Nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel sử dụng nhiên liệu syngas

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ******************♠******************* NGÔ VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SYNGAS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ******************♠******************* NGÔ VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SYNGAS Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS KHỔNG VŨ QUẢNG Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng em Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác! Hà Nội, tháng năm 2014 Học viên Ngô Văn Dũng LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực Bộ mơn Động đốt cho phép em thực luận văntại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học Viện Cơ khí Động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt trình emlàm luận văn Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Khổng Vũ Quảng hướng dẫn em tận tình chu đáo mặt chun mơn để em thực hồn thành luận văn Em xin chân thành biết ơn quý thầy, cô Bộ mơn phịng thí nghiệm Động đốt - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ dành cho em điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội, Ban chủ nhiệm Khoa Cơng nghệ Ơtơ thầy cô Khoa hậu thuẫn động viên em suốt trình học tập Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận văn đồng ý đọc, duyệt góp ý kiến q báu để em hồn chỉnh luận văn Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích em suốt thời gian emhọc tập Học viên Ngô Văn Dũng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 10 1.1 Sự bùng nổ phương tiện giao thông vận tải vấn đề liên quan 10 1.2 Tổng quan nhiên liệu sinh học 13 1.2.1 Giới thiệu chung nhiên liệu sinh học 13 1.2.2 Các loại nhiên liệu sinh học phương pháp tổng hợp 15 1.2.3 Phạm vi đối tượng nghiên cứu 22 1.2.4 Nội dung nhiệm vụ đề tài 23 1.2.5 Kết luận 24 CHƯƠNG II NHIÊN LIỆU SYNGAS DÙNG TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL 25 2.1 Giới thiệu nhiên liệu syngas 25 2.2 Nguyên liệu sản xuất syngas 26 2.3 Tính chất lý hóa syngas 28 2.4 Công nghệ chuyển hóa syngas 29 2.4.1 Giới thiệu Cơng nghệ khí hóa tầng cố định 29 2.4.2 Giới thiệu Cơng nghệ khí hóa tầng sơi 32 2.5 Ưu nhược điểm syngas so với diesel truyền thống 33 2.6 Thực trạng tính kinh tế 35 2.6.1 Ảnh hưởng syngas đến tính kỹ thuật, kinh tế động 35 2.6.2 Ảnh hưởng syngas đến phát thải độc hại 38 2.7 Chiến lược phát triển sử dụng nhiên liệu sinh học nước ta 41 CHƯƠNG III CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH 43 3.1 Tổng quan phần mềm AVL Boost 43 3.1.1 Giới thiệu chung 43 3.1.2 Tính 44 3.1.3 Tính áp dụng 44 3.1.4 Giao diện phần mềm AVL Boost 45 3.1.5 Các phần tử chương trình 46 3.1.6 Trình tự mơ Boost 48 3.2 Cơ sở lý thuyết 49 3.2.1 Mơ hình hỗn hợp nhiên liệu 49 3.2.2 Mơ hình cháy 52 3.2.3 Mơ hình truyền