NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG HAI NHIÊN LIỆU BIOGAS/DIESEL TRÊN CƠ SỞ ĐỘNG CƠ MỘT XI LANH TĨNH TẠI . LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lê Minh Tiến NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG HAI NHIÊN LIỆU BIOGAS/DIESEL TRÊN CƠ SỞ ĐỘNG CƠ MỘT XI LANH TĨNH TẠI Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT Mã số: 62 52 34 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2013 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học I: PGS.TS Trần Văn Nam Người hướng dẫn khoa học II: GS.TSKH Bùi Văn Ga Phản biện 1: PGS.TS Phạm Xuân Mai Phản biện 2: PGS.TS Đào Trọng Thắng Phản biện 3: TS Phùng Xuân Thọ Luận án bảo vệ Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Động nhiệt họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 18 tháng 01 năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Tư liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Để đáp ứng nhu cầu đa dạng việc ứng dụng biogas động đốt trong, giải pháp công nghệ chuyển đổi động truyền thống sang sử dụng biogas cần thỏa mãn điều kiện sau: mang tính vạn cao; chuyển đổi động sang chạy biogas, chất trình công tác kết cấu hệ thống động nguyên thủy không thay đổi, nghĩa không chạy biogas, động sử dụng lại xăng, dầu trước cải tạo; phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu cho động sang chạy biogas phải có độ tin cậy cao, dễ lắp đặt, vận hành, giá thành thấp, phù hợp với điều kiện sử dụng vùng nông thôn, trang trại Vì việc nghiên cứu cách bản, thiết kế động sử dụng biogas để chế tạo hoàn thiện cung cấp cho thị trường để người sử dụng mua sử dụng với chi phí hợp lý độ tin cậy thiết bị cao nhu cầu cấp thiết Do “Nghiên cứu thiết kế chế tạo động sử dụng hai nhiên liệu biogas/diesel sở động xi lanh tĩnh tại” đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết kế động sử dụng hai nhiên liệu biogas diesel dựa mẫu động diesel sản xuất nước Sản phẩm nghiên cứu động mẫu sử dụng diesel truyền thống sử dụng biogas theo phương thức nhiên liệu kép, đánh lửa tia phun mồi diesel GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung nghiên cứu nâng cấp thiết kế động diesel Vikyno EV2600-NB thành động hai nhiên liệu biogas/diesel với nội dung chính: - Nghiên cứu q trình cháy hai nhiên liệu biogas/diesel; - Nghiên cứu chế tạo tạo hỗn hợp biogas/khơng khí; - Tính tốn điều tốc bổ sung để điều chỉnh tạo hỗn hợp cách tự động PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kết hợp nghiên cứu lý thuyết mơ hình hóa thực nghiệm để xác định thông số tối ưu hệ thống thiết kế bổ sung - Nghiên cứu lý thuyết mơ hình hóa: nghiên cứu dịng chảy rối hỗn hợp biogas-khơng khí qua tạo hỗn hợp buồng cháy động để xác lập đường đặc tính tạo hỗn hợp; nghiên cứu mơ hình hóa q trình cháy hỗn hợp biogas-khơng khí đánh lửa tia phun mồi để dự đoán tính kinh tế-kỹ thuật động ứng với chế độ vận hành thành phần nhiên liệu khác Kết mơ hình hóa giúp ta giảm bớt chi phí thực nghiệm - Nghiên cứu thực nghiệm: Đo đạc tính động băng thử công suất chạy diesel chạy biogas đánh lửa tia phun mồi; nghiên cứu thực nghiệm đường đặc tính điều tốc biogas; so sánh kết cho mơ hình hóa thực nghiệm Trên sở kết nghiên cứu lý thuyết, mơ hình hóa thực nghiệm nghiên cứu nâng cấp thiết kế động diesel Vikyno EV2600-NB thành động compact hai nhiên liệu biogas/diesel Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN 5.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC Đề tài góp phần nghiên cứu chuyên sâu động hai nhiên liệu sử dụng biogas/diesel Việt Nam 5.2 Ý NGHĨA THỰC TIỄN Đề tài góp phần tạo sản phẩm thiết thực, đáp ứng kịp thời nhu cầu đời sống kinh tế xã hội CẤU TRÚC NỘI DUNG LUẬN ÁN Nội dung luận án gồm phần: - Phần Mở đầu; - Phần Nội dung: bao gồm chương; - Phần Kết luận chung hướng phát triển NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN - Thiết kế chế tạo thành công tạo hỗn hợp kiểu venturi cho động Vikyno EV2600 NB làm việc chế độ hai nhiên liệu biogas/diesel - Ứng dụng phần mềm Fluent mơ q trình cháy động sử dụng hai nhiên liệu biogas/diesel - Trên sở tính tốn mơ xác định độ mở tối đa van biogas phù hợp theo hàm lượng CH4 biogas - Thiết kế điều tốc biogas đặt bên động Vikyno EV2600NB sử dụng hai nhiên liệu biogas/diesel - Xác định góc phun sớm 300 trước điểm chết phù hợp cho động Vikyno EV2600-NB chế độ 2000v/ph, hàm lượng CH4 70% theo thể tích biogas Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG VÀ MƠI TRƯỜNG 1.1.1 Nhiên liệu hóa thạch bùng nổ khí hậu Sự gia tăng nồng độ chất khí gây hiệu ứng nhà kính môi trường nguyên nhân làm gia tăng nhiệt độ bầu khí gây tượng ấm dần lên tồn cầu Khơng có cịn nghi ngờ thủ phạm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính từ sản phẩm cháy nhiên liệu hóa thạch Khi nhiệt độ khí tăng vượt giá trị ngưỡng tiếp tục tăng nhanh đến đạt giá trị cực Hình 1.1: Con người khai thác nhiên liệu hóa thạch đại Hiện tượng gọi bùng nổ khí hậu Việt Nam năm quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề biến đổi khí hậu Khi mực nước biển dâng lên 1m, phận đồng sông Hồng châu thổ sông Cửu Long bị ngập; Khi mực nước biển dâng lên 2m, phần lớn vùng đất bị ngập nước mực nước Hình 1.7: Bản đồ ngập mặn biển dâng lên 3m tồn nước biển dâng Việt Nam vùng đồng sông Hồng vùng châu thổ Sông Cửu Long, kể Thành phố Hồ Chí Minh, nằm mặt nước biển 1.1.2 Nhiên liệu thay có nguồn gốc từ lượng mặt trời Trong nguồn nhiên liệu thay thế, biogas nguồn lượng tái sinh tiềm có nguồn gốc từ mặt trời Việc sử dụng lượng không làm tăng nồng độ chất khí gây hiệu ứng nhà kính bầu khí 1.2 NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.2.1 Tính chất biogas 1.2.2 Yêu cầu chất lượng biogas để làm nhiên liệu cho động đốt Tùy thuộc vào hàm lượng cho phép tạp chất biogas thiết bị sử dụng, có phương án lọc khác Hình 1.10: Yêu cầu lọc biogas phương tiện sử dụng khác Đối với biogas dùng làm nhiên liệu chạy động đốt để phát điện, phải lọc H2O, hạt rắn H2S 1.2.3 Công nghệ lọc tạp chất biogas Việt Nam 1.2.4 Chỉ số mêtan biogas 1.3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.3.1 Nghiên cứu ứng dụng biogas giới 1.3.2 Nghiên cứu ứng dụng biogas Việt Nam GS Bùi Văn Ga cộng Đại học Đà Nẵng bắt đầu tham gia nghiên cứu động sử dụng biogas từ năm 2007, lắp đặt thành công nhiều máy phát điện nhỏ, vừa lớn nước Các động biogas trải qua thời gian hoạt động ổn định tận dụng hết nguồn biogas sinh ra, đem lại lợi nhuận lớn cho người chăn nuôi Sản phẩm chủ yếu bật trình nghiên cứu ứng dụng biogas cho động đốt GS Ga hai chuyển đổi vạn Gatec-20 Gatec 21 Hai chuyển đổi lắp đặt vận hành thực tế cho động khắp nước 1.4 NHU CẦU ĐỘNG CƠ BIOGAS CỠ NHỎ TẠI VIỆT NAM 1.4.1 Nhu cầu công suất kéo máy phát điện máy công tác 1.4.2 Đặc điểm công nghệ hai nhiên liệu biogas/diesel Gatec 20 Ưu điểm Gatec-20 là: - Một Gatec-20 dùng chung cho nhiều loại động khác phạm vi công suất cho phép - Động sử dụng lại diesel nguồn biogas cạn kiệt Hình 1.15: Bộ Gatec 20 Tuy nhiên, chuyển đổi vạn nên trình sử dụng, bộc lộ số nhược điểm là: - Chiếm khoảng không gian bên cạnh động cơ, gây khó khăn bố trí thêm phụ tải cho động - Độ tin cậy ổn định làm việc cụm thiết bị không cao tính vạn - Hiệu kinh tế xã hội khơng cao việc chuyển đổi thực thủ công, đơn động tốn nhiều thời gian 1.4.3 Lựa chọn động nghiên cứu phát triển phù hợp Nếu việc chuyển đổi động diesel thành động hai nhiên liệu thực từ nhà máy sản xuất động thành sản phẩm hồn thiện hiệu kinh tế xã hội đem lại cho người dân nhà nghiên cứu sản suất lớn vì: - Giảm giá thành đầu cho sản phẩm loại bỏ hồn tồn chi phí trung gian q trình chuyển đổi động thành động biogas - Tăng độ ổn định thiết bị đưa vào vận hành khai thác - Tận dụng kênh phân phối bảo hành sản phẩm công ty, sản phẩm dễ dàng đến với người dân - Tăng tin tưởng người dân vào thiết bị sản suất đồng 1.5 KẾT LUẬN Chương 2: PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL THÀNH ĐỘNG CƠ HAI NHIÊN LIỆU BIOGAS/DIESEL 2.1 CÁC GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI Khi chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu biogas, ta có hai giải pháp khác cách thức đốt cháy biogas, cụ thể sau: - Giải pháp động đánh lửa cưỡng bức: động sử dụng tia lửa điện để đánh lửa đốt cháy hỗn hợp biogas/khơng khí nạp vào động - Giải pháp động nhiên liệu kép (dual fuel): động sử dụng tia phun mồi diesel để đốt cháy hỗn hợp biogas/khơng khí nạp vào động 2.1.1 Giải pháp động đánh lửa cưỡng 2.1.2 Giải pháp động nhiên liệu kép Ưu điểm giải pháp: Khi động hoạt động chế độ nhiên liệu kép, động thay từ đến 85% lượng cung cấp từ nhiên liệu diesel nguồn lượng biogas động đảm bảo cơng suất hoạt động với 100% nhiên liệu diesel Hạn chế giải pháp: Luôn phải sử dụng lượng nhiên liệu diesel cần thiết để đánh lửa làm mát vòi phun Lượng nhiên liệu diesel phun mồi cần thiết để đánh lửa nằm khoảng từ 10 ÷ 20% lượng nhiên liệu diesel chế độ định mức động chạy hồn tồn diesel 2.2 TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG BIOGAS 2.2.1 Động sử dụng biogas đánh lửa cưỡng 2.2.2 Động nhiên liệu kép Khi động hoạt động tốc độ thấp trung bình, cơng suất động phát khơng thấp đáng kể so với chạy diesel Trong số trường hợp chí cơng suất cịn lớn chạy diesel kích thước đường nạp cho phép nạp hỗn hợp khơng khí/nhiên liệu vào động nhiều Tuy nhiên nên tránh trường hợp lý đảm bảo độ bền động 2.3 CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL THÀNH ĐỘNG CƠ HAI NHIÊN LIỆU BIOGAS/DIESEL Động hai nhiên liệu biogas/diesel động hoạt động chế độ nhiên liệu kép biogas/diesel, đồng thời động hoạt động 100% diesel trường hợp nguồn cung cấp nhiên liệu biogas bị cắt 2.3.1 Phạm vi sử dụng động hai nhiên liệu biogas/diesel 2.3.2 Yêu cầu thiết kế chuyển đổi 2.3.3 Xác định phương án nghiên cứu tính tốn thiết kế Khi chuyển đổi động diesel xi lanh thành động hai nhiên liệu biogas/diesel, số phận động phải thiết kế chế tạo hoặc phải cải tạo thay đổi: - Nghiên cứu tính tốn mơ q trình cháy nhiên liệu kép biogas/diesel; - Tính tốn mơ phỏng, thiết kế cung cấp hịa trộn (bộ tạo hỗn hợp) biogas/khơng khí; - Tính tốn thiết kế điều tốc biogas - Thiết kế nắp bên máy để tích hợp thêm điều tốc biogas điều khiển vào động Phần lại động giữ nguyên không thay đổi 2.3.3.1 Bộ tạo hỗn hợp 2.3.3.2 Điều khiển công suất tốc độ động hoạt động chế độ nhiên liệu kép a Nguyên lý cấp biogas điều chỉnh lượng phun mồi b Điều khiển vị trí van tiết lưu biogas tay c Điều khiển tự động Khi động hai nhiên liệu biogas/diesel hoạt động chế độ nhiên liệu kép có hạn chế phun mồi điều tốc biogas (Hình 2.10, 1: Bơm cao áp; 2: Càng điều khiển điều tốc diesel; 3: Điều tốc diesel; 4: Quả văng; 5: Chốt; 6: Lò xo điều tốc diesel; 7: Càng điều khiển lò xo điều tốc diesel; 8: 11  (%M) CH4 Nhiệt độ (K) Tốc độ (m/s) 330 335 340 345 350 355 360 370 380 390 CH4(%) T(K) Hình 3.14: Biến thiên trường nồng độ CH4, trường nhiệt độ trường tốc độ hỗn hợp buồng cháy (ứng với M6C4; n=1400 v/ph; s=30 độ; f=0,14; Vf=2) (%M) CH4  330 335 340 345 350 355 360 370 380 390 Nhiệt độ (K) Tốc độ (m/s) V (m/s) CH4(%) T(K) Hình 3.15: Biến thiên trường nồng độ CH4, trường nhiệt độ trường tốc độ hỗn hợp buồng cháy (ứng với M8C2; n=1400 v/ph; s=30 độ; f=0,088; Vf=2) V (m/s) 3.2.3 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố vận hành đến tính động hai nhiên liệu biogas/diesel 3.2.3.1 Ảnh hưởng góc phun sớm 3.2.3.2 Ảnh hưởng độ đậm đặc hỗn hợp 3.2.3.3 Ảnh hưởng tốc độ động đến trình cháy 3.2.3.4 Ảnh hưởng chất lượng biogas đến tính động 3.3 KẾT LUẬN 12 Chương 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ HAI NHIÊN LIỆU BIOGAS/DIESEL VIKYNO EV2600-NB-BIO TRÊN CƠ SỞ ĐỘNG CƠ MẪU VIKYNO EV2600-NB 4.1 THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP 4.1.1 Tính tốn thành phần hỗn hợp qua tạo hỗn hợp 4.1.2 Tính tốn thơng số tạo hỗn hợp 4.1.3 Thiết kế tạo hỗn hợp Chọn dạng hòa trộn cho tạo hỗn hợp venturi kiểu vành khăn, ta có vẽ thiết kế