Bộ Giáo dục đào tạo Trờng Đại học Nông nghiệp I hà Nội -[\ - Phạm Hùng Lân Nghiên cứu số sở khoa học khảo sát thực nghiệm góp phần xây dựng tiêu chuẩn kiểm định khí xả Việt Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật máy thiết bị giới hoá nông lâm nghiệp M số : 60-52-14 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS-TS Bùi Hải Triều Hà Nội - 2005 Lời cam đoan - Tôi xin cam đoan rằng, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực cha đợc sử dụng để bảo vệ học vị - Tôi xin cam ®oan r»ng, mäi sù gióp ®ì cho viƯc thùc hiƯn luận văn đà đợc cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn đợc rõ nguồn gốc Phạm Hùng Lân Lời cám ơn - Tôi xin bày tỏ lòng biết ơnchân thành thầy Bùi Hải Triều tập thể thầy cô giáo môn Ô tô - Máy kéo, khoa điện, trờng Đại học nông nghiệp Hà Nội đà tận tình hớng dẫn giúp đỡ thực đề tài - Chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp Trung tâm Đăng kiểm xe giới Thái Nguyên đà giúp đỡ cộng tác trình thực đề tài - Tôi xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu thử nghiệm khí thải số loại ô tô lắp giáp Việt Nam Gồm ông : ThS Vũ Huy Đơng, PGS TS Phạm Minh Tuấn, PGS.TS Phạm Văn Thể, KS Trần Quang Vinh, KS Nguyễn Thế Lơng Đà cho đợc tham gia cho phép đợc sử dụng kết thử nghiệm cho luận văn Phạm Hùng Lân Mục lục Lời cam đoan Lời cám ơn Mục lục Những chữ viết tắt ký hiệu hoá học Mở đầu Đặt vấn đề Mục đích yêu cầu ®Ị tµi Trang i ii iii v 1 Chơng I Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Sự ô nhiễm môi trờng khí xả động gây 1.2 Phản ứng xà hội đe doạ huỷ hoại môi trờng khí thải công nghiệp giao thông 1.3 Các biện pháp giới hạn lợng thải 1.4 Phát triển bùng nổ phơng tiện giao thông thiết bị dùng động đốt Việt Nam 3 Chơng II Nghiên cứu sở lý thuyết 2.1 Sự hình thành thành phần khí thải 2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến thành phần khí thải 2.3 Các biện pháp giảm lợng thải độc hại CO, COX, CO 2.4 Các phơng pháp đo phân tích khí thải 15 15 16 25 29 Chơng III Chơng trình thí nghiệm để xây dựng giới hạn khí xả số nớc 3.1 Lấy mẫu phơng pháp làm loÃng khí (Phơng pháp CVS) 3.2 Kiểm tra khí xả động DIEZEN 3.3 Sự phát triển tiêu chuẩn kiểm tra khí xả giới Việt Nam Chơng IV Phân tích lý thuyết thực nghiệm trạng phơng tiện tiêu chuẩn khí thải 4.1 Một số số liệu chủng loại tình trạng kỹ thuật phơng tiện giới đờng lu hành Việt Nam 4.2 Thí nghiệm kiểm tra khí thải theo TCVN Trung tâm đăng kiểm xe giới Thái Nguyên 4.3 Thí nghiệm khảo sát khí xả số loại ô tô lắp giáp Việt Nam theo tiêu chuẩn EURO Kết luận kiến nghị Tài liệu tham kh¶o Phơ lơc 36 37 46 55 59 59 61 80 92 93 96 mở đầu 1.1 đặt vấn đề Môi trờng ngời bị huỷ hoại nghiêm trọng từ nhiều nguồn khác Một nguồn ô nhiễm chủ yếu khí thải động đốt Động cung cấp tới 80% tổng số lợngtiêu thụ giới, Hiện nay, giới có 750 triệu ô tô, hàng năm thải môi trờng hàng trăm độc hại Riêng việt nam tính tới thời điểm 31.12.2004 nớc có 490.000 ô tô gần 6.000.000 xe máy hoạt động Cùng với phát triển kinh tế xà hội, tốc độ tăng trởng hàng năm phơng tiện nêu tăng nhanh (bình quân 11,94% năm) (Cục đăng kiểm Việt Nam Tổng hợp số liệu phơng tiện giao thông lu hành nớc tháng 1/2005).