nhiệt 57 3.2.4 Quá trình hình thành phát thải 62 3.3 Kết luận 69 CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 70 4.1 Mô động sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - syngas 70 4.1.1 Xây dựng mơ hình 70 4.1.2 Nhập liệu cho mơ hình 71 4.1.3 Đánh giá độ tin cậy mơ hình 75 4.2 Kết thảo luận 76 4.2.1 Lựa chọn tỷ lệ syngas thay diesel thích hợp 76 4.2.2 Đặc tính trình cháy 77 4.2.3 Suất tiêu thụ nhiên liệu 79 4.2.4 Khí thải ô nhiễm 80 4.2.5 Ảnh hưởng góc phun sớm 83 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu SK NLSK AVL Boost Diễn giải Sinh khối Nguyên liệu sinh khối Phần mềm mô chiều hãng AVL (Áo) CO Mônôxit cácbon NOx Ơxít nitơ Soot Bồ hóng MP Mơ TN Thực nghiệm Độ trục khuỷu TK IMEP Diễn biến áp suất ROHR Tốc độ tỏa nhiệt PPM Phần triệu DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh nhiên liệu sinh học với nhiên liệu dầu mỏ 14 Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật động Mitsubishi S3L2 24 Bảng 2.1 Tiềm sinh khối gỗ lượng 27 Bảng 2.2 Bảng tiềm sinh khối phụ phẩm nông nghiệp 27 Bảng 2.3 Các chất lý, hóa số loại phụ phẩm nơng nghiệp Việt Nam 28 Bảng 2.4 Tính chất lý hóa H2 ,CO khí Mê Tan 29 Bảng 2.5 So sánh giá trị kinh tế đơn vị nhiệt trị sử dụng nhiên liệu truyền thống sử dụng thay nhiên liệu sinh khối Việt Nam 35 Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật syngas với tỷ lệ H2/CO khác 38 Bảng 3.1 Các lệnh phần mềm AVL BOOST 47 Bảng 3.2 Các phần tử chương trình 47 Bảng 3.3 Chuỗi phản ứng hình thành NOx 71 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật động Mitsubishi S3L2 73 Bảng 4.2 Số lượng phần tử để hồn thiện mơ hình 74 Bảng 4.3 Thành phần cố định khí syngas 72 Bảng 4.4 Các thơng số điều khiển chung 72 Bảng 4.5 Công suất tiêu thụ nhiên liệu động góc phun sớm 70TK 73 Bảng 4.6 Công suất tiêu thụ nhiên liệu động góc phun sớm khác 74 Bảng 4.7 Lưu lượng khơng khí, diesel, syngas hệ số dư lượng khơng khí lamda 77 Bảng 4.8 Thay đổi suất tiêu thụ nhiên liệu 100% tải sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-syngas so với diesel 80 Bảng 4.9 Công suất, mômen lượng nhiên liệu cung cấp cho động 80 Bảng 4.10 Công suất, mômen phát thải mô thay đổi tỷ lệ syngas từ 10% đến 60% 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Số lượng ô tô xe máy hoạt động hàng năm Việt Nam Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải khí gây nhiễm theo nguồn phát thải Việt Nam năm 2008 Hình 1.3 Lượng khí thải CO phương tiện giới đường gây Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm phương tiện giới đường Hình 1.5 Tỷ lệ tơ, xe máy theo số năm sử dụng Hà Nội năm 2009 Hình 1.6 Quy trình sản xuất biogas 10 11 11 12 12 18 Hình 1.7 Q trình Este hóa sản xuất Biodiesel 20 Hình 1.8 Động S3L2 mitsubishi 22 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan sản xuất syngas 25 Hình 2.2 Cơng nghệ khí hóa tầng