Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ honda GX120

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .4 TỔNG QUAN VỀ BIOGAS 1.1 VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY 1.2 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA BIOGAS .5 1.2.1 Ngoài nước 1.2.2 Trong nước 1.2.3 Kết luận 1.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BIOGAS 1.3.1 Tính chất Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động đốt 1.3.2 Yêu cầu Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động đốt 1.3.3 Công nghệ xử lý Biogas 10 1.4 ỨNG DỤNG CỦA BIOGAS 12 NGHIÊN CỨU CHUYỂN ÐỔI ÐỘNG CƠ CỠ NHỎ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG SANG SỬ DỤNG BIOGAS 13 2.1 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 13 2.1.1 Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống nhiên liệu động xăng 13 2.1.2 Phân loại hệ thống nhiên liệu động xăng dùng chế hịa khí 13 2.1.3 Phân loại chế hịa khí 14 2.1.4 Các hệ thống chế hịa khí điều khiển khí 15 2.2 LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ CHUYỂN ĐỔI .17 2.2.1 Yêu cầu động sử dụng nhiên liệu Biogas .17 2.2.2 Lựa chọn động chuyển đổi: 17 2.3 GIỚI THIỆU ÐẶC TÍNH KỸ THUẬT ÐỘNG CƠ HONDA GX120 18 2.3.1 Các thông số động 19 2.3.2 Ðặc điểm hệ thống nhiên liệu động 20 TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT CỦA ÐỘNG CƠ 23 3.1 TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT CHO ĐỘNG CƠ DÙNG XĂNG 23 3.1.1.Cơ sở tính toán 23 SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 3.1.2 Kết tính tốn 30 3.2 TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT CHO ĐỘNG CƠ DÙNG BIOGAS .32 3.2.1.Cơ sở tính tốn 32 3.2.2 Kết tính tốn 34 3.3 SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TỐN 37 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS 41 4.1 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU .41 4.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH THÀNH PHẦN HỖN HỢP 41 4.3 ĐẶC TÍNH CỦA BỘ CHẾ HỊA KHÍ 42 4.3.1 Xác định Gk qua chế hòa khí đơn giản 43 4.3.2 Xác định Gnl qua chế hịa khí đơn giản .44 4.3.3 Đặc tính chế hịa khí đơn giản .46 4.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ HỖN HỢP 48 4.4.1 Yêu cầu hỗn hợp 48 4.4.2 Kết cấu số hỗn hợp 48 4.4.3 Lựa chọn hỗn hợp .54 4.4.4 Tính tốn thiết kế hỗn hợp 54 4.5 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LƯỠNG NHIÊN LIỆU XĂNG – BIOGAS 58 THIẾT KẾ - CHẾ TẠO 60 5.1 CÁC CHI TIẾT CHẾ TẠO .60 5.1.1 Vịi phun 60 5.1.2 Vịi phun khơng tải 60 5.1.3 Gíclơ khơng tải 60 5.1.4 Đồ gá lắp van .61 5.2 CÁC CHI TIẾT CẢI TẠO 62 5.2.1 Họng chế hịa khí 62 5.2.2 Van cấp Biogas .62 5.2.3 Tấm cách nhiệt chế hịa khí động 63 LẮP ĐẶT – CHẠY THỬ .64 6.1 MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU 64 6.1.1 Mục đích 64 6.1.2 Yêu cầu .64 SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 6.2 CÁC THÔNG SỐ CẦN ĐO 64 6.2.1 Công suất động cơ: P[KW] 64 6.2.2 Đo tiêu hao nhiên liệu: Ve[m3/h] 66 6.2.3 Đo mức độ phát thải ô nhiễm 66 6.3 XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH .71 6.3.1 Cơ sở lý thuyết 71 6.3.2 Trình tự đo 72 6.4 KẾT QUẢ THỬ 73 6.4.1 Nhiên liệu Biogas .73 6.4.2 Nhiên liệu Xăng .75 6.5 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 78 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 CÁC BẢN VẼ: - Bản vẽ mặt cắt động HONDA GX120 (A3) - Bản vẽ chế hịa khí động HONDA GX120 (A3) - Bản vẽ đồ thị công (A3) - Bản vẽ phương án cung cấp