Chứa trong sản vật cháy dƣới dạng các chất CnHm. Sự độc hại của nó không kém gì CO, một trong các chất trên là benzơpiren-3,4 rất dễ gây bệnh ung thƣ.
2.3.5.4. Các hợp chất của chì
Tồn tại trong khí xả của động cơ sử dụng xăng pha chì. Tác hại của các hợp chất với chì cũng rất độc hại. Chì có cấu trúc tƣơng tự nhƣ canxi nên nó có thể đƣợc hấp thụ vào tế bào thần kinh làm hỏng chức năng tổng quát của tế bào. Những nghiên cứu gần đây cho thấy chì acetate có khả năng gây bệnh ung thƣ.
Chƣơng 3
VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài
Đề tài đƣợc thực hiện từ tháng 3 đến tháng 8 tại trại heo gia đình anh Huỳnh Công Bằng số 23/3 tổ 13, ấp Trung Lân, xã Bà Điểm, huyện Hóc Môn, Thành phố Hồ Chí Minh và tại trại bò trƣờng Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.
3.2. Vật liệu và thiết bị sử dụng
Biogas đƣợc ủ từ phân heo. Xăng A92.
Máy phát điện công suất 10 kVA. Đồng hồ đo ampe, đo volt.
Máy đo khí xả.
Túi nhựa dẻo để trữ gas chiều dài 4,5 m, đƣờng kính 0,75 m. Ống nhựa PVC có đƣờng kính 21 mm.
Bóng đèn loại 500 W, 300 W, 100 W.
Các dụng cụ khác nhƣ: Táp lô lớn, phích cắm điện, công tắc điện, kéo, kềm, băng keo đen, dây điện…
3.3. Phƣơng pháp thí nghiệm
Thí nghiệm nhằm mục đích đo khả năng tải và mức độ gây ô nhiễm từ khí thải của máy phát điện 2 kVA. Bố trí thí nghiệm nhƣ sau:
a. Giai đoạn 1: khảo sát đƣợc tiến hành chạy máy phát điện tại Hốc Môn bằng nhiên liệu biogas ở chế độ không tải.
Chuẩn bị: lấy gas nhiên liệu cho chạy máy bằng cách cột kín hai đầu của túi nylon, một đầu cố định và một đầu mang ống nhựa để dẫn khí vào máy phát điện.
Tiến hành: Nối ống dẫn gas này vào lổ thoát gas của hầm biogas để trữ gas vào túi. Kiểm tra túi, ống dẫn, van khóa…không để gas xì. Tính toán lƣợng gas trong túi trữ theo kích thƣớc của túi bằng công thức sau:
Lƣợng gas (m3) = chiều dài túi x 3,14 (đƣờng kính túi/2)2
Bƣớc 1: Khảo sát nồng độ các loại khí thải, hiệu điện thế ở hai đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ không tải có công suất nhỏ.
Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng cách 7 ngày trong thời gian khảo sát.
Tiến hành:
Dùng ống dẫn gas từ túi trữ vào động cơ, khởi động máy điều chỉnh bƣớm gas để máy hoạt động với công suất nhỏ có chế độ không tải từ máy phát điện ra ngoài các thiết bị điện.
Dùng đồng hồ đo và ghi nhận hiệu điện thế giữa hai 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 đƣợc, thời gian máy chạy hết lƣợng gas trong túi.
Bƣớc 2: Khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ không tải có công suất vừa
Cũng tiến hành thực hiện các giai đoạn nhƣ ở bƣớc 1 nhƣng thay vào đó máy phát điện đƣợc điều chỉnh ở chế độ không tải với công suất vừa.
Bƣớc 3: Khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ không tải có công suất tối đa
Cũng tiến hành thực hiện các giai đoạn nhƣ ở bƣớc 1 nhƣng thay vào đó máy phát điện đƣợc điều chỉnh ở chế độ không tải với công suất tối đa.
b. Giai đoạn 2: khảo sát đƣợc tiến hành chạy máy phát điện tại Hốc Môn dùng nhiên liệu biogas ở chế độ có tải.
Chuẩn bị: Dùng ống dẫn gas nối vào động cơ của máy phát điện. Nối dây tải điện vào các thiết bị gồm: 2 bóng đèn tròn công suất 500 W, 2 bóng 300 W, 4 bóng 100 W. Khởi động máy, lần lƣợt điều chỉnh bƣớm gas để máy hoạt động ở các chế độ công suất nhỏ, vừa và cao.
Công suất nhỏ: tƣơng ứng tải 100 W (mở bóng đèn 100 W).
Công suất vừa: tƣơng ứng mức tải 1kW (lần lƣợt mở 1 bóng đèn 500 W, 300 W, 100 W, 100 W).
