Khảo sát hoạt động của máy phát điện công suất 10KVA sử dụng nhiên liệu khí Biogas ủ từ phân heo

Khảo sát hoạt động của máy phát điện công suất 10KVA sử dụng nhiên liệu khí Biogas ủ từ phân heo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM T P. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 10 KVA SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ BIOGAS Ủ TỪ PHÂN HEO NGÀNH HỌC: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2003-2007 Sinh viên thực hiện: ĐẶNG BÌNH AN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9 /2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 10 KVA SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS Ủ TỪ PHÂN HEO Giáo viên hƣớng dẫn Sinh viên thực hiện TS. DƢƠNG NGUYÊN KHANG ĐẶNG BÌNH AN Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2007 iii LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cảm tạ:  Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tại trường.  TS.Dương Nguyên Khang Khoa Chăn Nuôi Thú Y đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.  Th. S Nguyễn Đình Hùng Bộ môn Ô tô – máy động lực trường Đại học Bách Khoa đã hết lòng hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.  Gia đình anh Huỳnh Công Bằng đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.  Các anh chị tại trung tâm biogas trường Đại học Nông Lâm TPHCM đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài  Các bạn bè thân yêu của lớp công nghệ sinh học khóa 29 đã chia xẻ cùng tôi những vui buồn trong thời gian học cũng như hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập.  Các bạn bè ngoài lớp đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực tập tốt nghiệp. iv MỤC LỤC Trang Lời cám ơn . i Tóm tắt ii Mục lục . iii Danh sách các bảng iv Danh sách các hình và sơ đồ v 1.MỞ ĐẦU . 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2.Mục đích và yêu cầu . 2 1.2.1. Mục đích . 2 1.2.2. Yêu cầu . 2 2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU . 3 2.1. Lý thuyết vê biogas 3 2.1.1. Sơ lược về biogas 3 2.1.2. Các sản phẩm của hệ thống biogas . 4 2.1.2.1. Khí đốt 4 2.1.2.2. Phân bón . 4 2.1.3. Cơ chế tạo thành khí sinh học trong hệ thống biogas . 4 2.1.4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo khí biogas . 5 2.1.4.1. Điều kiện kỵ khí tuyệt đối 5 2.1.4.2. Nhiệt độ 5 2.1.4.3. Ẩm độ . 6 2.1.4.4. pH . 6 2.1.4.5. Thời gian ủ . 6 2.1.4.6. Hàm lượng chất rắn 6 2.1.4.7. Thành phần chất dinh dưỡng . 6 2.1.4.8. Các chất gây trở ngại cho quá trình lên men . 7 v 2.1.5. Ảnh hưởng của biogas đến môi trường . 8 2.1.5.1 Cải thiện vệ sinh môi trường nông thôn . 8 2.1.5.2 Xử lý chất thải nông nghiệp và thành phố 8 2.1.5.3 Giảm phát thải khí nhà kính 9 2.1.6. Tính chất của khí biogas . 9 2.1.6.1. Tính chất vật lý . 9 2.1.6.2. Tính chất hoá học . 10 2.1.7. Tiềm năng và ứng dụng của biogas 12 2.1.7.1 Tiềm năng phát triển của biogas . 12 2.1.7.2. Ứng dụng 13 2.1.8. Một số hầm ủ yếm khí tạo biogas hiện nay 14 2 1.8.1. Hầm ủ dạng vòm . 14 2.1.8.2. Dạng hầm giếng có khoang chứa gas nổi . 14 2.1.8.3. Dạng hầm ủ túi dẻo 14 2.1.8.4. Hầm ủ dạng bê tông composit 14 2.2. Lý thuyết cơ bản về động cơ đốt trong 14 2.2.1. Định nghĩa . 14 2.2.2. Khái niệm động cơ đốt trong 4 kỳ 15 2.2.3. Cấu tạo động cơ đốt trong . 