LPG là từ viết tắt của khí dầu mỏ hoá lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) là hỗn hợp hydrocarcbone với thành phần chính là Butan, Propan chiếm 99%. LPG được hoá lỏng dưới áp suất cao để thuận lợi cho tồn chứa và vận chuyển. Với nhiều đặc tính quý báu, LPG đang được sử dụng và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nhiều lĩnh vực Đã và đang mang lại những hiệu quả thuyết phục
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ TÌM HIỂU VỀ NHIÊN LIỆU LPG VÀ CÁC ỨNG DỤNG THỰC HIỆN NHÓM 2: THÀNH VIÊN NHÓM : NGUYỄN NGỌC QUYỀN Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LPG VŨ ÁI LÂN Chương 2: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG LÊN XE HOÀNG VĂN HUÂN Chương 2: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG LÊN XE TRƯƠNG ĐÌNH MINH TIẾN Chương 3:VẤN ĐỀ VỀ ÔI NHIỄM MÔI TRƯỜNG , ÚNG DỤNG NHIÊN LIỆU LPG LÊN Ô TÔ, CÁC CỤM CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP LPG NGUYỄN VĂN VUI Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU LPG CHO DỘNG CƠ DUAL FUEL NHÓM Mục lục Giới thiệu nhiên liệu LPG Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LPG .3 1.1 LPG LP Gas gì? 1.2 Thành phần hóa học LPG 1.2.1 Propane 1.2.2 Butane 1.2.3 Các ưu điểm propane Butane .4 1.2.4 Mecaptan 1.3 Lý tính LPG .4 1.4 Các ứng dụng LPG 1.5 Các ưu điểm nhiên liệu LPG 1.6 An toàn sử dụng tồn trữ LPG 1.7 So sánh tính LPGvới nhiên liệu khác .8 Chương 2: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG TRÊN XE 10 2.1 Các nhiên liệu khí sử dụng xe 11 2.1.1 Khí thiên nhiên 11 2.1.2 Khí đồng hành từ dầu mỏ .11 2.1.3 Ưu điểm việc sử dụng khí LPG so với khí khác .14 2.1.4 Kết luận 15 2.1.5.Các phương pháp sử dụng nhiên liệu khí để chạy động đốt 15 2.1.5.1.Phương pháp thứ 15 2.1.5.2 Phương pháp thứ hai 15 2.2 Các phương án chuyển đổi động chạy nhiên liệu truyền thống sang sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 16 NHÓM 2 2.2.1.Động xăng 16 2.2.2.Động Diezel .16 2.3.Quá trình cháy LPG động đánh lửa cưỡng 17 2.4 Các cụm chi tiết hệ thống LPG ôtô 17 2.4.1.Bộ trộn khí 17 2.4.2 Bộ giảm áp hóa 18 2.4.3.Bình chứa LPG .18 2.4.4.Các cụm chi tiết khác hệ thống LPG 18 2.4.4.1.Van solenoid / kiểu đơn đôi .18 2.4.2 Van cắt xăng 19 Chương 3: ỨNG DỤNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP( DUAL FUEL) DIEZEL-LPG 20 3.1 Các phương pháp cải tạo động diesel thành động diesel có sử dụng khí thiên nhiên .20 3.1.1.Chuyển đổi động diesel thành động LPG, CNG đốt cháy cưỡng 20 3.1.2.Chuyển đổi động xăng thành động phun LPG trực tiếp 22 3.1.3.chuyển đổi động diesel thành động nhiên liệu kép diesel –LPG .25 3.2 Động nhiên liệu kép ( dual fuel) 26 3.2.1.Nguyên lý hoạt động động dual fuel 26 3.2.2 thành phần hệ thống .28 3.2.3 Một số kết nghiên cứu tính kinh tế nhiên liệu khí thải động nhiên liệu kép 29 3.2.3.1.thử nghiệm xe tải Kenworth 30 3.2.3.2.Thử nghiệm xe Mitsubishi 3.2 L diesel 31 NHÓM GIỚI THIỆU VỀ NHIÊN LIỆU (LPG) Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ khoa học, kỹ thuật, kinh tế yêu cầu môi trường, ứng dụng LPG trở nên rộng rã i trở thành loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm LPG từ viết tắt khí dầu mỏ hố lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) hỗn hợp hydrocarcbone với thành phần Butan, Propan chiếm 99% LPG hố lỏng áp suất cao để thuận lợi cho tồn chứa vận chuyển Với nhiều đặc tính quý báu, LPG sử dụng ứng dụng rộng rãi nhiều ngành nhiều lĩnh vực Đã mang lại hiệu thuyết phục ứng dụng LPG cú thể chia theo mục đích sử dụng thành ba nhóm chính: - Sử dụng LPG nguồn ngun liệu cho ngành công