b. Phân loại nhiên liệu diesel theo hàm lượng lưu huỳnh
2.2.3.3. Tính lưu động ở nhiệt độ thấp và tính phun sương
Một trong những chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel là lưu chuyển dễ dàng trong hệ thống cung cấp và phun nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ. Tính chất này đặc biệt yêu cầu khi động cơ làm việc ở vùng có nhiệt độ thấp.
Độ nhớt động học: Chỉ tiêu độ nhớt biểu hiện cho tính lưu chuyển của thể lỏng được đánh giá đối với nhiên liệu diesel ở những nhiệt độ thích hợp. u cầu nhiên liệu diesel có độ nhớt phù hợp. Nếu độ nhớt nhiên liệu cao, tính lưu chuyển bị hạn chế, nhiên liệu khó vận chuyển và tăng tổn thất khi phun nhiên liệu nhất là khi động cơ làm việc trong môi trường nhiệt độ thấp. Nếu độ nhớt quá thấp sẽ làm giảm áp suất phun nhiên liệu và tăng sự mài mòn của bơm nhiên liệu. Do đó để xác định tính phù hợp của nhiên liệu với sự hoạt động của động cơ cần phải đánh giá cụ thể với từng loại động cơ và từng vùng khí hậu khác nhau trong đó động cơ hoạt động. Thơng thường độ nhớt của diesel, ở 20oC từ 1,5 tới 6,0 là phù hợp. Nhiên liệu diesel mùa đơng có độ nhớt thấp hơn mùa hè.
Nhiệt độ đông đặc của nhiên liệu: Trong phạm vi chỉ tiêu chất lượng này, trên thực tế ở các nước xứ lạnh cần phân biệt hai loại nhiên liệu diesel, loại diesel dùng cho mùa đông và loại disel dùng cho mùa hè. Loại dùng cho mùa đơng có nhiệt độ
đơng đặc thấp, đôi khi tới -45oC. Ở các nước nhiệt đới như nước ta chỉ cần dùng loại nhiên liệu diesel cho mùa hè, tuỳ theo vùng khí hậu có thể sử dụng hai loại nhiên liệu diesel có nhiệt độ đơng đặc khơng vượt q +5oC hoặc +9oC.
Độ nhớt yêu cầu của các loại nhiên liệu Diesel thể hiện qua bảng sau:
Bảng 2-5. Yêu cầu các loại nhiên liệu diesel
Nhiên liệu diesel dùng cho loại động cơ Độ nhớt động học (cSt) Giây Xe Bus 1,8 – 1,9 33 Xe tải 2,5 – 2,9 34 -36 Tàu hỏa 2,7 -3,3 35 -37 Động cơ tĩnh tại 2,7 -7,2 35 -49 2.2.3.4. Tính tự cháy
Nhiên liệu sau khi phun vào xilanh khơng tự cháy ngay, mà phải có một thời gian để oxy hố sâu các hydrocacbon trong nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, có khả năng tự bốc cháy. Khoảng thời gian đó gọi là thời gian cảm ứng hay thời gian cháy trễ. Thời gian cháy trễ càng ngắn càng tốt, lúc đó nhiên liệu sẽ cháy điều hồ. Như vậy để có thời gian cháy trễ ngắn thì trong nhiên liệu phải có nhiều chất n- parafin, vì các cấu tử này dễ bị oxy hoá, tức là rất dễ bốc cháy. Còn các izo- parafin và các hợp chất hydrocacbon thơm rất khó oxy hố nên thời gian cháy trễ dài, khả năng tự bốc cháy kém. Có thể sắp xếp thự tự theo chiều giảm khả năng tự cháy của các hydrocacbon như sau: n-parafin > naphten > n-olefin > izo-parafin > izo-olefin > hydrocacbon thơm.
Như vậy quy luật về ảnh hưởng của thành phần hydrocacbon đến tính cháy của nhiên liệu diesel hồn tồn trái ngược với tính cháy của nhiên liệu xăng.
Trị số xetan: Để đánh giá khả năng tự cháy của nhiên liệu diesel người ta dùng đại lượng có tính quy ước là trị số xetan (TSXT).
Trị số xetan cao q sẽ khơng cần thiết vì gây lãng phí nhiên liệu, một số thành phần nhiên liệu trước khi cháy, ở nhiệt độ cao trong xilanh bị thiếu oxy nên phân huỷ thành các cacbon tự do, tạo muội theo phản ứng:
CxHy ——> xC + Y/2H2
Nếu TSXT thấp sẽ xảy ra q trình cháy kích nổ do trong nhiên liệu có nhiều thành phần khó bị oxy hố, khi lượng nhiên liệu phun vào trong xilanh quá nhiều mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến cháy cùng một lúc gây toả nhiệt mạnh, áp suất tăng mạnh, động cơ rung giật, ... gọi là cháy kích nổ.