cố định 29 Hình 2.3 Cơng nghệ khí hóa tầng sơi 32 Hình 2.4 Áp suất có ích thị trung bình theo % syngas 36 Hình 2.5 Hiệu suất nhiệt thị theo % syngas 36 Hình 2.6 Hiệu suất nhiệt có ích theo % tải với tỷ lệ H2/CO khác 37 Hình 2.7 Hệ số nạp theo % tải với tỷ lệ H2/CO khác 37 Hình 2.8 Phát thải HC theo tỷ lệ thay syngas 39 Hình 2.9 Phát thải CO theo tỷ lệ thay syngas 39 Hình 2.10 Phát thải NOX theo tỷ lệ thay syngas 39 Hình 2.11 Diễn biến phát thải CO theo tải trọng ứng với tỷ lệ H2/CO 40 khác Hình 2.12 Diễn biến phát thải HC theo tải trọng ứng với tỷ lệ H2/CO 40 khác Hình 2.13 Diễn biến phát thải NOX theo tải trọng ứng với tỷ lệ H2/CO 41 khác Hình 3.1 Giao diện phần mềm AVL Boost 45 Hình 3.2 Giao diện thơng số điều khiển ban đầu 52 Hình 3.3 Giao diện mơ tả thiết lập mơ hình hỗn hợp nhiên liệu 52 Hình 3.4 Mơ hình đặc tính phần tử theo chuỗi động học CHEMKIN 53 Hình 3.5 Mơ hình Zedovich 54 Hình 3.6 Màng lửa tới thành xylanh; Sự bắt đầu tượng cháy sát vách Hình 3.7 Sơ đồ truyền nhiệt xilanh 59 60 Hình 3.8 Tỷ lệ mol CO dự đoán: hàm lượng CO cân CO động học (tốc độ động 3000v/ph, toàn tải, A/F = 12,6) Hình 3.9 Tỷ lệ mol dự đốn CO theo hàm góc đánh lửa sớm hệ số dư lượng khơng khí (tốc độ động 3000v/ph, tồn tải) Hình 3.10 Tỷ lệ mol dự đốn HC theo hàm góc đánh lửa sớm hệ số dư lượng khơng khí (tốc độ động 3000v/ph, tồn tải) 65 66 72 Hình 4.1 Mơ hình mơ 70 Hình 4.2 Thơng số nhiên liệu syngas 71 Hình 4.3 cơng suất tiêu hao nhiên liệu mơ thực nghiệm 76 Hình 4.4 Diễn biến nhiệt độ xylanh động 1500 vịng/phút, 100% tải Hình 4.45Tốc độ toả nhiệt động sử dụng tỷ lệ nhiên liệu 1500 vịng/phút, 100% tải Hình 4.6 Thay đổi nồng độ CO thay đổi tỷ lệ Syngas 100% tải, tốc độ 1500v/ph Hình 4.7 Kết phát thải Soot, NOx thay đổi tỷ lệ syngas 100% tải, tốc độ 1500v/ph Hình 4.8 Kết Cơng suất, mơ men thay đổi góc phun sớm 100% tải, tốc độ 1500v/p, tỷ lệ syngas 60% Hình 4.9 Kết phát thải NOx, Soot thay đổi góc phun sớm 100% tải, tốc độ 1500v/ph, tỷ lệ syngas 60% Hình 4.10 Kết phát thải CO thay đổi góc phun sớm 100% tải, tốc độ 1500v/ph, tỷ lệ syngas 60% 78 79 81 82 84 84 85 Hình 4.3 Cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu mô thực nghiệm đặc tính tải chế độ 1500v/ph động S3L2 4.2 Kết thảo luận 4.2.1 Lựa chọn tỷ lệ syngas thay diesel thích hợp Bảng 4.7 cho thấy thay đổi lượng khơng khí, diesel, syngas hệ số dư lượng khơng khí lambda trường hợp mô với tỷ lệ syngas thay diesel từ 0% (hoàn toàn diesel ) đến 60% Hệ số dư lượng khơng khí lambda nhiên liệu kép tính sau [ 22]: 3.3 Trong : dmAir : lưu lượng khơng khí; dmdiesel : lưu lượng diesel; dmsyngas : lưu lượng syngas; (A/F)diesel : tỷ số (A/F) diesel; (A/F)syngas : tỷ số (A/F) syngas; 76 Bảng 4.7 Lưu lượng khơng khí, diesel, syngas hệ số dư lượng khơng khí lamda TT Tỷ lệ diesel thay (%) Lượng khơng khí Lượng diesel Lượng syngas ( Kg/h) ( Kg/h) ( Kg/h) Lamda 