Luận án nhằm hướng đến mục tiêu đánh giá khả năng sử dụng syngas thay thế diesel truyền thống dùng cho động cơ diesel - máy phát điện, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ. Để biết rõ hơn về nội dung chi tiết, mời các bạn cùng tham khảo.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI VĂN CHINH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KHÍ TỔNG HỢP TỪ SINH KHỐI CHO ĐỘNG CƠ DIESEL PHÁT ĐIỆN CỠ NHỎ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 62520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2016 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: Phản biện PGS.TS Khổng Vũ Quảng Phản biện PGS.TS Phạm Văn Thể Phản biện 1: PGS.TS Lại Văn Định Phản biện 2: PGS.TS Lê Hoài Đức Phản biện 3: TS Bùi Việt Đức Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … giờ, ngày … tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Tiến Cương, Phạm Hồng Lương, Văn Đình Sơn Thọ, Bùi Văn Chinh (2014) Nghiên cứu khả thay diesel sản phẩm khí từ thiết bị hóa khí than hoa cho hệ thống động diesel máy phát điện Tạp chí Năng lượng nhiệt, năm thứ 21, số 117, tr.11÷14&25 Ngô Văn Dũng, Khổng Vũ Quảng, Bùi Văn Chinh, Phạm Văn Thể (2014) Nghiên cứu sử dụng syngas cho động diesel phần mềm AVL-Boost Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, ĐHCN HN, số 22, tr.33÷36 Bùi Văn Chinh, Khổng Vũ Quảng, Phạm Văn Thể (2014) Nghiên cứu tổng quan sử dụng nhiên liệu khí syngas động đốt Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, ĐHCN HN, số 24, tr.31÷36 Bùi Văn Chinh, Khổng Vũ Quảng, Phạm Văn Thể (2015) Nghiên cứu sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas động máy phát điện cỡ nhỏ Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, ĐHCN HN, số 27, tr.60÷63 Bùi Văn Chinh, Khổng Vũ Quảng, Phạm Văn Thể (2015) Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas động diesel máy phát điện cỡ nhỏ Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học - Cơ học Thủy khí Tồn quốc, tr 51÷60 Bùi Văn Chinh, Khổng Vũ Quảng, Phạm Văn Thể (2015) Estimate effects of load condition on replacement proportion of syngas on dual fuel diesel/syngas The international Conference on Automotive Technology for Vietnam - ICAT, October 9-11, pp.ICAT2015-024 (1/4÷4/4) -1MỞ ĐẦU Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí cho ĐCĐT, có nghiên cứu syngas sản xuất từ sinh khối ứng dụng cho động diesel máy phát điện cỡ nhỏ, mục đích tìm nguồn lượng sạch, rẻ, dồi để thay cho nguồn nhiên liệu hóa thạch, nhiên vấn đề Việt Nam chưa quan tâm mức Sinh khối nguồn nguyên liệu từ phụ phẩm nông nghiệp hay từ hoạt động sản xuất lâm nghiệp, để tận dụng nguồn sinh khối NCS thực đề tài “Nghiên cứu sử dụng khí tổng hợp từ sinh khối cho động diesel phát điện cỡ nhỏ” kết hợp với đề tài nghị định thư Việt Nam-Thái Lan (2014) “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo vận hành thử nghiệm hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp lượng quy mô nhỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam” Đề tài thực sở phối hợp gi a Viện tiên tiến Khoa học Công nghệ với Viện Cơ khí động lực, Trư ng Đại học ách khoa Hà Nội hướng tới góp ph n giải vấn đề thực tiễn phát triển nguồn nhiên liệu anh, để giảm thiểu nhiễm m i trư ng đ c iệt giảm