Ứng dụng của khí sinh học Biogas trong động cơ đốt trong

ỨNG DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3.1 Khả năng thay thế nhiên liệu truyền thống

- Quá trình hoạt động của hệ thống nhiên liệu LPG được kiểm soát một cách chặt chẽ nhờ một hệ thống điều khiển điện tử và hàng loạt các cảm biến áp suất, nhiệt độ, nồng độ, khí thải. Do các tạp chất này có thể làm giảm nhiệt trị và đặc tính của khí thiên nhiên, chúng thường được tách ra khỏi khí thiên nhiên trong quá trình tinh lọc khí và được sử dụng làm sản phẩm phụ.Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới.[2]. Nhiên liệu được cấp vào không gian xung quanh họng bộ hỗn hợp qua một đường gas chính, trên đó có bố trí van điều khiển bằng tay để điều chỉnh lượng Biogas cung cấp.

- Đối với loại (c): loại này có diện tích điều chỉnh các lỗ lớn, mặt khác do đầu có dạng hình chóp nên tạo được sự xoáy của dòng khí, giúp hòa trộn giữa không khí và khí Biogas tốt hơn. • Loại một đường gas vào: Bao gồm các loại sau:. Hình 3.8 Họng Venturi với một đường biogas vào loại cùng chiều[1]. Nguyên lý làm việc:. Dạng này dùng họng Venturi nguyên thủy của động cơ xăng. Gas được một đường ống dẫn tới vùng chân không của họng, ống này có thể dẫn theo đường trục bằng cách khoan xuyên qua thành bộ chế hòa khí. Ưu điểm của dạng cải tạo này là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và lắp ráp. Khả năng hòa trộn không khí với nhiên liệu tốt. Nhược điểm là đường ống dẫn gas đặt theo đường trục của bộ chế hòa khí nên gây ra tổn thất dòng khí gây ra tổn thất dòng khí và hệ số nạp bị giảm. Hình 3.9 Họng Venturi với một đường biogas vào loại trực giao[1]. Nhược điểm: Sự hòa trộn sẽ không tốt bằng loại vòi phun. Ưu điểm: Kết cấu khá đơn giản, thuận tiện cho việc gia công lắp đặt. b) Van hỗn hợp điều khiển áp suất loại màng. 9 - Lỗ khoan tạo áp suất hút, nối thông M và R, không gian A của đường nạp không khí trước vùng hòa trộn, M - không gian dòng chảy hỗn hợp vào đường nạp động cơ, R - không gian sau màng, nối với màng M theo lỗ khoan (9). Khi động cơ làm việc trên đường nạp sẽ có độ chân không, vì không gian M thông với không gian sau màng R nên màng sẽ được hút lên trên, lò xo (3) bị nén lại đồng thời mở tiết diện lưu thông để không khí từ ống nạp không khí (7) đi vào không gian M.

Loại venturi nhiên liệu và không khí được hòa trộn tốt hơn loại màng nhưng lượng hỗn hợp không thay đổi tương ứng với độ chân không trên đường nạp động cơ như loại màng. Hệ thống nhiên liệu biogas gồm một bình gas đề chứa ga áp suất khoảng 26bar(kG/cm2), gas đi qua van điều áp và lọc gas làm cho áp suất giãm xuống để đưa đến kim phun. Nguyên lý điều khiển của hệ thống là nhằm điều khiển toàn bộ hệ thống gas và cung cấp dựa vào điều khiển các đầu phun gas điện từ dựa vào thời gian điều khiển quy trình phun xăng của bộ điều khiển phun xăng điện tử của xe hơi mà những tín hiệu điều khiển này được quy đổi thành thời gian tương đương bên nhiên liệu gas.

Bộ điều khiển ECU của gas sẽ làm việc tương thích với bộ điều khiển phun xăng điện tử ECU cộng thêm các tín hiệu khác như cảm biến oxy trên khí thải, cảm biến áp suất chân không họng nạp khí…để tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển chính xác thời gian phun nhiên liệu gas. - Trên ôtô thì trình tự lắp đặt: gas đi từ bình biogas qua ống dẫn khí đến van điều áp tới lọc gas kim phun là vì áp suất từ bình biogas là rất lớn có thể sẽ làm hư hỏng lọc gas nên phải gắn van điều áp trước lọc gas. Tuy nhiên, để điều khiển được quá trình cháy tốt hơn, người ta hình thành hỗn hợp nghèo trước khi đưa vào buồng cháy; sau đó, một lượng nhiên liệu (xăng) được phun vào buồng cháy phụ, làm mồi cho quá trình cháy chính của hỗn hợp gas.

Trước đây, biogas chủ yếu chỉ được sử dụng với mục đích đun nấu, nhưng trong khoảng 2 thập kỷ trở lại đây, biogas được nghiên cứu để dùng làm nhiên liệu động cơ đốt trong như một nguồn nhiên liệu mới. Đối với động cơ phun xăng nguyên thủy,lưu lượng xăng phun căn cứ chủ yếu vào lưu lượng khí nạp và được điều chỉnh tăng giảm tùy theo chế độ làm việc của động cơ. Tín hiệu điều khiển phun biogas phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển phun xăng và được điều chỉnh theo các tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ khí biogas, độ chênh lệch áp suất trước và sau vòi phun biogas.[6].

Biogas sau khi được nén vào bình chứa sẽ qua bộ điều áp làm giảm bớt áp suất của dòng khí rồi theo đường ống đến lọc gas, tại đây gas được lọc sạch bụi và dòng khí bị tổn thất áp suất khoảng 0,35 bar. Dòng khí tiếp tục đi đến bộ chia và đến vòi phun, ở đây áp suất thường trực chênh lệch với đường ống nạp vào khoảng 1 – 3 bar, và cuối cùng đi đến đường ống nạp.

HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS

+ Sử dụng nhiên liệu biogas ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông nghiệp để phát triển chăn nuôi trang trại. Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão như ngày nay thì nhu cầu về năng lượng là rất cần thiết, trong khi các nguồn năng lượng dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho nhân loại có nguy cơ đứng trước việc thiếu năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió, năng lượng mặt trời … là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng.

Khắp nơi trên thế giới, dân số ngày càng tăng khiến cho nhu cầu tiêu thụ năng lượng phục vụ sinh hoạt cũng tăng lên, bên cạnh việc nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới nói trên thì lĩnh vực về khí sinh học (biogas) đã được triển khai và đạt được một số thành tựu đáng kể ở nhiều nước nhất là các nước đang phát triển Châu Á. - Động cơ biogas/diesel sử dụng một lượng dầu thấp hơn lượng dầu động cơ nguyên thuỷ tiêu thụ khi chạy không tải; Động cơ biogas/xăng chỉ sử dụng xăng khi khởi động. - Mức độ tiêu thụ biogas phụ thuộc và chất lượng nguồn sản xuất nhưng bình quân động cơ tiêu thụ khoảng 1m3 biogas để sản xuất 1kWh điện.

• Không phải trang bị thêm một động cơ chỉ chạy bằng biogas đắt tiền cùng công suất với động cơ dự phòng, vừa tiết kiệm kinh phí đầu tư, vừa tránh phiền hà chuyển đổi hệ thống điện giữa hai máy phát. • Không phải xả bỏ biogas như trước khi áp dụng công nghệ GATEC, vừa tránh lãng phí năng lượng, vừa đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường. Như trên đã trình bày, công nghệ GATEC cho phép cải tạo động cơ xăng, động cơ diesel có phạm vi công suất thay đổi rất rộng sang chạy bằng biogas.

Do đặc thù về mặt cung cấp nhiên liệu biogas của các giải pháp tạo hỗn hợp khác nhau, tính kinh tế của động cơ cũng thay đổi. Trong khi đó động cơ dual fuel chạy bằng biogas được cải tạo từ động cơ diesel cần một lượng diesel phun mồi tối thiểu để đánh lửa. Động cơ biogas/xăng khi chạy bằng biogas chỉ sử dụng một lượng xăng không đáng kể để khởi động vì vậy mức độ tiết kiệm của nó tỉ lệ với công suất điện mà nó phát ra.

Động cơ diesel khi chuyển sang chạy bằng biogas/diesel phải sử dụng một lượng nhiên liệu diesel phun mồi để đánh lửa. Lượng nhiên liệu này gần như cố định đối với công suất tải và phụ thuộc vào kết cấu cũng như tình trạng kỹ thuật của động cơ. Chúng ta có thể giả định tỉ lệ nhiên liệu phun mồi tăng một cách tuyến tính theo công suất định mức của động cơ.