nghiệp - Sử dụng LPG nguồn nhiên liệu cho trình đốt sinh nhiệt - Sử dụng LPG nguồn nhiờn liệu cho cỏc phương tiện vận tải, thiết bị chuyển nhiệt thành Sử dụng LPG nguồn nguyên liệu cho ngành cơng nghiệp: Với đặc tính khơng màu, không mùi, không độc hại nên LPG nguồn nhiên liệu tốt cho q trình chế biến hố học, làm chất mang, : - Trong cơng nghiệp hố chất, LPG đợc sử dụng để chế biến tạo hợp chất hoá học hợp chất cao phân tử, nhựa, - Trong nông nghiệp, LPG đợc sử dụng để chế biến phân bón phân đạm, ure, Ngồi LPG sử dụng để tổng hợp thuốc trừ sâu - Trong công nghiệp mỹ phẩm, LPG sử dụng để tổng hợp hợp chất thơm, khí mang nước hoa, kem bơi da - Trong công nghiệp thực phẩm LPG đợc sử dụng rộng rãi LPG sử dụng tổng hợp hương liệu hương chanh, cam, táo LPG sử dụng cho trình đốt sinh nhiệt: Sử dụng LPG cho trình đốt sinh nhiệt ứng dụng phổ biến Do đòi hỏi yêu cầu đảm bảo môi trờng sống, tiện lợi, giá thành hiệu mà LPG sử dụng lĩnh vực trở nên phổ biến LPG phát sử dụng từ năm đầu kỷ 19, đến năm 50 kỷ 20 ứng dụng rộng rãi Ngày nay, LPG sử dụng thay cho loại nhiên liệu truyền thống : than, củi, điện, Việc sử dụng LPG cho thấy nhiều lợi ích quan trọng: - Khơng gây ô nhiễm môi trường - Giá thành thấp so với dùng điện - Chất lượng sản phẩm đồng đều, ổn định, đảm bảo yêu cầu - Tiện lợi tiết kiệm Chương : KHÁI QUÁT VỀ LPG 1.1 LPG LP Gas gì? LPG LP Gas chữ viết tắt “Liqueded Petroleum Gas” có nghĩa “Khí dầu mỏ hóa lỏng” Đây cách diễn tả chung propan có cơng thức hóa học C3H8 butan có cơng thức hóa học C4H10, hai tồn trữ riêng biệt chung với hỗn hợp LPG có từ hai nguồn: từ quặng dầu mỏ khí tách từ thành phần khác trình chiết xuất từ dầu khí thiên nhiên LPG cịn sản phẩm phụ trình tinh luyện dầu NHĨM LPG hóa lỏng nhiệt độ bình thường cách gia tăng áp suất vừa phải, áp suất bình thường cách sử dụng kỹ thuật làm lạnh để làm giảm nhiệt độ 1.2 Thành phần hóa học LPG LPG tên chung dùng cho propan butan thương mại 1.2.1 Propane Propane alkane thể khí thu trình tinh luyện dầu Propane khơng màu Cơng thức hóa học propane CH 3CH2CH3 Propane hóa lỏng nén làm lạnh Propane có cơng thức cấu tạo sau : PROPANE Cơng thức hóa học C3H8 Khối lượng phân tử 44.09 o Khối lượng riêng 15 C 0.51 kg/lít Nhiệt độ sơi áp suất khí - 43oC Nhiệt trị thấp 46.1 MJ/kg Nhiệt độ tự bốc cháy (ở áp suất khí quyển) 460580 oC Giới hạn cháy theo % thể tích 2.37% 9.5% Vận tốc lửa ngồi khơng khí 4685 cm/s 1.2.2 Butane Butane hydrocarbon có khí thiên nhiên thu từ q trình tinh luyện dầu mỏ Butane alkane thể khí, gồm có hydro cacbon chứa nguyên tử cacbon, chủ yếu n- butane iso-butane Cơng thức hóa học butane C4H10 có cơng thức cấu tạo sau: NHĨM BUTANE Cơng thức hóa học C4H10 Khối lượng phân tử 58.12 Khối lượng riêng 0.58 kg/lít Nhiệt độ sơi áp suất khí -0.5oC Nhiệt trị thấp 45.46 MJ/kg Nhiệt độ tự bốc cháy (ở áp suất khí quyển) 410550oC Giới hạn cháy theo % thể tích 1.86% 8.41% Vận tốc lửa ngồi khơng khí 4087 cm/s 1.2.3 Các ưu điểm Propane Butane Ưu điểm Butane hóa lỏng cách dễ dàng Điều có nghĩa Butane sử dụng hai dạng lỏng dạng rắn Ưu điểm Propane giống Butane, hóa lỏng cách dễ dàng Do đó, Propane sử dụng hai dạng lỏng dạng rắn Ngoài Propane khí khơng màu nên khơng thể dễ dàng nhìn thấy Về mặt lý thuyết, LPG chứa 50% Propane 50% Butane Propane Butane dùng hỗn hợp hai Butane Propane alkane Điều có nghĩa chúng khơng xảy phản ứng hóa học với Do đó, Propane Butane dùng kết hợp nhiên liệu an toàn Ngoài ra, Propane Butane sản phẩm phụ thu từ tinh luyện dầu mỏ Mặt khc, hai Propane Butane hóa lỏng cách dễ dàng chúng lý tưởng việc sử dụng kết hợp nhiên liệu 