tải cho lưới điện quốc gia gi cao điểm góp ph n n định sản uất sinh hoạt cho ngư i dân i Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài *) Mục đích nghiên cứu Đánh giá khả sử dụng syngas thay diesel truyền thống dùng cho động diesel - máy phát điện, đồng th i đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động *) Đối tượng phạm vi nghiên cứu Động Mitsubishi S3L2, động diesel xy lanh, kỳ không tăng áp sử dụng ph biến dẫn động máy phát điện Nhiên liệu thử nghiệm gồm diesel syngas Trong syngas sản xuất từ nguồn sinh khối khác cấp liên tục cho động Trong trình thử nghiệm thành ph n syngas liên tục kiểm soát Nghiên cứu mơ q trình cấp syngas, hình thành hỗn hợp cháy động diesel - máy phát điện sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với lưu lượng syngas khác sản xuất từ nguồn sinh khối khác Ph n thực nghiệm thực nghiên cứu ảnh hưởng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với lưu lượng khác đến đ c tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel - máy phát điện hoạt động chế độ tải khác Trong lượng syngas cấp trực tiếp liên tục vào đư ng nạp động từ hệ thống khí hóa sinh khối ii Phƣơng pháp nghiên cứu -2Phương pháp nghiên cứu sở kết hợp gi a lý thuyết thực nghiệm, nghiên cứu lý thuyết tiến hành c ng cụ m chuyên sâu, gồm CFD Fluent AVL-Boost Còn nghiên cứu thực nghiệm tiến hành PTN Hệ thống Năng lượng nhiệt với hỗ trợ thiết ị đo đại đồng ộ PTNĐCĐT, Trư ng ĐH K Hà Nội iii Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đã thực thành c ng nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel - máy phát điện đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động Khi áp dụng kết luận án vào thực tế góp ph n giải vấn đề cấp thiết nguồn nhiên liệu thay thế, giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu truyền thống, khai thác sử dụng hiệu nguồn sinh khối dồi có từ phế thải ngành n ng lâm nghiệp, góp ph n giải ph n thiếu hụt nguồn điện vùng sâu, vùng a nh ng vùng thiếu nguồn điện lưới quốc gia Luận án tài liệu tham khảo h u ích nghiên cứu sử dụng syngas đào tạo chuyên sâu ngành động đốt iv Tính Luận án Syngas nguồn nhiên liệu thay dùng cho động đốt có nhiều tiềm Hiện nay, Việt Nam nguồn nguyên liệu sản uất syngas từ phế phẩm n ng lâm nghiệp dồi Việc sử dụng syngas thay nhiên liệu ăng diesel truyền thống góp ph n tận dụng nguồn phụ phế phẩm n ng, lâm nghiệp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch góp ph n giảm phát thải độc hại Đã sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp gi a m thực nghiệm để đánh giá khả mức độ ảnh hưởng tỷ lệ thành ph n syngas thay thế, góc phun sớm, áp suất phun nhiên liệu diesel đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel dẫn động máy phát điện cỡ nhỏ v Các nội dung đề tài Để thực nội dung nghiên cứu, luận án trình bày gồm ph n sau: Mở đ u Chương T ng quan Chương Hình thành hỗn hợp cháy động lưỡng nhiên liệu diesel/syngas Chương Mô cung cấp syngas chu trình nhiệt động động Mitsu ishi S3L2 sử dụng diesel/syngas Chương Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá Kết luận chung phương hướng phát triển -3CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học 1.1.1 Giới thiệu chung nhiên liệu sinh học 1.1.2 Chiến lược phát triển sử dụng