CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
4.3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận
4.3.4. Đánh giá về thành phần khí thải của động cơ
Kết quả đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng syngas tới các thành phần phát thải của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas, với các lưu lượng syngas thay thế khác nhau so với trường hợp sử dụng đơn nhiên liệu diesel. Chi tiết về các thành phần phát thải CO, CO2, NOx và soot được thể hiện trên các bảng 4.9 đến 4.12 và các hình 4.21 đến 4.25.
Hình 4.20. So sánh suất tiêu hao năng lượng thay thế cho động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0
10 40 70 100
BSEC (MJ/kWh)
% Phụ tải ngoài
100% diesel 2,1 g/s syngas 3,4 g/s syngas 5,1 g/s syngas 6,9 g/s syngas
-106-
Bảng 4.9. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas tới các thành phần phát thải CO
TT
Phát thải CO(ppm) Tải (%) S 0
(g/s) Tải (%)
S 2,1
(g/s) Tải (%) S 3,4
(g/s) Tải (%) S 5,1
(g/s) Tải (%) S 6,9 (g/s)
1 10 100 10 5000 10 8400 10 12800 10 18900
2 20 100 20 4700 20 7400 20 11700 20 17200
3 40 100 40 4100 40 6200 40 9300 40 11600
4 60 200 60 3200 60 4800 60 6800 60 8100
5 80 500 80 2500 80 2900 80 3600 80 5700
6 90 1200 90 3900 88 3800 85 4200 82 6200
7 100 3300 92 4100 - - - - - -
Bảng 4.10. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas tới các thành phần phát thải CO2
TT Phát thải CO2 (ppm)
Tải (%) S 0
(g/s) Tải (%)
S 2,1
(g/s) Tải (%) S 3,4
(g/s) Tải (%) S 5,1
(g/s) Tải (%) S 6,9 (g/s)
1 10 40000 10 40000 10 41000 10 46000 10 56000
2 20 37000 20 47000 20 47000 20 55000 20 62000
3 40 49000 40 58000 40 61000 40 69000 40 79000
4 60 65000 60 74000 60 77000 60 86000 60 98000
5 80 89000 80 102000 80 104000 80 114000 80 124000
6 90 105000 90 122000 88 120000 85 124000 82 128000
7 100 124000 92 126000 - - - - - -
Bảng 4.11. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas tới các thành phần phát thải NOx
TT
Phát thải NOx (ppm) Tải (%) S 0
(g/s) Tải (%)
S 2,1
(g/s) Tải (%) S 3,4
(g/s) Tải (%) S 5,1
(g/s) Tải (%) S 6,9 (g/s)
1 10 523 10 305 10 175 10 86 10 70
2 20 619 20 420 20 349 20 222 20 138
3 40 659 40 396 40 404 40 484 40 429
4 60 702 60 515 60 444 60 420 60 558
5 80 586 80 528 80 501 80 470 80 466
6 90 540 90 495 88 448 85 423 82 430
7 100 444 92 470 - - - - - -
-107-
Bảng 4.12. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas tới các thành phần phát thải soot
TT
Phát thải soot (g/kWh) Tải (%) S 0
(g/s) Tải (%)
S 2,1
(g/s) Tải (%) S 3,4
(g/s) Tải (%) S 5,1
(g/s) Tải (%) S 6,9 (g/s)
1 10 0,002524 10 0,00015 10 0,001009 10 0,00554 10 0,00459
2 20 0,002402 20 0,00011 20 0,000651 20 0,00262 20 0,00352
3 40 0,002746 40 0,00035 40 0,000734 40 0,00179 40 0,0011
4 60 0,009655 60 0,00234 60 0,006628 60 0,00419 60 0,0046
5 80 0,045461 80 0,06422 80 0,037999 80 0,05338 80 0,11553
6 90 0,102622 90 0,26122 88 0,20016 85 0,38477 82 0,3795
7 100 0,309598 92 0,4582 - - - - - -
Kết quả trên hình 4.21 thể hiện diễn biến phát thải CO của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu với lưu lượng syngas thay thế khác nhau. Đồ thị cho thấy phát thải CO tăng khi động cơ sử dụng syngas. Phát thải CO càng tăng khi tăng lưu lượng syngas cung cấp cho động cơ. Phát thải CO nhỏ nhất tại chế độ tải 80% và cao nhất ở chế độ 100% tải.
