9% chế độ tải 80÷90%, coi mô hình có độ tinh cậy 20 40 60 % tải 80 100 Hình 3.5 So sánh công suất động theo chế độ tải, tốc độ 1500v/ph 3.4.2 Trình tự tính toán mô 3.4.2.1 Đánh giá ảnh hưởng lượng syngas thay - 10 Mô thực chế độ tải thay đ i tốc độ động n định 1500 v/ph L n lượt cấp syngas vào đư ng nạp động với lưu lượng 2, 4, g/s Ứng với lưu lượng cấp syngas, điều ch nh thay đ i lượng nhiên liệu diesel (Gnl) để gi công suất động kh ng thay đ i Lượng nhiên liệu diesel điều ch nh cho công suất động kh ng đ i so với trư ng hợp sử dụng đơn nhiên liệu đảm bảo hệ số dư lượng không khí lớn Sau chạy mô m hình đưa kết so sánh công suất, phát thải động lượng diesel thay syngas 3.4.2.2 Đánh giá ảnh hưởng góc phun sớm 3.4.2.3 Đánh giá ảnh hưởng áp suất phun nhiên liệu diesel 3.4.2.4 Đánh giá ảnh hưởng thành phần syngas 3.4.3 Kết thảo luận 3.4.3.1 Kết ảnh hưởng lượng syngas thay Kết mô đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật phát thải độc hại động sử dụng lưỡng nhiên liệu, với syngas sản xuất từ than hoa, kết thể hình 3.6 đến 3.11 Kết hình 3.7 thể lượng diesel c n thiết để đảm bảo trì công suất động sử dụng lưỡng nhiên liệu hệ số dư lượng không diesel/syngas thay đ i lưu lượng syngas Hình 3.6 So sánh khí lamda chế độ tải tốc độ 1500 v/ph Kết cho thấy, với lượng syngas từ 2÷4 g/s công suất động trì đến 80÷90% tải, với lượng syngas từ 6÷8 g/s công suất động ch trì 50÷60% tải Suất tiêu hao lượng thể hình 3.8 có u hướng tăng tăng d n lượng syngas chế độ tải cao Nguyên nhân khí thành ph n có syngas 3.7 Lượng nhiên liệu diesel tiêu nạp vào động làm giảm lượng không khí Hình thụ động sử dụng lưỡng NL nạp từ làm giảm tính kinh tế Bên cạnh ảnh hưởng chiếm chỗ syngas thể tích riêng phân tử khí lớn kh ng khí (đ c biệt hydro), làm cho hệ số nạp động ị thay đ i M t khác diễn biến trình cháy động phụ thuộc vào thành ph n H2 có syngas, nên áp suất y lanh tăng cao syngas giàu khí H2 Dẫn đến phát thải độc hại CO soot bị ảnh hưởng Phát thải CO tăng tăng lưu lượng syngas, CO tăng lớn 100% diesel g/s syngas g/s syngas Lamda (-) g/s syngas g/s syngas λ1 lượng diesel thay tối đa 12,5%; với lượng syngas thay g/s động ch trì công suất đến 1 lượng diesel thay tối đa 25,83%; với lượng syngas thay g/s công suất động ch trì đến 1 lượng diesel thay tối đa 39%; với lượng syngas thay g/s công suất động ch trì đến 50% tải, đảm bảo λ>1 lượng diesel thay tối đa 50% - 15 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Mục tiêu phạm vi thực nghiệm a) Mục tiêu thực nghiệm Quá trình nghiên cứu, thực nghiệm nhằm đánh giá tính c ng suất, mức tiêu hao nhiên liệu thành ph n phát thải động sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với lượng syngas thay khác Kết thực nghiệm so sánh với kết mô ph n mềm AVL- oost, để từ khẳng định lại tính xác mô hình mô phương pháp nghiên cứu b) Phạm vi thực nghiệm Quá trình thực nghiệm tiến hành hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp lượng quy mô nhỏ phù hợp điều kiện Việt Nam c) Vị trí thực nghiệm Thực nghiệm tiến hành ưởng gia công áp lực, Viện Năng lượng tái tạo - Nhiệt lạnh PTN ĐCĐT Trư ng ĐHBK Hà Nội 4.2 Thiết bị chế độ thực nghiệm 4.2.1 Động thực nghiệm Động Mitsu ishi S3L2 giới thiệu mục 3.2 4.2.2 Máy phát điện DT12-MS Máy phát điện lắp ráp trực tiếp với động diesel S3L2 hãng Mitsu ishi thể hình 4.2 Hệ thống khí hóa sinh khối đấu nối trực tiếp với cụm động diesel - máy phát điện, khí sản phẩm sản xuất liên tục từ hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp đến hệ thống nạp động diesel với lưu lượng điều ch nh ác định thông qua van tiết lưu thiết bị đo lưu lượng 4.2.3 Nhiên liệu thực nghiệm Nhiên liệu diesel sử dụng thực nghiệm mua Đại lý ăng d u, đạt tiêu chuẩn Petrolimex 4.2.4 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm Sơ đồ bố trí hệ thống thực nghiệm cụm động diesel - máy Hình 4.1 Cụm động diesel - máy phát điện phát thiết bị đo thể hình 4.2, gồm thiết bị sau: Hệ thống khí hóa sinh khối, động diesel - máy phát điện, thiết bị đo thành ph n khí thải từ động Disgas 4000, thiết bị đo độ m khói động Dismoke 4000, ộ đo lưu lượng khí nạp Flow Meter động cơ, ộ điều khiển đồng hồ đo c ng suất điện năng, thiết bị đo lưu lượng nhiên liệu khí syngas, thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu FC- 9521F, phụ tải nhiệt trở - 16 Không khí nạp Cảm iến lưu lượng T Nhiệt điện trở Đồng hồ hiển thị công suất Van điều ch nh Nhiên liệu khí syngas T T ộ điều khiển tải P P AN100 T T Động FC 9521F Máy phát DiGas 4000 DiSmoke 4000 Khí ả Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm 4.2.5 Thiết kế chế tạo đường cấp syngas đường nạp động Để phục vụ cho thực nghiệm, thiết kế chế tạo đư ng cấp khí syngas cho động thiết kế lại đư ng nạp, thải để lắp thiết bị đo lưu lượng, nhiệt độ hay thành ph n khí xả… Hình 4.3 Phương án thiết kế lắp đặt thiết bị đo lưu lượng syngas cảm biến 4.2.6 Thiết kế chế tạo đường ống xả cho động lắp đặt đầu cảm biến Đư ng xả động lắp với hệ thống đư ng xả phòng thử nghiệm nhằm dễ dàng lấy mẫu khí thải động phục vụ cho trình thực nghiệm, đưa khí thải động qua đư ng dẫn khí thải khỏi phòng thử nghiệm tránh gây ô nhiễm Hình 4.4 Đường ống xả động thử nghiệm - 17 4.2.7 Thiết bị phân tích phát thải khí Thiết bị phân tích khí thải sử dụng AVL-Emission Testers Series 4000 Viện Cơ khí Động lực, Trư ng ĐHBK Hà Nội Bộ thiết bị bao gồm AVL-Dismoke 4000 AVL-Disgas 4000 4.2.8 Bộ điều khiển tải nhiệt điện trở Bộ nhiệt điện trở thực nghiệm sử dụng thử tải với dây điện trở có cánh tản nhiệt sử dụng quạt gió để tản nhiệt thể hình 4.5 4.6 Hệ thống sử dụng 10 dây nhiệt điện trở, dây nhiệt điện trở có công suất 1kW mắc song song với Hình 4.5 Bộ điều khiển tải Hình 4.6 Hệ thống thử tải nhiệt điện trở 4.2.9 Thiết bị đo công suất điện Công suất động xác định công suất điện máy phát Đồng hồ đo c ng suất có nhiệm vụ đo công suất tiêu thụ điện hệ thống nhiệt điện trở Hình 4.7 Thiết bị đo công suất điện 4.2.10 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu diesel Lượng diesel tiêu thụ chế độ thực nghiệm ác định thiết bị FC- 9521F, thiết bị đo có độ xác 1%, chi tiết thể hình 4.8 Hình 4.8 Thiết bị đo lượng nhiên liệu diesel - 18 4.2.11 Các thiết bị đo khác Thiết bị đo áp suất, thiết bị đo nhiệt độ, thiết bị đo lưu lượng khí nạp, thiết bị đo lưu lượng khí syngas 4.2.12 Chế độ thực nghiệm Điều kiện thực nghiệm: động làm việc n định (n=1500 v/ph, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ d u i trơn, áp suất d u i trơn, nhiệt độ khí nạp… n định) Tại chế độ thử lượng nhiên liệu diesel điều ch nh để gi nguyên công suất đ u cụm động diesel - máy phát điện 4.3 Kết thực nghiệm thảo luận 4.3.1 Ảnh hưởng lưu lượng syngas đến hệ số dư lượng không khí 4.0 Khi cung cấp hỗn hợp khí giàu 3.5 syngas cách cung cấp vào 3.0 đư ng nạp làm giảm lượng không 2.5 khí nạp ảnh hưởng chiếm chỗ 2.0 hỗn hợp không khí/syngas 1.5 thể tích riêng phân tử khí có 1.0 syngas lớn kh ng khí (đ c λ[...]... thực nghiệm 4.2.1 Động cơ thực nghiệm Động cơ Mitsu ishi S3L2 như đã được giới thiệu trong mục 3.2 4.2.2 Máy phát điện DT12-MS Máy phát điện được lắp ráp trực tiếp với động cơ diesel S3L2 của hãng Mitsu ishi như thể hiện trên hình 4.2 Hệ thống khí hóa sinh khối được đấu nối trực tiếp với cụm động cơ diesel - máy phát điện, khí sản phẩm được sản xuất liên tục từ hệ thống khí hóa sinh khối và được cung... nguồn nguyên liệu sinh khối dồi dào và hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu sản xuất syngas để tận dụng năng lượng này Tuy nhiên việc sử dụng nguồn năng lượng này chưa hợp lý, thư ng sử dụng ở dạng nhiệt, còn nghiên cứu sử dụng cho ĐCĐT vẫn còn hạn chế C n phải có các nghiên cứu đ y đủ về việc sử dụng syngas thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống để nâng cao hiệu quả sử dụng syngas - Đã... tục nghiên cứu nâng cao tỷ lệ và hiệu quả sử dụng syngas thay thế diesel - Tốc độ cháy của lưỡng nhiên liệu diesel/ syngas phụ thuộc vào lượng phun diesel tối thiểu để làm ngọn lửa mồi đánh lửa động cơ Do đó đối với động cơ diesel - máy phát điện, tốc độ động cơ được gi nguyên khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/ syngas thì phải tăng góc phun sớm để đảm bảo công ch thị tối ưu, do vậy góc phun sớm của động. .. động cơ Mitsu ishi S3L2 là 10 độ trục khuỷu - Khi tăng lưu lượng nhiên liệu khí syngas phát thải NOx giảm trong khi phát thải CO, CO2 đều có u hướng tăng lên, phát thải HC và soot có xu hướng giảm ở chế độ tải vừa và nhỏ, còn ở chế độ tải lớn thì HC có xu hướng tăng - 24 - Đã nghiên cứu sử dụng syngas cho động cơ diesel dẫn động máy phát điện, thông qua việc đánh giá nghiên cứu gi a mô phỏng kết hợp. .. quả cho thấy mô hình 15000 CO-MP-20% tải CO (ppm) làm việc của động cơ ở chương 3 2 10000 toàn có thể sử dụng mô hình này để thực hiện các nghiên tiếp theo về sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/ syngas cho động cơ diesel 5000 0 0 2 