Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện

Ở Việt Nam hiện nay cũng đang rất chú trọng tới việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới.Với đặc thù làm một nước nông nghiệp, hằng năm khối lượng rác thải nông nghiệp rất là lớn nên nếu tận d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác!

Hà Nội, tháng 03 năm 2014

Học viên

Vũ Văn Đại

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận văn tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi học

tập và làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Anh Tuấnđã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận

văn

Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn và Phòng thử nghiệm Động

cơ đốt trong - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi

những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành đề tài luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận

văn này và định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và làm luận văn

Học viên

Vũ Văn Đại

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 10

MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỔNG HỢP 15

1.1 Khí tổng hợp 15

1.2 Sản xuất khí tổng hợp bằng hệ thống khí hóa 16

1.2.1 Quá trình khí hóa 16

1.2.2 Các phương pháp khí hóa sinh khối 19

1.2.3 Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối 22

1.2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống khí hóa 25

1.3 Đánh giá chất lượng của khí tổng hợp 26

1.4 Ứng dụng của khí tổng hợp 26

1.4.1 Sử dụng khí tổng hợp trong đốt cháy sinh nhiệt 26

1.4.2 Sử dụng khí tổng hợp trong công nghiệp hóa chất 27

1.4.3 Sử dụng khí tổng hợp làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong 28

1.5 Tình hình sử dụng khí tổng hợp trên thế giới và ở Việt Nam 29

1.5.1 Tình hình sử dụng khí tổng hợp trên thế giới 29

1.5.2 Tình hình sử dụng khí tổng hợp tại Việt Nam 29

1.6 Kết luận chương 1 32

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ TỔNG HỢP CHO ĐỘNG CƠ MÁY PHÁT ĐIỆN 33

2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện 33

2.1.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống 34

2.1.2 Các chi tiết chính trong hệ thống 34

2.2 Thiết kế, chế tạo các chi tiết chính trong hệ thống 39

2.2.1 Thiết kế đường ống cung cấp khí tổng hợp 39

2.2.2 Lắp đặt hệ thống cung cấp khí tổng hợp và các chi tiết trong hệ thống ……… 45

2.3 Kết luận chương 2 49

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 50

3.1 Mục tiêu thử nghiệm 50

3.2 Đối tượng thử nghiệm 50

3.3 Nội dung và chương trình thử nghiệm 51

3.3.1 Sơ đồ bố trí thử nghiệm 51

3.3.2 Chế độ thử nghiệm 52

3.4 Trang thiết bị thử nghiệm 52

3.4.1 Thiết bị phân tích khí thải 52

3.4.2 Bộ điều khiển tải và bộ nhiệt điện trở 53

3.4.3 Đồng hồ đo công suất 54

3.4.4 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 54

3.4.5 Thiết bị đo khác 56

3.5 Kết quả thử nghiệm và đánh giá 56

3.5.1 Tính toán hệ số dư lượng không khí lamda tổng 56

3.5.2 Đánh giá công suất động của động cơ 58

3.5.3 Đánh giá suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ 59

3.5.4 Đánh giá về thành phần khí thải của động cơ 61

3.5.5 Đánh giá các kết quả đo được ở chế độ 40% và 60% tải 65

3.6 Kết luận chương 3 69

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70

KẾT LUẬN CHUNG 70

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 74

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DO-S25% Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas với độ mở 25% của van

điều khiển lưu lượng syngas

-

DO-S50% Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas với độ mở 50% của van

điều khiển lưu lượng syngas

-

DO-S75% Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas với độ mở 75% của van

điều khiển lưu lượng syngas

-

DO-S100% Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas với độ mở 100% của

van điều khiển lưu lượng syngas

%Stt Lượng phần trăm syngas thay thế cho diesel %

 Hệ số dư lượng không khí - A/F Tỷ lệ không khí/ đơn vị nhiên liệu lý thuyết -

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tính chất lý hóa của H2 ,CO và khí Mê Tan 15

Bảng 1.2: Các chỉ tiêu kỹ thuật và thông số của hệ thống khí hóa sinh khối 25

Bảng 1.3: Thành phần cơ bản của hỗn hợp khí sau khí hóa 26

Bảng 1.4: Chỉ tiêu về môi trường 26

Bảng 1.5: Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp 29

Bảng 1.6: Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng 30

Bảng 3.1: Thông số động cơ thử nghiệm 50

Bảng 3.2: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu Diesel tại các chế độ tải 74

Bảng 3.3: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu DO-S25% 75

Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu DO-S50% 75

Bảng 3.5: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu DO-S75% 76

Bảng 3.6: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu DO-S100% 76

Bảng 3.7: Gkk, Gnl, LL(Syngas) ở các chế độ làm việc của động cơ 57

Bảng 3.8: Dư lượng không khí tính theo các chế độ thử nghiệm của động cơ 58

Bảng 3.9: Lượng Syngas thay thế cho diesel ở các chế độ 60

Bảng 3.10: Kết quả thử nghiệm ở 40% tải động cơ 66

Bảng 3.11: Kết quả thử nghiệm động cơ ở 60% tải 66

Bảng 3.12: Mức thay đổi lượng phát thải độc hại khi sử dụng (DO-S100%) 68

Bảng 3.13: Mức thay đổi lượng phát thải độc hại khi sử dụng (DO-S75%) 68

Bảng 3.14: Mức thay đổi lượng phát thải độc hại khi sử dụng (DO-S50%) 69

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Quá trình khí hóa 16

Hình 1.2: Phương pháp khí hóa đưa luồng gió đi lên 19

Hình 1.3: Phương pháp khí hóa đưa luồng gió xuống dưới 20

Hình 1.4: Phương pháp khí hóa kiểu luồng gió chéo 21

Hình 1.5: Phương pháp khí hóa tầng sôi 22

Hình 1.6-1: Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối bằng phương pháp đưa luồng gió xuống dưới cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện 23

Hình 1.6-2: Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối bằng phương pháp đưa luồng gió xuống dưới cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện 24

Hình 1.7: Bếp trấu hóa gas 27

Hình 1.8: Keo là một trong hàng trăm sản phẩm với nguồn gốc từ methanol 27

Hình 1.10: Xe ô tô sử dụng nhiên liệu là khí tổng hợp ở Anh 29

Hình 1.11: Bếp khí hóa dùng cho hộ gia đình và các bếp ăn công nghiệp 31

Hình 1.12: Công ty Tân Mai ứng dụng công nghệ khí hóa vào sản xuất gạch gốm 31 Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ 33

Hình 2.2: Van bi tay gạt DOVA 34

Hình 2.3: Máy đo lưu lượng gió AXTECH-AN 100 36

Hình 2.4: Cấu tạo của cảm biến cặp nhiệt điện 37

Hình 2.5: Máy đo nhiệt độ Lutron-TM920C và cảm biến nhiệt độ 37

Hình 2.6: Cảm biến áp suất đường ống nạp 38

Hình 2.7: Thiết bị đo lưu lượng khí nạp 39

Hình 2.8: Phương án thiết kế và lắp đặt máy đo lưu lượng gió 40

Hình 2.9: Thiết kế đường ống cung cấp khí tổng hợp để lắp đặt máy đo lưu lượng gió 41

Hình 2.10: Thiết kế sơ bộ đường ống nạp cho động cơ và lắp đặt các đầu cảm biến 42

Hình 2.11: Thiết kế chi tiết đường ống nạp cho động cơ 43

Hình 2.12: Đường ống xả cho hệ thống 44

Hình 2.13: Lắp đặt van đóng mở đường cấp khí tổng hợp và thiết bị đo lưu lượng gió 45

Hình 2.14: Lắp đặt van điều chỉnh lưu lượng khí tổng hợp cho hệ thống cung cấp khí tổng hợp 45

Hình 2.15: Lắp đặt đường ống nạp cho động cơ và các cảm biến 46

Hình 2.16: Lắp đặt cảm biến lưu lượng khí nạp 46

Hình 2.17: Lắp đặt đường ống xả của động cơ 47

Hình 2.18: Hệ thống khí hóa sinh khối 48

Hình 2.19: Hệ thống cung cấp khí tổng hợp 49

Hình 3.1: Động cơ thử nghiệm 51

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thử nghiệm 51

Hình 3.3: Bộ thiết bị phân tích khí thải AVL Emission Testers Series 4000 53

Hình 3.5: Đồng hồ đo công suất 591043 54

Hình 3.6: Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Fuel Consumption meter FC-9521 54

Hình 3.7: Sơ đồ lắp đặt thiết bị FC-9521 55

Hình 3.8: Đặc tính công suất của động cơ ở các chế độ 59

Hình 3.9: Mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở các chế độ 59

Hình 3.10:Đồ thị biểu diễn lượng khí syngas thay thế cho động cơ ở các chế độ 61

Hình 3.11: Biểu đồ về phát thải khí CO trong trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel-syngas 61

Hình 3.12: Biểu đồ phát thải khí CO2 trong trường hợp động cơ sử dụng nhiên lệu diesel và trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel-syngas 62

Hình 3.13: Phát thải khí HC ở các chế độ tải trong trường hợp sử dụng nhiên liệu diesel và trường hợp sử dụng diesel-syngas 63

Hình 3.14: Phát thải NOx ở các chế độ tải trong trương hợp sử dung nhiên liệu diesel và trường hợp sử dụng nhiên liệu diesel/syngas 64

Hình 3.15:Biểu đồ phát thải khói trong trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và trường hợp sử dụng nhiên liệu diesel/syngas 65

Hình 3.16: Đồ thị công suất và mức tiêu hao nhiên liệu ở chế độ 40% và 60% tải 66 Hình 3.17: Đồ thị phát thải khí CO ở chế độ 40% và 60% tải 67

Hình 3.18: Đồ thị phát thải khí HC ở chế độ 40% và 60% tải 67

Hình 3.19: Đồ thị phát thải khí NOx ở chế độ 40% và 60% tải 67

Hình 3.20: Đồ thị phát thải độ khói ở chế độ 40% và 60% tải 68

MỞ ĐẦU

Hiện nay năng lượng và ô nhiễm môi trường là hai vấn đề quan trọng và cấp bách cần giải quyết Thực tế cho thấy, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp thì kéo theo là lượng năng lượng cần cho nó cũng tăng lên rất lớn Trong khi

đó nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt Mặt khác việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra rất nhiều khí ô nhiễm như COx, NOx, SOx, các hợp chất hydrocacbon, bụi… Gây nên nhiều hiệu ứng xấu đến môi trường, hệ sinh thái

và ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống

Việc tìm kiếm các nguồn nhiên liệu mới thay thế cho các nguồn nhiên liệu truyền thống dành cho động cơ nhằm giảm sựu phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và cải thiện môi trường đang là một xu thế phát triển mới

Khí tổng hợp được đánh giá là một nguồn nhiên liệu thay thế trong tương lai

và đang được các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển và cũng đã đạt được nhiều kết quả Nguồn cung cấp khí tổng hợp cũng rất dồi dào, có thể sản suất khí tổng hợp

từ quá trình khí hóa sinh khối là một hướng đi vừa có thể giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường do rác thải vừa tạo ra nguồn nguyên liệu phục con người

Ở Việt Nam hiện nay cũng đang rất chú trọng tới việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới.Với đặc thù làm một nước nông nghiệp, hằng năm khối lượng rác thải nông nghiệp rất là lớn nên nếu tận dụng nguồn sinh khối này để sản suất khí tổng hợp và phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường đồng thời tạo thêm nguồn thu nhập cho người nông dân.Nguồn nhiên liệu khí tổng hợp hiện nay mới chỉ được sử dụng nhiều cho ngành công nghiệp hóa chất và đốt sinh nhiệt để phục vụ cho công nghiệp và sản suất.Tiềm năng về sinh khối là rất lớn việc

sử dụng khí tổng hợp như là một nguồn nhiên liệu thay thế dành cho động cơ là một hướng đi mới còn nhiều khó khăn và thách thức

Đề tài “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu khí tổng hợp cho động cơ máy điện” hướng tới giải quyết những vấn đề trên

i Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

đó đánh giá khả năng sử dụng khí tổng hợp cho động cơ trong thực tế

 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là máy phát điện sử dụng động cơ diesel 4 kỳ.Hệ thống cung cấp khí tổng hợp được nghiên cứu, chế tạo và lắp đặt thêm cho động cơ

 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Luận văn nghiên cứu lý thuyết về các vấn đề liên quan tới khí tổng hợp, phương pháp sản xuất khí tổng hợp đi từ phương pháp khí hóa sinh khối, đồng thời đánh giá thành phần và khả năng sử dụng khí tổng hợp vào làm nhiên liệu cho động

ii Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp tiếp cận hệ thống Kết hợp giữa lý thuyết thông qua tổng hợp các nghiên cứu về khí tổng hợp trên thế giới , và tập hợp kế thừa các kết quả trước đây của các đề tài liên quan.Tăng cường trao đổi và tiếp thu

ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu để hoàn thiện

phương pháp nghiên cứu, cũng như mở rộng hợp tác với các tổ chức trong nước để thực hiện tốt việc nghiên cứu và triển khai thử nghiệm

Đề tài luận văn sử dụng các phương pháp kỹ thuật sau:

 Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về khí tổng hợp, nghiên cứu xây dựng sơ đồ cung cấp khí tổng hợp cho động cơ

 Sử dụng phần mềm kỹ thuật đểthiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ

 Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nhằm so sánh đánh giá một cách toàn diện động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel-syngas so với động cơ sử dụng nhiên liệu diesel thông thường

Bước đầu đi nghiên cứu tổng quan về khí tổng hợp, xây dựng sơ đồ cung cấp khí tổng hợp cho động cơ, qua đó nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện Thông qua kết quả nghiên cứu đánh giá tính thực tiễn

của đề tài và khả năngứng dụng phát triển vào thực tế tại Việt Nam

iii Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Luận văn bước đầu đã đi nghiên cứu thiết kế và xây dựng thành công hệ thống cung cấp khí tổng hợp dành cho động cơ diesel.Qua các nghiên cứu, thử nghiệm, luận văn cũng đã đánh giá và phân tích được các ảnh hưởng của việc sử dụng nhiên liệu diesel – syngas thay thế cho nhiên liệu diesel sử dụng cho động cơ Luận văn cũng đã đánh giá khả năng ứng dụng đề tài vào thực tiễn sản xuất và hướng phát triển của đề tài sau này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỔNG HỢP

1.1 Khí tổng hợp

Khí tổng hợp “Syngas - synthesis gas” là một hỗn hợp khí bao gồm carbon dioxide carbon monoxide và hydro với tỷ lệ H2/CO thay đổi khác nhau tùy theo mục đích sử dụng Khí tổng hợp được sản xuất dựa trên quá trình khí hóa của nhiên liệu có chứa cacbon tạo thành sản phẩm khí có nhiệt trị Một số ví dụ về các khí tổng hợp như sau khí hóa than, chất thải khí hóa năng lượng, hơi nước của khí tự nhiên để tạo ra hydro

Tên “ khí tổng hợp” có nguồn gốc từ việc sử dụng như một chất trung gian trong việc tạo ra khí thiên nhiên tổng hợp và tạo ra ammoniac hoặc methanol Khí tổng hợp cũng là một trung gian trong việc tạo ra dầu khí tổng hợp để sử dụng như một chất bôi trơn hoặc nhiên liệu

Tính chất vật lý, hóa học của khí tổng hợp

Tính chất vật lý và hóa học của syngas phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất, công nghệ sản xuất và đặc biệt là thành phần các khí đơn chất cấu tạo lên Bảng 1.1 dưới đây thể hiện tính chất lý hóa của các khí thành phần chính của khí syngas

Bảng 1.1 Tính chất lý hóa của H2 ,CO và khí Mê Tan

Giới hạn bốc cháy (nhạt/đậm) 0,01/7,17 0,34/6,80 0,54/1,69

Tốc độ lan tràn màng

Với những tích chất lý hóa của khí syngas như trên ta thấy rằng đây là một nguồn năng lượng hữu ích có thể thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch như than

đá và dầu mỏ Có thể sử dụng khí syngas như là một nguồn nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong.Thành phần H2 có trong khí syngas có nhiệt trị lớn, có tốc độ chánh cao sẽ là một dung môi giúp cho quá trình cháy của động cơ xảy ra nhanh hơn và hiệu quả hơn giúp nâng cao công suất của động cơ

1.2 Sản xuất khí tổng hợp bằng hệ thống khí hóa

1.2.1 Quá trình khí hóa

Syngas được sản xuất từ các hợp chất chứa cacbon như khi thiên nhiên, sản phẩm dầu mỏ, than đá và sinh khối Điều này đóng vai trò mấu chốt trong công nghiệp hóa học và sản xuất nhiên liệu tổng hợp Lưu đồ dưới đây thể hiện tổng quan

về quá trình khí hóa

Hình 1.1: Quá trình khí hóa

Trong quá trình khí hóa, nguyên liệu đầu vào được sấy tới nhiệt độ cao, sản phẩm của quá trình này là chất khí mới tạo thành và phần chất rắn còn lại không phản ứng Lượng khí tạo ra phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của nguồn nhiên liệu cũng như nhiệt độ mà các phản ứng xảy ra Các phản ứng ban đầu xảy ra dưới

sự có mặt của oxygen cho ra sản phẩn có cả khí CO và CO2 Các phản ứng xảy ra rất nhanh và kèm theo sự tỏa nhiệt và là tiền đề để các phản ứng khác tạo ra Quá trình khí hóa nhiên liệu rắn xảy ra tại nhiệt độ cao ( >11120F ) và tạo ra khí và một

số chất dưới dạng tro và nhựa đường Các phản ứng hóa học ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khí hóa và quyết định đến thành phần các chất khí đến cuối cùng tạo thành Những phản ứng thứ cấp xảy ra tại nhiệt độ > 11120F và dưới điều kiện áp suất thích hợp sẽ giúp cho sự phân hủy tro và tạo ra cacbon, các chất khí Phản ứng

QT Khí hoá

của quá trình khí hóa sinh khối có chứa cacbon được thể hiện theo phương trình dưới đây

Sinh khối + Không khí (thiếu) CO + H2 + CH4 + H2O + N2

Để phản ứng xảy ra hoàn toàn thì 1 (kg) sinh khối cần khoảng 4,5(kg) không khí (tạo điều kiện chuẩn) theo như các nghiên cứu đưa ra thì dối với phản ứng khí hóa lượng không khí chỉ cần thiết khoảng bằng 0,25 lần không khí tiêu chuẩn Tức

là thông thường để khí hóa 1kg sinh khối cần khoảng 1,15kg không khí

Quá trình khí hóa xảy ra trong bốn giai đoạn quan hệ với nhau:

+ Miền cháy

+ Miền phản ứng

+ Miền nhiệt phân

+ Miền sấy khô

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khí hóa sinh khối:

Ảnh hưởng của áp suất: Mỗi giá trị áp suất nhất định thì thành phần khí tổng

hợp sẽ thay đổi khác nhau Như vậy tùy thuộc vào sản phẩm khí ra theo yêu cầu cần

sử dụng mà ta chọn một giá trị áp suất nhất định tương ứng với mỗi kiểu công nghệ

hóa khí sinh khối thích hợp

Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ của quá trình hóa khí được lựa chọn trên

cơ sở của trạng thái tro (trạng thái dưới điểm mềm của tro trên điểm nung chảy của xỉ) Đối với sinh khối điểm nóng chảy của tro rất cao, đó là sự thuận lợi để thêm chất khí hóa vào sinh khối để giảm nhiệt độ nóng chảy của tro xuống Hóa khí ở nhiệt độ cao sẽ làm tăng lượng oxy tiêu thụ của quá trình sẽ giảm toàn diện hiệu suất của quá trình hóa khí Vì vậy trong quá trình hóa khí ta luôn đảm bảo nhiệt độ trong lò không được vượt quá giá trị cho phép

Ảnh hưởng của nguyên liệu: Nếu độ ẩm của nguyên liệu tăng cao thì chẳng

những tiêu tốn nhiệt vào quá trình bốc hơi ẩm và đốt nóng hơi ẩm đến nhiệt độ khí

mà còn làm giảm chất lượng khí Về mặt công nghệ khí hóa người ta lại phải tổ chức lớp nguyên liệu có chiều cao thích hợp hoặc thay đổi chế độ khí hóa

Ảnh hưởng của nhựa: Nhựa có thể đạt tới 20 ÷30% nếu ta khí hóa củi gỗ,

bạch đàn, than non, than bùn… Với các nhiên liệu rắn khác nhựa có hàm lượng thấp hơn Nhựa có thể tồn tại ở dạng lỏng hoặc hơi và ảnh hưởng tới chất lượng khí tới mức độ khác nhau Nhiệt sinh của nhựa khá cao (tới 31.400kJ/kg), vì vậy nếu nó nằm ở dạng hơi thì chất lượng khí tăng lên nhiều Tuy nhiên, vì điều kiện nào đó (độ ẩm nguyên liệu hoặc chiều cao lớp nguyên liệu sắp xếp không hợp lý) thì nhựa tách ra ở dạng lỏng Trong trường hợp này chất lượng của khí giảm xuống quá trình khí hóa gặp khó khăn do nhựa tách ra ở trong lò làm dính kết các lớp nguyên liệu, cản trở sự lưu thông khí và sự dịch chuyển nguyên liệu Nếu nhựa tách ra trên đường dẫn khí hoặc ở vị trí các van trên đường dẫn sẽ gây tắc tại các vị trí trên đường dẫn

Ảnh hưởng của tro: Nếu nhiệt độ chảy của tro xỉ thấp, nó sẽ kết thành tảng xỉ

lớn cản trở quá trình khí hóa và lò bị bịt kín một phần hay hầu hết Khi hiện tượng kết tảng xỉ xảy ra, gió sẽ tập trung vào những vùng chưa bị dính kết xỉ, nghĩa là sự phân bố gió hay tác nhân khí hóa sẽ tập trung vào vùng này, kết quả làm cho tác nhân khí hóa vượt quá mức bình thường, vì vậy hàm lượng CO2 và N2 của khí sẽ tăng lên Mặt khác nếu quá trình tiếp diễn lâu tại các vị trí đó, nhiệt độ tại đây sẽ tăng nhanh bởi nhiệt tỏa ra do các phản ứng tỏa nhiệt làm cho tro xỉ tiếp tục bị dính kết lại dẫn tới sự tắc lò làm ngừng quá trình khí hóa làm chất lượng khí giảm xuống nghiêm trọng Nếu nhiệt độ chảy mềm của tro quá cao dẫn tới tốn nhiệt cấp cho quá trình đốt nóng tro gây giảm hiệu suất làm việc của thiết bị

Ảnh hưởng của kích thước hạt sinh khối: Kích thước nguyên liệu biomass có

vai trò đáng kể trong quá trình khí hóa Nếu kích thước các hạt nhỏ thì tổng diện tích tiếp xúc của các hạt với tác nhân khí hóa tăng lên do đó độ hoạt tính tăng lên, tốc độ phản ứng trong quá trình khí hóa tăng Tuy nhiên nếu kích thước hạt quá nhỏ thì sức cản thủy lực tăng, dễ gây tắc lò làm cản trở quá trình khí hóa Nếu kích thước hạt quá to thì quá trình khí hoá có thể xảy ra không hoàn toàn.Vì vậy, việc tạo

ra kích thước hợp lý để cho quá trình khí hóa tiến hành thuận lợi cũng có ý nghĩa quyết định

1.2.2 Các phương pháp khí hóa sinh khối

1.2.2.1 Đưa luồng gió đi lên

Hình 1.2: Phương pháp khí hóa đưa luồng gió đi lên

Với phương pháp khí hóa đưa luồng gió đi lên, không khí được thổi vào từ dưới đáy lò và đi lên trên lần lượt qua 4 vùng, vùng cháy, vùng phản ứng, vùng nhiệt phân và vùng sấy Khí syngas tạo ra được đưa ra phía trên đỉnh lò trong khi đó nhiên liệu lại tiếp tục đi xuống ngược lại với dòng khí tạo ra khoảng không trong lò

Ưu điểm: Đơn giản, hiệu suất cao và phù hợp với nhiều loại vật liệu

Nhược điểm: Trong quá trình cháy, các hóa chất, hắc ín, các loại dầu được sinh ra và trở thành một phần của khí gas Điều này ảnh hưởng rất lớn đến việc ứng dụng của phương pháp khí hóa đưa luồng gió đi lên

Với những ưu điểm và nhược điểm đó, phương pháp khí hóa đưa luồng gió

đi lên thường được dùng phục vụ sản xuất đốt cháy bình thường, không phù hợp để

làm nguồn nhiên liệu cung cấp cho máy động cơ máy phát điện

1.2.2.2 Đưa luồng gió xuống dưới

Hình 1.3: Phương pháp khí hóa đưa luồng gió xuống dưới

Không khí được đưa từ vùng cháy và đi qua vùng phản ứng, khí syngas tạo

ra được lấy từ phía dưới đáy lò Trong quá trình tổng hợp, nhiên liệu và không khí

đi cùng chiều xuống dưới nên các axit và những thành phần nhựa sinh ra trong quá trình tổng hợp phải xuyên qua lớp than nóng vì thế nên được chuyển thành CO, CO2

, H2 , CH4 Sản phẩm khí tổng hợp sẽ sạch hơn, hạn chế các thành phần tạp chất

Công nghệ này phát triển để chuyển hóa các loại nguyên liệu nhiều phần chất bốc (như gỗ, biomass), hàm lượng nhựa thấp, phương pháp này rất phù hợp để sản xuất khí syngas chạy phát điện

Ưu điểm: Khí syngas sạch

Nhược điểm: Phương pháp này có hạn chế một số vật liệu và so với phương

pháp đưa luồng gió lên trên thì hiệu suất syngas thấp

1.2.2.3 Đưa luồng gió chéo

Thiết bị khí hóa luồng gió chéo là thiết bị khí hóa đơn giản nhất Các vùng trong lò không sắp xếp từ trên xuống dưới mà sắp xếp từ trái qua phải như trong hình 1.4 Từ trái qua phải là các vùng sấy, vùng nhiệt phân, vùng ôxy hóa, vùng khử, và sản phẩm khí hóa ra ở phía bên kia so với tác nhân khí hóa, tro xỉ nằm ở phía đáy thiết bị khí hóa Giữa nguyên liệu và sản phẩm khí hóa có lưới lọc để tránh

nhiên liệu bị dòng khí cuốn ra ngoài cùng sản phẩm

Vùng sấy Vùng nhiệt phân

Vùng phản ứng

Không khí

Tro

Hình 1.4: Phương pháp khí hóa kiểu luồng gió chéo

Sản phẩm của hệ thống có nhiệt độ cao, hàm lượng nhựa thấp và phù hợp với

hệ thống có năng suất thấp, nhưng trong quá trình nhiệt phân nguyên liệu không hoàn toàn được nhiệt phân hết, có thể có những phần nhiên liệu chưa kịp nhiệt phân

bị rơi xuống vùng xỉ

Được thiết kế như phương pháp đưa luồng gió đi xuống nhưng thay vì O2, không khí đi vào song song với nhiên liệu thì ở phương pháp khí hóa luồng gió chéo là ở bên cạnh

Ưu điểm: Hiệu suất cao gọn nhẹ

Nhược điểm: Không phù hợp với nhiên liệu có nhiều tro

1.2.2.4 Khí hóa tầng sôi

Khí hóa tầng sôi thường dùng kích thước hạt 0,5 – 3 mm, nguyên liệu và gió

đi cùng một hướng từ dưới đáy lò, như vậy nguyên liệu được tiếp xúc ngay với vùng có nhiệt độ cao Quá trình sấy, bán cốc cùng xẩy ra trong vùng này.Lượng chất bốc sinh ra gặp oxy trong gió sẽ cháy hết thành CO2 và H2O, một phần nhỏ khác bị nhiệt phân Với tốc độ gió đạt đến giới hạn sẽ tạo ra lớp sôi của các chất rắn Chế độ sôi có hai chức năng chính đó là cung cấp tác nhân oxy hóa và tạo ra lớp sôi trong thiết bị Quá trình này rất khó điều khiển khi bắt đầu hoặc khi kết thúc Trong

quá trình, hỗn hợp ôxy/hơi nước sẽ được dùng làm tác nhân thổi

Vùng sấy

Vùng nhiệt phân

Vùng phản ứng Vùng cháy

Khí syngas Không khí

Tro

Hình 1.5: Phương pháp khí hóa tầng sôi

Ưu điểm của công nghệ khí hóa tầng sôi:

- Nguyên liệu được liên tục chuyển vào lò khí hóa

- Nhiệt độ trong lò thấp và được phân bố đồng đều theo chiều cao lò

- Khí ra ngoài sạch ít bụi và sản phẩm lỏng

Nhược điểm:

Vì nhiệt độ lò thấp nên khí hóa tầng sôi hạn chế chỉ thửch hợp sử dụng ở một

số nguyên liệu như sinh khối, than bùn, than nâu vì điểm nóng chảy thấp và dễ phản

ứng

1.2.3 Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối

Trong thử nghiệm ta sử dụng phương pháp đưa luồng gió xuống dưới với ưu điểm là cho khí syngas sạch và phù hợp với các nhiên liệu sẵn có, thiết kế đơn giản.Sơ đồ của hệ thống khsi hóa sinh khối dùng trong thử nghiệm được trình bày trong hình 1.6 Các thiết bị chính trong hệ thống bao gồm:

- Hệ thống cung cấp gió : Dùng quạt thổi cấp không khí vào trong lò với công suất 2,2kW Ống góp có đồng hồ đo áp suất và các van chặn

- Thiết bị khí hóa: Nhiệm vụ cung cấp nguyên liệu sinh khối, khí hóa nguồn nguyên liệu sinh khối tạo ra khí tổng hợp