NLSH Việt Nam 1.2 Khái quát chung, ƣu, nhƣợc điểm syngas 1.2.1 Khái quát chung syngas Syngas hỗn hợp khí thành ph n nhiên liệu bao gồm CO, H2 CH4, ngồi cịn có CO2, nước, N2 hydro cácbon cao phân tử (tar) Syngas dùng để sản xuất amoniac methanol ho c biến đ i qua chu trình Fischer-Tropsch để sản xuất loại nhiên liệu t ng hợp Syngas dễ cháy nên sử dụng loại nhiên liệu thay cho ĐCĐT 1.2.2 Tính chất lý hóa syngas Tính chất vật lý hóa học syngas phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất, công nghệ sản xuất đ c biệt thành ph n khí đơn chất cấu tạo nên Bảng 1.1 thể tính chất lý hóa khí thành ph n syngas: Bảng 1.1 Tính chất lý hóa H2 , CO CH4 TT Thông số H2 CO Nhiệt trị thấp ( MJ/kg) 121 10,2 CH4 50,2 Tỷ lệ khơng khí-nhiên liệu lý thuyết 34,4 2,46 17,2 Nhiệt độ cháy lớn atm (K) 2378 2384 2223 Giới hạn bốc cháy (nhạt/đậm) 0,01/7,17 0,34/6,8 0,54/1,69 Tốc độ lan tràn màng lửa (cm/giây) 270 45 35 1.2.3 Ưu, nhược điểm syngas 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu sản xuất syngas từ sinh khối 1.3.1 Nghiên cứu sản xuất syngas giới 1.3.2 Nghiên cứu sản xuất syngas Việt Nam Đã có nh ng đề tài dự án, hội thảo liên quan đến nghiên cứu phát triển lượng sinh khối triển khai Viện nghiên cứu Trư ng đại học ch đây: - Phạm Hoàng Lương đồng nghiệp, Trư ng ĐHBK Hà Nội thực Báo cáo t ng hợp nghiên cứu thiết kế, chế tạo vận hành thực nghiệm hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp lượng quy mô nhỏ phù hợp điều kiện Việt Nam Đề tài nghị định thư Việt Nam - Thái Lan, 5/2014; - Nghiên cứu thực trạng sử dụng sinh khối Việt Nam Viện lượng thực hiện; - Viện Công nghệ sau thu hoạch, sử dụng thiết bị khí hóa trấu Khí sản -4phẩm (producer gas) dùng để đốt cấp nhiệt quy mô nhỏ Lựa chọn sinh khối để sản xuất syngas Nhìn chung, nguồn sinh khối Việt Nam có tr lượng lớn viên nén mùn cưa, trấu, rơm, gỗ mẩu, dăm mảnh keo, vỏ cà phê, vỏ hạt điều, than hoa Với mục tiêu lựa chọn sinh khối phù hợp để sản xuất syngas sử dụng cho bếp đun, hệ thống sấy, cho ĐCĐT… Giải pháp từ loại sinh khối than hoa, gỗ mẩu mùn cưa lựa chọn để sản xuất syngas phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam; nghiên cứu phân tích, đánh giá syngas để ác định sinh khối phù hợp với mục tiêu sau: tính n định lưu lượng q trình sản xuất, thành ph n khí có syngas mẫu phân tích có tính tương đồng đ c biệt có hàm lượng tar thấp Qua đánh giá thực tế cho thấy syngas sản xuất từ sinh khối than hoa đảm bảo yêu c u, nên sử dụng cho ĐCĐT hay ứng dụng vào nghiên cứu khác 1.4 Tình hình nghiên cứu sử dụng syngas cho ĐCĐT 1.4.1 Trên giới Xu hướng sử dụng ĐCĐT từ trước đến đa dạng, khơng nh ng sử dụng cho phương tiện giao th ng đư ng bộ, đư ng khơng, đư ng thủy mà cịn sử dụng máy phát điện máy nông nghiệp Sự gia tăng nhanh chóng số lượng phương tiện vận tải thiết bị động lực sử dụng ĐCĐT chạy nhiên liệu ăng diesel gây nhiễm môi trư ng tr m trọng gây nguy cạn kiệt nguồn nhiên liệu Chính vấn đề giảm tiêu hao nhiên liệu thành ph n phát thải độc hại ĐCĐT lu n nh ng thách thức lớn ngành công nghiệp động Cùng với phát triển thành công ngành khoa học khác, ngành công nghiệp t nói riêng ngành ĐCĐT nói chung th i gian qua đạt nh ng thành c ng đáng kể việc phát triển, ứng dụng nguồn nhiên liệu thay thân