Công suất lớn: tƣơng ứng mức tải 1,6 kW (lần lƣợt mở 2 bóng 500 W, 1 bóng 300 W, 3 bóng 100 W).
Bƣớc 1: khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ có tải có công suất nhỏ
Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng cách 7 ngày trong thời gian khảo sát.
Dùng ống dẫn gas từ túi trữ vào động cơ, khởi động máy điều chỉnh bƣớm gas để máy hoạt động với công suất nhỏ có chế độ có tải từ máy phát điện ra ngoài các thiết bị điện.
Dùng đồng hồ đo và ghi nhận hiệu điện thế giữa hai 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 đƣợc, thời gian máy chạy hết lƣợng gas trong túi.
Bƣớc 2: khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ có tải có công suất vừa.
Cũng tiến hành thực hiện các giai đoạn nhƣ ở bƣớc 1 nhƣng nhƣng thay vào đó máy phát điện đƣợc điều chỉnh ở chế độ có tải với công suất vừa.
Bƣớc 3: khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ có tải có công suất tối đa.
Cũng tiến hành thực hiện các giai đoạn nhƣ ở bƣớc 1 nhƣng thay vào đó máy phát điện đƣợc điều chỉnh ở chế độ có tải với công suất tối đa.
c. Giai đoạn 3: khảo sát đƣợc tiến hành chạy máy phát điện tại trƣờng Đai Học Nông Lâm bằng nhiên liệu xăng A92 ở chế độ không tải.
Các bƣớc chuẩn bị, tiến hành, khảo sát tƣơng tự nhƣ giai đoạn 1 và 2 nhƣng thay nhiên liệu để máy sử dụng là xăng.
d. Giai đoạn 4:khảo sát đƣợc tiến hành chạy máy phát điện tại trƣờng Đai Học Nông Lâm bằng nhiên liệu xăng A92 ở chế độ có tải.
Các bƣớc chuẩn bị, tiến hành, khảo sát tƣơng tự nhƣ giai đoạn 1 và 2 nhƣng thay nhiên liệu để máy sử dụng là xăng.
Chƣơng 4
KẾT QUẢ THẢO LUẬN
Qua thời gian tiến hành chạy máy bằng nhiên liệu xăng hoặc biogas cùng với việc đo đạc, xử lý số liệu chúng tôi thu đƣợc những kết quả sau.
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 tiêu thụ ở chế độ không tải
Kết quả khảo sát đƣợc 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 tiêu thụ ở chế độ không tải
Tốc độ Loại nhiên liệu Thấp
(n=10)
Trung bình (n=10)
Cao (n=10) Nhiên liệu tiêu
thụ Xăng (lít/giờ) 0,6 0,7 0,75 Gas (m3/giờ) 1,0 1,2 1,5 Volt Xăng 4,071 0,04 201,3 0,92 318,3 1,04 Gas 6,165 0,07 111,5 1,61 304,3 1,66 CO (% thể tích) Xăng 0,626 0,017 4,545 0,0098 5,262 0,008 Gas 0,303 0,007 2,266 0,017 1,169 1,144 HC (ppm) Xăng 153,9 2,21 963,8 3,24 393,7 5,94 Gas 585,1 9,95 397,7 4,37 157,2 6,56 CO2 (% thể tích) Xăng 4,1 0,08 5,55 0,047 8,61 0,282 Gas 6,06 0,06 6,46 0,048 8,75 0,0778 O2 (% thể tích) Xăng 11,015 0,032 11,443 0,034 8,768 0,510 Gas 14,008 0,078 11,361 0,112 8,578 0,0717 Xăng 2 0 1,86 0,009 1,354 0,0091 Gas 2 0 1,742 0,05 1,167 0,0318 NOx (ppm) Xăng 0 0 27,28 0,128 19,9 0,133 Gas 0 0 28,9 0,143 26,76 0,143
Hàm lƣợng khí thải cho phép theo tiêu chuẩn Euro 1 và 2 của chỉ tiêu HC, NOx và CO đƣợc trình bày ở bảng 4.2.
Bảng 4.2. Bảng tiêu chuẩn khí thải Euro 1 và Euro 2 đối với động cơ xăng [13]
Kết quả bảng 4.1 cho thấy khi chạy máy ở tốc độ càng cao thì lƣợng nhiên liệu tiêu thụ càng nhiều, biogas tiêu tốn càng lớn. Vì khi đó bƣớm gas đƣợc mở rộng làm hòa khí giữa nhiên liệu và không khí nhiều hơn, tốc độ đốt cháy nhiên liệu nhanh hơn nhằm sinh công nhiều hơn để tăng tần số vòng quay của máy. Kết quả mức tiêu thụ nhiên liệu tăng theo bƣớm gas mở rộng đƣợc cho thấy ở cả hai loại nhiên liệu chạy bằng xăng hoặc biogas. Ở mức bƣớm gas có công suất thấp đã cho thấy lƣợng nhiên liệu tiêu thụ bằng xăng là 1,0 lít xăng/giờ trong lúc đó ở biogas chỉ là 0,6 m3/giờ. Do đó 1 lít xăng tiêu thụ tƣơng đƣơng với 0,6 m3
gas.
