Trên thế giới hiện nay, nguồn khí tổng hợp được sản xuất từ nhiều nguồn, từ sinh khối, rác thải, từ khai thác mỏ dầu, mỏ khí. Phần lớn nguồn khí tổng hợp trên được phục vụ cho công nghiệp hóa chất, sản xuất Hidro, sản xuất NH3… phần còn lại được sử dụng để phục vụ sinh hoạt như sưởi ấm, sản xuất điện năng. Việc sử dụng khí tổng hợp cho động cơ đốt trong cũng đang được nghiên cứu và phát triển và cũng đã đạt được những thành tựu nhất định.
1.5.2 Tình hình sử dụng khí tổng hợp tại Việt Nam
Theo số liệu từ Vụ Năng lượng mới và Năng lượng tái tạo (Tổng cục Năng lượng, Bộ Công Thương), Việt Nam có nguồn sinh khối khá dồi dào (vật liệu lấy từ cây cỏ, phụ phẩm nông nghiệp) từ khu vực nông thôn để thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống. Tiềm năng các nguồn này theo đánh giá của Viện năng lượng được trình bày trong bảng sau.
Bảng1.5: Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp
Nguồn cung cấp Tiềm năng (triệu tấn)
Quy dầu tương đương (triệu tấn) Tỷ lệ (%) Rơm rạ 32,52 7,30 60,4 Trấu 6,50 2,16 17,9 Bã mía 4,45 0,82 6,8 Các loại khác 9,00 1,80 14,9 Tổng 53,43 12,08 100
Bảng 1.6: Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng
Nguồn cung cấp
Tiềm năng (triệu tấn)
Quy dầu tương đương (triệu tấn) Tỷ lệ (%) Rừng tự nhiên 6,842 2,390 27,2 Rừng trồng 3,718 1,300 14,8 Đất không rừng 3,850 1,350 15,4 Cây trồng phân tán 6,050 2,120 24,1
Cây CN và cây ăn
quả 2,400 0,840 9,6
Phế liệu gỗ 1,649 0,580 6,6
Tổng 25,090 8,780 100
Với tiềm năng lớn về sinh khối nhưng Việt Nam lại chưa sử dụng hiệu quả nguồn sinh khối này. Theo thống kê, ba phần tư sinh khối hiện được sử dụng phục vụ đun nấu gia đình với các bếp đun cổ truyền hiệu suất thấp hoặc làm chất đốt gây lãng phí lớn. Bếp cải tiến tuy đã được nghiên cứu thành công nhưng chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ có một vài dự án nhỏ, lẻ tẻ ở một số địa phương.
Mô hình sử dụng sinh khối tiêu biểu nhất từ trước đến nay ở nước ta là hầm ủ tạo khí biogas sử dụng rơm rạ, bã mía hoặc phân gia súc. Tuy vậy, mô hình này mới chỉ đáp ứng nhu cầu đun nấu trong hộ gia đình, vẫn chưa tận dụng triệt để giá trị của sinh khối mang lại. Việc sử dụng mô hình khí hóa sinh khối trong sản xuất và đới sống chưa thực sự phổ biến.
Ở nước ta hiện nay khí tổng chủ yếu được sử dụng trong nghành công nghiệp hóa chất nhằm phục vụ nhu cầu sản xuất nhiều sản phẩm hóa chất quan trọng như amoniac, phân urê, các sản phẩm hữu cơ. Mô hình khí hóa sinh khối sử dụng cho nhu cầu đốt cháy sinh nhiệt cũng khá phổ biến. Phổ biến nhất đó là bếp khí hóa được phổ biến rộng rãi và được nhiều người dân sử dụng.
Hình 1.11: Bếp khí hóa dùng cho hộ gia đình và các bếp ăn công nghiệp
Khí hóa sinh khối đã bước đầu được ứng dụng nhiều trong sản xuất nhiệt và điện. Việc sử dụng nguồn năng lượng này ngày càng được cải thiện về tính hiệu quả và các yếu tố ảnh hưởng tới môi trường. Tiêu biểu là nhà máy gạch Tân Mai đã sử dụng hệ thống khí hóa trong chu trình sản suất của mình đã đạt hiệu quả cao tích kiệm chi phí sản xuất giảm ô nhiễm môi trường. Hiệu quả cao nhưng hiện nay ứng dụng khí hóa vào sản xuất công nghiệp chưa thật sự phổ biến do chi phí đầu tư ban đầu cao.
