Máy phát điện sử dụng khí Biogas
Trang 11
Hình 2.1.1 Phoi sắt bị oxi hoá
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG KHÍ BIOGAS
05ĐCN1 – Đại Học Lạc Hồng
Tóm tắt :
“Nghiên cứu thiết kế máy phát điện chạy bằng khí biogas” là một giải pháp tối ưu, đề tài được nghiên cứu và chế tạo dựa trên kiến thức tổng hợp: hoá học, cơ khí động lực, máy điện, điện - điện tử và lập trình điều khiển nhằm mục đích giảm bớt lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính thải ra môi trường, đồng thời giải quyết được cuộc khủng hoảng năng lượng như hiện nay, giúp các hộ chăn nuôi tăng gia sản xuất, giảm chi phí giá thành và góp phần tích cực vào việc cải thiện đời sống người dân
1 SƠ LƯỢC KHÍ BIOGAS VÀ MÔ HÌNH HẦM CHỨA : [7]
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh trong môi trường kỵ khí từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ như rác thải (rơm, rau củ ), quá trình xử lý nước hay chất thải động vật
Về thành phần chính: thành phần chính của Biogas là CH4 (50-60%) và CO2
(>30%) còn lại là các tạp chất khác như N2, O2, H2S, CO… Trong đó CH4 tạo ra sự cháy khí tiếp xúc với oxi, H2S là khí độc hại gây mùi khó chịu, ăn mòn các chi tiết kim loại, CO2 làm giảm khả năng đốt cháy Còn lại là các khí khác chiếm tỷ lệ thấp và ít ảnh hưởng đến môi trường
Mô hình xây dựng hầm chứa:
Mô hình gồm các bộ phận:
- Đường ống dẫn các chất thải động vật hay chất thải hữu cơ
- Bể chứa kín để lên men quá trình kỵ khí
- Đường ống dẫn đến nơi tiêu thụ - Các thiết bị đo và mở sử dụng khí
2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỌC KHÍ BIOGAS CHO MÁY PHÁT:
Biogas chứa khí Mêtan (CH4) có khả năng sinh ra sự cháy nên được dùng làm nhiên liệu thay thế cho xăng, dầu diesel để chạy động cơ đốt trong và máy phát điện Khí H2S và CO2 là hai tạp chất quan trọng ta cần loại bỏ Khí H2S sau khi đốt cháy sinh ra khí SOx gây ăn mòn các chi tiết kim loại của động cơ, máy phát và làm ô nhiễm môi trường không khí Sự hiện diện của khí CO2 trong biogas làm giảm nhiệt trị nhiên liệu cháy
Do đó vấn đề được đặt ra ta phải loại bỏ khí H2S và CO2 trước khi đưa đến máy phát
Và quá trình phản ứng diễn ra như sau: Fe2O3 + 3H2S Æ Fe2S3 + 3H2O
Fe3O4 + 4H2S Æ FeS+Fe2S3 + 4H2O FeO + H2S Æ FeS + H2O
Phản ứng trên diễn ra tốt nhất ở điều kiện nhiệt độ 28–300C, độ ẩm vật liệu 30% [5]
Hấp phụ loại bỏ khí CO2:
Việc tách CO2 ra khỏi biogas được thực hiện vào tính chất hấp phụ của khí cacbornic của than hoạt tính Than hoạt tính ta có thể lấy từ các nguyên liệu gần
Hình 1 Mô hình xây dựng hầm tạo khí Biogas
Trang 22.2 THIẾT KẾ THÁP VÀ QUY TRÌNH XỬ LÝ KHÍ :
Khí biogas khi qua tháp hấp phụ phải khử được lượng tạp chất đồng thời họng khí phải đáp ứng đủ nhiên liệu cho hoạt động máy phát
Việc tính toán thiết kế tháp dựa trên [5]: đường hấp phụ đẳng nhiệt, tính cân bằng vật chất, tỷ số truyền khối, tổn thất áp suất …
Trên cơ sở tính toán nhóm thiết kế tháp như sau:
- Vật liệu tháp được làm từ nhựa ống PVC
- 2 ống tháp có đường kính Φ = 90mm, ống cấp khí Φ = 10mm và chiều cao là 0.8m
- Vật liệu than hoạt tính và phoi sắt được chứa đầy trong 2 ống tháp
3 THIẾT KẾ CHI TIẾT CUNG CẤP KHÍ BIOGAS CHO MÁY PHÁT :
3.1 ĐẶC ĐIỂM BAN ĐẦU:
Máy phát được sử dụng là loại máy có công suất 550W của hãng Honda, điện áp ra 220V-50Hz, nguyên thuỷ máy chạy bằng xăng sau đó được cải tiến chạy bằng khí biogas
3.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT CUNG CẤP KHÍ BIOGAS CHO MÁY PHÁT :
Chi tiết được thiết kế phải kín tạo được độ chân không cần thiết để hút khí, đồng thời cung cấp đủ lượng khí đưa vào họng máy phát [3]