Để tăng TSXT, có thể thêm vào nhiên liệu các phụ gia thúc đẩy quá trình oxy hoá như: izo-propyl nitrat, n-butyl nitrat, amyl nitrat, ... với lượng khoảng 1,5% thể tích, chất phụ gia có thể làm tăng TSXT lên 15 đến 20 đơn vị.
của hai thành phần n-xetan (n-C16H34) và a-metyl naphtalen (C10H7CH3). n-xetan có cơng thức cấu tạo mạch thẳng. Chất này dễ tự cháy và quy ước TSXT = 100.
CH3 - (CH2)14 - CH3 (n -xetan)
a-mety lnaphtalen có cơng thức cấu tạo là hai vòng thơm ngưng tụ với một nhóm metyl. Chất này rất khó tự cháy có nhiệt độ tự cháy cao, quy ước có TSXT = 0.
Hỗn hợp của hai chất này sẽ có TSXT bằng số % thể tích của n-xetan trong hỗn hợp. Ví dụ có 45% xetan thì TSXT = 45.
- Cơ sở phương pháp xác định trị số xetantan của diessel: Cho nhiên liệu diesel
cần đo TSXT vào thiết bị xác định. Ghi nhận trạng thái của nhiên liệu đem thử. Cho từng nhiên liệu tiêu chuẩn có TSXT khác nhau vào thử trong thiết bị và cũng ghi nhận tính tự cháy của những nhiên liệu chuẩn này. So sánh trạng thái tự cháy của nhiên liệu thử với các nhiên liệu chuẩn để tìm ra trạng thái tự cháy giống nhau của nhiên liệu thử với một nhiên liệu tiêu chuẩn nào đó. Từ đó suy ra nhiên liệu thử có TSXT bằng TSXT của nhiên liệu chuẩn.
- Các loại trị số xetan:
+ Xác định bằng phương pháp thực nghiệm: Là trị số xêtan được xác định trong điều kiện của thiết bị chuyên dùng. Loại thiết bị chuyên dùng là một loại động cơ diesel đặc biệt cho phép ta quan sát được hiện tượng cháy trong động cơ. Thiết bị chỉ có ở các phịng thí nghiệm nơi sản xuất hoặc các cơ sở tiêu chuẩn đo lường quốc gia.
+ Xác định gián tiếp qua tính tốn: Khi khơng có điều kiện xác định trị số xêtan trong thiết bị chuyên dùng đo TSXT có thể xác định gián tiếp qua điểm sôi 50%V theo công thức:
TSXT = 454,74 - 1641,416D + 774,74D2 - 0,554B + 97,803(logB)2 Trong đó: D - tỷ trọng của nhiên liệu diesel
d15/15 B - Điểm sôi 50%V đo bằng oC.
- Quan hệ giữa trị số xetan với số vòng quay của động cơ: Tuỳ thuộc vào thành
phần hoá học, các loại nhiên liệu diesel khác nhau có TSXT khác nhau, nghĩa là có khả năng tự cháy khác nhau. Muốn động cơ hoạt động bình thường, đảm bảo cơng suất, địi hỏi nhiên liệu diesel phải có TSXT phù hợp với số vòng quay của động cơ.
Tốc độ vòng quay TSXT
+ Dưới 500 vịng/phút 30 ÷ 40
+ 500 + 1000 vịng/phút 40 ÷ 50 + Trên 1000 vòng/phút trên 50
Khi sử dụng nhiên liệu diesel có TSXT phù hợp với số vòng quay của động cơ, động cơ làm việc êm đạt công suất đúng thiết kế. Nếu trị số xêtan khơng phù hợp với số vịng quay, động cơ làm việc khơng bình thường. Khi TSXT thấp hơn yêu cầu, động cơ làm việc khó khăn, máy nóng, cơng suất giảm. Khi TSXT của nhiên liệu cao hơn mức yêu cầu, hơi nhiên liệu tự cháy q nhanh nên cháy khơng hồn tồn, xả khói
đen, tiêu hao nhiên liệu, làm bẩn máy và gây ô nhiễm môi trường.
Thông thường các loại nhiên liệu diesel có TSXT vào khoảng 40 ÷ 50 sử dụng tốt trong các động cơ hoạt động vào mùa hè và TSXT vào khoảng 50 ÷55 tốt cho động cơ làm việc vào mùa đông.
- Nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu lỏng đươc thể hiện như sau :
Bảng 2-6. Nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu lỏng
Điều kiện áp suất, môi trường cháy P (KG/cm2)
Nhiệt độ tự cháy ( 0C)
Benzen Xăng Diesel
13,0 // 425 400
9,0 620 315 252
15,0 525 283 210
30 468 260 200
2.2.3.5. Tính ổn định hố học
Phụ thuộc vào hàm lượng thành phần keo, thành phần nhẹ có trong diesel. Nếu hàm lượng các thành phần này càng lớn thì tính ổn định hóa học của diesel càng thấp.
2.2.3.6. Tính ăn mịn kim loại
Tính ăn mịn kim loại được đánh giá qua các hàm lượng:
+ Hàm lượng lưu huỳnh tổng số + Độ axit (Tolal Acid Number-TAN) + Hàm lượng nước