Biogas (A3) - Bản vẽ sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu Biogas (A3) - Bản vẽ hỗn hợp dùng lưỡng nhiên liệu Xăng – Biogas (A3) - Bản vẽ chế tạo chi tiết hỗn hợp (A3) - Bảng kết thử nghiệm (A3) SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 LỜI NÓI ĐẦU Trong chương trình đào tạo trường Đại học Kỹ thuật nay, số môn học chuyên ngành sau học xong phần lý thuyết sinh viên phải làm đồ án môn học Thông qua việc làm đồ án giúp sinh viên củng cố lại kiến thức học vận dụng để giải vấn đề cụ thể đó.Vào kỳ cuối, sinh viên đủ điều kiện nhận đồ án tốt nghiệp Đề tài tốt nghiệp có ý nghĩa quan trọng việc đánh giá học lực sinh viên định sinh viên có đủ điều kiện tốt nghiệp hay khơng Là sinh viên năm cuối Khoa Cơ Khí Giao Thông – Trường Đại học Bách khoa, bạn sinh viên khác trường em thầy cô giáo cung cấp kiến thức quan trọng đại cương chuyên ngành để làm hành trang cho sau vận dụng vào sống Sau xét đủ điều kiện nhận tốt nghiệp với định hướng Thầy giáo Chủ nhiệm TS Trần Thanh Hải Tùng - người hướng dẫn em tận tình xuyên suốt đề tài em chọn cho đề tài “Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu Biogas cho động Honda GX120” Trong thời gian thực đề tài em luôn cố gắng vận dụng kiến thức chuyên môn, sưu tầm tài liệu cộng tác với Phân Viện bảo hộ lao động & Bảo vệ môi trường khu vực Miền Trung – Tây Nguyên, với giúp đỡ Thầy giáo Phùng Minh Nguyên trình chế tạo, lắp đặt, chạy thử động cuối em hoàn thành đề tài Mặc dù đề tài hồn thành số vấn đề chưa giải triệt để Vì em mong bảo thầy cô để đề tài em hồn thành tốt ! Cuối em xin chân thành cảm ơn gửi lời chúc sức khỏe đến thầy cô giáo! Đà Nẵng, ngày tháng năm 2007 Sinh viên thực NGUYỄN VĂN TRIỀU SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 TỔNG QUAN VỀ BIOGAS 1.1 VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển vũ bão ngày nhu cầu lượng cần thiết, nguồn lượng dự trữ than đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên thủy điện có hạn khiến cho nhân loại có nguy đứng trước việc thiếu lượng Việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng lượng hạt nhân, lượng địa nhiệt, lượng gío, lượng mặt trời … hướng quan trọng kế hoạch phát triển lượng Khắp nơi giới, dân số ngày tăng khiến cho nhu cầu tiêu thụ lượng phục vụ sinh hoạt tăng lên, bên cạnh việc nghiên cứu sử dụng nguồn lượng nói lĩnh vực khí sinh học (Biogas) triển khai đạt số thành tựu đáng kể nhiều nước nước phát triển Châu Á 1.2 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA BIOGAS 1.2.1 Ngồi nước Hiện quy mơ tồn cầu, Biogas nguồn lượng lớn Tổng sản lượng ứng dụng chiếm đến 10 % tổng lượng giới Theo tính toán, tận dụng xử lý hết nguồn phế thải tồn cầu hàng năm người ta tạo 200 tỷ m khí sinh học, tương đương 150 đến 200 triệu nhiên liệu kèm theo khoảng 20 triệu phân bón hữu chất lượng cao Có thể nói rằng, Ấn Độ Trung Quốc hai quốc gia có phát triển nhanh chóng cơng nghệ xây dựng bể lên men mêtan * Ấn Độ Cơng nghệ khí sinh học bắt đầu Ấn Độ năm 1897 Ban đầu, trạm Biogas có quy mơ hộ gia đình Hàng năm có khoảng 200.000 hộ gia đình Ấn Độ chuyển từ sử dụng lượng củi đốt sang sử dụng Biogas Năm 1985, Ấn Độ có khoảng triệu bể với chi phí xây dựng khoảng 55 triệu la Tính tới năm 1999 có tới 2,9 triệu cơng trình hầm khí sinh học gia đình 2700 cơng trình SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 hầm khí tập thể xử lý phân người xây dựng Ước tính số cơng trình hàng năm tiết kiệm triệu củi 0,7 