thiện với m i trư ng phải kể đến nhiên liệu syngas 1.4.1.1 Sử dụng syngas cho động xăng 1.4.1.2 Sử dụng syngas cho động diesel 1.4.2 Tại Việt Nam Tại Việt Nam, giai đoạn 1980÷1984 có nghiên cứu sử dụng syngas cho động ăng e Ô t GAZ51 ên cạnh có số nghiên cứu sử dụng syngas tàu đánh cá ngư dân vùng iển Vũng Tàu xe chở khách tuyến Tp Gia Lai - Tp Hồ Chí Minh th ng tin cụ thể nghiên cứu chưa có nguồn trích dẫn xác Đề tài nghiên cứu Vy H u Thành, Trư ng HVKT Quân sự, “Nghiên cứu việc sử dụng khí hóa từ than hoa than đá dùng cho động -5cơ t ” Nội dung đề tài sản xuất syngas từ mẫu sinh khối 100% than đá, 100% than hoa, kết hợp gi a than đá than hoa Quá trình sản xuất sử dụng syngas thực trực tiếp xe Ô tô GAZ51, syngas cung cấp vào đư ng nạp động cơ, sau đạt chế độ làm việc n định động n định hệ thống sản xuất syngas Kết đề tài đánh giá khả thay nhiên liệu ăng chạy với syngas sản xuất từ than hoa cơng suất động đạt khoảng 70÷75%, cịn với syngas sản xuất từ than đá cơng suất động đạt khoảng từ 80÷85% Các kết theo tác giả ch mang tính định tính th i gian đất nước cịn khó khăn nên chưa có trang thiết bị đo cơng suất, đánh giá phát thải 1.5 Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu Việt Nam có nguồn nguyên liệu sinh khối dồi Khả sử dụng nguồn sinh khối cịn chưa hợp lí, gây lãng phí mà nhu c u lượng sử dụng lại ị thiếu hụt đ c biệt nh ng vùng sâu, vùng a Qua phân tích đánh giá cho thấy syngas đáp ứng nguồn cung, có đ c tính cháy khả sử dụng làm nhiên liệu thay cho ĐCĐT Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng cách hiệu nhiên liệu cho ĐCĐT mang tính thực tiễn khoa học cao, tác giả chọn đề tài cho chương trình NCS 1.6 Kết luận chƣơng Kết nghiên cứu t ng quan sản xuất syngas tình hình sử dụng syngas cho ĐCĐT cho phép rút nh ng kết luận sau: - Syngas sử dụng làm nguồn nhiên liệu thay nhiên liệu truyền thống diesel ăng cho ĐCĐT, với mục tiêu giảm phụ thuộc nguồn nhiên liệu hóa thạch, hạn chế phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính, bảo vệ m i trư ng sản xuất sinh hoạt - Trên giới sản xuất sử dụng syngas quan tâm, phát triển từ k 18 Phát triển công nghệ sản xuất syngas nâng cao sử dụng em giải pháp h u hiệu việc sử dụng nguồn lượng sinh khối, cơng nghệ giải tốt toán kinh tế bảo vệ m i trư ng - Việt Nam có nguồn nguyên liệu sinh khối dồi dào, có số cơng trình nghiên cứu sản xuất syngas để tận dụng lượng Tuy nhiên việc sử dụng nguồn lượng chưa hợp lý, thư ng sử dụng dạng nhiệt, nghiên cứu sử dụng cho ĐCĐT cịn cơng trình - C n phải có nghiên cứu đ y đủ việc sử dụng syngas thay cho nhiên liệu diesel truyền thống để nâng cao hiệu sử dụng syngas -6CHƢƠNG HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ LƢỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL/SYNGAS 2.1 Đặc điểm trình cháy lƣỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel Thực chất, trình hình thành hỗn hợp động diesel hỗn hợp đồng khơng khí nhiên liệu diesel truyền thống; cấp syngas vào đư ng nạp động làm cho hỗn hợp bị thay đ i, dẫn đến diễn biến trình cháy động diesel bị ảnh hưởng hòa trộn syngas vào hỗn hợp đồng an đ u động Lúc động diesel coi động nửa đánh lửa cưỡng M t khác động diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas xuất syngas nên chống