1.2.4 Mecaptan Mercaptan chất pha trộn vào LPG với tỉ lệ định làm cho LPG có mùi đặc trưng, để dễ phát bị xì rị rỉ Thường LPG khơng màu, khơng mùi 1.3 Lý tính LPG LPG chất lỏng không màu (trong suốt), không mùi (nhưng tạo mùi nhằm để dễ phát rò rỉ) Có tỷ trọng nhẹ nước: từ 0.53 0.58 kg/lít Ap suất tuyệt đối LPG bồn chứa : + 1.7 bars -15oC + 4.4 bars 15oC + 12.5 bars 50oC LPG bảo quản bình chứa chất lỏng có áp suất khơng cao (dưới 20 bars) Bên bình chứa, LPG có hai trạng thái: lỏng; chất lỏng nằm phần đáy bình nằm phía Sự giãn nở LPG vào khoảng 0,25%, ta phải ln ln chứa khí LPG khoảng 80% thể tích bồn chứa Phần cịn lại bồn chứa dành cho phần giãn nở nhiệt độ môi trường Tỷ số bén lửa từ 2,4% 9.6% khơng khí Nhiệt độ tự bốc cháy 855oF (457oC) Nhiệt trị thấp: QH = 46 MJ/kg (tương đương 11.000 kcal) Tỉ số khơng khí nhiên liệu A/F: 15,5 Chỉ số Octan: 95 105 NHÓM LPG khơng độc hại, nhiên khơng nên hít vào thể với số lượng lớn làm say hay nghẹt thở không nên bước vào môi trường có đầy gas nguy hiểm tính dễ bốc cháy LPG Một lít LPG trạng thái lỏng hóa xấp xỉ 250 lít trạng thái Một số tính chất LPG trình bày bảng sau : Đặc tính Khối lượng phân tử Khối lượng riêng 15oC,Kg/lít Nhiệt độ tự bốc cháy Nhiệt độ đông đặc Nhiệt trị thấp MJ/lít Nhiệt trị thấp Kcal/kg Nhiệt trị thấp MJ/kg Giới hạn cháy theo % thể tích Số lít (lít/tấn) Số ốctan động (MON) Số ốctan thí nghiệm (RON) Vận tốc lửa ngồi khơng khí Propane 40.09 0.510 460580oC -187.8oC 25.5 11070 46.1 2.37%9.5% 1960 101 111 4685cm/s Butane 58.12 0.580 410550oC -138oC 28.7 10920 45.46 1.86%8.41% 1720 93 103 4087cm/s Một số tính chất LPG so sánh với xăng dầu trình bày bảng sau: Đặc tính Propanes Butane Petrol Diesel Tỉ trọng 15oC (kg/lit) 0.508 0.584 0.730.78 0.810.85 Áp suất bay 37,8oC (bar) 12.1 2.6 0.50.9 0.003 Nhiệt độ sôi -43oC -0.5oC 30225oC 150560oC RON MON 111 101 103 93 - Nhiệt trị thấp (MJ/Kg) Nhiệt trị thấp (MJ/lít) 46.1 45.46 9698 8587 44.03 42.4 23.42 26.55 32.24 35.2 Tỉ số A/F 15.8 15.6 14.7 1.4 Các ứng dụng LPG LPG có 1500 ứng dụng chia làm khu vực thị trường chính: Dân dụng thương nghiệp: Nấu ăn, nấu nước nóng, sưởi ấm, đèn gas… hộ dân, cửa hàng ăn uống, khách sạn … Công nghiệp nông nghiệp: Sấy thực phẩm, nung gốm sứ, ấp trứng, hàn cắt, trùng dụng cụ y tế, … Ơ tơ: LPG biết loại nhiên liệu thay cho diesel xăng Vì thế, có nhiều xe sử dụng LPG nguồn nhiên liệu cung cấp lượng cho động Trong thực tế việc sử dụng LPG thường mang lại cảm giác chạy xe êm NHÓM hơn, tiếng ồn thấp, đặc biệt xe tải nặng Tuy nhiên xe thương mại dùng LPG nguồn nhiên liệu chưa sản xuất Phát điện: Chạy máy phát điện, Turbin Hoá dầu: Sản xuất ethetylen, propylen, butadiene cho ngành nhựa đặc biệt sản xuất MTBE chất làm tăng số Octane 1.5 Các ưu điểm nhiên liệu LPG LPG có ưu điểm sau : Các thành phần hóa học LPG tương đối ít, dễ dàng thực việc điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu không khí để q trình cháy xảy hồn tồn Ưu điểm đem lại đặc tính cháy cho LPG Cả hai Propane Butane hóa lỏng cách dễ dàng đựng bình chứa áp suất Đặc tính làm cho nhiên liệu có tính động cao, vận chuyển dễ dàng bình thùng chứa đến người sử dụng LPG chất thay tốt cho xăng động xăng Đặc tính cháy LPG động thích hợp làm giảm bớt lượng khí thải, kéo dài tuổi thọ dầu bơi trơn bugi đánh lửa Các đặc tính cháy dễ vận chuyển LPG cung cấp chất thay cho nhiên liệu xứ chẳng hạn gỗ, than đá chất hữu khác Đây giải pháp tốt để hạn chế nạn phá rừng làm giảm chất thải rắn (PM) nguy hiểm vào bầu khí gây việc đốt cháy nhiên liệu xứ Thay cho chất nổ chất làm lạnh f (fluorocarbons ), giúp hạn chế nguyên