hịa trộn bao gồm thơng số sau: Hình 4.1: Bộ tạo hỗn hợp biogas khơng khí 4.1.4 Tính tốn mơ phần mềm Ansys® Fluent 4.1.4.1 Vẽ mơ hình dịng chảy qua tạo hỗn hợp Từ thơng số tính hịa trộn, ta vẽ hình khối 3D dịng chảy qua tạo hỗn hợp Hình 4.2 4.1.4.2 Chia lưới Hình 4.2: Dịng chảy tạo hỗn hợp sử dụng để mơ Hình 4.3: Chia lưới dòng chảy qua tạo hỗn hợp 13 Với hỗ trợ công cụ chia lưới tự động phần mềm Ansys® Fluent, dịng chảy qua tạo hỗn hợp chia lưới bao gồm 11848 nút (Hình 4.3) 4.1.4.3 Tính điều kiện biên 4.1.5 Các thơng số chọn kết tính tốn điều kiện biên 4.1.6 Kết tính tốn: Phân bổ trường áp suất, CH4, O2, vector tốc độ Hình 4.19: Biến thiên độ đậm đặc ϕ theo tốc độ động nhiên liệu khác với giá trị ϕ=1 n = 2200 vòng/phút Trong thực tế sử dụng động tĩnh tại, động chủ yếu làm việc vùng tốc độ định mức Do để động phát hết cơng suất chế độ tốc độ này, ta cần thiết kế tạo hỗn hợp cho giá trị ϕ=1 tốc độ định mức Ở vùng tốc độ thấp, hỗn hợp trở nên đậm chút ít, khơng ảnh hưởng lớn đến trình cháy Hình 4.19 giới thiệu biến thiên ϕ theo tốc độ động tính từ giá trị ϕ=1 n=2200 vòng/phút ứng với loại biogas chứa hàm lượng CH4 khác Kết cho thấy điều kiện này, động chạy tốc độ n=1000 vòng/phút, độ đậm đặc hỗn hợp khoảng 1,03÷1,04 4.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU TỐC BIOGAS 4.2.1 Đặc điểm 4.2.2 Xác định phương án lắp đặt điều tốc biogas lên cấu chuyển động quay sẵn có động 14 4.2.3 Định vị cấu điều tốc lên trục cân 4.2.4 Đo xác định kích thước nắp máy 4.2.5 Thiết kế nắp máy cấu điều khiển 4.2.6 Tính tốn điều tốc biogas Hình 4.33: Sơ đồ tính tốn điều tốc điều chỉnh van tiết lưu biogas dạng bướm Hình 4.34: Đặc tính cân điều tốc 15 4.2.7 Chế tạo lắp đặt nắp máy, điều khiển cấu điều tốc Hình 4.40: Lắp đặt nắp máy lên động Hình 4.41: Cụm động chuyển đổi lắp đặt hoàn chỉnh 4.3 KẾT LUẬN 16 Chương 5: THỬ NGHIỆM TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ 5.1 THỰC NGHIỆM ĐO ĐẠC TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ 5.1.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Hình 5.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5.1.2 Các phương án lắp đặt động biogas lên băng thử công suất Do thời gian thử nghiệm biogas kéo dài cần lượng lớn biogas đảm bảo phục vụ đầy đủ giai đoạn thử thực nghiệm nên bệ băng thử công suất chế tạo đáp ứng hai mục đích sử dụng khác nhau: - Cố định bệ thử cứng Hình 5.2: Thiết kế bệ máy di động lắp băng thử động phịng thí nghiệm động 17 - Toàn bệ thử đặt tơ tải để di chuyển đến nơi có nguồn khí biogas để thử nghiệm 5.1.3 Vít hạn chế lượng phun tối thiểu 5.1.4 Các thiết bị phục vụ thực nghiệm 5.1.5 Bảng thơng số thiết bị 5.1.6 Các bước tiến hành thực nghiệm Các nội dung tiến hành thực nghiệm trình bày Bảng 5.2: Bảng 5.2: Bảng nội dung thực nghiệm STT Nội dung Đo đặc tính tốc độ ngồi sử dụng diesel Đo đặc tính tiêu hao diesel mồi Đo đặc tính tốc độ ngồi phận sử dụng biogas 60% CH4 Đo đặc tính tốc độ phận sử dụng biogas 70% CH4 Đo đặc