4 syngas (g/s) 6 8 Hình 4.20 So sánh phát thải CO khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/ syngas giữa TN và MP - 22 4.5 Kết luận chƣơng 4 - Mức độ cắt giảm lượng nhiên liệu diesel. .. sau: Hệ thống khí hóa sinh khối, động cơ diesel - máy phát điện, thiết bị đo thành ph n khí thải từ động cơ Disgas 4000, thiết bị đo độ m khói của động cơ Dismoke 4000, ộ đo lưu lượng khí nạp Flow Meter của động cơ, ộ điều khiển và đồng hồ đo c ng suất điện năng, thiết bị đo lưu lượng nhiên liệu khí syngas, thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu FC- 9521F, các phụ tải nhiệt trở - 16 Không khí nạp Cảm iến... của động cơ Hƣớng phát triển của đề tài - Nghiên cứu hệ thống phun syngas trực tiếp cho ĐCĐT nhằm cải thiện lượng syngas thay thế nhiên liệu truyền thống được tốt hơn - Nghiên cứu thử nghiệm syngas được sản xuất từ sinh khối như rơm, rạ… để ứng dụng và phát triển rộng đề tài - Nghiên cứu các phương án lưu tr syngas áp suất thấp và áp suất trung ình để đảm bảo th i gian hoạt động c n thiết của động cơ. .. của động cơ thử nghiệm - 17 4.2.7 Thiết bị phân tích phát thải khí Thiết bị phân tích khí thải được sử dụng là bộ AVL-Emission Testers Series 4000 của Viện Cơ khí Động lực, Trư ng ĐHBK Hà Nội Bộ thiết bị bao gồm AVL-Dismoke 4000 và AVL-Disgas 4000 4.2.8 Bộ điều khiển tải và bộ nhiệt điện trở Bộ nhiệt điện trở trong thực nghiệm được sử dụng là bộ thử tải với các dây điện trở có cánh tản nhiệt và sử dụng. .. tính toán quá trình cấp khí, quá trình cháy và tính toán thiết kế hệ thống cấp syngas để thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm - Đã sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp gi a mô phỏng và thực nghiệm, trong đó nghiên cứu mô phỏng thực hiện nghiên cứu quá trình cấp syngas trên đư ng nạp, quá trình hình thành hỗn hợp và cháy cũng như đánh giá ảnh hưởng của các thông số như áp suất phun nhiên liệu diesel, ... suất động cơ Trên đồ thị hình 4.10 thể hiện so sánh đ c tính công suất của động 100% diesel 8 2,1 g/s syngas cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu với 3,4 g/s syngas 5,1 g/s syngas các lưu lượng syngas thay thế khác 6 6,9 g/s syngas nhau so với trư ng hợp sử dụng đơn 4 nhiên liệu Kết quả thực nghiệm cho thấy, ở chế độ tải từ 10÷80% thì vẫn 2 có thể duy trì được đ c tính công 0 suất của cụm động cơ máy phát điện ... thành c ng nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/ syngas cho động diesel - máy phát điện đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động Khi áp dụng kết luận án vào thực... thấp Qua đánh giá thực tế cho thấy syngas sản xuất từ sinh khối than hoa đảm bảo yêu c u, nên sử dụng cho ĐCĐT hay ứng dụng vào nghiên cứu khác 1.4 Tình hình nghiên cứu sử dụng syngas cho ĐCĐT... 1.4.1.1 Sử dụng syngas cho động xăng 1.4.1.2 Sử dụng syngas cho động diesel 1.4.2 Tại Việt Nam Tại Việt Nam, giai đoạn 1980÷1984 có nghiên cứu sử dụng syngas cho động ăng e Ô t GAZ51 ên cạnh có số nghiên