nhân gây phá hủy tầng ozone trái đất 1.6 An toàn sử dụng tồn trữ LPG Quá trình cháy LPG sinh cacbon dioxide(CO 2) nước, phải có đủ khơng khí Nhưng hỗn hợp thiếu khơng khí, cháy sinh khí độc cacbon monoxide(CO) Mỗi người có liên quan đến việc tồn trữ sử dụng LPG nên quan tâm đến đặc tính mối nguy hiểm tiềm ẩn sau: (a) LPG tích trữ thể lỏng áp suất định LPG gần không màu trọng lượng xấp xỉ phân nửa thể tích tương đương nước (b) Hơi LPG dày đặc khơng khí: butan nặng vào khoảng hai lần khơng khí propan nặng khoảng 1.5 lần khơng khí Vì LPG bay gần sát mặt đất vào đường cống rãnh, đầm lầy đến nơi thấp môi trường xung quanh bị đốt cháy khoảng cách xa từ nơi rò rỉ Trong khơng khí n tĩnh, LPG phân tán chậm (c) LPG tạo thành hỗn hợp dễ cháy hịa trộn với khơng khí Phạm vi có khả gây cháy áp suất nhiệt độ xung quanh trải rộng từ giới hạn thấp vào khoảng 2% LPG không khí giới hạn cao 10% LPG khơng khí Trong phạm vi có nguy hiểm mồi lửa Bên phạm vi hỗn hợp nghèo giàu để truyền lửa Tuy nhiên, hỗn hợp giàu trở nên nguy hiểm làm nghèo với khơng khí cháy bề mặt với khơng khí Ở áp suất cao áp suất khí trời, giới hạn khả gây cháy gia tăng, gia tăng với áp suất khơng phải tuyến tính NHĨM (d) Ngay rị rỉ lượng nhỏ LPG tạo nên thể tích lớn hỗn hợp LPG khơng khí gây nên nguy hiểm đáng kể Một máy đo nổ thích hợp sử dụng để kiểm tra tập trung LPG khơng khí (e) Ở mức độ tập trung cao khơng khí, LPG gây mê sau gây ngạt làm loảng giảm có mặt oxy (f) LPG thương mại thơng thường tạo mùi trước phân phối cách thêm vào chất tạo mùi, chẳng hạn ethyl mercaptan dimethyl sulphide, để tìm mùi khí mức tập trung thấp đến 1/5 giới hạn thấp có khả gây cháy (có nghĩa khoảng 0,4 % khí LPG khơng khí) (g) Ngồi cách nhận biết mùi, rị rỉ LPG nhận thấy rỏ cách khác Khi chất lỏng bốc hơi, làm mát tác động vào mơi trường khơng khí xung quanh gây nên ngưng tụ đông cứng nước không khí Tác động cho thấy có đóng băng điểm xảy rị rỉ LPG, qua ta dễ dàng phát xử lý Ngồi ra, số khúc xạ LPG khác so với khơng khí, đơi rị rỉ LPG nhìn thấy ánh sáng mờ mờ (shimmering) (h) Vì bay nhanh liên tục làm giảm nhiệt độ, phần nhỏ chất lỏng LPG gây nên vết bỏng lạnh nghiêm trọng để tiếp xúc với da Trang thiết bị bảo vệ cá nhân (ví dụ bảo vệ tay mắt) nên mang vào nguy hiểm xảy Một bình rổng, trước chứa LPG cịn LPG tồn thể có nguy hiểm tiềm ẩn Áp suất bên bình xấp xỉ áp suất khí trời Nếu van rị rỉ để trạng thái mở, khơng khí khuếch tán vào bình chứa tạo thành hỗn hợp có khả gây cháy nổ nguy hiểm Một số đặc tính Gas có liên quan tới cơng tác PCCC Khí đốt hóa lỏng sản phẩm thu từ trình chế biến dầu mỏ, thành phần bao gồm hỗn hợp nhiều hydrocacbon parafin mà chủ yếu propan butan Tỷ lệ propan butan thành phần khí đốt hóa lỏng phụ thuộc vào hãng sản xuất (Petrolimex , Sell, Total, Thăng Long ) Đối với LPG Petrolimex tỷ lệ propan butan từ 30/70 đến 50/50 thể tích Về trạng thái tồn tại: LPG thể lỏng không màu, không mùi Vì lý an tồn nên LPG pha thêm chất tạo mùi để dễ phát rò rỉ Thông thường LPG thương mại pha thêm chất tạo mùi EtylMecaptan có mùi đặc trưng , khí hịa tan tốt LPG , không độc , không ăn mịn kim loại có tốc độ bay gần LPG nên nồng độ LPG không đổi bình chứa sử dụng hết Theo tiêu chuẩn an toàn, nồng độ pha chế tạo mùi phải thích hợp để phát gas rò rỉ đạt nồng độ 1/5 lần giới hạn nồng độ bốc cháy thấp Ở điều kiện nhiệt độ áp suất thường , LGP tồn trạng thái khí Tuy nhiên, LPG có tỷ số dãn nở thể tích lớn nên để thuận tiện kinh tế trình bảo quản , vận chuyển sử dụng, LPG thường hóa lỏng cách nén vào bình chứa chịu áp lực nhiệt độ thường làm lạnh để hóa lỏng nhiệt