triệu Urê Tháng năm 2000, Ấn Độ có triệu cơng trình hầm khí sinh học * Trung Quốc Lịch sử phát triển khí sinh học Trung Quốc cuối kỷ XIX Năm 1978 xây dựng 7,5 triệu bể với hàng năm tạo khoảng 2,5 tỷ m khí mêtan, tương đương 1,5 triệu dầu mỏ Cho đến năm 1979, lãnh thổ Trung Quốc có 301 trạm phát điện nhỏ sử dụng khí Biogas Riêng tỉnh Sichuan trạm có tổng cơng suất 1.500kW Đến 1985, Trung Quốc xây dựng 70 triệu bể khí mêtan Từ năm cuối thập kỷ 80 kỷ trước, người ta tính tốn đến việc sử dụng lượng sinh học để thay dạng lượng sử dụng nhiên liệu hoá thạch Biogas trở thành đối tượng cho chương trình nghiên cứu lượng phục vụ nông thôn Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Năng lượng Công nghệ - Bộ Nông nghiệp Trung Quốc (1994) Cuối năm 2003, Trung Quốc có 9,7 triệu hầm cho hộ gia đình toàn quốc Trên 90% hầm hoạt động tốt, sản xuất khoảng 2.980.000 m 3/năm Biogas chủ yếu sử dụng vào mục đích đun nấu, thắp sáng chạy động phát điện 1.2.2 Trong nước Công nghệ khí sinh học nghiên cứu ứng dụng Việt Nam từ năm 1960 Lịch sử phát triển cơng nghệ khí sinh học Việt Nam chia thành thời kỳ * Thời kỳ 1960 – 1975: Đã tiến hành thí nghiệm biện pháp sản xuất khí Mêtan từ phân động vật cuối không thành công Nguyên nhân nhập cảnh ạt loại khí đốt Butan, Propan phân hóa học * Thời kỳ 1976 – 1980: Chế tạo thiết bị sản xuất khí sinh học loại nắp tôn, bể phân hủy xây gạch cổ bể có gioăng nước để giữ kín khí tích nắp chứa khí Tuy nhiên, việc thử nghiệm bị thất bại kỹ thuật quản lý SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 * Thời kỳ 1981 – 1990: Trong hai kế hoạch năm (1981-1985 1986-1990), cơng nghệ khí sinh học trở thành lĩnh vực ưu tiên chương trình Năm 1990, TP Hồ Chí Minh có 700 cơng trình, Đồng Nai có 468 cơng trình, Hậu Giang có 240 cơng trình, Hà Bắc có 50, Lai Châu có 40, Quảng Ngãi có 43 cơng trình … Nói chung tồn quốc có khoảng 2000 cơng trình Đa số cơng trình hoạt động tốt, với thể tích khoảng 2200 m3 * Thời kỳ 1991 tới nay: Những năm 1999 trở lại nhiều nhà khoa học nước nghiên cứu, triển khai nhiều cơng trình xử lý chất thải hệ thống khí sinh học Biogas (mơ hình hình cầu Viện lượng với thể tích 5m 3, 7m3, 8m3, 10m3, 15m3, mơ hình NL-6…) tạo nguồn phân bón đáng kể, khả giải nguồn lượng chỗ giảm thiểu ô nhiễm môi trường Ở miền Trung, Tây Nguyên, hàng loạt mơ hình bể Biogas áp dụng cho hộ chăn nuôi gia súc, nông trường chăn ni địa bàn mơ hình Trung tâm Năng lượng (Sở KHCN TP Đà Nẵng, mô hình bể Biogas phá váng tự động Phân Viện BHLĐ Bảo vệ Môi trường miền Trung, Tây nguyên (Đề tài 203-02/VBH) Nhiều tổ chức quốc tế quan tâm phát triển công nghệ Việt Nam: họ tổ chức nhiều hội thảo, tài trợ nhiều dự án phát triển lượng sinh khối nước ta Các dự án NLSK có hội tận dụng chế phát triển (CDM) để thu hút vốn đầu tư Nhiều cơng nghệ hồn thiện, ứng dụng thương mại nên Việt Nam nhập ứng dụng, tránh rủi ro công nghệ 1.2.3 Kết luận Chất thải trình sản xuất nguồn lượng, mơ hình lý tưởng cho xã hội Việc sử dụng nguồn lượng dạng khác phải cẩn thận, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu địa phương, mật độ dân số, nguồn đất sẵn có, điều kiện thổ nhưỡng, thời tiết nhiều nhân tố khác Nguồn lượng sinh khối từ nhiên liệu tái tạo chiếm vị trí quan trọng SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 nguồn lượng tổng số tận dụng phần Nhiều hội tiềm ẩn, nhiều chương trình triển khai, nhiều dự án lên kế hoạch nhằm sử dụng triệt để nguồn lượng Trong xu