59,39 2,70 0,00 1,517 10 56,99 2,43 2,92 1,569 20 54,97 2,16 5,08 1,648 30 52,55 2,89 7,78 1,733 40 50,33 2,62 11,34 1,814 50 47,53 1,35 114,26 1,907 60 44,90 1,08 17,28 2,027 Do syngas có khối lượng riêng nhỏ diesel nên tăng lượng diesel thay syngas, thành phần chiếm chỗ oxy đường nạp, làm giảm lượng khơng khí nạp vào xilanh Tuy nhiên, (A/F)syngas nhỏ so với diesel nên tăng tỷ lệ diesel thay thế, hệ số dư lượng khơng khí lamda tăng làm nhạt thành phần hỗn hợp Bảng 4.7 diesel thay 60% ( trường hợp 7) lượng syngas phải 17,28 kg/h, hệ số dư lượng khơng khí lambda lúc 2.027, lúc thành phần hỗn hợp nhạt động Mô thực với tỷ lệ diesel thay cao 60% Tuy nhiên lambda cao (cao 2,027), làm cho hỗn hợp nhạt làm ảnh hưởng đến khả tự cháy động diesel khả lan tràn màng lửa, làm giảm hiệu suất động Thực tế mô cho thấy, cơng suất động giảm mạnh Vì tác giả lựa chọn tỷ lệ diesel thay tối đa 60% 4.2.2 Đặc tính trình cháy 77 Hình 4.4 so sánh diễn biến nhiệt độ xylanh động thay đổi tỷ lệ nhiên liệu 0%; 30% 60%, Ở 1500 vịng/phút Hình 4.4 Diễn biến nhiệt độ xylanh động 1500 vịng/phút, 100% tải Trong : Trường hợp Case1 sử dụng 100% diesel, case4 thay 30% diesel trường hợp case7 thay tới 60% diesel Ta nhận thấy trường hợp case case7 ROHR cao so với case nhiên liệu cháy đồng hơn, IMEP cố định Hơn thành phần H2 chứa syngas nên bổ sung vào động làm tăng khả cải thiện trình cháy phát thải độc hại động Trong hình 4.4 ta thấy rằng, giá trị nhiệt độ xylanh theo góc quay trục khuỷu đạt cực đại sau thời điểm kết thúc trình cháy nhanh (áp suất đạt cực đại) cịn có tượng cháy rớt trình giãn nở, không đủ khả sinh công thấp piston qua điểm chết lại gia nhiệt cho vùng cháy khác nên sau nhiệt độ đạt cực đại 78 Hình 4.5 Tốc độ toả nhiệt động sử dụng tỷ lệ nhiên liệu 1500 vịng/phút, 100% tải Ta có tốc độ toả nhiệt tính theo cơng thức sau: đó: gct: lượng nhiên liệu cấp cho chu trình QH: nhiệt trị thấp nhiên liệu 𝑑𝑑𝑑𝑑/𝑑𝑑𝑑𝑑 : tốc độ cháy Như ta biết tốc độ cháy hỗn hợp diesel-syngas cao so với diesel, ta dễ dàng chứng minh tốc độ toả nhiệt động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu diesel-syngas cao so với động sử dụng diesel túy Khi tăng lượng syngas cấp vào động tốc độ toả nhiệt tăng Vì syngas dạng khí nên nhiệt độ mơi chất nạp cao hơn, điều dẫn tới kết hiệu suất nhiệt cải thiện 4.2.3 Suất tiêu thụ nhiên liệu Suất tiêu thụ nhiên liệu tỷ số lượng nhiên liệu tiêu thụ đơn vị thời gian cơng suất có ích động Trong trường hợp này, giữ nguyên lượng nhiên liệu ta dễ dàng xác định suất tiêu thụ nhiên liệu động Vì để công suất động giữ ổn định đảm bảo so với 79 chạy 100% diesel, nên suất tiêu thụ nhiên liệu syngas động tăng, thể qua bảng 4.8 Bảng 4.8 Thay đổi suất tiêu thụ nhiên liệu 100% tải sử dụng lưỡng nhiên liệu dieselSyngas so với diesel TT Tỷ lệ Syngas ( %) Tiêu thụ diesel (kg/h) Tiêu thụ syngas (kg/h) 2.70 0.00 10 2.43 2.92 20 2.16 5.08 30 1.89 7.78 40 1.62 11.34 50 1.35 14.26 60 1.08 17.28 Bảng 4.9 Công suất, mômen lượng nhiên liệu cung cấp cho động Syngas P Mô men Diesel Syngas % kW Nm ( g/cycle) ( g/cycle) 9.17 59.02 0.020 0.00 10 9.32 59.31 0.018 0.27 20 9.17 58.40 0.016 0.50 30 9.19 58.51 0.014 0.77 40 9.24 58.80 0.012 1.05 50 9.21 58.63 0.010 1.32 60 9.19 58.52 0.008 1.60 4.2.4 Khí thải nhiễm 4.2.4.1 Phát thải CO CO sản phẩm cháy cacbon điều kiện thiếu oxy CO dạng khí khơng màu, khơng mùi Khi kết hợp với sắt có sắc tố máu tạo thành hợp chất ngăn cản trình hấp thụ oxy hemoglobin máu, làm giảm khả cung cấp oxy cho thể CO độc, với hàm lượng nhỏ không khí gây cho người tử vong Như ta biết, động chế độ toàn tải 80 nồng độ CO lớn λ < Khi hỗn hợp thiếu O2, dẫn đến cacbon nhiên liệu không phản ứng tiếp để chuyển CO thành CO2, nồng độ CO cao Trong đó, phát thải CO tăng tăng tỷ lệ syngas, CO tăng lớn 65,7% tỷ lệ syngas 60% Điều cho thấy, lượng syngas đưa vào động đường nạp tăng lên, chiếm thể tích đường nạp, làm giảm hệ số nạp dẫn đến hệ số dư lượng khơng khí giảm, hỗn hợp đậm Do đó, CO tăng Với tỷ lệ khác ta xây dựng đồ thị biểu diễn thay đổi CO sử dụng lưỡng nhiên liệu so với sử dụng diesel Như thể Hình 4.6 phát thải CO tăng tăng lượng syngas bổ sung vào đường nạp Đồ thị cho thấy phát thải CO tăng từ 100 ppm đến 180 ppm tăng lượng syngas từ đến 60% Lý thứ tăng lượng syngas làm giảm lượng khơng khí nạp vào động cơ, hỗn hợp đậm hay tỷ lệ A/F giảm Điều lý giải q trình cháy H2 cần nhiều oxy tỷ lệ A/F H2 cao nhiều so với diesel Ngoài ra, tốc độ cháy H2 cao so với CO nên q trình xy hóa H2 diễn nhanh nên làm giảm nồng độ ô xy khu vực cháy nhiên liệu, làm tăng khả hình thành CO CO (ppm) 220 180 140 100 CO 60 20 10 20 30 40 50 60 Phần trăm diesel thay (%) Hình 4.6 Kết phát thải CO theo phần trăm diesel thay 100% tải, tốc độ 1500v/ph 81 Từ đồ thị này, ta tính tốn độ tăng trung bình CO sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-syngas 11,44%; 17,64%; 28,89%; 41,60%; 52,90%; 65,70% So với sử dụng diesel 4.2.4.2 Phát thải NOx NOx sản phẩm q trình oxy hố nitơ khơng khí điều kiện nhiệt độ cao Do nitơ có nhiều hố trị nên oxyt nitơ tồn nhiều dạng khác nhau, gọi chung NOx Trong khí thải động NOx tồn hai dạng chủ yếu NO2 NO Thành phần NOx phụ thuộc vào hệ số dư lượng khơng khí λ (nồng độ oxy hỗn hợp) nhiệt độ cháy Hình 4.6 hình 4.7 thể phát thải NOx, Soot, CO theo tỷ lệ syngas Kết cho thấy, tăng tỷ lệ syngas phát thải NOx tăng Soot giảm NOx tăng lớn 120,68% tỷ lệ syngas 60% Điều lý giải tăng lượng syngas, trình cháy cải thiện, tốc độ cháy cao vậy, thành phần NOx tăng lên NOx Soot 3600 0.8 2800 0.6 2000 0.4 1200 0.2 400 Soot (g/kW.h) NOx (ppm) 4400 0 10 20 30 40 50 Phần trăm diesel thay (%) 60 Hình 4.7 Kết phát thải Soot, NOx thay đổi tỷ lệ syngas 100% tải, tốc độ1500v/ph 82 Các kết mô ảnh hưởng tỷ lệ syngas đến đặc tính làm việc phát thải động thể bảng 4.10 hình 4.6 4.7 Bảng 4.10 Cơng suất, mơmen phát thải mô thay đổi tỷ lệ syngas từ 10% đến 60% Syngas Ne Me CO SOOT NOx % kW Nm ppm g/kW.h ppm 9,17 59,02 107,2 0,900 1709,3 10 9,32 59,31 119,5 0,773 2112,8 20 9,17 58,4 126,2 0,597 2383,0 30 9,19 58,51 138,2 0,448 2742,4 40 9,24 58,8 151,8 0,315 3111,9 50 9,21 58,63 164,0 0,207 3436,5 60 9,19 58,52 177,68 0,131 3771,98 Kết cho thấy, tăng tỷ lệ syngas phát thải NOx tăng Soot giảm NOx tăng lớn 120,68% tỷ lệ syngas 60% Điều lý giải tăng lượng syngas, trình cháy cải thiện, tốc độ cháy cao vậy, thành phần NOx tăng lên 4.2.5 Ảnh hưởng góc phun sớm 4.2.5.1 Điều chỉnh góc phun sớm Góc phun sớm tối ưu sử dụng hoàn toàn diesel 70TK 1500v/ph tải 100% Để đánh giá ảnh hưởng góc phun sớm đến đặc tính làm việc phát thải đơng S3l2 sử dụng lưỡng nhiên liệu syngas-diesel Nghiên cứu thực tăng góc phun sớm 20TK, 40TK, 60TK, 80TK giảm 20TK tốc độ 1500v/ph tải 100% tỷ lệ syngas 60% 83 60 9.5 58 56 Ne 8.5 Me Me (N.m) Ne (kW) 10 54 52 11 Góc phun sớm (0TK) 13 15 Hình 4.8 Kết cơng suất, mơ men thay đổi góc phun sớm 100% tải, tốc độ 1500v/ph, tỷ lệ syngas thay 60% diesel Hình 4.8 thể cơng suất mơ men động thay đổi góc phun sớm 100% tải, tốc độ 1500v/ph, tỷ lệ syngas 60% Kết cho thấy, giảm góc phun sớm 2oTK mơ men cơng suất thay đổi khơng nhiều Khi tăng góc phun sớm lên 2oTK cho mô men công suất cực đại Nếu tiếp tục tăng góc phun sớm lên 4oTK, 6oTK 8oTK cơng suất mơ men giảm tương ứng 0,11%; 0,9%; 2,4% 4,5% Điều giải thích tăng góc phun sớm nhiều (từ 4oTK 4400 0.2 3600 0.16 2800 0.12 2000 NOx 0.08 Soot Soot (g/kW.h) NOx (ppm) trở lên) trình cháy diễn sớm hơn, làm tốn cơng nén Do đó, cơng suất giảm 0.04 1200 400 11 13 Góc phun sớm (0TK) 15 Hình 4.9 Kết phát thải NOx, Soot thay đổi góc phun sớm 100% tải, tốc độ 1500v/ph tỷ lệ syngas thay 60% diesel 84 Hình 4.9 hình 4.10 thể phát thải NOx, Soot, CO thay đổi góc phun sớm Kết cho thấy, giảm góc phun sớm thành phần phát thải thay đổi không nhiều tăng góc phun sớm 20TK, 40TK, 60TK, 80TK thành phần NOx thay đổi không nhiều, CO giảm tương ứng 3,82%; 7,71%; 11,63% 15,5% Soot tăng tương ứng 1,21%; 2,85%; 4,98% 8,2% Điều giải thích tăng góc phun sớm làm ảnh hưởng đến nhiệt độ trung bình xilanh, trình cháy diễn sớm hơn, làm giảm khả cháy khơng hồn tồn, CO giảm, NOx thay đổi Mặt khác, nhiên liệu đốt cháy nhiệt độ áp suất cao, phun sớm diesel làm tăng thời gian cháy trễ, hỗn hợp nhiên liệu diesel khơng khí cháy thành phầnkém đồng làm cho phát thải dạng hạt Soot tăng 220 CO (ppm) 180 140 CO 100 60 20 11 Góc phun sớm (0TK) 13 15 Hình 4.10 Kết phát thải CO thay đổi góc phun sớm 100% tải, tốc độ 1500v/ph tỷ lệ syngas thay 60% diesel Với kết trên, thấy góc phun sớm tăng 20TK mô men công suất đạt cực đại, NOx thay đổi khơng nhiều, soot tăng ít, CO giảm mạnh Cịn tiếp tục tăng góc