Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu phát triển thiết bị hòa trộn liên tục hỗn hợp nhiên liệu dầu thực vật dầu diesel cho động cơ diesel tàu thủy cỡ vừa và nhỏ

MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, sở hạ tầng sản xuất diesel sinh học nhiều hạn chế, giá thành diesel sinh học cao, dầu thực vật nguyên gốc chưa qua q trình este hóa giành nhiều quan tâm nhà khoa học nước Trên sở nghiên cứu hòa trộn theo mẻ phương pháp công nghệ sử dụng nhiên liệu sinh học, đặc biệt dầu thực vật nguyên gốc cho động diesel nói chung diesel thủy nói riêng, đề tài “Nghiên cứu phát triển thiết bị hòa trộn liên tục nhiên liệu hỗn hợp dầu thực vật - dầu diesel cho động diesel tàu thuỷ cỡ vừa nhỏ” giải pháp khả thi có tính ứng dụng cao Mục đích, đối tượng nghiên cứu luận án - Xây dựng sở khoa học cho việc thiết kế chế tạo thiết bị hòa trộn liên tục hỗn hợp dầu diesel (DO) dầu thực vật (dầu cọ) dùng cho động diesel tàu thủy cỡ vừa nhỏ khai thác - Đối tượng nghiên cứu: động diesel thủy cỡ vừa nhỏ, đối tượng trực tiếp động 6LU32 hãng Hanshin (Nhật Bản) chế tạo Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu luận án kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết nhằm xây dựng sở khoa học tính tốn thiết kế thiết bị hịa trộn liên tục phù hợp cho động diesel tàu thủy cỡ vừa nhỏ, đồng thời xây dựng phương pháp đánh giá chất lượng hòa trộn nhiên liệu thiết bị hịa trộn mơ số CFD mơ hình thử nghiệm theo phương pháp đồng dạng Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành với thiết bị hòa trộn liên tục thiết kế riêng cho động 6LU32 lắp đặt Phịng thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng hỗn hợp nhiên liệu hòa trộn tới làm việc động diesel thủy Thiết bị hòa trộn lắp đặt thử nghiệm tàu huấn luyện Sao Biển nhằm kiểm tra khả áp dụng kết nối thiết bị với hệ thống nhiên liệu trang bị tàu thực tế khai thác Ý nghĩa khoa học thực tiễn Việc xây dựng sở khoa học thiết kế thiết bị hòa trộn liên tục hỗn hợp dầu thực vật – dầu diesel cho động diesel tàu thủy cỡ vừa nhỏ tạo tiền đề đưa nhiên liệu sinh học xuống đội tàu khai thác Việt Nam mà khơng cần tiến hành hốn cải hay sửa chữa lớn Kết nghiên cứu khẳng định thiết bị hòa trộn nhiên liệu liên tục giải pháp khả thi cho việc sử dụng nhiên liệu hỗn hợp dầu thực vật – dầu diesel tàu thủy, khắc phục hạn chế phương pháp cấp hỗn hợp nhiên liệu sinh học theo mẻ từ nguồn hòa trộn có sẵn bờ Các kết luận án có giá trị phương pháp luận lĩnh vực cải tiến hệ thống cấp nhiên liệu động diesel tàu thủy có, để sử dụng nhiên liệu làm nhiên liệu thay điều kiện Việt Nam -1- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.2 Nhiên liệu sinh học sử dụng nhiên liệu sinh học lĩnh vực hàng hải Nhiên liệu sinh học (NLSH) dạng nhiên liệu thay phân thành nhóm chính: dầu thực vật ngun gốc NLSH sau trình chế biến NLSH qua chế biến bao gồm diesel sinh học (biodiesel), xăng sinh học (etanol) khí tự nhiên (biogas) Với đặc tính tương đồng với nhiên liệu diesel truyền thống, diesel sinh học triển khai áp dụng gần phổ biến quốc gia phát triển mang lại lợi ích đáng kể mơi trường Diesel sinh học hòa trộn với diesel truyền thống theo tỷ lệ định sử dụng trực tiếp cho động diesel mà không yêu cầu nhiều sửa đổi Tuy vậy, diesel sinh học sản phẩm chiết xuất từ dầu thực vật nguyên gốc mỡ cá, thông qua q trình este hóa loại bỏ glixerin thành phần, chịu tác động yếu tố kinh tế, xã hội quy hoạch nguồn nguyên liệu sản xuất, quy mô, công nghệ sản xuất, dẫn đến giá thành cao Để khắc phục hạn chế giá thành sử