- Thiết bị lọc bụi và thiết bị tách và giữ tro: có nhiệm vụ lọc bụi và tách tro trong sản phẩm khí, làm sạch nguồn khí tổng hợp trước khi được đưa vào sử dụng

- Thiết bị làm nguội và rửa khí: Thiết bị có nhiệm vụ làm nguội và làm sạch sản phẩm khí trước khi sản phẩm được cấp cho động cơ máy phát Thiết bị này được lắp sau thiết bị lọc bụi và tách giữ tro Nếu sử dụng sản phẩm khí cho sản xuất thì sản phẩm khí có thể dùng trực tiếp không cần qua thiết bị này

Hình 1.6-1: Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối bằng phương pháp đưa luồng gió

xuống dưới cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện

Hình 1.6-2: Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối bằng phương pháp đưa luồng gió

xuống dưới cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện

lấy mẫu đo phân tích

Khí syngas từ thiết

bị tách và giữ tar

Bảng 1.2: Các chỉ tiêu kỹ thuật và thông số của hệ thống khí hóa sinh khối

Nguyên liệu

Viên nén mùn cưa, củi, trấu, gỗ vụn, dăm mảnh, vỏ cà phê, vỏ hạt điều… Mức tiêu hao nhiên liệu 100kg/h

Thành phần cơ bản của hỗn hợp khí sau

1.2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống khí hóa

Nguyên liệu sinh khối ban đầu (viên nén mùn cưa, củi trấu, gỗ vụn, dăm mảnh cây keo, vỏ cà phê, vỏ hạt điều ) được xử lý sơ bộ và được đưa vào thiết bị khí hóa, lúc này thiết bị mồi lửa được khởi động làm duy trì quá trình cháy ban đầu cho nguyên liệu, sau đó quạt thổi gió được khởi động nhằm cung cấp lượng oxy cho quá trình cháy, đồng thời thiết bị mồi lửa được ngừng Nguyên liệu lần lượt trải qua

4 giai đoạn trong thiết bị khí hóa gồm: sấy khô, nhiệt phân, đốt cháy, khí hóa Phần tro sẽ được tháo liên tục qua cơ cấu tháo tro Hỗn hợp khí tạo ra gồm CO, CO2, H2, CH4 và hàm lượng nhựa và bụi lần lượt được đi vào các cyclone, tại đây bụi và một số nhựa được loại bỏ Khí ra khỏi cyclone với nhiệt độ vào khoảng 300oC sẽ được tận dụng nhiệt để trao đổi nhiệt với gió vào Nếu phục vụ sản xuất nhiệt thì hỗn hợp khí sẽ được đốt trực tiếp để cung cấp nhiệt cho lò hơi, sấy gỗ, sấy nông sản

Để phát điện cho động cơ diesen, hỗn hợp khí sẽ tiếp tục được qua thiết bị rửa khí để hạ nhiệt độ xuống 45oC và tiếp tục đi vào thiết bị hấp phụ tách triệt để hàm ẩm trong hỗn hợp khí Hỗn hợp khí sau khi làm sạch sẽ được đưa vào động cơ đốt trong (động cơ diesel hoặc động cơ xăng) để sản xuất điện năng…

1.3 Đánh giá chất lượng của khí tổng hợp

Bảng 1.3: Thành phần cơ bản của hỗn hợp khí sau khí hóa

CO (%) CO2 (%) CH4(%) H2(%) N2(%) Than củi 30,00 1,52 1,68 6,80 60,00 Trấu 16,10 27,53 0,95 5,60 50,00 Rơm rạ 15,20 12,70 0,65 11,45 60,00 Thành phần phần trăm của các khí tổng hợp khi sử dụng là khác nhau phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và công nghệ khí hóa

Bảng 1.4: Chỉ tiêu về môi trường

TT Chỉ tiêu Phương pháp thử Giới hạn theo

tiêu chuẩn

Kết quả thực tế

1.4.1 Sử dụng khí tổng hợp trong đốt cháy sinh nhiệt

Công nghệ khí hóa tổng hợp hiện nay được sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp và đời sống nhưng chủ yếu trong đốt cháy sinh nhiệt

Ứng dụng trong sinh hoạt

Hình 1.7: Bếp trấu hóa gas

Ứng dụng trong công nghiệp và sản suất

Công nghệ khí hóa gas đang bước đầu được ứng dụng vào sản xuất và công nghiệp như sấy nông sản, mủ cao su, đốt lò hơi, sản xuất điện năng…

1.4.2 Sử dụng khí tổng hợp trong công nghiệp hóa chất

Khí tổng hợp được sử dụng như một nguồn nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất nhằm sản xuất các chất liệu tổng hợp, phân bón và các dung môi

Methanol được sản xuất từ khí tổng hợp Đây là một trong những chất cơ bản quan trọng nhất trong nghành công nghiệp hóa chất để sản xuất các dung môi, và một phần cho sản xuất nhiên liệu thay thế như xăng sinh học

Hình 1.8: Keo là một trong hàng trăm sản phẩm với nguồn gốc từ methanol

Amoniac cũng là một trong những sản phẩm của công nghiệp hóa chất được tổng hợp từ khí tổng hợp Amoniac là cơ sở cho phân bón nitơ, bao gồm cả phân bón amoni, nitrat và urê Các loại phân này đóng một vai trò quan trọng trong ngành nông nghiệp

Amoniac cũng là nguyên liệu để tổng hợp hầu hết các hợp chất có chứa nitơ bao gồm các hợp chất amin và nitro Amoniac đóng một vai trò quan trọng trong việc sản xuất các chất dẻo như nylon và polyurethane

Hình 1.9: Amoniac là cơ sở cho phân bón nitơ

Hydro sản xuất từ khí tổng hợp không chỉ đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất amoniac Nó cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp nhà máy lọc dầu

để trích xuất diesel và xăng dầu từ dầu thô Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong một lượng lớn các phản ứng hydro hóa Hydrogen được sử dụng nhiều để sản xuất pin nhiên liệu Ngoài ra Hidro còn được sử dụng như là một nguồn nhiên liệu sạch thân thiện với môi trường và đang được sử dụng rộng rãi tại các nước đang phát triển

1.4.3 Sử dụng khí tổng hợp làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong

Ứng dụng khí tổng hợp làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong đang dần được nghiên cứu, thử nghiệm và phát triển Tiềm năng ứng dụng của khí tổng hợp làm nhiên liệu thay thế sử dụng trong động cơ đốt trong là rất lớn

Hình 1.10: Xe ô tô sử dụng nhiên liệu là khí tổng hợp ở Anh

1.5 Tình hình sử dụng khí tổng hợp trên thế giới và ở Việt Nam

1.5.1 Tình hình sử dụng khí tổng hợp trên thế giới

Trên thế giới hiện nay, nguồn khí tổng hợp được sản xuất từ nhiều nguồn, từ sinh khối, rác thải, từ khai thác mỏ dầu, mỏ khí Phần lớn nguồn khí tổng hợp trên được phục vụ cho công nghiệp hóa chất, sản xuất Hidro, sản xuất NH3… phần còn lại được sử dụng để phục vụ sinh hoạt như sưởi ấm, sản xuất điện năng Việc sử dụng khí tổng hợp cho động cơ đốt trong cũng đang được nghiên cứu và phát triển

và cũng đã đạt được những thành tựu nhất định

1.5.2 Tình hình sử dụng khí tổng hợp tại Việt Nam

Theo số liệu từ Vụ Năng lượng mới và Năng lượng tái tạo (Tổng cục Năng lượng, Bộ Công Thương), Việt Nam có nguồn sinh khối khá dồi dào (vật liệu lấy từ cây cỏ, phụ phẩm nông nghiệp) từ khu vực nông thôn để thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống Tiềm năng các nguồn này theo đánh giá của Viện năng lượng được trình bày trong bảng sau

Bảng1.5: Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp

Nguồn cung cấp Tiềm năng

Bảng 1.6: Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng

Nguồn cung cấp

Tiềm năng (triệu tấn)

Quy dầu tương đương

(triệu tấn)

Tỷ lệ (%)

Mô hình sử dụng sinh khối tiêu biểu nhất từ trước đến nay ở nước ta là hầm ủ tạo khí biogas sử dụng rơm rạ, bã mía hoặc phân gia súc Tuy vậy, mô hình này mới chỉ đáp ứng nhu cầu đun nấu trong hộ gia đình, vẫn chưa tận dụng triệt để giá trị của sinh khối mang lại Việc sử dụng mô hình khí hóa sinh khối trong sản xuất và đới sống chưa thực sự phổ biến

Ở nước ta hiện nay khí tổng chủ yếu được sử dụng trong nghành công nghiệp hóa chất nhằm phục vụ nhu cầu sản xuất nhiều sản phẩm hóa chất quan trọng như amoniac, phân urê, các sản phẩm hữu cơ Mô hình khí hóa sinh khối sử dụng cho nhu cầu đốt cháy sinh nhiệt cũng khá phổ biến Phổ biến nhất đó là bếp khí hóa được phổ biến rộng rãi và được nhiều người dân sử dụng

Hình 1.11: Bếp khí hóa dùng cho hộ gia đình và các bếp ăn công nghiệp

Khí hóa sinh khối đã bước đầu được ứng dụng nhiều trong sản xuất nhiệt và điện Việc sử dụng nguồn năng lượng này ngày càng được cải thiện về tính hiệu quả

và các yếu tố ảnh hưởng tới môi trường Tiêu biểu là nhà máy gạch Tân Mai đã sử dụng hệ thống khí hóa trong chu trình sản suất của mình đã đạt hiệu quả cao tích kiệm chi phí sản xuất giảm ô nhiễm môi trường Hiệu quả cao nhưng hiện nay ứng dụng khí hóa vào sản xuất công nghiệp chưa thật sự phổ biến do chi phí đầu tư ban đầu cao

Hình 1.12: Công ty Tân Mai ứng dụng công nghệ khí hóa vào sản xuất gạch gốm

Trong sản xuất điện từ năng lượng sinh khối, một số dự án tiêu biểu tại Việt Nam là sản xuất điện đồng phát từ bã mía, sản xuất điện đồng phát từ trấu và sản xuất điện từ trấu Cụ thể là:

1) Nhà máy sản xuất đồng phát nhiệt và điện sử dụng bã mía (đồng phát đốt bã mía) của khoảng 40 công ty sản xuất đường trên toàn quốc trong số đó đa phần là các nhà máy Việt nam và một số nhà máy nước ngoài

2) Sản xuất điện từ trấu ở TP Cần Thơ và Tỉnh An Giang

3) Sản xuất điện và nhiệt đồng phát từ trấu ở TP Cần Thơ

4) Sản xuất khí từ trấu để cung cấp nhiệt cho sản xuất gốm sứ và ngói ở tỉnh Đồng Tháp

1.6 Kết luận chương 1

Việc sử dụng nguồn nhiên liệu khí tổng hợp từ sinh khối đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, việc sử dụng nguồn nhiên liệu khí tổng hợp từ sinh khối dung trong động cơ đốt trong đang được các nhà khoa học phát triển và đã có nhiều thành công Ở nước ta hiện nay việc sử dụng khí tổng hợp sản xuất từ sinh khối làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong đang nằm trong giai đoạn nghiên cứu bước đầu và cũng thu được kết quả nhất định hứa hẹn nhiều thành công

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ

TỔNG HỢP CHO ĐỘNG CƠ MÁY PHÁT ĐIỆN

2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện

Hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ diesel được xây dựng dựa theo phương pháp hòa trộn đơn giản, không sử dụng tới bộ hòa trộn không khí Sau đây

là sơ đồ cấu tạo của hệ thống cung cấp khí tổng hợp

Hình 2.1:Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ 1: Động cơ; 2: Đường ống cấp khí tổng hợp; 3:Đường ống nạp động cơ cảm biến lưu lượng không khí nạp; 4:Thiết bị đo tốc độ khí syngas; 5:Van đóng ngắt đường cấp khí tổng hợp; 6:Cảm biến lưu lượng khí nạp; 7:Van điều chỉnh lưu lượng khí tổng hợp; 8: Bầu lọc không khí; 9,10: Cảm biến nhiệt độ khí tổng hợp và hỗn hợp khí nạp;11: Cảm biến áp suất hỗn hợp khí nạp; 12: Đường ống xả