phun sớm mơ men, công suất giảm mạnh, phát thải không cải thiện Do đó, động S3L2 thay 60% diesel chế độ 1500 v/ph 100% tải nên tăng góc phun sớm lên 20TK (tương ứng 90TK) 85 Và sở để thiết kế điều khiển góc phun sớm sử dụng cho lưỡng nhiên liệu diesel-syngas Điều chỉnh lượng nhiên liệu để đảm bảo công suất động sử dụng lưỡng nhiên liệu, với sử dụng nhiên liệu diesel túy Ta điều chỉnh lượng syngas cung cấp cho công suất động đảm bảo dải tốc độ 1500v/ph Ứng với lượng diesel bớt (từ 10%-60%) có giá trị nhiên liệu syngas cần bổ sung, để tính tốn, thiết kế lại hệ thống cung cấp nhiên liệu cho cung cấp đủ lượng nhiên liệu cần thiết 86 KẾT LUẬN Kết nghiên cứu mô sử dụng lưỡng nhiên liệu syngas-diesel động diesel tóm tắt ý số điểm quan trọng sau: - Việc cấp syngasvào đường nạp động diesel phù hợp cần nối dài đường ống nạp(cấp syngas) không yêu cầu phải thay đổi kết cấu động Tính chất nhiên liệu syngas đáp ứng yêu cầu làm việc động - Nghiên cứu mô syngas thay tới 60% nhiên liệu diesel - Khi tăng tỷ tỷ lệ syngas phát thải NOx, CO tăng, Soot giảm Cụ thể tỷ lệ thay 60% NOx CO tăng tương ứng là: 120,68% 65,7% Soot giảm 85,7% Tuy nhiên thành phần độc hại CO có xu hướng tăng lên ảnh hưởng suy giảm nhiệt độ áp suất xylanh.Càng tăng tỷ lệ syngas, làm tăng áp suất nhiệt độ trình cháy dẫn tới phát thải NOX tăng - Khi sử dụng syngas động diesel nên tăng góc phun sớm diesel nhằm giảm phát thải CO, hài hòa thành phần phát thải khác mà không làm ảnh hưởng đến công suất động 1500v/ph tải 100% nên tăng góc phun sớm 20TK( tương ứng 90TK).Tỷ lệ phân tử khí syngas có ảnh hưởng lớn tới tính làm việc phát thải độc hại động cơ: 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH Phạm Ngọc Đăng, Thực trạng nhiễm khơng khí thị Việt Nam 2010 [2] Nguyễn Lê Châu Thành (2006), Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu cho xe máy Haesun F14 sử dụng hỗn hợp xăng- ethanol, Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật, Đà Nẵng [3] Đặng Hữu Thành, Nghiên cứu sử dụng khí BOIGAS để chạy động máy phát điện trại chăn nuội, Giáo viên hướng dẫn GS TSKH Bùi Văn Ga [4] Pham HuuTuyen, Le Anh Tuan, et.al 2011, The influences of waste cooking oil derived biodiesel on diesel engine characteristics 5th South East Asian Technical University Consortium (SEATUC) Symposium, ISSN 1882-5796, p.542-545 [5] VolVo Bio-DME [6] PGS.Ts Đinh Thị Ngọ; Ts Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Nhiên liệu q trình xử lý hóa dầu, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội,2008 [7] Tung D Nguyen.2009 presen state, potential and the future of electrical Power generation from Biomass residues in Vietnam Agricultural Engineering international: the CIGR Ẹjournal [8] Bibhuti, et.al Effect of H2:CO ratio in syngas on the performance of a dual fuel diesel engine operation [9] Martin Kaltschmit, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (2009) [10] www.khihoa.com (12 tháng 12 năm 2011) [11] Changwei Ji et.al Improving the performance of a spark-ignited gasoline engine with the addition of syngas produced by onboard ethanol steaming reforming, international journal of H2gen, energy xxx (2012) 1-9 88 [12] B B Sahoo, et.al Effect of Load Level on the Performance of a Dual Fuel Compression Ignition Engine Operating on Syngas Fuels With Varying H2/CO Content, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power DECEMBER 2011, Vol 133 / 122802-1 [13] Veziroglu TN, Barbir F H2gen, the wonder fuel Int J H2gen Energy 1992;17:391-404 [14] MaF,DingS,WangY,WangM,JiangL,NaeveN, et al Performance an emission characteristics of a Spark-Ignition (SI) H2gen-enriched compressed natural gas (HCNG) engine under various operating conditions including idle conditions Energy Fuels 2009; 23:3113-8 [15] Ma F, Wang J, Wang Y, Wang Y, Li Y, Liu H, et al Influence of different volume percent H2gen/natural gas mixtures on idle performance of a CNG engine Energy Fuels 2008;22:1880-7 [16] Ji C, Wang S, Zhang M, Zhang B Reducing the idle speed of a spark-ignited gasoline engine with H2gen addition Int J H2gen Energy 2010;35:10580-8 [17] Akansu SO, Kahraman N, Ceper B Experimental study on a spark ignition engine fuelled by methane-H2gen mixtures Int J H2gen Energy 2007;32:4279-84 [18] Yousufuddin S, Mehdi SN, Masood M Performance and combustion characteristics of a H2gen ethanol-fuelled engine Energy Fuels 2008;22:3355-62 [19] AVL–List GmbH BOOST v.2009 Users Guide Hans–List–Platz 1, A–8020 Graz, Austria, 2009 [20] AVL–List GmbH BOOST v.2009 Theory Hans–List–Platz 1, A–8020 Graz, Austria, 2009 [21] Phạm Minh Tuấn Khí thải động nhiễm mơi trường NXB Khoa học kỹ thuật, 2008 89 [22] Le Anh Tuan, Simulation of a Syngas- diesel dual fuel engine for small-scale power, Hanoi University of Science and Technology, September 2013 (in Vietnamese) [23] Khổng Vũ Quảng, Bùi Văn Chinh Nghiên cứu sử dụng khí tổng hợp động đốt trong,2013 [24] Jared P, ciferno john J, Marano benchmarking Biomass Gasification Technologies for Fuels, Chemicals and hydrogen Production 2002 90 ... vọng giúp ích phần việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu syngas với động diesel 24 CHƯƠNG II NHIÊN LIỆU SYNGAS DÙNG TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1 Giới thiệu nhiên liệu syngas Syngas sản xuất từ hợp chất... qua tập trung nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học nhằm thay phần dầu khoáng, tiến tới xây dựng ngành nhiên liệu quốc gia Với đề tài ? ?Nghiên cứu mô động diesel sử dụng nhiên liệu syngas? ?? em xin... hao nhiên liệu đặc tính cháy động sử dụng hai loại nhiên liệu Từ đánh giá phần ưu việt việc sử 23 dụng nhiên liệu động diesel thay đổi kết cấu động để đảm bảo tính kỹ thuật mà mong muốn sử dụng