dụng, dầu thực vật nguyên gốc dạng NLSH lựa chọn Đây dạng sản phẩm q trình sản xuất nhiên liệu từ nguồn chất béo (dầu thực vật mỡ động vật) Dầu thực vật nguyên gốc sản xuất phương pháp ép trực tiếp từ nguồn ngun liệu thơ, qua q trình lọc bỏ tạp chất nước Nó nguồn ngun liệu chủ yếu tạo diesel sinh học sau cho qua cơng đoạn este hóa Khơng giống diesel sinh học, dầu thực vật có đặc tính khác so với diesel dầu mỏ, đặc biệt độ nhớt động học (thông thường cao từ 12-14 lần so với diesel dầu mỏ) Độ nhớt động học dầu thực vật 900C tương ứng với dầu diesel 200C, nên trình lưu động dầu thực vật hệ thống trở ngại lớn sử dụng vùng có nhiệt độ thấp Tuy vậy, cho dầu thực vật hòa trộn với diesel dầu mỏ, độ nhớt hỗn hợp giảm mạnh mẽ không khác nhiều so với độ nhớt diesel dầu mỏ nhiệt độ Đây hướng áp dụng chủ yếu loại nhiên liệu nước phát triển Tương tự diesel sinh học, dầu thực vật hoàn toàn dạng nhiên liệu tái tạo có khả giảm thiểu phát thải độc hại đến môi trường sử dụng Đặc biệt với nguồn gốc vậy, dầu thực vật có ưu trội so với diesel dầu mỏ khơng có thành phần lưu huỳnh, tiêu chuẩn khắt khe nhiên liệu dùng tàu thủy Đây đặc điểm quan trọng mà đề tài muốn tập trung khai thác nghiên cứu 1.3 Cơ sở nghiên cứu luận án Nhằm hướng đến loại nhiên liệu thay cho diesel dầu mỏ với chi phí hợp lý điều kiện sở hạ tầng sản xuất diesel sinh học Việt Nam nhiều hạn chế, luận án tập trung vào nghiên cứu đối tượng dầu -2- thực vật nguyên gốc Để sử dụng dầu cọ làm nhiên liệu thay cho loại động diesel (lai chân vịt, lai máy phát điện) lắp đặt tàu thủy đáp ứng yêu cầu mang tính thương mại, sở nghiên cứu kết nghiên cứu luận án dựa tiêu chi sau đây: - Khi sử dụng dầu cọ làm nhiên liệu, tiêu kỹ thuật động diesel không thay đổi thay đổi nhỏ so với ban đầu; - Sử dụng cho động diesel lắp đặt tàu có mà khơng cần phải hoán cải lớn, khả chuyển đổi sang làm việc với dầu cọ linh hoạt, trang thiết bị lắp đặt thêm không chiếm nhiều không gian buồng máy, chi phí đầu tư thấp; - Đối tượng áp dụng động diesel cỡ vừa nhỏ, cơng suất 3.000kW Trên phân tích để đáp ứng tiêu chí kĩ thuật kinh tế, luận án đề xuất giải pháp cấp nhiên liệu hòa trộn liên tục với thiết bị trung tâm hệ thống hòa trộn dầu cọ với dầu diesel truyền thống (DO), sau cấp trực tiếp cho động không thông qua két chứa hỗn hợp hình 1.1 Hình 1.3 Đề xuất hệ thống cấp nhiên liệu với thiết bị hòa trộn liên tục để sử dụng nhiên liệu hỗn hợp cho động diesel thủy Mơ hình hệ thống cấp nhiên liệu giữ nguyên hệ thống nhiên liệu cũ bổ sung thêm két chứa dầu thực vật thiết bị trộn nhiên liệu liên tục Chi phí đầu tư thêm khơng lớn đảm bảo tính kinh tế cho chủ tàu Mặt khác, thiết bị trộn nhiên liệu liên tục (on-line) giải vấn đề nhiên liệu hỗn hợp thường bị phân lớp cất trữ két, đảm bảo đặc tính kĩ thuật an tồn nhiên liệu theo qui định Hiệp hội Đăng kiểm Công ước SOLAS 74 Tổ chức Hàng hải quốc tế -3- CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÒA TRỘN VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU TỚI Q TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ 2.1 Cơ sở thiết kế khuấy trộn nhiên liệu liên tục Trên sở nghiên cứu lý thuyết hòa trộn, mơ hình cánh khuấy dạng tuabin cánh phẳng két trộn trang bị cánh cản tĩnh lựa chọn làm việc tạo thành hai khu vực xoáy trộn, phía phía cánh khuấy Do mơ hình phù hợp để áp dụng cho thực trộn liên tục bổ sung chất lỏng từ đỉnh két mà làm ảnh hưởng đến chất lượng nhiên liệu hỗn hợp cửa cấp nhiên liệu vào động Cũng với mơ hình này, chuyển động chất lỏng tính tốn chế độ chảy tầng (Re