Chi tiết có bề dày Φ = 10mm, đường kính hút khí thiên nhiên lớn nhất bằng đường kính họng đưa vào xylanh Φ = 16mm và được lấy đồng tâm nhau, một lỗ Φ = 6mm được khoan bên hông nhằm mục đích luồn một ống bằng kim loại để ta có thể gắn ống khí dễ dàng đến máy phát Chi tiết phải cứng, có khả năng chịu nhiệt cao
Chi tiết thiết kế xong được kẹp giữa bộ chế hoà khí và thân máy phát thông qua một thanh ốc cố định được bắt sẵn trên thân máy
Hình 2.2.1 Quy trình xử lý khí biogas
Hình 3.1 Máy phát cải tiến sang Biogas
Hình 3.2.1 kích thước chi tiết cung cấp khí
Hình 3.2.3 Chi tiết đặt giữa bộ chế hoà khí và họng máy phát
Hình 3.2.2 Chi tiết cấp khí sau khi hoàn thành
Hình 3.2.4 Bộ chế hoà khí, chi tiết cấp khí và thân máy bắt cố định nhau
Trang 33
RELAY 8 C HAN
SW3NUT 2
I SO1PC621
U8Led 7 Doan
P1 7
PW M_2
U7Led 7 Doan
IR F540
U9Led 7 Doan
P0.2P1 3
NOÁI COM 9
P2.1P3 3
P3 2
P0.0/ AD0
P0.6/ AD6P1.0
P2 0/A8P2.2/ A10P3.0/ RXDP3.1/ TXDP3.2/ INT0P3.4/ T0P3.6/ WR
RELAY 8 CHAN
P3 4
P3 7J1
P3 5
D15DIODE MAX
4 THIẾT KẾ BOARD ĐIỀU KHIỂN:
Để đáp ứng điều khiển các ngõ vào/ra một cách cách thích hợp và tham khảo [6], nhóm đã chọn IC89V51 của hãng Phillip được lập trình và điều khiển hệ thống Mạch sẽ nhận tín hiệu tần số quay, so sánh tín hiệu, xuất tín hiệu điều khiển van, quét led cho hiện thị thông số
5 LỢI ÍCH SỬ DỤNG:
Sử dụng khí biogas kết hợp với hoạt động chăn nuôi sản xuất là một giải pháp tối ưu nhất
- Giúp giữ cảnh quan tự nhiên, tránh các chất thải nông nghiệp, xử lý nước hay chất thải chăn nuôi không mong muốn thải ra môi trường [4]
- Khí biogas còn được mệnh danh là nguồn nhiên liệu sạch cho hoạt động của động cơ đốt trong, máy phát điện Giúp giảm bớt lượng khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính thải ra môi trường, phòng tránh tác hại không mong muốn trong tương lai [4]
- Ngoài mục đích sử dụng khí biogas cho việc đun nấu sinh hoạt, khí biogas còn được dùng làm nhiên liệu chạy động cơ, máy phát Giúp người dân giảm được chi phí chăn nuôi, tăng hiệu quả sản suất, cải thiện được đời sống và giúp tiết kiệm điện cho mạng lưới điện quốc qia [1]
6 HẠN CHẾ ĐỀ TÀI :
Nhiệt độ môi trường xung quanh giảm làm ảnh hưởng đến chất lượng khí Biogas(mùa lạnh) công suất máy phát không đạt được theo yêu cầu, hệ thống phải chạy lại bằng xăng
(*) KHOA : CƠ ĐIỆN
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1] Bùi Văn Ga, Ngô Văn Lành, Ngô
Kim Phụng, Venet Cederic: Thử nghiệm khí biogas trên động cơ xe gắn máy Tạp chí Khoa học và
Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 1(18), pp 1-5, 2007
[2] Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến, Nguyễn Văn Đông, Nguyễn Văn
Anh: Hệ thống cung cấp biogas
biogas/diesel Tạp chí Khoa học và
Công nghệ, Đại học Đà Nẵng- 2(25), 2008
[3] Bùi Văn Ga, Trần Văn Quang, Trương Lê Bích Trâm, Nguyễn Phi
Quang: Tối ưu hóa quá trình cung cấp biogas cho động cơ tĩnh tại sử dụng hai nhiên liệu biogas-dầu mỏ
Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng- số 5(28), 2008
Hình 3.2.5 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí cho máy phát
Trang 44 [4] Bùi Văn Ga, Trương Lê Bích
Trâm, Lê Minh Tiến, Nguyễn Văn
Đông: Khả năng giảm phát thải CO2 ở Việt Nam nhờ sản xuất điện năng bằng Biogas Tạp chí Khoa
học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng-số 1(30).2009
[5] Đề tài nghiên cứu khoa học:
Nghiên cứu tinh chế Biogas bằng phương pháp hấp phụ của nhóm
sinh viên khoa Công Nghệ Sinh
Học – Môi Trường, Đại học Lạc Hồng
[6] VI ĐIỀU KHIỂN 8051 –TỐNG VĂN ON
[7] www.Google.com.vn , www vi.wikipedia.org
Keyworlds : biogas, máy phát điện, bộ chế hoà khí