độ thấp Nhiệt độ sôi: Nhiệt độ sơi khí đốt hóa lỏng thấp Ở áp suất khí : Propan sơi -42 độ C Butan -0,5 độ C Do nhiệt độ áp suất thường LPG bay dội dẫn đến nguy tạo thành NHCN rộng lớn bị ngồi mơi trường thiết bị chứa khơng kín bị rị rỉ Tỷ trọng: NHĨM - Tỷ trọng thể lỏng : Ở điều kiện nhiệt độ 15 độ C áp suất 760mmHg, tỷ trọng Propan lỏng 0,51 Butan lỏng 0,575 Như vậy, thể lỏng LPG nhẹ nước Mặt khác LPG không tan nước nên cháy mặt nước - Tỷ trọng thể khí : Ở điều kiện nhiệt độ 15 độ C áp suất 760mmHg, tỷ trọng propan khí 1,52 cịn Butan khí 2,01 Như vậy, thể khí LPG nặng khơng khí gấp lần Dẫn đến , ngồi, gas tích tụ chỗ trũng,chỗ kín (như rãnh nước, hố ga ) tạo thành nồng độ NHCN Tính dãn nở: Sự dãn nở nhiệt LPG lớn (gấp 1520 lần nước, lớn gấp nhiều lần so với sản phẩm dầu mỏ khác) Dẫn đến bình chứa, bồn chứa LPG chứa đến 80-85% dung dịch để LPG cỏ thể dãn nở mà không phá hủy thiết bị chứa nhiệt độ tăng Khi chuyển sang pha thể tích tăng gần 250 lần so với thể tích lỏng Van đầu bình Quai tay xách (vịng cổ bình) có dập chữ “PV GAS-S” “PV GAS” Thân bình có dập chữ “PV GASS” “PV GAS” Chân đế 1.7 So sánh tính LPG với loại nhiên liệu khác Sản lượng khí dầu mỏ hóa lỏng giới đạt 130 triệu năm 1995 năm 2000 số tăng lên đến 200 triệu Khí dầu mỏ hóa lỏng phát triển thương mại hóa từ năm 1950 Trước đây, chúng dùng chủ yếu cho công nghiệp sinh nhiệt gia dụng Việc nghiên cứu sử dụng LPG phương tiện giao thông vận tải tiến hành thập niên gần Để góp phần làm giảm nhiễm mơi trường khơng khí, số nước áp dụng sách thuế đặc biệt để khuyến khích người dân sử dụng khí LPG chẳng hạn Hà lan, Ý, Hàn quốc …Hình bên giới thiệu tỉ lệ ơtơ sử dụng LPG số quốc gia giới NHĨM 10 2.4.3 Bình chứa LPG: Chức bình chứa dự trữ LPG trạng thái lỏng mức áp suất cho phép Thông số quan trọng bình chứa dung tích làm việc VB, dung tích lựa chọn tương ứng theo dung tích thùng nhiên liệu xe nguyên thủy 2.4.4 Các cụm khác hệ thống LPG: Các phận quan trọng khác hệ thống lại van an toàn bình chứa, van an toàn đường ống đường ống Tất chi tiết chế tạo theo tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn 2.4.4.1Van solenoid / kiểu đơn đôi Van solenoid thiết bị cho phép cắt tự động dòng cung cấp LPG từ thùng chứa đến bay khoang động Kiểu van solenoid LPG đơn Trong trường hợp này, động khởi động dễ dàng nhiệt độ xuống 0oC Khi nhiệt độ xuống âm o C vào mùa đông, động thường khởi động nhiên liệu xăng chạy LPG sau giây hâm nóng Kiểu van solenoid LPG đôi Động khởi động dễ dàng nhiệt độ âm 20 25oC với nhiên liệu LPG xăng Van solenoid LPG đôi có khã cung cấp gas thể lỏng lúc khởi động gas thể khí đến bay lúc hoạt động với hệ thống van thùng Nhưng thành phần Gas LPG bạn có 70% Propane, vấn đề việc khởi động với van solenoid LPG đơn Gas thể lỏng lúc khởi động chạy LPG sau giây hâm nóng 2.4.4.2 Van cắt xăng (Gasoline cut-off valve) NHĨM 21 Đây thiết bị để cắt nguồn cung cấp xăng xe chạy LPG Van gồm cửa xếp vận hành cuộn dây điện từ có hai ống nối (Vào/Ra) Van đóng lại ngắt điện mở có dòng điện qua Van đặt khoang động nằm bơm xăng chế hòa khí Và van lắp động sử dụng chế hòa khí Chương : ỨNG DỤNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP (DUAL FUEL) DIESEL - LPG 3.1 Các phương pháp cải tạo động Diesel thành động Diesel có sử dụng khí thiên nhiên 3.1.1 Chuyển đổi động Diesel thành động LPG, CNG đốt cháy cưỡng Sơ đồ hệ thống nhiên liệu điển hình giới thiệu hình 3.1: Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động Diesel chuyển đổi sang sử dụng CNG, LPG đốt cháy cưỡng Nguyên lý hoạt động: Khí thiên nhiên từ bình chứa, qua van ngắt, lọc