6

8

9 7 5

3

2

1 4

Đường không khí nạp đi vào Đường khí tổng

hợp đi vào

2.1.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống

Đường ống cung cấp khí tổng hợp (2) được hàn lắp với đường ống nạp (1) của động cơ Đường ống nạp (3) của động cơ được chế tạo có đường kính lớn hơn rất nhiều so với đường ống cung cấp khí tổng hợp (2) để đảm bảo hòa trộn tốt nhất giữa khí syngas và không khí nạp

Do chân không trong buồng đốt, không khí nạp được hút vào động cơ qua đường ống nạp (1), đồng thời khí syngas qua đường ống (2) đi vào đường nạp của động cơ, tại đây không khí và khí syngas được hòa trộn lại và được cung cấp cho động cơ

Việc điều chỉnh lưu lượng khí syngas cấp cho động cơ được thực hiện bằng cách thay đổi độ mở của van (7) Việc tính toán lưu lượng khí syngas cấp cho động

cơ được dựa trên việc đo tốc độ dòng khí syngas đi qua đường ống bằng thiết bị đo tốc độ gió (4)

2.1.2 Các chi tiết chính trong hệ thống

a) Van đóng mở đường cung cấp khí tổng hợp và van điều chỉnh lưu lượng

Van khí (5) có nhiệm vụ đóng hoặc mở đường cung cấp khí syngas cho động

cơ Van điều chỉnh lưu lượng (7) có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng khí tổng hợp qua đó điều chỉnh lượng khí tổng hợp cung cấp cho động cơ

Van được sử dụng là loại van bitay gạt, van làm bằng đồng lắp ren Van chuyên sử dụng cho khí nén, nước hoặc dầu

Hình 2.2:Van bi tay gạt DOVA

Thông số kỹ thuật

- Đường ren tiêu chuẩn: BS

- Áp lực làm việc Max: 10Bar ~ 10Kg/cm2

- Nhiệt độ làm việc Max: 120oC

- Xuất xứ: Việt Nam

Cỡ van

(mm)

ФA(mm) B(mm) C(mm) D(mm) E(mm) SW(mm)

Trọng lượng (g)

b) Thiết bị đo tốc độ khí tổng hợp

Thiết bị đo tốc độ gió có nhiệm vụ đo tốc độ khí tổng hợp trong đường ống cung cấp cho động cơ kết hợp với nhiệt độ khí tổng hợp đo được qua đó tính toán được lượng khí tổng hợp cấp cho động cơ nhằm phục vụ cho quá trính thử nghiệm à

mô phỏng Thiết bị đo tốc độ gió được sử dụng là loại cánh quạt với ưu điểm là có

độ nhạy cao cho kết quả có độ chính xác cao, có nhiều chế độ nhớ và hiển thị, giá thành hạ

Nguyên lý làm việc:

Dòng khí đi qua đường ống sẽ làm quay cánh quạt của cảm biến và sẽ tạo ra một điện áp đầu ra Tùy vào tốc độ gió qua đường ống mà tốc độ cánh quạt thay đổi làm thay đổi điện áp đầu ra của cảm biến qua đó máy sẽ tính toán được tốc độ của dòng khí trong đường ống

Hình 2.3:Máy đo lưu lượng

Tốc độ gió

0,40 to 30,00 m/s 1,4 to 108,0 km/h

80 to 5906 ft/min 0,9 to 67,2 mph 0,8 to 58,3 knots

0,01 m/s ± 3% m/s 0,1 km/h ± 3% km/h

1 ft/min ± 3% ft/min 0,1 mph ± 3% mph 0,1 knots ± 3% knots Nhiệt độ không khí 14 đến 140°F (-10 to 60°C) 0,1°F / °C ±6,0°F (3°C)

Lưu lượng gió 0 đến 9999 CMM (M³/min)

0 đến 9999 CFM (ft³/min)

0,1 0,1

c) Cảm biến nhiệt độ khí tổng hợp và cảm biến nhiệt độ hỗn hợp khí nạp

Cảm biến nhiệt độ khí tổng hợp và cảm biến nhiệt độ hỗn hợp khí nạp đưa thông số thực nghiệm về nhiệt độ khí tổng hợp và nhiệt độ hỗn hợp khí nạp trong quá trình thử nghiệm và tính toán thành phần phần trăm của khí tổng hợp và khí nạp Cảm biến nhiệt độ được dùng là loại cặp nhiệt điện với ưu điểm là độ chính xác cao

Nguyên lý của cảm biến cặp nhiệt điện

Hình 2.4: Cấu tạo của cảm biến cặp nhiệt điện

Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ) Khi có sự chênh lệch nhiệt

độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra một sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T

Hình 2.5:Máy đo nhiệt độ Lutron-TM920C và cảm biến nhiệt độ

Đặc tính sản phẩm:

Có thể được sử dụng với bất kỳ tiêu chuẩn kiểu K (NiCr-NiAl)

Hỗ trợ việc sử dụng các cảm biến thửch hợp cho kiểu K thăm dò

Màn hình LCD hiển thị rõ ràng, độ chính xác cao

Kết cấu vững chắc, trọng lượng nhẹ

Cảm biến áp suất hỗn hợp khí nạp được sử dụng là loại cảm biến áp suất điện

tử Tùy theo áp suất đặt lên đầu đo làm thay đổi điện áp đầu ra của cảm biến qua đó tính toán được áp suất trong đường ống nạp và hiển thị kết quả đo Ưu điểm của cảm biến áp suất điện tử là độ nhạy cao, cho kết quả có độ chính xác cao.Cảm biến

áp suất điện tử có nhiều loại như cảm biến loại áp điện, cảm biến loại điện dung, cảm biến loại điện trở

Hình 2.6: Cảm biến áp suất đường ống nạp 1: Đầu nối với đường ống nạp; 2: LED hiển thị kết quả đo

1

2