tượng kích n trình cháy Tuy nhiên diễn biến trình cháy phụ thuộc nhiều vào thành ph n H2 có syngas, nên áp suất y lanh tăng cao syngas giàu khí H2 ngược lại 2.2 Cơ chế hình thành hỗn hợp cháy sử dụng lƣỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel 2.2.1 Quá trình hình thành hỗn hợp Trong động lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với việc tạo hỗn hợp syngas-khơng khí bên ngồi xy lanh, syngas cung cấp vào đư ng nạp theo ngun lý chế hịa khí ho c phun, sau syngas hịa trộn với khơng khí ay đư ng nạp tạo hỗn hợp vào y lanh động Nh chuyển động rối trao đ i nhiệt hỗn hợp trình nạp q trình nén, hịa khí hỗn hợp nhiên liệu diesel/syngas tiếp tục ay tạo thành hỗn hợp đồng 2.2.2 Quá trình cháy Quá trình cháy động diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas bắt đ u vùng nhiên liệu diesel hòa trộn với hỗn hợp đồng syngas-kh ng khí Khi nén q trình cháy xảy trước tiên với diesel, sau diesel cháy làm nguồn lửa để syngas cháy Quá trình cháy diễn nhanh theo hai vùng, vùng cháy khuếch tán vùng cháy lan tràn màng lửa 2.3 Cơ sở tính tốn q trình cấp syngas 2.3.1 Yêu cầu trình cấp syngas đường nạp động Khơng gây ảnh hưởng khơng khí nạp cho động cơ, đảm bảo việc cấp syngas thuận lợi Để tính tốn thiết kế đư ng ống, hệ -7thống nạp cho động nghiên cứu, NCS sử dụng cơng cụ tính tốn động lực học dịng chảy (CFD) có hỗ trợ máy tính Q trình vận động dịng khí nạp để nâng cao hệ số nạp cho động diesel mô ph n mềm CFD Fluent 2.3.2 Cơ sở lý thuyết phần mềm mô CFD Fluent 2.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn q trình cháy lƣỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel 2.4.1 Cơ sở lý thuyết mơ q trình cháy 2.4.2 Quy luật cháy mơ hình cháy 2.4.3 Mơ hình tính tốn thành phần phát thải 2.4.4 Kết luận chƣơng Trên sở nội dung trình ày, rút nh ng kết luận sau đây: - Đ c điểm trình cháy lưỡng nhiên liệu diesel/syngas tạo hỗn hợp đồng khơng khí-syngas từ bên ngồi tạo hỗn hợp với nhiên liệu diesel phun mồi vào bên Do thể tích hỗn hợp đồng động với khí syngas m i trư ng áp suất cao nên hỗn hợp dễ dàng hòa trộn dẫn đến áp suất nhiệt độ xy lanh động tăng lên đồng th i giảm phát thải khói bụi - Cơ chế hình thành hỗn hợp cháy sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas có đ c điểm nhiên liệu diesel xé nhỏ ay hơi; nén trình cháy diễn theo hướng, cháy khuếch tán cháy lan tràn màng lửa - Sử dụng lý thuyết CFD để tính tốn q trình cấp syngas đư ng nạp để tạo hỗn hợp đồng Thực với thông số đ u vào thay đ i vận tốc dịng chảy, đư ng kính ống cấp syngas góc nghiêng từ ống cấp syngas đến đư ng ống nạp động thử nghiệm, để cải thiện hệ số nạp cho động - Cơ sở lý thuyết ph n mềm AVL- oost đủ để tính tốn q trình cháy lưỡng nhiên liệu diesel/syngas, để đánh giá đ c tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel - máy phát điện sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas - Các nội dung nghiên cứu chương sở tiền đề để xây dựng mơ hình tính tốn mơ q trình tạo hỗn hợp cháy lưỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động diesel - 10 Mô thực chế độ tải thay đ i tốc độ động n định 1500 v/ph L n lượt cấp syngas vào đư ng nạp động với lưu lượng 2, 4, g/s Ứng với lưu lượng cấp syngas, điều ch nh thay đ i lượng nhiên liệu