này, người lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung, ngành Động Lực nói riêng cần phải phát huy vai trị nghiên cứu cặn kẽ nguồn lượng để ứng dụng làm nguồn lượng cho động đốt Điều giải vấn đề lượng có nguy thiếu hụt mà cịn góp phần giải vấn đề mơi trường Mặt khác mở rộng phạm vi ứng dụng động đốt thực tiễn 1.3 CƠNG NGHỆ XỬ LÝ BIOGAS 1.3.1 Tính chất Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động đốt Tính chất vật lý hố học Biogas có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn công nghệ sử dụng cho việc xử lý đốt cháy Biogas Thành phần Biogas CH4 CO2 Các tính chất vật lý liên quan đến chúng liệt kê sau đây: Bảng 1.1 Một số tính chất Biogas Các tính chất vật lý Trọng lượng phân tử Tỷ trọng Điểm sôi (1at) Điểm đông (1at) Khối lượng riêng Nhiệt độ nguy hiểm Áp suất nguy hiểm Nhiệt dung Cp (1at) Tỷ lệ Cp/Cv Nhiệt cháy Giới hạn cháy Tỷ lệ cháy hồn tồn khơng khí Methane (CH4) 16,04 0,554 144 0C -164,8 0C 0,66 kg/m3 64,44 0C 45,8 at 6,962.10-4 J/ kg-0C 1,307 55,432 J/kg 5-15% Thể tích 0,0947 Thể tích 0,0581 Khối lượng Carbon Dioxide (CO2) 44,01 1,52 60,8 0C -38,83 0C 1,82 kg/m3 48,89 0C 72,97at 2,643.10-4 J/ kg-0C 1,303 * Nhiệt trị nhiên liệu: SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Giá trị nhiệt cao methane, chất cháy Biogas, 1012 Btu/ft (37,71.103KJ/m3) Giá trị nhiệt thấp định nghĩa giá trị nhiệt cao trừ lượng cần thiết để làm bay nước nhiên liệu sản phẩm cháy Đối với methane giá trị nhiệt thấp 912 Btu/ft3(33,98.103KJ) * Các chất Biogas: Ngồi hai thành phần CH4 CO2 cịn có tạp chất dạng khí có mặt Biogas liệt kê đây: - Hydrogen sulfide H2S - Hơi nước H2O - Sulfur dioxide SO2 - Nitrogen oxides NO2 - Hỗn hợp fluorine bay (ví dụ: HF, SiF4) - Hợp chất nitrogen - Carbon monoxide CO 1.3.2 Yêu cầu Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động đốt Vấn đề đáng quan tâm cần nghiên cứu tiếp nâng cao hiệu suất động giảm thiểu ô nhiễm môi trường khí thải động gây Ta biết Biogas có lượng đáng kể hydrogen sulfide H 2S (khoảng 10.000ppm chí sau qua thiết bị xử lý cịn khoảng 200-400ppm H2S) khí độc tạo nên hỗn hợp nổ với khơng khí Khi Biogas sử dụng làm nhiên liệu, khí H2S ăn mòn chi tiết động cơ, sản phẩm SOx khí độc cho người (TCVN cho phép 0,3mg/m 3) Vì thế, hồn thiện q trình cháy động sử dụng nhiên liệu Biogas vấn đề đặt để vừa kéo dài tuổi thọ động vừa giảm thiểu nhiễm khí thải động Hàm lượng chất không vượt mức cho phép Mặc dù chất chiếm nhiều Biogas carbon dioxide, nước có ảnh hưởng đáng kể đến đặc trưng trình cháy Biogas Dù hàm lượng nhỏ nước ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu Biogas SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Ngồi làm tăng nguy ăn mịn thiết bị, cần thiết phải giảm lượng nước có Biogas Phụ thuộc vào nhiệt độ thông thường Biogas lấy từ hầm phân huỷ có hàm lượng ẩm khoảng 50 mg/l, gần với nồng độ bão hồ 1.3.3 Cơng nghệ xử lý Biogas Khử acide q trình tách khí acide (CO H2S) khỏi thành phần khí Biogas Thơng thường loại bỏ H2S yêu cầu triệt để vấn đề sức khỏe người, môi trường yêu cầu việc vận chuyển 1.3.3.1 Các phương pháp truyền thống: Nói chung q trình xử lý khí Biogas thường bao gồm phương thức chủ yếu sau: Hấp thụ lỏng; Hấp phụ rắn; Thấm qua màng; Biến đổi hoá học thành hợp chất khác cô đặc a) Hấp thụ lỏng Hấp thụ q trình hút khí chất lỏng, khí hút chất hấp thụ, chất lỏng dùng để hút dung mơi (cịn gọi chất hấp thụ), khí khơng bị hấp thụ gọi khí trơ Q trình hấp thụ đóng