Hình 1.12: Công ty Tân Mai ứng dụng công nghệ khí hóa vào sản xuất gạch gốm
Trong sản xuất điện từ năng lượng sinh khối, một số dự án tiêu biểu tại Việt Nam là sản xuất điện đồng phát từ bã mía, sản xuất điện đồng phát từ trấu và sản xuất điện từ trấu. Cụ thể là:
1) Nhà máy sản xuất đồng phát nhiệt và điện sử dụng bã mía (đồng phát đốt bã mía) của khoảng 40 công ty sản xuất đường trên toàn quốc trong số đó đa phần là các nhà máy Việt nam và một số nhà máy nước ngoài.
2) Sản xuất điện từ trấu ở TP Cần Thơ và Tỉnh An Giang. 3) Sản xuất điện và nhiệt đồng phát từ trấu ở TP Cần Thơ.
4) Sản xuất khí từ trấu để cung cấp nhiệt cho sản xuất gốm sứ và ngói ở tỉnh Đồng Tháp.
1.6 Kết luận chương 1
Việc sử dụng nguồn nhiên liệu khí tổng hợp từ sinh khối đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, việc sử dụng nguồn nhiên liệu khí tổng hợp từ sinh khối dung trong động cơ đốt trong đang được các nhà khoa học phát triển và đã có nhiều thành công. Ở nước ta hiện nay việc sử dụng khí tổng hợp sản xuất từ sinh khối làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong đang nằm trong giai đoạn nghiên cứu bước đầu và cũng thu được kết quả nhất định hứa hẹn nhiều thành công.
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ TỔNG HỢP CHO ĐỘNG CƠ MÁY PHÁT ĐIỆN
2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện
Hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ diesel được xây dựng dựa theo phương pháp hòa trộn đơn giản, không sử dụng tới bộ hòa trộn không khí. Sau đây là sơ đồ cấu tạo của hệ thống cung cấp khí tổng hợp.
Hình 2.1:Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ 1: Động cơ; 2: Đường ống cấp khí tổng hợp; 3:Đường ống nạp động cơ cảm biến lưu lượng không khí nạp; 4:Thiết bị đo tốc độ khí syngas; 5:Van đóng ngắt đường cấp khí tổng hợp; 6:Cảm biến lưu lượng khí nạp; 7:Van điều chỉnh lưu lượng khí tổng hợp; 8: Bầu lọc không khí; 9,10: Cảm biến nhiệt độ khí tổng hợp và hỗn hợp khí nạp;11: Cảm biến áp suất hỗn hợp khí nạp; 12: Đường ống xả.
6 8 9 7 5 3 2 1 4 10 11 12 Đường không khí nạp đi vào Đường khí tổng hợp đi vào (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống
Đường ống cung cấp khí tổng hợp (2) được hàn lắp với đường ống nạp (1) của động cơ. Đường ống nạp (3) của động cơ được chế tạo có đường kính lớn hơn rất nhiều so với đường ống cung cấp khí tổng hợp (2) để đảm bảo hòa trộn tốt nhất giữa khí syngas và không khí nạp.
Do chân không trong buồng đốt, không khí nạp được hút vào động cơ qua đường ống nạp (1), đồng thời khí syngas qua đường ống (2) đi vào đường nạp của động cơ, tại đây không khí và khí syngas được hòa trộn lại và được cung cấp cho động cơ.
Việc điều chỉnh lưu lượng khí syngas cấp cho động cơ được thực hiện bằng cách thay đổi độ mở của van (7). Việc tính toán lưu lượng khí syngas cấp cho động cơ được dựa trên việc đo tốc độ dòng khí syngas đi qua đường ống bằng thiết bị đo tốc độ gió (4).
2.1.2 Các chi tiết chính trong hệ thống
a) Van đóng mở đường cung cấp khí tổng hợp và van điều chỉnh lưu lượng
Van khí (5) có nhiệm vụ đóng hoặc mở đường cung cấp khí syngas cho động cơ. Van điều chỉnh lưu lượng (7) có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng khí tổng hợp qua đó điều chỉnh lượng khí tổng hợp cung cấp cho động cơ.
Van được sử dụng là loại van bitay gạt, van làm bằng đồng lắp ren. Van chuyên sử dụng cho khí nén, nước hoặc dầu.
Thông số kỹ thuật
- Đường ren tiêu chuẩn: BS
- Áp lực làm việc Max: 10Bar ~ 10Kg/cm2 - Nhiệt độ làm việc Max: 120oC
- Xuất xứ: Việt Nam Cỡ van (mm) ФA(mm) B(mm) C(mm) D(mm) E(mm) SW(mm) Trọng lượng (g) 40 37 89,5 138 15 84 52 840 b) Thiết bị đo tốc độ khí tổng hợp
Thiết bị đo tốc độ gió có nhiệm vụ đo tốc độ khí tổng hợp trong đường ống cung cấp cho động cơ kết hợp với nhiệt độ khí tổng hợp đo được qua đó tính toán được lượng khí tổng hợp cấp cho động cơ nhằm phục vụ cho quá trính thử nghiệm à mô phỏng. Thiết bị đo tốc độ gió được sử dụng là loại cánh quạt với ưu điểm là có độ nhạy cao cho kết quả có độ chính xác cao, có nhiều chế độ nhớ và hiển thị, giá thành hạ.