đến điều áp Tại điều áp, áp suất ga giữ ổn định, áp suất đầu điều áp không phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất đầu vào Ga sau điều áp đưa đến kim phun, qua trộn khí đến xu páp nạp Kim phun động diesel cũ thay bugi Như vậy, nhiên liệu diesel cũ thay hoàn toàn LPG Ngoài ra, hệ thống nhiên liệu cịn bố trí van ngắt, van an toàn phận nạp ga Các phận chính: Bộ giảm áp - hố hình 3.2: Nhiệt độ cần thiết để hóa LPG cung cấp nhờ nước nóng từ đường nước làm mát động LPG lỏng áp suất bình chứa di chuyển qua van điện từ đến họng nạp vào đường giảm áp thứ (A) thông qua van giảm áp Tại áp suất LPG giảm xuống khoảng 0,45 – 0,65 bar Khi áp suất bên buồng A gia tăng, truyền qua buồng B, đẩy màng cao su dịch chuyển lên trên, thông qua cựa – màng nén lò xo làm cho van giảm áp đóng lại, ngăn khơng cho nhiên liệu qua họng Khống chế áp suất theo giá trị quy định cân áp suất buồng A, D lò xo van diện tích chịu áp Sau qua buồng A, nhiên liệu tiếp tục vào buồng C thông qua van định lượng Đường thông với trộn đặt chế hịa khí LPG hút vào trộn động hoạt động Màng cao su buồng C di chuyển bên nhờ áp suất nạp Sự dịch chuyển làm cho đòn bẩy mở van định lượng để LPG từ buồng A sang NHÓM 22 buồng C Nếu việc hút nhiên liệu tăng lên trộn, truyền qua buồng C màng cao su 9, cho phép nhiều LPG qua miệng Ngược lại, lực hút trộn giảm xuống, lực đẩy lò xo điều khiển địn bẩy đóng dần miệng 6., giới hạn lượng LPG vào Khi động không hoạt động, lò xo tác động lên đòn bẩy làm khóa chặt van định lượng 7, bảo đảm LPG không qua miệng D B A T ö øb ì n h c h ö ùa L P G C Đ i r a đ e án b o ät r o än L P G 10 L ùi l o ïc b u ïi S đ o àn g u y e ân ly ùb o äg i a ûm a ùp - h o a ùh i L P G Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý giảm áp hóa NHÓM 23 V e b u o àn g a ùp t h a áp t r ô ï l ö ïc p h a n h C Pck B Pa L P G t ö ø b o ä g i a ûm a ùp h o a ù h ô i D A C h e h o a øk h í Hình 3.3 Sơ đồ ngun lý trộn khí Bộ trộn khí hình 3.3: Hơi LPG từ giảm áp - hóa vào đường ống nạp, van điều chỉnh độ đậm LPG cho phép điều chỉnh độ đậm hỗn hợp theo chế độ: giàu/nghèo Khi động làm việc, áp suất hút từ buồng D truyền lên buồng C qua ống Do chênh lệch áp suất buồng A, B C, màng nâng lên hỗn hợp LPG vào họng hút D chế hịa khí Lưu lượng hỗn hợp LPG/ khơng khí kiểm sốt lị xo Van áp thấp thơng với độ chân không đường ống nạp trợ lực phanh, điều khiển van điện từ, van làm việc chyển qua chạy xăng Bộ trộn cịn có vít điều chỉnh để điều chỉnh hỗn hợp động làm việc chế độ không tải 3.1.2 Chuyển đổi động Diesel thành động phun LPG trực tiếp: Sơ đồ tổng thể hệ thống điều khiển nhiên liệu hình 3.4: NHĨM 24 Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động xăng chuyển đổi sang phun trực tiếp LPG Mơ tả hệ thống: Ga từ bình chứa đến điều áp, qua ống phân phối đến kim phun Các cảm biến đo gió, cảm biến cánh bướm ga, cảm biến lambda gởi tín hiệu điều khiển để tính tốn thời gian nhấc kim, cung cấp ga vào xy lanh Một hệ thống van đồng hồ báo thiết kế để đảm bảo an tồn hiển thị tình trạng hệ thống Nguyên lý hoạt động: Động phun ga trực tiếp hoạt động dựa việc phun trễ lượng nhiên liệu khí áp suất cao vào buồng cháy động đốt giống động diesel Cũng giống động diesel, ga phun vào cuối kỳ nén Ga có nhiệt độ tự bốc cháy lớn diesel (10000C so với 5000C) vậy, không dễ dàng bốc cháy buồng đốt có nhiệt độ áp suất giống động diesel thường Để đốt cháy ga, bề mặt tiếp xúc nhiệt độ cao, bugi xông làm gốm, sử dụng buồng đốt Đầu gốm có nhiệt độ 1200 – 1300 0C, cách nhiệt để đốt cháy nhiên liệu tốt Hệ thống nung nóng kiểm sốt để trì nhiệt độ NHĨM 25 đầu bugi xông ổn định, đốt cháy tối ưu Kim phun với lượng nhiên liệu ấn định độ rộng xung cung cấp ga trực tiếp vào buồng đốt Hình 3.5 Họat động động phun LPG trực tiếp Hình 3.6 Kết cấu cụm phận sinh cơng Ngồi cịn có xúc tác làm giảm tối đa lượng khí xả độc hại Việc kết hợp ga hiệu suất hoạt động cao giảm đáng kể lượng NO x so sánh với động diesel động ga đốt cháy cưỡng tương ứng Kết đạt được: - Nồng độ chất thải dạng hạt (PM) khí thải gần - Giảm 20% lượng khí gây hiệu ứng nhà kính (chủ yếu CO 2) so với động diesel tương ứng - Tăng 25% hiệu suất nhiên liệu so với động khí thiên nhiên đốt cháy cưỡng Sơ đồ bố trí xe: NHĨM 26 Hình 3.7 Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu xe Ảnh chụp từ sau xe: Hình 3.8 Ảnh chụp từ sau xe Volvo V70 lắp hệ thống phun LPG trực tiếp 3.1.3 Chuyển đổi động Diesel thành động nhiên liệu kép Diesel-LPG Động nhiên liệu kép dựa kỹ thuật động Diesel Nhiên liệu sở khí thiên nhiên chúng thiết kế để hoạt động tương tác với diesel Trong đó, diesel đóng vai trị tia lửa mồi (pilot ignition), sinh nhiệt trình nén khơng phải bugi đánh lửa Những động chạy 100% diesel Khi chạy cầm chừng, động có khuynh hướng chạy 100% diesel Khi động bắt đầu chuyển sang chế độ đầy tải, khí thiên nhiên tăng lên thay dầu diesel lên đến 80% hay Điều có ý nghĩa việc bảo vệ môi trường lý kinh tế đặc biệt nơi đủ trạm cung cấp khí thiên nhiên Việc chuyển đổi động sang sử dụng nhiên liệu kép tương đối dễ dàng NHÓM 27 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu điển hình: Hình 3.9 Sơ đồ chung hệ thống dual fuel 3.2 Động nhiên liệu kép (Dual fuel) 3.2.1 Nguyên lý hoạt động động Dual fuel Kỳ nạp: - Ga phun vào dịng khí nạp - Hỗn hợp khơng khí ga nạp vào lòng xy lanh Kỳ nén: - Khơng khí ga hịa trộn lòng xy lanh - Hỗn hợp nén - Nhiệt độ hỗn hợp tăng lên - Áp suất tăng lên - Nhiên liệu diesel phun vào Kỳ nổ: - Nhiên liệu diesel phát cháy, đốt cháy ga - Áp suất nhiệt độ lòng xy lanh tăng lên nhanh chóng - Piston bị đẩy xuống phía Kỳ thải: - Sản vật cháy qua đường xả NHĨM 28 Hình 3.10 Ngun lý hoạt động động dual fuel Đặc điểm: - Không thay đổi kỳ động diesel kỳ - Không thay đổi phần động Diesel - Ga phun vào đường ống nạp vào kỳ nạp động - Ga đốt cháy diesel phun mồi (>10%) - Diesel mồi cho phép q trình cháy ga - Tỷ số nén hiệu suất động diesel trì - Trung bình sử dụng 75% ga - Động chạy 100% diesel lúc mong muốn NHÓM 29 3.2.2 Thành phần hệ thống 1.Kim phun: Hình dáng kết cấu kim phun hình 3.11 3.12 Kim phun ga sử dụng rộng rãi cơng nghiệp khí thiên nhiên nơi cần phun với áp lực cao Vỏ phận bên làm từ thép không rỉ Áp suất hoạt động tối đa nằm khoảng 0,9 - MPa Cuộn dây điều khiển hoạt động với điện áp 12 – 24 VDC Bộ lọc: Bộ lọc ga hình 3.13 Bộ lọc cho dịng ga qua giữ lại hạt bẩn ga Nó cần thiết cho việc bảo vệ kim phun chi tiết xác khác hệ thống cung cấp ga Bộ lọc lọc 99,7% hạt có kích thước 0,3 – 0,6 µm Phần tử lọc làm lưới thủy tinh có kích thước 0,01 µm với dạng hình trụ trịn Khi hoạt động, nhiên liệu vào qua vách tròn, nơi mà hạt bẩn rắn giữ lại Bụi dạng nhũ tương tích trữ ngăn, sau xả Chất bẩn dạng bay lọc lọc khử trạm cung cấp nhiên liệu Van ngắt nhiên liệu: Van cắt nhiên liệu có cấu trúc thép chống ăn mòn chất lượng cao bề mặt tiếp xúc có độ kín tốt Được thiết kế để sử dụng cho động ga, hoạt động áp suất 0,9 MPa Điệp áp hoạt động 12VDC, cường độ dòng điện 1,6 A Bộ điều áp: Bộ điều áp thiết kế để trì áp suất ổn định với áp suất đầu vào thay đổi khác Áp suất đầu vào tối đa 2,8 MPa đầu nằm dải 0,7-1,4 MPa Hình 3.11 Kim phun ga NHĨM 30 Hình 3.12 Kết cấu kim phun ga Hình 3.13 