diesel (Gnl) để gi công suất động kh ng thay đ i Lượng nhiên liệu diesel điều ch nh cho công suất động kh ng đ i so với trư ng hợp sử dụng đơn nhiên liệu đảm bảo hệ số dư lượng khơng khí lớn Sau chạy mơ m hình đưa kết so sánh công suất, phát thải động lượng diesel thay syngas 3.4.2.2 Đánh giá ảnh hưởng góc phun sớm 3.4.2.3 Đánh giá ảnh hưởng áp suất phun nhiên liệu diesel 3.4.2.4 Đánh giá ảnh hưởng thành phần syngas 3.4.3 Kết thảo luận 3.4.3.1 Kết ảnh hưởng lượng syngas thay Kết mô đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật phát thải độc hại động sử dụng lưỡng nhiên liệu, với syngas sản xuất từ than hoa, kết thể hình 3.6 đến 3.11 Kết hình 3.7 thể lượng diesel c n thiết để đảm bảo trì công suất động sử dụng lưỡng nhiên liệu hệ số dư lượng không diesel/syngas thay đ i lưu lượng syngas Hình 3.6 So sánh khí lamda chế độ tải tốc độ 1500 v/ph Kết cho thấy, với lượng syngas từ 2÷4 g/s cơng suất động trì đến 80÷90% tải, cịn với lượng syngas từ 6÷8 g/s cơng suất động ch trì 50÷60% tải Suất tiêu hao lượng thể hình 3.8 có u hướng tăng tăng d n lượng syngas chế độ tải cao Nguyên nhân khí thành ph n có syngas 3.7 Lượng nhiên liệu diesel tiêu nạp vào động làm giảm lượng khơng khí Hình thụ động sử dụng lưỡng NL nạp từ làm giảm tính kinh tế Bên cạnh ảnh hưởng chiếm chỗ syngas thể tích riêng phân tử khí lớn kh ng khí (đ c biệt hydro), làm cho hệ số nạp động ị thay đ i M t khác diễn biến trình cháy động phụ thuộc vào thành ph n H2 có syngas, nên áp suất y lanh tăng cao syngas giàu khí H2 Dẫn đến phát thải độc hại CO soot bị ảnh hưởng Phát thải CO tăng tăng lưu lượng syngas, CO tăng lớn 100% diesel g/s syngas g/s syngas Lamda (-) g/s syngas g/s syngas λ1 lượng diesel thay tối đa 12,5%; với lượng syngas thay g/s động ch trì cơng suất đến 1 lượng diesel thay tối đa 25,83%; cịn với lượng syngas thay g/s cơng suất động ch trì đến 1 lượng diesel thay tối đa 39%; với lượng syngas thay g/s cơng suất động ch trì đến 50% tải, đảm bảo λ>1 lượng diesel thay tối đa 50% - 15 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Mục tiêu phạm vi thực nghiệm a) Mục tiêu thực nghiệm Q trình nghiên cứu, thực nghiệm nhằm đánh giá tính c ng suất, mức tiêu hao nhiên liệu thành ph n phát thải động sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas với lượng syngas thay khác Kết thực nghiệm so sánh với kết mô ph n mềm AVL- oost, để từ khẳng định lại tính xác mơ hình mơ phương pháp nghiên cứu b) Phạm vi thực nghiệm Quá trình thực nghiệm tiến hành hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp lượng quy mô nhỏ phù hợp điều kiện Việt Nam c) Vị trí thực nghiệm Thực nghiệm tiến hành ưởng gia công áp lực, Viện Năng lượng tái tạo - Nhiệt lạnh PTN ĐCĐT Trư ng ĐHBK Hà Nội 4.2 Thiết bị chế độ thực nghiệm 4.2.1 Động thực nghiệm Động Mitsu ishi S3L2 giới thiệu mục 3.2 4.2.2 Máy phát điện DT12-MS Máy phát điện lắp ráp trực tiếp với động diesel S3L2 hãng Mitsu ishi thể hình 4.2 Hệ thống khí hóa sinh khối đấu nối trực tiếp với cụm động diesel - máy phát điện, khí sản phẩm sản xuất liên tục từ hệ thống khí hóa sinh khối cung cấp đến hệ thống nạp động diesel với lưu lượng điều ch nh ác định thông qua van tiết lưu thiết bị đo lưu lượng 4.2.3 Nhiên liệu thực nghiệm Nhiên liệu diesel sử dụng thực