vai trị quan trọng sản xuất hóa học Bao gồm hai phương pháp: Hấp thụ hóa học hấp thụ vật lý b) Hấp phụ rắn Hấp phụ trình hút khí chất rắn Bao gồm hai phương pháp: Hấp phụ hóa học phương pháp hấp phụ vật lý Q trình hấp phụ triệt để hơn, ứng dụng trường hợp dùng hấp thụ Cụ thể hỗn hợp khí lỗng q dùng hấp thụ hiệu suất thấp khơng kinh tế, tính chất cấu tử gần giống hấp thụ Trong trường hợp dùng hấp phụ kinh tế 1.3.3.2 Các phương pháp xử lý thay thế: a) Xử lý H2S chỗ (ngay hầm phân hủy) Phương pháp: Cho Ion clorides, phosphates oxide vào hầm nhằm kết hợp với H2S để hình thành kết tủa Sulfides sắt Ưu điểm: Có thể tách khí H2S có nồng độ cao SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 10 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 6.2.1.3 Thiết bị đo - Đồng hồ vạn năng: Dùng đo điện áp U (V) Thiết bị đo thơng số điện áp, cường độ dịng điện điện trở với thang đo khác nhau, tùy theo trường hợp mà ta chọn thang đo cho phù hợp Ở ta cần đo điện áp nên chuyển thang đo vị trí để đo điện áp Ta cắm hai đầu đo vào ổ cắm (2) (Hình 6.2) đọc giá trị điện áp - Ampe kế: Dùng đo cường độ dòng điện I (A) Loại kẹp vào vỏ dây dương đọc giá trị cường độ dòng điện 6.2.2 Đo tiêu hao nhiên liệu: Ve[m3/h] 6.2.2.1 Cơ sở lý thuyết 6.2.2.2 Sơ đồ lắp đặt Biogas Biogas I II Biogas Biogas Hình 6.3 Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo lưu lượng – Buồng ổn áp; – Lỗ gắn đầu đo; – Thiết bị đo lưu lượng; I – Biogas từ thiết bị xử lý; II – Biogas đến động 6.2.2.3 Thiết bị đo Ta dùng thiết bị đo lưu lượng loại có hiển thị số để xác định lượng biogas tiêu thụ chế độ tải khác 6.2.3 Đo mức độ phát thải ô nhiễm 6.2.3.1 Cơ sở lý thuyết SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 65 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Quá trình cháy động đốt khơng hồn tồn lý tưởng nên ln ln tồn chất CO, HC, NOX … sản phẩm cháy Biến thiên nồng độ chất sau: NOX CO HC =1 min max Hình 6.4 Biến thiên nồng độ chất ô nhiễm thực tế =1/: độ đậm đặc nhiên liệu Tác hại chất ô nhiễm: - Khí CO: gây ngạt thở Khi nồng độ [CO] =1000ppm (phần triệu) gây tử vong - Khí HC: chứa HAP gây ung thư Dioxine, Furane - Khí NOx: gây viêm, loét phổi Nồng độ cho phép chất ô nhiễm: Theo TCVN 6438-98 Bảng 6.1 Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam 1998 Thành phần khí thải CO (%vol) HC (ppmvol): Phương tiện sử dụng Động xăng Mức Mức Mức 6,5 6,0 4,5 - Động kỳ - 1500 1200 - Động kỳ - 7800 7800 6.2.3.2 Thiết bị đo SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 66 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Ở ta dùng thiết bị DIGAS 4000 để phân tích nồng độ khí xả động xăng: CO, CO2, HC, O2, NOX, hệ số Lamda, nhiệt độ dầu bôi trơn, góc đánh lửa, vận tốc, góc ngậm điện Trình tự đo: + Bước 1: Khởi động động cắm điện cho cho thiết bị DIGAS 4000, hiển thị hình sau: AVL DITEST F1 F2 F3 F4 F5 * F6 LF Hình 6.5 Màn hình AVL DITEST Chờ vài phút để thiết bị hiển thị hình SELF TEST SELF TEST AVL Version: Memory/option Checksum Printer Keybord Meas.chamb.5gas DIgas WAITING DITEST INIT F1 * F2 F3 F4 F5 F6 F1 LF * F2 F3 F4 F5 F6 F1 LF * F2 F3 F4 F5 F6 LF Hình 6.6 Màn hình SELF TEST + Bước 2: Nhấn F6, xuất hình MAIN MENU SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 67 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 MAINMENU PETR: PETROL SERV: Service Mode PETR F1 F2 SERV F3 F4 F5 * F6 LF Hình 6.7 Màn hình MAIN MENU + Bước 3: Nhấn tiếp F6, xuất hình SERVICE