[3] Việt Nam phần lớn ô tô, xe máy tập trung đô thị lớn nh Hµ néi (12%), Thµnh Hå chÝ Minh (30%) vµ số tỉnh thành phố khác; gây ô nhiễm môi trờng nặng nề Vì việc nghiên cứu để hạn chế ô nhiễm khí thải động vấn đề cấp bách không riêng quốc gia Trong việc định tiêu chuẩn cho phép phơng tiện Tham gia giao thông mặt khí thải cho phù hợp vấn đè cần thiết để phơng tiện giới tham gia giao thông phải thải tối thiểu ô nhiễm môi trờng Với nghị định 36/CP có hiệu lực từ ngày 01/08/1995 số tiêu chuẩn giới hạn độc hại kèm theo (Tuy sơ lợc), Chúng ta đà bắt đầu quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trờng cho phơng tiện giao thông gây Cho đến nay, mạng lới đăng kiểm xe giới đồng với 74 Trung tâm (trạm) phân bổ khắp nớc dợc trang bị thiết bị kiểm tra khí thải động Cục Đăng kiểm Việt Nam thuộc Bộ Giao thông Vận tải Tổng Cục Đăng kiểm Việt Nam đo lờng chất lợng thuộc Bộ khoa học công nhệ Môi trờng, đà ban hành tiêu chuẩn khí thải Tuy nhiên việc áp dụng khí thải phơng tiện giới đờng bắt buộc Thành phố lớn Hà nội, Hải phòng, Đà nẵng, Thành phố Hồ chí minh Về thực tế việc đề tiêu chuẩn phù hợp đối tợng cụ thể (Ví dụ phơng tiện xe xuất xởng, hay đà qua sử dụng, xe tải, xe ) đòi hỏi phải tiến hành cách toàn diện để chọn phơng án khả thi Để góp phần mục thực mục tiêu quản lý khí thải giao thông, thực đề tài : Nghiên cứu số sở khoa học khảo sát thực nghiệm góp phần xây dựng tiêu chuẩn kiểm định khí xả Việt Nam 2.2 Mục đích yêu cầu đề tài: Nghiên cứu, Tổng hợp số liệu thực tế Thiết bị có kiểm tra khí xả, phân tích từ số liệu thực tế phơng tiện giới đờng lu hành địa bàn tỉnh Thái nguyên để đề xuất phơng pháp đo tiêu chuẩn khí thải cho phép áp dụng cho phơng tiện giới đờng lu hành cho phù hợp Chơng I Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1 Sự ô nhiễm môi trờng khí xả Động gây 1.1.1 Sản phẩm cháy Quá trình cháy động đốt trình ô xy hoá nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng, diễn buồng cháy động cơtheo chế phức tạp chịu ảnh hởng nhiều thông số (Bùi Văn Ca, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1997) Mô hình hoá trình cháy động đốt trong) Vấn đề đợc nghiên cứu tỷ mỉ công trình nhiên cứu lý thuyết động lực ph¶n øng, s¶n phÈm cuèi cïng khÝ th¶i gäi Sản phẩm cháy, bao gồm chất sau: CO2, H2O, H2, CO, O2, C-H-O (An đe hít), CnHn (Các bon hyđrô), NOx, hợp chất chì Pb (Đối với động xăng pha chì), Các hợp chất lu huỳnh (động Diesel Trong số có số thành phần có tính độc hại với môi trờng sức khoẻ ngời nên gọi thành phần độc hại 1.1.2 Các thành phần độc hại ảnh hởng chúng [7] Khí ô xít bon (CO): + Khí CO có tên gọi Mô nô xít bon đợc sinh cháy không hoàn toàn nhiên liệu thiếu O2 lợng lý thuyết yên cầu Có nguyên nhân sau đây: - CO biến thành CO2 phản ứng (2CO + O2 = 2CO2) nhng phản ứng chậm biến tất lợng CO lại thành CO2 đợc Vì lý nên CO sinh khí hỗn hợp nhạt - Sự cháy không hỗn hợp khí - nhiên liệu phân phối vốn đă không nhiên liệu buồng cháy - Nhiệt độ xung quanh thành xy lanh thấp gây Sự dập tắt nghĩa lửa không với tới vùng xa buồng cháy 34 - Tác động có hại CO: Khí CO dạng không màu, không mùi, kết hợp với sắt có sắc tố máu tạo thành hợp chất ngăn cản trình hấp thụ ô xy tế bào thể Mô nô xít bon độc, với hàm lợng nhỏ không khí gây cho ngời tử vong hàm lợng cực đại cho phép (CO)= 33 mg/m3 Khí bon hyđrô CnHn : Hay đợc ký hiệu HC + Khi xăng bị nung