nghiệm mua Đại lý ăng d u, đạt tiêu chuẩn Petrolimex 4.2.4 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm Sơ đồ bố trí hệ thống thực nghiệm cụm động diesel - máy Hình 4.1 Cụm động diesel - máy phát điện phát thiết bị đo thể hình 4.2, gồm thiết bị sau: Hệ thống khí hóa sinh khối, động diesel - máy phát điện, thiết bị đo thành ph n khí thải từ động Disgas 4000, thiết bị đo độ m khói động Dismoke 4000, ộ đo lưu lượng khí nạp Flow Meter động cơ, ộ điều khiển đồng hồ đo c ng suất điện năng, thiết bị đo lưu lượng nhiên liệu khí syngas, thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu FC- 9521F, phụ tải nhiệt trở - 16 Khơng khí nạp Cảm iến lưu lượng T Nhiệt điện trở Đồng hồ hiển thị cơng suất Van điều ch nh Nhiên liệu khí syngas T T ộ điều khiển tải P P AN100 T T Động FC 9521F Máy phát DiGas 4000 DiSmoke 4000 Khí ả Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm 4.2.5 Thiết kế chế tạo đường cấp syngas đường nạp động Để phục vụ cho thực nghiệm, thiết kế chế tạo đư ng cấp khí syngas cho động thiết kế lại đư ng nạp, thải để lắp thiết bị đo lưu lượng, nhiệt độ hay thành ph n khí xả… Hình 4.3 Phương án thiết kế lắp đặt thiết bị đo lưu lượng syngas cảm biến 4.2.6 Thiết kế chế tạo đường ống xả cho động lắp đặt đầu cảm biến Đư ng xả động lắp với hệ thống đư ng xả phòng thử nghiệm nhằm dễ dàng lấy mẫu khí thải động phục vụ cho q trình thực nghiệm, đưa khí thải động qua đư ng dẫn khí thải khỏi phịng thử nghiệm tránh gây ô nhiễm Hình 4.4 Đường ống xả động thử nghiệm - 17 4.2.7 Thiết bị phân tích phát thải khí Thiết bị phân tích khí thải sử dụng AVL-Emission Testers Series 4000 Viện Cơ khí Động lực, Trư ng ĐHBK Hà Nội Bộ thiết bị bao gồm AVL-Dismoke 4000 AVL-Disgas 4000 4.2.8 Bộ điều khiển tải nhiệt điện trở Bộ nhiệt điện trở thực nghiệm sử dụng thử tải với dây điện trở có cánh tản nhiệt sử dụng quạt gió để tản nhiệt thể hình 4.5 4.6 Hệ thống sử dụng 10 dây nhiệt điện trở, dây nhiệt điện trở có cơng suất 1kW mắc song song với Hình 4.5 Bộ điều khiển tải Hình 4.6 Hệ thống thử tải nhiệt điện trở 4.2.9 Thiết bị đo công suất điện Công suất động xác định công suất điện máy phát Đồng hồ đo c ng suất có nhiệm vụ đo cơng suất tiêu thụ điện hệ thống nhiệt điện trở Hình 4.7 Thiết bị đo công suất điện 4.2.10 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu diesel Lượng diesel tiêu thụ chế độ thực nghiệm ác định thiết bị FC- 9521F, thiết bị đo có độ xác 1%, chi tiết thể hình 4.8 Hình 4.8 Thiết bị đo lượng nhiên liệu diesel - 18 4.2.11 Các thiết bị đo khác Thiết bị đo áp suất, thiết bị đo nhiệt độ, thiết bị đo lưu lượng khí nạp, thiết bị đo lưu lượng khí syngas 4.2.12 Chế độ thực nghiệm Điều kiện thực nghiệm: động làm việc n định (n=1500 v/ph, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ d u i trơn, áp suất d u i trơn, nhiệt độ khí nạp… n định) Tại chế độ thử lượng nhiên liệu diesel điều ch nh để gi nguyên công suất đ u cụm động diesel - máy phát điện 4.3 Kết thực nghiệm thảo luận 4.3.1 Ảnh hưởng lưu lượng syngas đến hệ số dư lượng khơng khí 4.0 Khi cung cấp hỗn hợp khí giàu 3.5 syngas cách cung cấp vào 3.0 đư ng nạp làm giảm lượng khơng 2.5 khí nạp ảnh hưởng chiếm chỗ 2.0 hỗn hợp không khí/syngas 1.5 thể tích riêng phân tử khí có 1.0 syngas lớn kh ng khí (đ c λ