MODE SERVICE MODE F2: 5GAS-ANALYZER F4: USER DATA F5: SELF TEST F2 F1 F2 F3 F4 F5 F4 F5 * F6 LF Hình 6.8 Màn hình SERVICE MODE + Bước 4: Nhấn F5, xuất hình SELF TEST SELF TEST WAITING F1 F2 F3 F4 * F5 F6 LF Hình 6.9 Màn hình SELF TEST SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 68 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Nếu thiết bị báo kết kiểm tra “O.K” tiếp tục, hình Main Menu xuất trở lại Nếu chưa “O.K” phải kiểm tra lại thiết bị MAINMENU PETR: PETROL SERV: Service Mode PETR F1 F2 SERV F3 F4 F5 * F6 LF Hình 6.10 Màn hình MAIN MENU + Bước 5: Nhấn F2 để chọn PETR, xuất hình MENU PETROL MENU PETROL OM: OFFICIAL MEAS STD: STANDARD MEAS DF: DIAGNOSIS PLUS EE: EMISSION EXPERT F1 OM STD DP EE PUMP F2 F3 F4 F5 F6 * LF Hình 6.11 Màn hình MENU PETROL + Bước 6: Nhấn F3 để chọn chế độ đo STANDARD, lúc xuất hình sau: STD: STANDARD MEAS NOX: NOX - OPTION STD F1 F2 F3 NOX F4 * F5 F6 LF Hình 6.12 Màn hình STANDARD MEAS SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 69 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 + Bước 7: Nhấn F5 để chọn chế độ đo có thành phần NO x, xuất hình sau: RPM  CO min-1 IGN-.- %vol CO2 °CA %vol DA O2 % Toil %vol HC °c ppmHEX NOX ppm vol PETROL PRINT F1 F2 F3 F4 * F5 F6 LF Hình 6.13 Màn hình thơng số đo + Bước 8: Cắm đầu đo khí xả vào đường thải động cơ, thơng số hiển thị Để cho nhiệt độ dầu bôi trơn lớn 60 0C tốc độ động ổn định + Bước 9: Nhấn F6 để ghi giá trị lại + Bước 10: Tiếp theo nhấn F5 để in kết đo giấy 6.3 XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH 6.3.1 Cơ sở lý thuyết Người ta dùng đường đặc tính để đánh giá tiêu kỹ thuật động cơ, hoạt động điều kiện khác Đặc tính động hàm số thể thay đổi tiêu cơng tác theo tiêu công tác khác theo nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp tới chu trình cơng tác Các đặc tính sử dụng nhiều động gồm có: - Đặc tính tốc độ (có đặc tính ngồi đặc tính phận); - Đặc tính tải; - Đặc tính tổng hợp; SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 70 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Các động dẫn động máy phát điện, máy nén, bơm nước … phải đáp ứng đòi hỏi máy công tác thay đổi tải máy công tác, tốc độ động thay đổi phạm vi hẹp Vì chất lượng hoạt động động đánh giá theo đặc tính khơng thay đổi tốc độ động Đặc tính gọi đặc tính tải Ở ta xây dựng đặc tính tải động Trên đồ thị đặc tính tải, hồnh độ đặt thơng số thể tải động (ta chọn vị trí cần điều khiển bướm ga làm thông số thể tải), cịn tung độ tiêu cơng tác động Người ta dùng cơng suất N e, mơmen có ích Me, áp suất có ích trung bình pe làm thơng số đặc trưng cho tải Ne[kw] ge[m3/kw.h] Ne ge 20 40 60 80 100 % ga Hình 6.14 Đặc tính tải 6.3.2 Trình tự đo - Bước 1: Chuẩn bị động - Bước 2: Cấp nguồn điện cho thiết bị Digas 4000 tiến hành bước 6.2.3.2 - Bước 3: Kết nối thiết bị với động cơ: Kẹp đầu đo tốc độ vào dây bugi, gắn đầu đo khí xả vào đường thải động cơ, gắn đầu đo nhiệt độ dầu bôi trơn vào động - Bước 4: Bật công tắc cho nguồn điện phụ tải - Bước 5: Xác định tốc độ làm việc động - Bước 6: Đóng khóa K1 cho hai bóng đèn sáng (phụ tải) - Bước 7: Tăng ga để đảm bảo n=const - Bước 8: Đo điện áp, cường độ dòng điện khí xả SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 71 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Tiếp tục thực lại bước từ đến bóng đèn bật sáng Từ số liệu ghi lại ta có đường đặc tính tải động đồ thị phân tích khí thải 6.4 KẾT QUẢ THỬ 