tính tốc độ ngồi phận sử dụng biogas 80% CH4 Đo đặc tính tốc độ phận sử dụng biogas 90% CH4 5.1.7 Đo đạc tính động nguồn khí 5.1.7.1 Chuẩn bị nguồn khí sử dụng 5.1.7.2 Đo tiêu hao diesel phun mồi 5.1.7.3 Kết bàn luận Khi chuyển sang chạy chế độ nhiên liệu kép, trì lượng phun nhiên liệu tối thiểu để đánh lửa làm mát vòi phun Do lượng khơng khí dư động diesel lớn nên chuyển Hình 5.12: So sánh đường sang làm việc chế độ nhiên đặc tính ngồi động liệu kép, hệ số tương đương hỗn hợp lớn làm việc với nhiên liệu diesel Điều dẫn đến công suất động nhiên liệu kép lớn cơng suất 18 động chạy hoàn toàn diesel Nhiên liệu biogas có thành phần CH4 cao cơng suất cực đại ứng với tốc độ cho trước cao vị trí tốc độ mà Hình 5.16: Ảnh hưởng thành phần công suất động nhiên liệu CH4 biogas đến suất tiêu hao nhiên liệu diesel động nhiên liệu kép bắt đầu lớn công kép (100% bướm ga) suất động diesel dịch phía trái đồ thị Hình 5.16 giới thiệu ảnh hưởng thành phần CH4 biogas đến suất tiêu hao nhiên liệu diesel động nhiên liệu kép chạy đường đặc tính ngồi Kết cho thấy tốc độ động thay đổi từ nmin đến nmax, suất tiêu hao nhiên liệu tính theo g/HP.h khơng thay đổi Ảnh hưởng thành phần CH4 biogas đến suất tiêu hao nhiên liệu diesel động nhiên liệu kép không đáng kể 5.2 SO SÁNH KẾT QUẢ CHO BỞI MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 5.2.1 Phạm vi so sánh 5.2.2 So sánh ảnh hưởng độ đậm đặc hỗn hợp Hình 5.18 so sánh kết biến thiên cơng suất động cho mô thực nghiệm vị trí tốc độ 2000 vịng/phút, góc phun sớm động 30 độ, sử dụng nhiên liệu biogas chứa 70% Hình 5.18: So sánh cơng suất cực đại thể tích CH4 Lượng diesel (n=2000v/ph, s=30 độ, M7C3) phun mồi mức 10% so với lượng phun định mức Kết cho thấy mô cho giá trị công suất 19 xấp xỉ thực nghiệm m nằm khoảng 0,75 đến 0,80 Đường biểu diễn Pe = f() đạt giá trị cực đại  nằm khoảng từ đến 1,1 Điều phù hợp với động sử dụng nhiên liệu truyền thống 5.2.3 So sánh ảnh hưởng thành phần nhiên liệu đến đường đặc tính ngồi động Hình 5.19, Hình 5.20 Hình 5.21 so sánh đường đặc tính ngồi động cho mô thực nghiệm ứng với biogas chứa 80%, 70% 60% thể tích CH4 Chúng ta thấy mức độ Hình 5.19: So sánh cơng suất mơ phi tuyến đường đặc tính thực nghiệm (M8C2) ngồi cho mơ nhỏ mức độ phi tuyến đường đặc tính ngồi cho thực nghiệm Sự khác biệt lý do, thứ ta đơn giản hóa mơ hình cháy tia phun diesel tia đánh lửa hình trụ thứ hai tốc độ lan tràn màng lửa đưa vào tính tốn chưa bao hàm hết ảnh hưởng yếu tố lý hóa diễn buồng cháy thực tế Hình 5.20: So sánh cơng suất mơ thực nghiệm (M7C3) 5.3 KẾT LUẬN Hình 5.21: So sánh công suất mô thực nghiệm (M6C4) 20 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết nghiên cứu luận án cho phép rút kết luận sau đây: KẾT LUẬN Không cần lọc bỏ CO2 sử dụng biogas cho động tĩnh tại nơi sản xuất biogas giúp giảm chi phí vận hành hệ thống động sử dụng biogas Có thể sử dụng phương pháp hấp phụ rẻ tiền vật liêu quặng sắt, đất chứa sắt (bentonite, đá ong) hay phoi