nóng lên nhiệt độ cao, ô xy hoá nhanh nhng cháy không hoàn toàn hay chí không cháy, xăng không cháy lại buồng cháy bay vào khí dạng khí HC Cũng nh CO, Nếu xăng cháy hoàn toàn buồng đốt không sinh khí HC khÝ x¶ nh−ng thùc tÕ HC vÉn sinh ra, lý đợc giải thích nh sau: - Tỷ lệ khí nhiênliệu không - áp suất nén thấp: - Khi chạy theo quán tính hay giảm ga, bớm ga đóng hoàn toàn Kết hầu nh khí nạp vào xy lanh, có nhiên liệu vào qua mạch tốc độ thấp Kết áp suất thấp nhng nhiên liệu đậm, áp suất nén thấp thiếu O2 gây bỏ máy dẫn đến cháy không hoàn toàn nhiên liệu Kết tạo HC không cháy khí xả - Sự trùng lặp thời điểm nóng mở Su páp - Trong khoảng thời gian hút Su páp nạp Su páp xả më Mét Ýt khÝ HC bÞ hót khái bng cháy qua Su páp xả trớc đợc cháy Hiện tợng đợc gọi - lọt khí mở sớm đóng muộn - Sự dập tắt: - Nhiêt độ lửa giảm đột ngột vùng dập tắt ngăn cản hỗn hợp khí nhiên liệu vùng bắt lửa Nhiên liệu không cháy hay cháy phần vùng dập tắt sau đợc xả khỏi xi lanh pít tông bắt đầu chuyển động lên phía kỳ xả + Tác hại HC: Một số HC không độc, nhng số khác lại có nhân Benzen gây ung th, gây sơng mù khí gây tác hại cho mắt niêm mạc đờng hô hấp NOX: pe ô xít ni tơ sản phẩm ô xy hoá ni tơ có không khí (đợc đa vào buồng đốt động cơ) điều kiện nhiệt độ cao ni tơ có nhiều hoá trị nên Ô xít ni tơ tồn nhiều dạng khác nhau, đợc gọi chung NOX Trong khí thải động đốt NOX tồn hai dạng N2O NO - NO: thành phần NOX khí thải NO loại khí không mùi, gây tác hại hoạt động phổi, gây tổn thơng niêm mạc Trong khí quyển, NO không ổn định nên bị ô xi hoá thành NO2 kết hợp với nớc tạo thành axít ni tơ ríc Hàm lợng cực đại cho phÐp khÝ quyÓn (NO) = mg/ m3 Anđêhýt: Có nhiều dạng khác nhng có chung công thức tổng quát C-H-O, dạng khí Anđêhýt có mùi gắt có tác dụng gây tê, số loại gây ung th, Đối với foóc môn đê hýt hàm lợng cực đại cho phép 0,6 mg/ m3 P-M: dạng hạt khí thải dạng rắn lỏng (Trữ nớc), nhiệt độ 520 hạt rắn chủ yếu muội than hay gọi bồ hóng, sinh phân huỷ Nhiên liệu dầu bôi trơn muội than gây gây độc hại với ngời trớc hết đờng hô hấp Ngoài số bonhyđrô thơm bám vào muội than gây ung th Đối với môi trờng PH tác nhân gây sơng mù, ảnh hởng đến giao thông sinh hoạt ngời CO2: Sản phẩm cháy hoàn toàn bon với ô xy Tuy CO2 không độc với sức khoẻ ngời, nhng với nồng lớn gây ngạt, CO2 thủ phạn gây hiệu ứng nhà kính 1.2 phản ứng x hội đe doạ huỷ hoại môi trờng khí thải công nghiệp giao thông [1,6] Trong môi trờng, dới tác động nhiệt độ ánh sáng xảy phản ứng hoá học phân giải chất độc hại, số thành phần hoà tan vào nớc, theo nớc ma rơi xuống làm ô nhiễm đất, nguồn nớc xâm hại thảm thực vật Một số chÊt ph©n hủ nhanh nh− CO, NOx, SO2 Nh−ng cịng có số chất lâu bị phân giải nh CH4, CO2 Với nồng độ tích tụ ngày lớn, gây ảnh hởng to lớn đến khí hậu trái đất thông qua hiệu ứng nhà kính Nồng độ chất độc hại khí thông số quan trọng đánh giá mức độ ô nhiễm Nồng độ chất độc hại phụ thuộc trớc hết vào mức độ tập trung công nghiệp giao thông thời gian hoạt động cao điểm Nồng độ độc hại cho phép đợc ban hành quan choc để bảo vệ sức khoẻ nhân dân báo động nồng độ độc hại vợt giới hạn cho phép Các chất độc hại gây bệnh dịch, ung th vv ảnh hởng đến sức khoẻ ngời- Một thành tố quan trọng môi trờng đà đợc trình bày mục 1.1 Đối với môi trờng thiên