Hình 4.21. So sánh phát thải CO khi sử dụng
lưỡng nhiên liệu diesel/syngas Hình 4.22. So sánh phát thải CO2 khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas
Hình 4.23. So sánh phát thải HC khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas
Hình 4.24. So sánh phát thải NOx khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas
0 5000 10000 15000 20000
10 40 70 100
CO (ppm)
% Phụ tải ngoài 100% diesel 2,1 g/s syngas 3,4 g/s syngas 5,1 g/s syngas 6,9 g/s syngas
0 40000 80000 120000 160000
10 40 70 100
CO2 (ppm)
% Phụ tải ngoài
100% diesel 2,1 g/s syngas 3,4 g/s syngas 5,1 g/s syngas 6,9 g/s syngas
0 300 600 900 1200 1500 1800
10 40 70 100
HC (ppm)
% Phụ tải ngoài 100% diesel 2,1 g/s syngas 3,4 g/s syngas 5,1 g/s syngas 6,9 g/s syngas
0 100 200 300 400 500 600 700 800
10 40 70 100
NOx (ppm)
% Phụ tải ngoài 100% diesel 2,1 g/s syngas 3,4 g/s syngas 5,1 g/s syngas 6,9 g/s syngas
-108- Phát thải CO tăng khi sử dụng syngas có thể là do trong thành phần syngas đã có chứa CO, khi tăng lưu lượng syngas cấp cho động cơ thì đồng thời lượng CO cũng sẽ tăng. Thứ hai là khi tăng lượng syngas thay thế sẽ làm giảm lượng không khí nạp vào động cơ, dẫn đến hiệu quả quá trình cháy giảm, do đó phát thải CO tăng. Kết quả trên hình 4.21 cho thấy phát thải CO tăng lớn nhất tới 7% và nhỏ nhất gần 1% về thể tích ở chế độ toàn tải với t lệ syngas 6,9 g/s.
Đồ thị 4.22 thể hiện lượng phát thải khí CO2 theo phần trăm tải trong trường hợp
động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và trường hợp động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas. Qua đó nhận thấy rằng lượng khí CO2 có xu hướng tăng khi sử dụng lưỡng nhiên liệu ở các lưu lượng thay thế khác nhau. Nguyên nhân là do hàm lượng CO2 có sẵn trong thành phần syngas. Ở chế độ tải lớn, lưu lượng syngas thay thế lớn thì phát thải CO2
có xu hướng giảm mạnh do lúc này quá trình cháy không triệt để vì thiếu không khí, lamda quá nhỏ (hình 4.19). Đây cũng là nguyên nhân dẫn tới phát thải CO tăng như đã trình bày ở trên.
Kết quả trên hình 4.23 thể hiện diễn biến phát thải HC trong trường hợp động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu tăng lên so với trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel thông thường. Ở chế độ tải vừa và nhỏ (20÷60%) và lượng syngas thay thế nhỏ (2,1 và 3,4 g/s) thì HC có xu hướng giảm một chút, khoảng 33 đến 38%. Tuy nhiên, ở chế độ tải lớn hoặc lưu lượng syngas thay thế lớn, phát thải HC tăng mạnh. Tại chế độ 100% tải lượng phát thải HC tăng cao nhất gần 120% so với động cơ sử dụng đơn nhiên liệu.
Kết quả trên hình 4.24 cho thấy lượng phát thải NOx có xu hướng giảm khi tăng lưu lượng syngas cấp cho động cơ. Khi sử dụng lưỡng nhiên liệu, lượng phát thải NOx giảm từ 8% tới 90%. Phát thải NOx giảm nhiều ở chế độ tải nhỏ và giảm ít ở chế độ tải lớn. Nguyên nhân chính là do lượng không khí nạp bị chiếm chỗ bởi khí syngas, đồng thời quá trình cháy kém đi làm nhiệt độ trong xylanh giảm, hai yếu tố này dẫn tới phát thải NOx giảm.
Phát thải khói đen ở động cơ diesel được quyết định bởi hệ số dư lượng không khí λ.
Hệ số λ càng lớn thì phát thải dạng khói càng ít và ngược lại. Như đã phân tích ở trên, khi tăng lượng syngas thay thế thì lượng khí nạp sẽ giảm, từ đó giảm hệ số λ. Kết quả trên hình 4.25 cho thấy khi tăng lượng syngas vào cho động cơ thì phát thải khói đen tăng lên, đặc biệt khi động cơ làm việc ở chế độ tải lớn. Còn ở chế độ tải 0% đến 60%, lượng syngas thay thế ít thì phát thải khói giảm từ 31% đến 94%. Còn tại các chế độ khác lượng phát thải khói tăng từ 5÷58%.