6.4.1 Nhiên liệu Biogas 6.4.1.1 Đặc tính tải Bảng 6.2 Các thơng số xây dựng đặc tính tải động dùngBiogas Thông số đo Tốc độ Lần đo động Điện áp: Cường Công suất cơ: n U (V) độ: I (A) (W): P=U.I (vg/ph) 1480 220 220 220 220 220 0,8 1,8 2,8 3,6 4,2 176 396 616 792 924 Tiêu hao nhiên liệu: Ve (m3/h) 0,554 0,554 0,554 0,713 0,871 Suất tiêu hao nhiên liệu: ge (m3/kw.h) 3,15 1,40 0,90 0,90 0,94 * Nhận xét: Khi tăng tải lượng nhiên liệu tiêu thụ V e công suất động P tăng tương ứng Dùng phương pháp xấp xỉ ta xác định qui luật biến thiên công suất tiêu hao nhiên liệu theo độ mở bướm ga sau: Công suất động cơ: P = 176x + 66 [w] Suất tiêu hao nhiên liệu: g e  Ve [m / kw.h] P ge = 0,2917x2 – 2,241x + 4,9722 [m3/kw.h] SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 72 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Hình 6.15 Đồ thị đặc tính tải động dùng Biogas 6.4.1.2 Đo khí thải Bảng 6.3 Kết phân tích khí thải động dùng Biogas Lần đo CO (%vol) 3,28 2,2 2,59 1,06 0,07 Thành phần khí thải HC NOX (ppm CO2 (%vol) (ppmHEX) vol) 252 21 9,4 133 33 10,5 39 39 10,9 64 74 11,6 44 156 12,2 SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 O2 (%vol) 5,7 5,1 3,96 4,4 Trang 73 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Hình 6.16 Đồ thị thành phần khí thải động dùng Biogas 6.4.2 Nhiên liệu Xăng 6.4.2.1 Đặc tính tải Bảng 6.4 Các thơng số xây dựng đặc tính tải động dùng Xăng Thơng số đo Điểm đo Tốc độ động Điện áp: U cơ: n (vg/ph) (V) 220 220 220 220 220 1460 Cường độ: I (A) 0,9 1,8 2,5 3,3 4,1 Công suất (W): P=U.I 198 396 550 726 902 * Nhận xét: Khi tăng tải cơng suất động tăng SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 74 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Dùng phương pháp xấp xỉ ta xác định qui luật biến thiên công suất theo độ mở bướm ga sau: Công suất động cơ: P = 173,8x + 33 [w] Hình 6.17 Đồ thị đặc tính tải động dùng Xăng 6.4.2.2 Đo khí thải Bảng 6.5 Kết phân tích khí thải động dùng Xăng Lần đo CO (%vol) 8,03 8,75 8,53 8,41 7,8 Thành phần khí thải HC (ppm) NOX (ppm) CO2 (%vol) 258 5,6 246 5,7 223 45 6,5 224 53 6,4 198 55 6,5 SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 O2 (%vol) 5,5 4,8 3,88 4,5 Trang 75 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Hình 6.18 Đồ thị thành phần khí thải động dùng Xăng * Nhận xét: Với việc sử dụng nhiêu liệu Biogas mức độ phát thải nhiễm nằm giới hạn cho phép giảm đáng kể so với nhiêu liệu xăng Ta thấy điều qua bảng so sánh thành phần khí thải hai loại nhiên liệu: Bảng 6.6 Bảng so sánh thành phần khí thải Thành phần khí thải Loại nhiên liệu - Biogas - Xăng CO Trung bình HC NOx CO2 CO Cực đại HC NOx CO2 [%vol] [ppm] [ppm] [%vol] [%vol] [ppm] [ppm] [%vol] 1,84 106,4 64,6 10,92 3,28 252 156 12,2 8,304 229,8 33,8 6,14 8,75 258 55 6,5 6.5 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 76 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 - Về công suất phát điện: P max=924[W], cịn thấp so với cơng suất thiết kế: 1200[W] - Về tiêu hao nhiên liệu ứng với công suất cực đại: V e=0,94[m3/kw.h] Với mức tiêu hao nhiên liệu chạy 12h ngày - Về mức độ ô nhiễm: giảm đáng kể so với động xăng hoạt động điều kiện [CO] giảm 78%, [HC] giảm 54% Tuy nhiên, [NOx] [CO2] tăng Nguyên nhân thành phần Biogas có hàm lượng tương đối lớn CO - Về hiệu kinh tế: + Giá thành lắp đặt: Bảng 6.7 Giá thành lắp đặt STT Tên chi tiết Động Vật tư Chi phí lắp đặt Tổng: Giá thành (VNĐ) 5.500.000 300.000 