tiện sắt để lọc H2S giúp giảm chi phí vận hành hệ thống động biogas mà đảm bảo hàm lượng H2S cho phép tối đa 500ppm Việc chuyển đổi động diesel truyền thống sang chạy hai nhiên liệu biogas/diesel sử dụng hai điều tốc độc lập phù hợp với điều kiện nguồn biogas hạn chế sử dụng biogas theo phương theo phương pháp nhiên liệu kép (dualfuel) dùng tia phun diesel tạo lửa mồi để đánh lửa đốt cháy biogas, đồng thời sử dụng diesel cần thiết Động hai nhiên liệu biogas/diesel sử dụng hai điều tốc độc lập: điều tốc diesel truyền thống điều tốc biogas tích hợp vào bên động giúp cho động sử dụng hai nhiên liệu đơn giản, gọn nhẹ vận hành Bộ tạo hỗn hợp kiểu venturi có đặc tính cung cấp nhiên liệu phù hợp với yêu cầu làm việc động chế độ nhiên liệu 21 kép biogas/diesel Tính tốn mơ dịng chảy qua tạo hỗn hợp cho phép xác định kích thước phận Kết tính tốn mơ cho thấy độ đậm đặc hỗn hợp giảm tốc độ động tăng Tuy nhiên mặt giá trị tuyệt đối mức độ giảm độ đậm đặc bé, không ảnh hưởng đến trình cháy động Trong thực tế sử dụng động tĩnh tại, động chủ yếu làm việc vùng tốc độ định mức Do để động phát hết cơng suất chế độ tốc độ này, ta cần thiết kế tạo hỗn hợp cho giá trị ϕ=1 tốc độ định mức Ở vùng tốc độ thấp, hỗn hợp trở nên đậm chút ít, khơng ảnh hưởng lớn đến q trình cháy Có thể sử dụng phần mềm động lực học lưu chất FLUENT để thiết lập mơ hình tính tốn mơ q trình cháy nhiên liệu kép biogas/diesel với mơ hình rối k-ε tiêu chuẩn, mơ hình cháy Partially Premixed, mơ hình tia phun mồi chọn gần theo dạng hình trụ với lượng đánh lửa lượng tia phun diesel cung cấp Thành phần nhiên liệu đặc trưng nhiệt động học hỗn hợp thiết lập lưu trữ dạng file pdf theo nhiệt độ áp suất để truy xuất q trình tính tốn nhằm rút ngắn thời gian tính Kết tính tốn mơ đường đặc tính ngồi động VikynoEV2600-NB chạy biogas theo phương án nhiên liệu kép phù hợp với kết thực nghiệm băng thử công suất Froude 22 Công suất động hai nhiên liệu biogas/diesel chạy chế độ nhiên liệu kép lớn cơng suất động chạy hoàn toàn diesel Ở chế độ tốc độ định mức động cơ, sử dụng biogas nghèo có thành phần thể tích CH4 50%÷60%, khơng cần lọc CO2, mà đảm bảo công suất cực đại động nguyên thủy trước chuyển đổi Điều lượng khơng khí thừa động chạy diesel lớn nên tăng lượng nhiên liệu biogas cung cấp để tăng công suất động mà không bị hạn chế độ đậm đặc hỗn hợp Góc phun sớm tăng hàm lượng CH4 nhiên liệu giảm hay tốc độ động tăng Khi động chạy chế độ nhiên liệu kép biogas/diesel với tốc độ 2000 vòng/phút sử dụng biogas chứa 70% thể tích CH4 góc phun sớm tối ưu 30 độ Trong điều kiện vận hành, nhiệt độ, áp suất cực đại hỗn hợp cháy buồng cháy nhiên liệu kép tăng hàm lượng CH4 biogas tăng, dẫn đến công giãn nở tăng tăng công suất động Công thị chu trình động giảm theo thành phần CH4 nhiên liệu Tuy nhiên biogas nghèo, cơng thị chu trình giảm nhanh tốc độ giảm thành phần CH4 nhiên liệu chất lượng trình cháy bị xấu nồng độ CO2 nhiên liệu tăng nhanh Trong trường hợp này, cuối