Nguyên lý làm việc:
Dòng khí đi qua đường ống sẽ làm quay cánh quạt của cảm biến và sẽ tạo ra một điện áp đầu ra. Tùy vào tốc độ gió qua đường ống mà tốc độ cánh quạt thay đổi làm thay đổi điện áp đầu ra của cảm biến qua đó máy sẽ tính toán được tốc độ của dòng khí trong đường ống .
Hình 2.3:Máy đo lưu lượng gió AXTECH-AN 100
Thông số kỹ thuật
Màn hình LCD
Nguồn điện 9V battery Kích thước (mm) 178x74x33 Trọng lượng (g) 700
Tính năng Dải đo Độ chính xác
Tốc độ gió 0,40 to 30,00 m/s 1,4 to 108,0 km/h 80 to 5906 ft/min 0,9 to 67,2 mph 0,8 to 58,3 knots 0,01 m/s ± 3% m/s 0,1 km/h ± 3% km/h 1 ft/min ± 3% ft/min 0,1 mph ± 3% mph 0,1 knots ± 3% knots Nhiệt độ không khí 14 đến 140°F (-10 to 60°C) 0,1°F / °C ±6,0°F (3°C)
Lưu lượng gió 0 đến 9999 CMM (M³/min) 0 đến 9999 CFM (ft³/min)
0,1 0,1
c) Cảm biến nhiệt độ khí tổng hợp và cảm biến nhiệt độ hỗn hợp khí nạp.
Cảm biến nhiệt độ khí tổng hợp và cảm biến nhiệt độ hỗn hợp khí nạp đưa thông số thực nghiệm về nhiệt độ khí tổng hợp và nhiệt độ hỗn hợp khí nạp trong quá trình thử nghiệm và tính toán thành phần phần trăm của khí tổng hợp và khí nạp. Cảm biến nhiệt độ được dùng là loại cặp nhiệt điện với ưu điểm là độ chính xác cao.
Nguyên lý của cảm biến cặp nhiệt điện
Hình 2.4: Cấu tạo của cảm biến cặp nhiệt điện
Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra một sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.
Hình 2.5:Máy đo nhiệt độ Lutron-TM920C và cảm biến nhiệt độ
Đặc tính sản phẩm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có thể được sử dụng với bất kỳ tiêu chuẩn kiểu K (NiCr-NiAl). Hỗ trợ việc sử dụng các cảm biến thửch hợp cho kiểu K thăm dò. Màn hình LCD hiển thị rõ ràng, độ chính xác cao.
Tính năng kỹ thuật
Loại cảm biến: K-loại cặp nhiệt điện và điều khiển (NiCr-NiAl) Độ phân giải: 0,1℃ Độ chính xác : 0oC đến 500 oC, ± (0,75% +1oC) 500 oCđến 750, ± (1% +1oC) 0 ℃ đến 20oC, ± 2 oC -20 oCđến -40oC ± 3 oC -40oC -50oC đến -4oC d) Cảm biến áp suất hỗn hợp khí nạp
Cảm biến áp suất hỗn hợp khí nạp được sử dụng là loại cảm biến áp suất điện tử. Tùy theo áp suất đặt lên đầu đo làm thay đổi điện áp đầu ra của cảm biến qua đó tính toán được áp suất trong đường ống nạp và hiển thị kết quả đo. Ưu điểm của cảm biến áp suất điện tử là độ nhạy cao, cho kết quả có độ chính xác cao.Cảm biến áp suất điện tử có nhiều loại như cảm biến loại áp điện, cảm biến loại điện dung, cảm biến loại điện trở.
Hình 2.6: Cảm biến áp suất đường ống nạp 1: Đầu nối với đường ống nạp; 2: LED hiển thị kết quả đo
1
Hệ thống sử dụng cảm biến áp suất điện tử Autonics loại SPA-1,sử dụng nguồn 12V được cấp qua bộ chuyển đổi DC.Có một ống nhỏ nối cảm biến với đường ống nạp của động cơ. Kết quả đo sẽ hiển thị trên màn hình LED.
- Cảm biến áp suất số với độ chính xác cao. - Độ phân giải cao: 1/1000.
- Áp suất chuẩn: kPa, kgf/cm², bar, psi.
- Nhiều chế độ ngõ ra: Chế độ cài đặt độ nhạy tự động, chế độ 2 ngõ ra độc lập, chế độ ngõ ra cửa số so sánh.
- Ngõ ra Analog (1-5VDC).
- Chức năng điều chỉnh điểm Zero. - Hiển thị giá trị đỉnh và đáy.
e) Thiết bị đo lưu lượng khí nạp
Cảm biến lưu lượng khí nạp có tác dụng đo lượng không khí nạp vào động cơ. Cảm biến được sử dụng trong thử nghiệm là cảm biến lưu lượng dạng sợi đốt Plantium. Tùy thuộc vào công suất của động cơ ta chọn loại có thang đo phù hợp.
Hình 2.7: Thiết bị đo lưu lượng khí nạp
2.2 Thiết kế, chế tạo các chi tiết chính trong hệ thống 2.2.1. Thiết kế đường ống cung cấp khí tổng hợp 2.2.1. Thiết kế đường ống cung cấp khí tổng hợp
a) Thiết kế đường ống cung cấp khí tổng hợp lắp đặt thiết bị đo tốc độ gió trên máy tính
Hệ thống cung cấp khí tổng hợp được lắp đặt bằng ống thép Ф 37 loại chuyên dung dành cho các hệ thống cung cấp khí nén vơi ưu điểm là bền, không bị ôxi hóa, chịu được áp suất cao. Trên đường cung cấp khí tổng hợp được lắp đặt các van đóng ngắt khí tổng hợp và van điều chỉnh lưu lượng khí tổng hợp.Một đầu được lắp với
đầu ra của hệ thống khí hóa, một đầu được lắp với bộ hòa trộn. Ngoài các van đóng ngắt đường cấp khí và van điều chỉnh lưu lượng khí tổng hợp, trên đường cung cấp khí tổng hợp được thiết kế lắp đặt máy đo tốc độ gió nhằm đo lưu lượng khí tổng hợp, cảm biến nhiệt độ khí tổng hợp nhằm phục vụ cho quá trình đo đạc, thử nghiệm.
Để lắp đặt máy đo lưu lượng khí syngas, đoạn đường ống cấp khí tổng hợp được chế tạo chi tiết như hình 2.9 và được lắp đặt như hình 2.8. Bề mặt lắp ghép đầu đo lưu lượng gió được bôi keo làm kín và lắp cố định bằng 4 bulong.
Ø70 Ø36 Ø6 X 4 77 7 100 60 100 100 5 A A A A 5 Ø 64 Ø 34 Hình 2.9: Thi ết k ế đư ờng ống cun g c ấp kh í t ổng h ợp đ ể lắ p đ ặt máy đ o lưu lư ợng gió
b) Thiết kế đường ống nạp cho động cơ và lắp đặt các đầu cảm biến
Hệ thống đường ống nạp của động cơ được chế tạo chi tiết như hình 2.11. Đoạn đường khí tổng hợp 2 được chế tạo bằng thép với kích thước Ф 37 nhằm lắp với hệ thống cung cấp khí tổng hợp bằng ống nối ren. Trên đường khí tổng hợp này được khoan lỗ và tạo ren M6 để lắp đặt đầu cảm biến nhiệt độ. Đường không khí nạp vào được chế tạo bằng thép ống Ф 90 để đảm bảo dòng không khí nạp vào động cơ ổn định và có thể hòa trộn tốt với khí tổng hợp. Đầu đường ống nạp được lắp bộ lọc không khí nạp. Trên đoạn đường ống Ф40 của đường ống nạp được khoan và tạo ren để lắp đặt đầu đo áp suất đường ống nạp. Khoan lỗ tạo ren để lắp đặt cảm biến nhiệt độ hỗn hợp khí nạp cho động cơ. Mặt bích A được chế tạo để lắp ghép đường ống nạp với cổ hút của động cơ bằng 2 bulông.
Hình 2.10: Thiết kế sơ bộ đường ống nạp cho động cơ và lắp đặt các đầu cảm biến
1:Đường không khí nạp vào 2: Đường khí tổng hợp
3: Đầu lắp với cổ hút động cơ
4,5: Đầu đo nhiệt độ khí tổng hợp và hỗn hợp khí nạp
200 75 100 95 M14x2 M6x0.75 Ø 90 80 Ø 8x2 Ø 40 R13 R27 R45 55 60 81 45° M6x0.75 Ø 90 Ø36 Ø 34 Ø36 Hình 2.1 1 : Thi ết kế ch i ti ết đư ờng ống n ạp c ho đ ộng cơ
c) Thiết kế đường ống xả cho động cơ
Đường ống xả của động cơ có nhiệm vụ giảm tiếng ồn do dòng khí thải động cơ gây ra. Hệ thống ống xả của động cơ được thiết kế lại cho phù hợp hơn với điều (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});