Bộ lọc ga 3.2.3 Một số kết nghiên cứu tính kinh tế nhiên liệu khí thải động nhiên liệu kép Trong phần này, số kết thực nghiệm tính kinh tế nhiên liệu khí thải NHĨM 31 3.2.3.1 Thử nghiệm xe tải Kenworth: Hình 3.14 Xe tải Kenworth Thơng số kỹ thuật xe: - Model: K125CR - Động cơ: Cummins N14, 465HP - Hệ thống nhiên liệu: Cummins - Hộp số: 18 số - Tải trọng tối đa: 82 Thử nghiệm với thành phần Diesel/LPG: 60%/40% Thử nghiệm chi phí nhiên liệu: Hình 3.15 Biểu đồ thử nghiệm chi phí nhiên liệu - Chi phí nhiên liệu: giảm 29.5% (0.108 $AUD 1km) - Diesel 100% = 36.6 cents/km - Diesel/Gas = 25.8 cents/km NHÓM 32 Thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu: Hình 3.16 Biểu đồ thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu - Tiêu hao nhiên liệu: giảm 5.5% - Diesel 100% = 57.8 Lít/100 km - Diesel/Gas = 54.6 Lít/100 km 3.2.3.2 Thử nghiệm xe Mitsubishi 3.2L Diesel Hình 3.17 Xe Mitsubishi 3.2L Diesel Thông số kỹ thuật xe: - Động cơ: 3.2 lít Di-D DOHC 16-valve Intercooled Turbo Diesel - Dung tích: 3200cm3 - Tỷ số nén: 17:1 - Hệ thống nhiên liệu: Phun trực tiếp, bơm phân phối điều khiển điện - Turbocharger Intercooler - Công suất tối đa: 121kW 3800 vòng/phút - Moment xoắn tối đa: 373Nm 2000 vòng/phút Thử nghiệm với thành phần nhiên liệu diesel/LPG: 60%/40% NHÓM 33 Thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu: Hình 3.18 Biểu đồ thử nghiệm tiêu hao nhiên liệu - Tiêu thụ nhiên liệu : tiết kiệm 7.9% động dual fuel - Diesel 100% = 11.05 Lít / 100 km - Diesel/LPG = 10.17 Lít (kết hợp) / 100 km Thử nghiệm hiệu suất nhiệt: Hình 3.19 Biểu đồ thử nghiệm hiệu suất nhiệt Hiệu suất nhiệt: tăng 16.3% động dual fuel Thử nghiệm chi phí nhiên liệu: Hình 3.20 Biểu đồ thử nghiệm chi phí nhiên liệu NHĨM 34 Chi phí nhiên liệu: giảm 26% (0.0253 $AUD km) Thử nghiệm khí thải: Hình 3.21 Biều đồ thử nghiệm khí thải - CO2: Giảm 12.6% - Độ mờ khói: giảm 74.9% - NOx: giảm 18.1% động dual fuel KẾT LUẬN Với nhiều loại nhiều ưu điểm bật so với nhiều loại nhiên liệu nói chung loại nhiên liệu khí nói riêng, Việt Nam can phải tiếp tục công tác đầu tư nghiên cứu để sử dụng rộng rãi loại nhiên liệu thân thiện với môi trường giàu tiềm TÀI LIỆU THAM KHẢO - [1] PGS.TSKH Bùi Văn Ga- Quá trình cháy động đốt trong- Nhà xuất Khoa học kỹ thuaät [2] Nguyễn Tất Tiến: Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo Dục, năm 2001 [3] LPG system manual for automobile conversion kit- HWA SEANG BOILER CO.LTD [4] Dieselongas Pty Ltd: Alternative fuel technology [5] MFO: Marknadsundersökning Av Fordon drivna med biogas/naturgas, Stockholm MFO, 2001 [6] Caùc Website : http://www.vinabenny.com/Default/PageId/02d05bce-9c79-41d8b239-0c0a1f3fa159.html http://text.123doc.vn/document/53555-nhien-lieu-lpg-cho-oto.htm http://dongcobiogas.com/vi/ung-dung/phuong-tien-co-gioi/o-to-lpg.html http://www.wattpad.com/530584-ph%E1%BA%A7n-1-nhi%C3%AAn-li%E1%BB %87u-kh%C3%AD-h%C3%B3a-l%E1%BB%8Fng-lpg NHÓM 35 ... tính LPG .4 1.4 Các ứng dụng LPG 1.5 Các ưu điểm nhiên liệu LPG 1.6 An toàn sử dụng tồn trữ LPG 1.7 So sánh tính LPGvới nhiên liệu khác .8 Chương 2: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG TRÊN... động chạy nhiên liệu lỏng sang động chạy nhiên liệu khí hai loại nhiên liệu: nhiên liệu nhiên liệu khí cịn nhiên liệu lỏng dùng làm mồi đốt (động gas diasel) Khi chuyển cách dùng nhiên liệu từ... Chương : KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG LPG LÊN XE 2.1 Các loại nhiên liệu khí sử dụng xe Các loại nhiên liệu dùng xe chủ yếu gồm loại: khí thiên nhiên khí đồng hành từ mỏ dầu 2.1.1 Khí thiên nhiên Là khí khai