200.000 6.000.000 + Số tiền tiết kiệm hàng tháng: Bảng 6.8 Lợi ích kinh tế từ việc dùng Biogas Thời gian động hoạt động Số giờ/ngày Số giờ/tháng Công suất phát điện (kw) Xăng 90 1,2 Biogas 120 0,92 Loại nhiên liệu Lượng Suất tiêu điện hao nhiên liệu phát (g/kw.h) (m3/kw.h) (kw.h) 110 313 0,94 Tiêu hao nhiên liệu (kg), (lít) (m3) 34 (43lít) 103,4 Giá thành nhiên liệu (VNĐ) Đơn Thành giá tiền (x1000) (x1000) 12 408 - Như vậy, giá thành việc xây dựng hầm Biogas, hệ thống xử lý Biogas động chi phí để chuyển đổi động sang sử dụng Biogas khoảng 500.000đ hiệu mang lại khơng nhỏ Hàng tháng ta tiết kiệm khoảng 408.000đ tiền điện góp phần làm cho mơi trường xung quanh thêm đẹp SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 77 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 KẾT LUẬN Đề tài thiết kế, chế tạo lắp đặt thành công hệ thống cung cấp nhiên liệu Biogas cho động Hoda GX120 lắp máy phát điện SH 2000 Kết bước đầu ứng dụng cho trang trại chăn nuôi Xã Hịa Ninh – Hịa Vang cung cấp điện để phục vụ cho gia đình cụ thể vào việc cấp nước, tiết kiệm số tiền đáng kể mà trước trả cho việc sử dụng điện với giá cao sử dụng hiệu nguồn Biogas có Chủ trang trại đại diện địa phương thấy rõ lợi ích mà đề tài mang lại hoàn toàn ủng hộ Ngoài giải đồng thời vấn đề môi trường cho trang trại diệt trùng Vấn đề khó khăn tâm lý người nông dân thu nhập số hộ chưa cao nên quan ban ngành nên có sách vận động hỗ trợ cho người dân mặt kinh phí để áp dụng rộng rãi mơ hình TÀI LIỆU THAM KHẢO BÙI VĂN GA SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 78 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Quá trình cháy động đốt – NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2002 HỒ TẤN CHUẨN – NGUYỄN ĐỨC PHÚ – TRẦN VĂN TẾ - NGUYỄN TẤT TIẾN Kết cấu tính tốn động đốt (tập III) – NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp HỒ TRẦN ANH NGỌC Nghiên cứu sử dụng nguồn lượng mới, triển khai ứng dụng lượng điều kiện Việt Nam – Luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật PHẠM HỮU KHANG Tham khảo nhanh Visual Basic 6.0 – NXB Thống kê NGUYỄN TẤT TIẾN Nguyên lý động đốt – NXB Giáo dục, 2000 NGUYỄN DUY THIỆN Cơng trình lượng khí sinh vật Biogas – NXB Xây dựng Hà Nội – 2001 Nghiên cứu q trình sinh khí khả ứng dụng khí Biogas để phát điện – Cơng trình dự thi giải thưởng sinh viên nghiên cứu khoa học năm 2002 NGUYỄN THỊ NGỌC MAI – NGUYỄN HỮU ANH Microsoft Visual Basic 6.0 & Lập trình sở liệu – NXB Lao động xã hội Những thực hành Visual Basic 6.0 – NXB Thống kê 10 Thủ thuật cho người lập trình Visual Basic – NXB Thống kê 11 Tự học Visual Basic 6.0 – NXB Trẻ 12 VĂN THỊ BÔNG – NGUYỄN THANH BÌNH – PHẠM XN MAI Tính tốn nhiệt động lực học động đốt – NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh – 2002 13 KLAUS VON MITZLAFF Engines for Biogas – 1988 SVTH: NGUYỄN VĂN TRIỀU – LỚP 02C4 Trang 79 ... Trang 38 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 - Công suất động Biogas thấp so với xăng TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS 4.1... 20 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 Hệ thống phun làm việc có tải tức kết thúc hệ thống khơng tải, cung cấp nhiên liệu cho động Khơng khí... TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ HONDA GX120 NGHIÊN CỨU CHUYỂN ÐỔI ÐỘNG CƠ CỠ NHỎ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG SANG SỬ DỤNG BIOGAS 2.1 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU