CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.3.3. Ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu đến quá trình cháy và hình thành các chất ô nhiễm
Các thuộc tính có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy và hình thành các chất ô nhiễm bao gồm: tỷ trọng, nhiệt trị thấp, trị số xê tan, tỷ lệ C:H:O, thành phần chưng cất, hàm lượng lưu huỳnh.
- Nhiệt trị thấp: với cùng thể tích (hoặc khối lượng) nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình, giá trị nhiệt trị thấp của nhiên liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tổng lượng nhiệt cấp cho CTCT. Ngoài ra, giá trị của nhiệt trị thấp kết hợp với tốc độ phun nhiên liệu sẽ quyết định diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xi lanh. Do B100 có nhiệt trị thấp nhỏ hơn so với B0 (Bảng 1.2) nên các hỗn hợp biodiesel cũng sẽ có nhiệt trị thấp nhỏ hơn so B0. Mức độ suy giảm về nhiệt trị của B100 phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc của nó, [23]. Do sự suy giảm về nhiệt trị thấp, sẽ làm giảm nhiệt độ và áp suất lớn nhất trong xi lanh khi sử dụng hỗn hợp biodiesel. Điều này sẽ ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ diesel.
- Trị số xê tan: Khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel có thể xác định thông qua trị số xê tan (đo thực nghiệm bằng động cơ CFR) hoặc chỉ số xê tan tính toán lý thuyết (thông qua đường cong chưng cất và một số thuộc tính hóa-lý của nhiên liệu), [14]. Trị số xê tan có ảnh hưởng quyết định đến thời gian cháy trễ của nhiên liệu và do vậy sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến nhiệt độ, áp suất trong xi lanh. Do trong thành phần hóa học có chứa nhiều ô xy hơn (Bảng 1.2) nên hỗn hợp biodiesel thường có trị số xê tan thực nghiệm cao hơn so với diesel truyền thống, [14]. Đây là một ưu điểm của biodiesel khi xét về góc độ tạo hỗn hợp và cháy.
-Tỷ lệ C:H:O là một trong các thông số quan trọng khi đánh giá về thành phần hóa học của nhiên liệu diesel. Tuy nhiên, việc phân tích, xác định chính xác tỷ lệ C:H:O có giá thành cao và đòi hỏi cao về trang thiết bị thực nghiệm, [70]. Do B100 có sự gia tăng về ô xy (O), sự suy giảm về cacbon (C) và hydro (H) (Bảng 1.2) khi so với B0 nên sẽ có tác động khác nhau đến quá trình cháy và hình thành các chất ô nhiễm của động cơ diesel. Một mặt, hỗn hợp biodiesel có chứa nhiều ô xy hơn dẫn đến nhiệt độ cực đại của quá trình cháy tăng, tăng hàm lượng ô xy trong vùng cháy nên có xu hướng làm tăng hàm lượng NOx trong khí thải. Mặt khác, cũng do nhiệt
độ vùng cháy và hàm lượng ô xy cao hơn nên lại giúp cải thiện tốt về độ khói (giảm hàm lượng PM), [14].
- Thành phần chưng cất: Nhiên liệu diesel là một hỗn hợp của rất nhiều hydrocacbon có phân tử lượng khác nhau, có nhiệt độ sôi thay đổi trong một khoảng rộng. Thông qua thành phần chưng cất (có thể đánh giá qua nhiệt độ các điểm chưng cất theo % thể tích) ta có thể biết được tỷ lệ của các nhóm hydrocacbon cũng như khả năng bay hơi của nhiên liệu diesel. Rõ ràng là, khả năng bay hơi của nhiên liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo hỗn hợp, phát triển màng lửa và do đó sẽ ảnh hưởng đến diễn biến nhiệt độ, áp suất trong xi lanh động cơ diesel. Thành phần chưng cất cũng có liên quan đến tỷ trọng của nhiên liệu diesel. Sự gia tăng về tỷ trọng và nhiệt độ điểm chưng cất 90% thể tích của nhiên liệu diesel thường dẫn tới sự gia tăng về hàm lượng PM trong khí thải. Tiêu chuẩn của Mỹ (ASTM D 975-94) quy định rõ 2 mức về thành phần chưng cất đối với nhiên liệu diesel dùng cho PTCGĐB: loại thứ nhất (dùng cho động cơ diesel xe con), phải có 90% thành phần được chưng cất tại nhiệt độ 288 0C; loại thứ 2 (dùng cho phương tiện vận tải thương mại), phải có 90% được chưng cất trong khoảng nhiệt độ từ 282383 0C. Tiêu chuẩn của Châu Âu (EN 590) yêu cầu thành phần chưng cất bắt buộc với nhiên liệu diesel phải là: nhỏ hơn 65% tại 250 0C; lớn hơn 85% tại 350 0C và lớn hơn 95% tại 370 0
C. Biodiesel sinh học gốc B100 thường có tỷ trọng và nhiệt độ điểm chưng cất 90% thể tích cao hơn khi so sánh với B0, [14]. Do vậy, các hỗn hợp biodiesel cũng thường có tỷ trọng và nhiệt độ điểm chưng cất 90% thể tích cao hơn so với B0. Tuy nhiên, sự chênh lệch về tỷ trọng và nhiệt độ điểm chưng cất 90% thể tích của biodiesel so với diesel là khá nhỏ, [23].
- Hàm lượng lưu huỳnh: Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu diesel phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô và phương pháp tinh lọc tiếp theo. Khi hàm lượng lưu huỳnh tăng sẽ có xu hướng làm giảm nhiệt độ cháy của nhiên liệu diesel nên có xu hướng làm tăng hàm lượng PM trong khí thải. Do có nguồn gốc sinh học nên B100 thường có hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn khi so sánh với B0. Chính vì vậy, các hỗn hợp biodiesel cũng thường có hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn khi so sánh với B0 [14], [23]. Đây cũng là một ưu điểm khác của biodiesel.
Ta thấy, hỗn hợp biodiesel có sự thay đổi các thuộc tính hóa-lý và các đặc tính cháy khi so với nhiên liệu diesel dầu mỏ truyền thống. Sự thay đổi của các thông số này có chiều hướng khác nhau và tác động của chúng đến các chỉ tiêu công tác, mức phát thải ô nhiễm của động cơ diesel là phức tạp, đan xen. Do vậy, khi chuyển sang sử
dụng biodiesel, cần đánh giá một cách lượng hóa tác động của những sự thay đổi này đến QLCCNL, đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel.