1 CHƯƠNG 1: 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Nhiên liệu sử dụng Nhiên liệu vật liệu có khả cung cấp nhiệt lượng Trong tự nhiên, nhiên liệu tồn ba trạng thái: rắn, lỏng khí Nhiên liệu rắn gồm: thực vật phế thải, gỗ than gỗ, than dạng khác như: than đá, than bùn Nhiên liệu lỏng gồm: dầu mỏ sản phẩm từ dầu mỏ: xăng, dầu DO, dầu FO… Nhiên liệu khí gồm: khí thiên nhiên; khí sản xuất từ cơng nghiệp như: khí than (CO), khí tổng hợp, khí metan từ bùn ao từ sinh khối, khí hóa lỏng (LPG) 1.1.1 Các tính chất nhiên liệu Nhiệt độ bốc cháy nhiên liệu Là nhiệt độ thân nhiên liệu bắt đầu xảy cháy Nhiệt độ bốc cháy nhiên liệu phụ thuộc vào chất nhiên liệu mơi trường tiến hành xác định nhiệt độ bốc cháy nhiên liệu Bảng 1:Nhiệt độ bốc cháy (C) số nhiên liệu khí Nhiên liệu Trong khơng khí Trong khí oxi Metan 580 506 Etan 472 432 Xăng (OC73) 300 290 Dầu điezen (chỉ số xetan 60) 247 242 Hiđrosunfua 292 220 Ảnh hưởng áp suất đến nhiệt độ cháy Hình 1: Ảnh hưởng áp suất đến nhiệt độ cháy Giới hạn cháy (giới hạn nổ) Là khoảng giới hạn nồng độ nhiên liệu khí để trì cháy Giới hạn dưới: tỉ lệ nhỏ nhiên liệu có khả truyền cháy liên tục Giới hạn trên: tỉ lệ lớn nhiên liệu có khả truyền cháy liên tục Bảng 2: Các giới hạn tính dễ cháy nhiên liệu khí lỏng nhiệt độ áp suất khí (theo % thể tích) khơng khí Loại khí Giới hạn Giới hạn Khí lò (CO) 35 74 Khí thiên nhiên 4,8 13,5 Dầu mỏ 1,4 6,0 Benzen 1,4 7,4 Cồn etylic 3,6 18 Tốc độ truyền lửa Tốc độ truyền lửa qua hỗn hợp nhiên liệu khí/khơng khí có vai trò quan trọng xây dựng lò đốt khơng gian cháy Tốc độ q cao gây nên q nóng lò hay q nóng cục bộ, tốc độ thấp dẫn đến tắt lửa Tốc độ truyền lửa bị ảnh hưởng nhiên liệu cháy dạng buồng đốt Hình 2: Tốc độ chuyển động lửa nhiên liệu khí khơng khí Nhiệt độ lửa Nhiệt độ lửa quan trọng đốt nóng khí nhiệt độ lửa cao tốc độ đốt nóng nhanh nhiệt độ lửa cao hiệu nhiệt trình lớn Bảng 3: Nhiệt độ lửa số nhiên liệu khí Nhiên liệu khí Nhiệt trị (cal/l) Nhiệt độ lửa (C) Khí hiđro 2847 2045 Metan 8854 1880 CO 2830 1950 Sự cháy nhiên liệu Phương trình cháy tổng quát: Cn H mOr (n m r m )O2 nCO2 H 2O 2 Sự cháy hoàn toàn: Nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn sản phẩm cháy chất sau: CO2, H2O, SO2 N2 Thể tích oxi hay khơng khí cần thiết để đốt cháy khối lượng cho nhiên liệu chứa: C% cacbon, H% hiđro, O% oxi, S% lưu huỳnh, tất theo khối lượng, cho CO2, H2O SO2 xác định theo biểu thức sau: C H S O m /kg nhiên liệu 12 32 32 Thể tích oxi: Voxi 0.0224 C H S O m /kg nhiên liệu 12 32 32 Thể tích khơng khí Vkk 1.067 Sự cháy khơng hồn tồn: Nhiên liệu bị đốt cháy khơng hồn tồn sản phẩm cháy chất sau: CO2, H2O, SO2, N2 CO Hình 3: Sự biến đổi thành phần khí cháy đốt nhiên liệu theo thay đổi lượng khơng khí Lượng khơng khí dư thay đổi từ 10% thiết bị cơng nghiệp có cơng suất lớn dùng khí hay nhiên liệu lỏng từ 10 50% thiết bị dùng than Năng suất tỏa nhiệt (nhiệt trị nhiên liệu) Nhiệt trị nhiên liệu lượng nhiệt giải phóng cháy hồn tồn với oxi ngưng tụ sản phẩm tới nhiệt độ xác định Các giá trị biểu thị đơn vị nhiệt tiêu chuẩn (cal/g, J/g) nhiên liệu rắn lỏng Nhiệt trị khí biểu thị số đơn vị nhiệt giải phóng đốt cháy đơn vị thể tích khí áp suất khơng đổi Đơn vị nhiệt tiêu chuẩn kcal/m3 Nhiệt trị khí xác định nhiệt độ chuẩn, khơng khí khí đưa nhiệt độ chuẩn, sản phẩm cháy làm lạnh tới nhiệt độ này, trình cháy phải xảy hồn tồn, nghĩa sản phẩm có CO2, SO2, H2O N2 1.1.2 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ Thành phần dầu thơ Cacbon 74,5 87,1, trung bình 84,5 Lưu huỳnh 0,1 3,5 Hiđro 11,5 14,5, trung bình 12,5 Nitơ, oxi 0,1 0,5 Quy trình sản xuất dầu Hình 4: Sơ đồ tách dầu thô thành phân đoạn nhiên liệu khác 1.1.3 Phụ gia cho nhiên liệu Chất phụ gia tẩy rửa chống đông đặc Chất phụ gia tăng cường độ chảy rót Chất phụ gia kìm hãm oxi hố, ăn mòn lão hóa Chất phụ gia khống chế phát thải, khói giúp đỡ cháy Chất phụ gia chống kích nổ Chất phụ gia chống tích điện, diệt khuẩn, màu phụ gia nhũ hoá 1.1.4 Yêu cầu nhiên liệu động đốt Có nhiệt trị lớn Có thơng số vật lý phù hợp với động sử dụng Có độ ổn định cao, không bị biến chất thời gian dài Khơng chứa lẫn nước, tạp chất học Có lượng dự trữ lớn, giá thành rẻ Vấn đề sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối đơn giản an tồn 1.2 Phương tiện giao thơng 1.3 Vấn nạn nhiễm môi trường 1.3.1 Các chất gây ô nhiễm khí xả động đốt Khí xả động đốt ln có chứa hàm lượng đáng kể chất độc hại oxyde nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung NOx), monoxyde carbon (CO), hydrocarbure chưa cháy (HC) hạt rắn, đặc biệt bồ hóng Nồng độ chất nhiễm khí xả phụ thuộc vào loại động chế độ vận hành Ở động Diesel, nồng độ CO bé, nồng độ HC khoảng 20% nồng độ HC động xăng nồng độ NOx hai loại động tương đương Trái lại, bồ hóng chất nhiễm quan trọng khí xả động Diesel, hàm lượng khơng đáng kể khí xả động xăng Những tạp chất, đặc biệt lưu huỳnh, chất phụ gia nhiên liệu có ảnh hưởng đến thành phần chất ô nhiễm sản phẩm cháy Thông thường xăng thương mại có chứa khoảng 600ppm (part per million) lưu huỳnh Thành phần lưu huỳnh lên đến 0,5% dầu Diesel Trong trình cháy, lưu huỳnh bị oxy hố thành SO2, sau phận SO2 bị oxy hố tiếp thành SO3, chất kết hợp với nước để tạo H 2SO4 Mặt khác, để tăng tính chống kích nổ nhiên liệu, người ta pha thêm Thétrắtyle chì Pb(C2H5)4 vào xăng Sau cháy, hạt chì có đường kính cực bé theo khí xả, lơ lửng khơng khí trở thành chất nhiễm bầu khí quyển, khu vực thành phố có mật độ giao thông cao 1.3.2 Ảnh hưởng chất ô nhiễm Đối với sức khỏe người: - CO: Monoxyde carbon sản phẩm khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, sinh xy hố khơng hồn toàn carbon nhiên liệu điều kiện thiếu oxygène CO ngăn cản dịch chuyển hồng cầu máu làm cho phận thể bị thiếu oxygène Nạn nhân bị tử vong 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO khơng khí lớn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO gây nguy hiểm lâu dài người: 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn tỉ số lên đến 50%, não người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh - NOx: NOx họ oxyde nitơ, NO chiếm đại phận NOx hình thành N2 tác dụng với O2 điều kiện nhiệt độ cao (vượt 1100C) Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, sở để tạo dioxyde nitơ (x=2) NO2 chất khí màu hồng, có mùi, khứu giác phát nồng độ khơng khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 chất khó hòa tan, theo đường hơ hấp sâu vào phổi gây viêm làm hủy hoại tế bào quan hô hấp Nạn nhân bị ngủ, ho, khó thở Protoxyde nitơ N2O chất sở tạo ozone hạ tầng khí - Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt khí thải q trình cháy khơng hồn tồn hỗn hợp giàu, tượng cháy khơng bình thường Chúng gây tác hại đến sức khỏe người chủ yếu hydrocarbure thơm Từ lâu người ta xác định vai trò benzen bệnh ung thư máu (leucémie) nồng độ lớn 40ppm gây rối loạn hệ thần kinh nồng độ lớn 1g/m3, đơi nguyên nhân gây bệnh gan - SO2: Oxyde lưu huỳnh chất háu nước, dễ hòa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 muối amonium theo đường hô hấp vào sâu phổi Mặt khác, SO2 làm giảm khả đề kháng thể làm tăng cường độ tác hại chất ô nhiễm khác nạn nhân - Bồ hóng: Bồ hóng chất nhiễm đặc biệt quan trọng khí xả động Diesel Nó tồn dạng hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên dễ xâm nhập sâu vào phổi Sự nguy hiểm bồ hóng, ngồi việc gây trở ngại cho quan hơ hấp tạp chất học khác có mặt khơng khí, nguyên nhân gây bệnh ung thư hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ bề mặt chúng qua trình hình thành - Chì: Chì có mặt khí xả Thétrắtyl chì Pb(C2H5)4 pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ nhiên liệu Sự pha trộn chất phụ gia vào xăng đề tài bàn cãi giới khoa học Chì khí xả động tồn dạng hạt có đường kính cực bé nên dễ xâm nhập vào thể qua da theo đường hô hấp Khi vào thể, khoảng từ 30 đến 40% lượng chì vào máu Sự hiện chì gây xáo trộn trao đổi ion não, gây trở ngại cho tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, đặc biệt nữa, tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Chì bắt đầu gây nguy hiểm người nồng độ máu vượt 200 đến 250mg/lít Đối với mơi trường Gây tượng hiệu ứng nhà kính: Sự diện chất ô nhiễm, đặc biệt chất khí gây hiệu ứng nhà kính, khơng khí trước hết ảnh hưởng đến q trình cân nhiệt bầu khí Trong số chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO2 thành phần sản phẩm cháy nhiên liệu có chứa thành phần carbon Bức xạ mặt trời Bức xạ mặt đất Bức xạ mặt trời Bức xạ mặt đất Lớp khí gây hiệu ứng nhà kính Hình 5: Hiệu ứng nhà kính Gây lủng tầng Ozon: Sự gia tăng NOx, đặc biệt protoxyde nitơ N2O có nguy làm gia tăng hủy hoại lớp ozone thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da gây đột biến sinh học, đặc biệt đột biến sinh vi trùng có khả làm lây lan bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sống sinh vật trái đất Mặt khác, chất khí có tính acide SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide nitric hòa tan mưa, tuyết, sương mù làm hủy hoại thảm thực vật mặt đất (mưa acide) gây ăn mòn cơng trình kim loại TÀI LIỆU THAM KHẢO Văn Thị Bông 2006 Nhiên liệu dầu mỡ chất lỏng chuyên dùng Trường đại học Bách Khoa TP HCM Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Thanh Hải Tùng 1999 Ơtơ nhiễm mơi trường NXB Giáo Dục Hoa Hữu Thu 2007 Nhiên liệu dầu khí NXB đại học quốc gia Hà Nội ... hạn dưới: tỉ lệ nhỏ nhiên liệu có khả truyền cháy liên tục Giới hạn trên: tỉ lệ lớn nhiên liệu có khả truyền cháy liên tục Bảng 2: Các giới hạn tính dễ cháy nhiên liệu khí lỏng nhiệt độ áp... 2 Sự cháy hoàn toàn: Nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn sản phẩm cháy chất sau: CO2, H2O, SO2 N2 Thể tích oxi hay khơng khí cần thiết để đốt cháy khối lượng cho nhiên liệu chứa: C% cacbon, H% hiđro,... tất theo khối lượng, cho CO2, H2O SO2 xác định theo biểu thức sau: C H S O m /kg nhiên liệu 12 32 32 Thể tích oxi: Voxi 0.0224 C H S O m /kg nhiên liệu 12 32 32 Thể