q trình cháy cịn lượng đáng kể nhiên liệu chưa cháy hết độ đậm đặc hỗn hợp ϕ < 23 Từ kết nghiên cứu tổng hợp luận án cho phép thiết kế chi tiết, phận để chuyển đổi động diesel VIKYNO EV2600-NB thành động hai nhiên liệu biogas/diesel VIKYNO EV2600-NB-BIO có kết cấu gọn nhẹ, thuận tiện sử dụng Đồng thời kết nghiên cứu áp dụng cho chủng loại động diesel khác để tạo sản phẩm cơng nghiệp góp phần tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch bảo vệ mơi trường HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Những kết nghiên cứu đề tài cho công nghệ chuyển đổi động diesel truyền thống động hai nhiên liệu biogas/diesel Để hồn thiện cơng nghệ, đề tài tiếp tục nghiên cứu theo hướng sau đây: Nghiên cứu chuyên sâu trình lọc H2S để nâng cao hiệu lọc theo hướng: sử dụng lọc xúc tác vi sinh cho trạm cung cấp biogas cỡ lớn nâng cao hiệu lọc hấp phụ vật liệu chứa sắt thông thường Nghiên cứu phương án lưu trữ biogas áp suất thấp áp suất trung bình để đảm bảo thời gian hoạt động cần thiết động tĩnh theo yêu cầu người sử dụng Tính tốn mơ tạo hỗn hợp trường hợp áp suất nguồn cung cấp biogas thay đổi Đo áp suất thị buồng cháy động để so sánh với áp suất thị cho tính tốn mơ nhằm loại trừ ảnh hưởng hiệu suất giới so sánh với kết thực nghiệm Nghiên cứu tuổi thọ động chạy biogas Nghiên cứu lựa chọn dầu bơi trơn thích hợp cho động chuyển sang chạy biogas 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Tiến, Lê Xuân Thạch (2010), “So sánh hiệu kinh tế giải pháp cải tạo động chạy xăng dầu sang chạy biogas”, Tuyển tập cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy Khí tồn quốc, tr 185-192 Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Lê Minh Tiến (2011), “Mơ q trình cháy dual fuel biogas/diesel”, Tạp Chí Giao Thơng Vận Tải, (4), tr 32-34 Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Lê Minh Tiến (2011), “Nghiên cứu ảnh hưởng CO2 đến trình cháy dual fuel biogas-propane buồng cháy 3-D” Tạp chí Khoa học Công nghệ Trường Đại học Kỹ thuật, (81), tr 96-102 Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Tiến, Phạm Đình Long (2010), “Ảnh hưởng CO2 đến trình cháy biogas buồng cháy đẳng tích hình cầu”, Tạp chí Giao thơng Vận tải, (11), tr 30-34 Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Lê Minh Tiến, Nguyễn Việt Hải (2012), “Nghiên cứu thực nghiệm tính động nhiên liệu kép biogas/diesel”, Tuyển tập cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy Khí tồn quốc, tr 243-250 Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Lê Minh Tiến, Lê Xuân Thạch (2013), “Ảnh hưởng thành phần CH4, góc đánh lửa sớm tỉ số nén đến tính động biogas”, Tạp chí Giao thơng Vận tải, 5/2013, tr.7-9,13 Bui Van Ga, Tran Van Nam, Truong Le Bich Tram, Le Minh Tien, Le Xuan Thach (2013), “Determination of optimal operational parameters of biogas engines converted from diesel engines by modelling and experimental studies”, The 14th Asian Congress of Fluid mechanics, 15-19/10/2013, tr 819-824