nhiên, độc hại làm ảnh hởng mùa màng, ô nhiễm môi trờng khí quyển, đất nớc Cụ thể gây xói mòn làm bạc màu đất canh tác, phá huỷ rừng đẩy nhanh tốc độ ăn mòn phá huỷ công trình kiến trúc Đối với khí hậu, chất độc hại phá huỷ tầng ô-zôn- đợc coi nh áo che chắn giảm thiểu tác hại tia cực tím tia vũ trụ trái đất Ngoài số chất độc hại gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi nhanh chóng khí hậu trái đất Cụ thể : Tầng khí trái đất dày khoảng 16 Km tầng bình lu, chất khí có chất khÝ nh− CO2, O, O3, CFC11, CFC12 ( CFC11, CFC12) Những chất khí kể có tính chất đặc biệt cho tia mặt trời (gồm chủ yếu sóng ngắn) qua chiếu xuống bề mặt trái đất Tại phần lợng biến thành nhiệt phản xạ lên tầng bình lu dạng tia nhiệt (sóng dài ) Khi gặp chất khí nêu trên, tia nhiệt bị hấp thụ tụ lại Hiện tợng gọi hiệu ứng nhà kính, chất tạo hiệu ứng gọi khí nhà kính Nhờ có tợng mà trái đất ấm áp với nhiệt độ trung bình khoảng 15oC Tuy nhiên, với hoạt động công nhiệp ngời ngày gia tăng, tốc độ tích tụ khí nhà kính lớp bình lu ngày lớn tốc độ phân huỷ tự nhiên chúng Do lợng khí nhà kính tầng bình lu ngày nhiều lên làm cho hiệu ứng nhà kính ngày mạnh lên Hậu khí hậu trái ®Êt biÕn ®ỉi nhanh chãng, thĨ lµ nhiƯt ®é trung bình tăng lên 0,7oC vòng 100 năm qua Theo dự đoán nhà khoa học, với tốc độ tiêu thụ lợng nh nhiệt độ trung bình trái đất tăng từ 1,5oC đến 4oC vòng 50 năm tới Nhiệt độ trái đất tăng làm băng hai cực trái đất tan ra, nớc biển dâng lên làm ngập nhiều thành phố, làng mạc đồng ven biển, ảnh hởng đến sống hàng trăm triệu ng−êi km/h, thời gian chạy 195s, quãng đường xe chạy lý thuyết 1,013 km Các bước tốc độ thời gian dừng qui định chi tiết chặt chẽ Giai đoạn II (đường chạy ngọai ơ) có tổng thời gian chạy 400s, tốc độ trung bình 62,6 km/h, tốc độ lớn 120 km/h, quãng đường xe chạy lý thuyết 6,955 km, gia tốc dương lớn 0,833 m/s2 gia tốc âm nhỏ -1,389 m/s2 Các bước tốc độ thời gian qui định chặt chẽ Tiêu chuẩn giới hạn lượng phát thải EURO qui định lượng phát thải CO 2,2 g/km tổng lượng phát thải HC+NOx 0,5 g/km 4.3.2.2 Tiêu chuẩn nhiên liệu (xăng) Chỳng ta biết chất lượng khơng khí, khí thải phương tiện chất lượng nhiên liệu có mối liên hệ mật thiết với Khi xem xét mục tiêu chất lượng khơng khí, quốc gia lựa chọn đưa tiêu chuẩn khí thải với tiêu chuẩn nhiên liệu hợp lý Ngày nay, để đáp ứng tiêu chuẩn giới hạn khí thải ngày ngặt nghèo chất lượng nhiên liệu phải nâng lên tương ứng Đối với xăng, giới thực chương trình loại bỏ hồn tồn chì ngày giảm bớt lượng lưu huỳnh (S), benzen hydrocacbua thơm xăng Tuy vậy, việc giảm thiểu chất độc hại tới mức phải xét tới tiêu kỹ thuật số Octane, độ bay hơi, hình thành nhựa,… Theo tiêu chuẩn TCVN 6776: 2005 tương ứng với tiêu chuẩn nhiên liệu EURO châu Âu dự kiến ban hành vào tháng 7/2005 hàm lượng chì xăng lớn 0,013 g/lit; hàm lượng lưu huỳnh 500 mg/kg; hàm lượng benzen 2,5% thể tích Trong q trình thực đề tài Phịng thí nghiệm Động đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhóm tác giả sử dụng nhiên liệu xăng RON 95 cho tất xe đưa vào thử nghiệm Loại xăng đáp ứng đầy đủ yêu cầu theo tiêu chuẩn nhiên liệu trên, xem bảng 4.5 81 Bảng 4.5 Tiêu chuẩn nhiêu liệu thí nghiệm TT Tªn chØ tiªu TCVN Nhiªn liƯu 6776:2005 thư nghiƯm (EURO 2) (RON 95) 95 95 g/lit 0.013