16 2.2.3.1 Bộ phận phát lực . 16 2.2.3.2 Bộ phận đánh lửa . 17 2.2.3.3. Bộ phận phân phối khí . 17 2.2.3.4. Bộ phận nhiên liệu . 18 2.2.3.5. Bộ phận làm mát 19 2.2.3.6. Bộ phận bôi trơn . 19 2.2.4. Cấu tạo động cơ đã được chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu biogas . 20 2.2.5. Khí thải của động cơ đốt trong . 20 2.5.1. Oxit cacbon . 21 2.5.2. NOx H2S và SO2 21 2.5.3. Các chất hydrocacbua . 22 2.5.4. Các hợp chất của chì . 22 vi 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu . 23 3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài 23 3.2. Vật liệu, thiết bị sử dụng . 23 3.3. Phương pháp, bố trí thí nghiệm 23 3.3.1. Giai đoạn 1 23 3.3.1.1. Bước 1 24 3.3.1.2. Bước 2 24 3.3.1.3. Bước 3 24 3.3.2. Giai đoạn 2 24 3.3.2.1. Bước 1 25 3.3.2.2. Bước 2 25 3.3.2.3. Bước 3 25 3.3.3. Giai đoạn 3 25 4. Kết quả và thảo luận . 26 4.1. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ không tải . 26 4.2 Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ có tải. . 30 4.3. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng biogas . 35 5. Kết luận và đề nghị 37 5.1. Kết luận 37 5.2. Đề nghị 37 6. Tài liệu tham khảo 38 vii DANH SÁCH CÁC BẢNG TÊN BẢNG TRANG Bảng 2.1. Thành phần hoá học khí biogas . 4 Bảng 2.2. Điều kiện thích hợp cho quá trình phân hủy kị khí . 7 Bảng 2.3. Hàm lượng các chất ức chế quá trình lên men yếm khí 7 Bảng 2.4. Hiệu quả xử lý phân của hệ thống biogas 8 Bảng 2.5. Bảng thống kê số lượng khí biogas sinh ra từ phân gia súc . 12 Bảng 2.6. Bảng thống kê số lượng phân trong ngày của gia súc 12 Bảng 2.7. Hàm lượng các chất trong khí thải động cơ . 21 Bảng 4.1. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ không tải . 27 Bảng 4.2. Bảng tiêu chuẩn khí thải Euro 1 và Euro 2 đối với động cơ xăng 26 Bảng 4.3. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ có tải. 31 Bảng 4.4. Bảng giá điện tạo ra khi chạy máy bằng biogas hoặc xăng 35 Bảng 4.5. Bảng giá thành một số loại hầm biogas 35 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ TÊN HÌNH TRANG Hình 2.1 Sơ đồ phân hủy kỵ khí tạo CH4 . 5 Hình 2.2 Sơ đồ chu chuyển CO2 9 Hình 2.3 Các kỳ của động cơ đốt trong 4 kỳ 16 Hình 2.4 Sơ đồ bộ chế hòa khí 19 Hình 4.1. Biểu đồ so sánh lượng khí HC và NOx thải ra của máy sử dụng xăng hoặc biogas ở chế độ không tải 28 Hình 4.2. Biểu đồ so sánh lượng khí CO, CO2, O2, thải ra của máy bằng xăng hoặc biogas ở chế độ không tải . 28 Hình 4.3. Biểu đồ so sánh lượng khí CO, CO2, O2, thải ra của máy bằng xăng hoặc biogas ở chế độ có tải . 33 Hình 4.1. Biểu đồ so sánh lượng khí HC và NOx thải ra của máy sử dụng xăng hoặc biogas ở chế độ có tải 33 1 Chƣơng 1. MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, nhu cầu năng lượng về dầu mỏ nhằm đáp ứng nhu cầu cho các hoạt động sống của con người ngày càng lớn, nhưng khả năng cung cấp nó thì ngày càng giảm. Người ta dự tính khoảng 100 năm nữa nguồn năng lượng từ thiên nhiên như dầu mỏ, than đá … sẽ cạn kiệt. Đây thật sự là một thách thức to lớn đối với toàn thể ngành năng lượng của thế giới mà trong đó có Việt Nam. Vậy làm sao có nguồn năng lượng khác để thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống là điều mà nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu ứng dụng từ lâu. Riêng đối với Việt Nam là một nước đang phát triển, đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn cộng với những vấn đề về môi trường nên nguồn năng lượng mới phải đáp ứng thêm hai yêu cầu sạch và rẽ tiền. Phân tích đặc điểm của nền kinh tế, và phát triển khoa học kỹ thuật của đất nước, chúng ta nhận thấy Việt Nam là nước đang trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá có nền nông nghiệp phát triển. Trong đó chăn nuôi quy mô lớn ngày càng phát triển, vì thế số lượng chất thải vô cùng lớn. Hiện nay người dân thường sử dụng phân chuồng bón cho cây trồng hoặc dùng làm thức ăn cho cá, gia súc… Điều đó rất có hại cho môi trường và lãng phí bởi vì phân bò, phân heo khi cho ủ lên men trong điều kiện yếm khí sẽ tạo ra một lượng khí mêtan (CH4) có thể dùng để đốt cháy như khí gas thiên nhiên. Ngoài ra, thiết kế hệ thống biogas còn giúp giảm đáng kể tác hại ô nhiễm môi trường do chăn nuôi. Hơn nữa, khí mêtan cũng có thể được sử dụng để sản xuất nguồn năng lượng quan trọng khác là năng lượng điện. Trên cơ sở đó, được sự đồng ý của bộ môn Công nghệ sinh học và sự hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ Dương Nguyên Khang, chúng tôi tiến hành đề tài: “Bƣớc đầu khảo sát hoạt động của máy phát điện loại 10 kVA chạy bằng nhiên liệu khí biogas đƣợc ủ từ phân heo”. 2 1.2. Mục đích và yêu cầu 1.2.1 Mục đích Tận dụng gas sinh ra từ phân heo được lên men yếm khí để chạy máy phát điện loại 10 kVA để sản xuất điện. 1.2.2 Yêu cầu  Ghi nhận lượng khí biogas hoặc xăng cần để chạy máy phát điện công suất 10 kVA trong vòng 1 giờ ở chế độ không và có tải.  Ghi nhận công suất và khả năng tải của máy phát điện khi chạy bằng biogas hoặc xăng ở chế độ không tải và có tải.  Xác định thành phần khí xả ra từ máy khi chạy bằng biogas hoặc xăng ở chế độ không tải và có tải. [...]... 3.3.1.2 Bƣớc 2: Khảo sát nồng độ các loại khí thải, hiệu điện thế ở 2 đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ không tải có công suất trung bình Cách tiến hành thực hiện các giai đoạn như ở bước 1 nhưng thay vào đó máy phát điện được điều chỉnh ở chế độ không tải với công suất trung bình 3.3.1.3 Bƣớc 3: Khảo sát nồng độ các loại khí xả, hiệu điện thế ở 2 đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế... công suất cao Cách tiến hành thực hiện các giai đoạn như ở bước 1 nhưng thay vào đó máy phát điện được điều chỉnh ở chế độ không tải với công suất cao 3.3.2 Giai đoạn 2  Chuẩn bị Dùng ống dẫn nối gas vào động cơ của máy phát điện Nối dây tải điện từ máy phát điện ra các thiết bị gồm: 7 bóng đèn tròn công suất 500 W, 1 bàn ủi công suất 1000 W, 6 bóng đèn tròn công suất 300 W, 2 bóng đèn tròn công suất. .. nhiên liệu bên trong động cơ Nhiệt năng tích lũy trong khí cháy có nhiệt độ và áp suất cao đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu của động cơ và truyền mômen ra ngoài cho các thiết bị công tác Động cơ máy phát điện 15 sử dụng nhiên liệu khí biogas loại công suất 10 kVA được sử dụng trong quá trình khảo sát là một động cơ đốt trong bốn kỳ 2.2.2 Khái niệm động cơ đốt trong bốn kỳ Là động cơ mà một chu... giảm ma sát của ổ trục đưa nhiệt lượng phát sinh do ma sát ra khỏi ổ trục 2.2.4 Cấu tạo động cơ đã đƣợc chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu biogas Về cơ bản động cơ sử dụng nhiên liệu biogas cũng là một động cơ đốt trong nhưng đã được chuyển đổi và thêm vào một số bộ phận cho phù hợp với đặc tính của biogas Cụ thể như sau - Hệ thống nhiên liệu: Giữ nguyên bộ chế hoà khí, lắp thêm bộ trộn để sử dụng gas... Tiến hành: Dùng ống dẫn gas từ túi trữ vào động cơ, khởi động máy, điều chỉnh bướm gas để máy hoạt động với công suất nhỏ, không tải từ máy ra ngoài các thiết bị điện - Dùng đồng hồ đo và ghi nhận hiệu điện thế giữa 2 đầu ra của máy - Cho đầu dò của máy đo khí xả vào ống bô của máy để đo nồng độ các loại khí xả Thời gian một lần đo là 30 giây Ghi nhận kết quả đo được, thời gian máy chạy hết lượng gas trong... trước của bộ chế hoà khí và sử dụng phương pháp hòa trộn trước Nhiên liệu và không khí được hòa trộn hình thành hòa khí trước khi hút vào động cơ Bộ trộn có nhiệm vụ hòa trộn không khí và biogas thành một hỗn hợp có tỉ lệ thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ Như vậy động cơ vừa có thể chạy bằng nhiên liệu xăng cũng như biogas Ngoài ra còn có thêm hệ thống điều khiển tự động chuyển mạch nhiên liệu. .. Khảo sát khả năng tải, nồng độ các loại khí thải của máy khi máy hoạt động ở chế độ có tải công suất trung bình Cách tiến hành thực hiện các giai đoạn như ở bước 1 nhưng thay vào đó máy phát điện, các thiết bị tải được điều chỉnh ở mức độ trung bình 3.3.2.3 Bƣớc 3: Khảo sát khả năng tải, nồng độ các loại khí thải của máy khi máy hoạt động ở chế độ có tải công suất cao Cách tiến hành thực hiện các giai... hoặc biogas cùng với việc đo đạc và xử lý số liệu chúng tôi thu được những kết quả sau 4.1 Ảnh hƣởng của tốc độ vận hành máy và lƣợng nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lƣợng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ không tải Kết quả khảo sát được trình bày theo giá trị trung bình ở bảng 4.1 Bảng 4.1 Ảnh hƣởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lƣợng nhiên liệu. .. gas xì Tính toán lượng gas trong túi trữ theo kích thước của túi bằng công thức sau: Lượng gas (m3) = chiều dài túi x 3,14 x (đường kính túi/2)2 - Khảo sát được tiến hành tại Hóc Môn bằng nhiên liệu biogas ở chế độ không tải 3.3.1.1 Bƣớc 1: Khảo sát nồng độ các loại khí thải, hiệu điện thế ở 2 đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ không tải có công suất nhỏ 23  Thí nghiệm được ghi nhận 10... cao phân tử mà nó không phân hủy được bởi vi khuẩn yếm khí như lignin Hình 2.1 Sơ đồ phân hủy kỵ khí tạo CH4 2.1.4 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình tạo khí biogas 2.1.4.1 Điều kiện kỵ khí tuyệt đối Sự lên men để phân hủy một hợp chất hữu cơ trong bình ủ đòi hỏi phải ở điều kiện kỵ khí hoàn toàn, vì sự có mặt của oxy sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng hoạt động của nhóm vi sinh vật tạo khí, sự tạo khí . BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 10 KVA SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS Ủ TỪ PHÂN HEO . CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************* KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 10 KVA SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ BIOGAS Ủ TỪ