Trong lúc theo ghi nhận trƣớc đó 1,15 lít xăng tƣơng đƣơng với 1 m3. Nhƣ vậy so với xăng lƣợng gas sinh học có mức tiêu thụ nhiên liệu ở công suất thấp của chế độ không tải là thấp hơn nhiều so với các ghi nhận trƣớc đây.
Tỉ lệ này càng thấp hơn ở mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình là 0,58 m3 tƣơng đƣơng với 1 lít xăng và thấp hơn nhiều ở mức tiêu thụ nhiêu liệu cao là 0,5 m3
tƣơng đƣơng với 1 lít xăng. Sự sai khác này là hoàn toàn hợp lý vì khi máy chạy với tốc độ càng cao lƣợng khí lƣợng khí tràn vào piston nhanh hơn lƣợng khí thải thoát ra. Nên có hiện tƣợng tái sử dụng lại các sản phẩm cháy chƣa hoàn toàn hiện diện bên trong xi lanh của máy.
Tiêu chuẩn HC (%V) NOx (%V) CO (%V)
Euro 1 1,13 0,14 3,16
Kết quả khảo sát so sánh ảnh hƣởng của nhiên liệu xăng hoặc biogas lên nồng độ khí thải đƣợc trình bày ở bảng 4.1 và hình 4.1
Biểu đồ so sánh lượng khí HC và NOx khi vận
hành ở chế độ không tải 0 200 400 600 800 1000 1200 HC NOx HC NOx
khí thải xăng Khí thải biogas
Khí thải N ồ n g đ ộ ( p p m ) thấp trung bình cao
Hình 4.1. Biểu đồ so sánh lƣợng khí HC, NO2 thải ra của máy sử dụng xăng hoặc biogas ở chế độ không tải
Hình 4.2. Biểu đồ lƣợng khí CO, CO2, O2 và thải ra của máy sử dụng xăng hoặc biogas ở chế độ không tải
Đối với hàm lƣợng CO: hàm lƣợng CO trong khí thải tăng dần khi tăng tốc độ vận hành máy ở mức tải thấp, trung bình, cao lần lƣợt là 0,626; 4,545; 5,262 đối với nhiên liệu sử dụng xăng và 0,303; 2,266; 1,169 đối với nhiên liệu sử dụng biogas. Điều này có thể giải thích là khi ở tốc độ cao lƣợng nhiên liệu đi vào piston nhiều nên một phần đã không đƣợc đốt cháy hoàn toàn.
Hơn nữa lƣợng nhiên liệu đốt cháy không hoàn toàn đã sinh ra lƣợng HC cao trong khí xả khi máy chạy bằng nhiên liệu xăng so với nhiên liệu biogas. Mức khí xả có hàm lƣợng HC cao dần khi tăng tốc độ vận hành của máy đƣợc sử dụng nhiên liệu là xăng, Điều này có lẽ do trong thành phần của xăng có một lƣợng hydrocacbon làm nhiệm vụ chống kích nổ. Những chất này không bị đốt cháy nhiều khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải làm nồng độ HC của máy chạy bằng nhiên liệu xăng có giá trị cao hơn so với nhiên liệu biogas. Quan sát này rõ nhất trong hai trƣờng hợp máy chạy ở tốc độ trung bình và cao. Riêng ở tốc độ thấp dƣ lƣợng HC ở máy chạy nhiên liệu biogas cao gấp 4 lần so với nhiên liệu xăng. Điều này có thể do hàm lƣợng HC trong máy chạy nhiên liệu biogas chƣa bị đốt hết vì thế làm một phần HC thất thoát ra ngoài. Tỉ lệ trộn giữa biogas và không khí đậm, tuy nhiên nồng độ
biogas vẫn tăng khi tăng tốc độ chạy máy vì nhiên liệu bị đốt cháy nhiều hơn khi chạy ở tốc độ cao để tăng số vòng quay của máy và làm dƣ lƣợng O2 giảm xuống. Hàm lƣợng NOx giảm dần khi tăng tốc độ chạy máy nhƣng không đáng kể. Dƣ lƣợng NOx khi chạy bằng biogas cao hơn lần lƣợt là 0; 28,9; 26,76 so với khi chạy bằng xăng là 0; 27,28; 19,9 ở cùng một tốc độ nhƣng trong biogas vẫn còn tồn tại một lƣợng NH3 và N2 khi cháy chuyển hóa thành NOx giảm dần khi tăng tốc độ chạy máy vì khi đó lƣợng NH3, N2 chƣa bị đốt cháy hết có lẽ do hàm lƣợng CO2 sinh ra từ phản ứng cháy của metan đã làm tắt sự đốt cháy nhiên liệu.
Đối với máy chạy nhiên liệu biogas thì dƣ lƣợng không khí luôn luôn giảm lần lƣợt là 2; 1,742; 1,167 trong trƣờng hợp thấp, trung bình và cao trong khi đó dƣ lƣợng không khí trong động cơ chạy bằng xăng thì dao động không đáng kể 2; 1,86; 1,354 trong trƣờng hợp tốc độ thấp, trung bình, cao. Điều này có thể là do nguyên nhân bộ chế hòa khí chỉ phù hợp cho động cơ chạy nhiên liệu xăng đƣợc trộn theo tỉ lệ nhất định giữa xăng và không khí, nên khi máy vận hành thì dƣ lƣợng không khí không thay đổi so với động cơ chạy bằng nhiên liệu biogas. Hơn nữa tỉ lệ trộn giữa thành phần khí trong biogas và không khí thay đổi do đó dƣ lƣợng không khí có lẽ luôn thay đổi. Đối với tốc độ vận hành máy cao thì dƣ lƣợng không khí thấp nhất, điều này có lẽ do hỗn hợp đƣợc trộn quá đậm đặc. Có nghĩa lƣợng biogas nhiều hơn không khí nên lƣợng không khí đƣợc sử dụng hết vì dƣ lƣợng không khí ra ít. Ở mức thấp thì hòa khí đƣợc trộn loãng, có nghĩa lƣợng biogas ít hơn không khí, nên lƣợng không khí chƣa đƣợc sử dụng hết, vì thế dƣ lƣợng không khí thải ra cao.
4.2. Ảnh hƣởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lƣợng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ có tải hiệu điện thế và lƣợng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ có tải
Kết quả khảo sát đƣợc trình bày theo giá trị trung bình ở bảng 4.3.
Bảng 4.2. Ảnh hƣởng của tốc độ vận hành máy và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện thế và lƣợng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ có tải
Tốc độ Loại nhiên liệu Thấp
(n=10)
Trung bình (n=10)
Cao (n=10)
Nhiên liệu tiêu thụ
Xăng (lít/giờ) 0,8 1,0 1,5 Gas (m3/giờ) 1,25 1,4 1,6 Volt Xăng 156,9 1,76 249 1,65 266,1 0,43 Gas 234,7 6,59 219,5 0,76 206,2 1 Ampe Xăng 1,03 0,02 3,42 0,013 6,08 0,013 Gas 0,69 0,448 1,14 0,0738 2,64 0,0516
Công suất lý thuyết (W) Xăng 600 1200 1800 Gas 600 1200 1800 Công suất thực tế (W) Xăng 161,6 3,66 851,6 7,35 1.618 4,9 Gas 162,48 33,4 700,18 16,83 1.162,93 18,3 CO (% thể tích) Xăng 5 0,013 6 0,009 6 0,0158 Gas 0,058 0,004 0,527 0,012 0,038 0,003 HC (ppm) Xăng 617 5,4 274 5,55 136 3,25 Gas 16,9 0,737 23,9 1,3 23,1 1,6 CO2 (% thể tích) Xăng 2,68 0,003 3,16 0,035 3,29 0,026 Gas 8,38 0,267 8,54 0,401 8,89 0,352 O2 (% thể tích) Xăng 11 0,008 9 0,04 9 0,049 Gas 7,124 0,147 8 0,772 7,86 0,498 Xăng 2 0,0076 1 0,0179 1 0,032 Gas 1,539 0,16 1,584 0,087 1,581 0,683 NOx (ppm) Xăng 23 0,105 21 0,269 20 0,475 Gas 22,56 0,223 23,22 1,28 23,2 1
Dựa vào bảng kết quả cho thấy ở cả 3 mức tốc độ nhỏ trung bình và cao thì công suất máy khi chạy bằng nhiên liệu xăng luôn luôn cao hơn biogas mặc dù độ chênh lệch về công suất máy không cao tƣơng ứng là -4,3W; 151,42W; 455,07W điều này hoàn toàn hợp lý vì hòa khí tạo thành giữa không khí với xăng có đậm đặc cao hơn hòa khí giữa không khí và biogas nên khi cháy sẽ sinh công nhiều hơn dẫn đến công suất phát điện cũng cao hơn. Muốn động cơ biogas sử dụng nhiên liệu biogas đạt công suất cao ứng với mỗi tốc độ thì ta phải điều chỉnh bƣớm gió để tăng độ đậm