3.9.1. Phân tích, so sánh chỉ tiêu kinh tế
Từ bảng 3.6 tổng hợp kết quả chi phí nhiên liệu riêng dầu diesel, các hỗn hợp J5, J10, J15, J20, J22.5 có chi phí nhiên liệu riêng của động cơ khi sử dụng hỗn hợp diesel - jatropha cao hơn so với khi sử dụng diesel. Hỗn hợp nhiên liệu có tỷ lệ thấp J5 mức tiêu hao nhiên liệu riêng theo thể tích tăng không đáng kể so với mức tiêu hao
60 70 80 90 100 110 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 TmDO TmJ5 TmJ10 TmJ15 TmJ20 TmJ22.5
nhiên liệu riêng của dầu diesel. Theo nhiệt trị thì có thể kết luận hỗn hợp J5 có tiêu hao nhiên liệu riêng theo thể tích tương đương với tiêu hao nhiên liệu riêng của dầu diesel. Ở tỷ lệ jatropha càng lớn thì mức tiêu hao nhiên liệu riêng càng tăng nhiều so với tiêu hao nhiên liệu riêng của dầu diesel, cao nhất ở mức J22.5.
Như vậy, hỗn hợp nhiên liệu J5 và J10 có tiêu hao nhiên liệu riêng theo thể tích tăng không đáng kể so với dầu diesel. Mức tiêu hao nhiên liệu riêng của các hỗn hợp tăng có thể giải thích:
- Thứ nhất, mặc dù sự hiện diện của oxy trong nhiên liệu có cải thiện quá trình cháy nhiên liệu nhưng tăng tỷ lệ pha trộn dầu Jatropha trong hỗn hợp làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu, nhiệt trị của jatropha (9470kcal/kg) thấp hơn so với diesel (10478kcal/kg), dầu jatropha có khoảng 90% giá trị so với nhiệt so diesel làm ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu riêng theo thể tích. Bởi vì lúc này, nếu đảm bảo cùng mức tải tức là phải tay ga để cấp thêm nhiên liệu trong một chu trình, cho nên tiêu hao nhiên liệu chu trình gct tăng làm cho ge tăng. Nhiệt trị của dầu Jatropha là thấp hơn so với diesel, do đó tăng tỷ lệ pha trộn dầu Jatropha làm giảm nhiệt trị của sự pha trộn mà kết quả tiêu hao nhiên liệu riêng của hỗn hợp dầu diesel - jatropha cao hơn so dầu diesel. Tuy nhiên, tiêu hao nhiên liệu riêng của hỗn hợp dầu diesel - jatropha ở các pha J5 và J20 tương đương với diesel. Bên cạnh đó, oxy hiện diện trong các phân tử nhiên liệu góp phần cải thiện đặc tính quá trình cháy nhưng do độ nhớt cao và tính bay hơi kém của dầu thực vật dẫn đến chất lương phun xấu và quá trình đốt cháy không hiệu quả. Vì vậy, tiêu hao nhiên liệu riêng của hỗn hợp dầu diesel - jatropha đối với các pha trộn J15, J20, J22.5 cao hơn so diesel.
- Thứ hai, với tỷ lệ dầu jatropha càng tăng trong hỗn hợp làm độ nhớt tăng, chính độ nhớt cao và tính bay hơi kém của dầu thực vật dẫn đến chất lương phun xấu và quá trình đốt cháy kém hiệu quả hơn. Nhiệt trị của dầu jatropha thấp hơn dầu diesel dẫn đến tiêu thụ gia tăng thể tích nhiên liệu, lý do này còn có thể do độ nhớt.
- Thứ ba, quá trình phối trộn thủ công bằng tay, chưa tạo ra được hỗn hợp hoàn toàn đồng nhất đặc biệt là các hỗn hợp J10, 15 và J22.5 làm ảnh hưởng đến quá trình tạo hỗn hợp cháy.
- Thứ tư, khi tăng tỷ lệ dầu jatropha vào hỗn hợp dầu diesel - jatropha bên cạnh hỗn hợp có độ nhớt cao thì khối lượng riêng cũng thay đổi so với diesel. Sau khi thực
hiện các phép đo chiều dài tuyệt đối của tia phun, cho thấy quá trình phun tơi nhiên liệu có thể được mô tả bằng số liệu từ công thức thực nghiệm đo mực chất lỏng Weber [24]:
σ ρl e D u W 2. . = (3-8) và hệ số Reynolds: l l e D u R µ ρ . . = (3-9)
Bỏ qua ảnh hưởng của tốc độ phun ta có hệ số Ohne-sorge: Suy ra: D R W Z l l e e . 1 σρ µ = = (3-10) Trong đó: l
ρ : Khối lượng riêng của chất lỏng (nhiên liệu sử dụng),
l
µ : Độ nhớt của chất lỏng (nhiên liệu sử dụng), D : Đường kính lỗ phun,
Từ công thức trên ta thấy chất lượng phun tơi nhiên liệu phụ thuộc vào các yếu tố như: đường kính lỗ phun, độ nhớt của chất lỏng, khối lượng riêng của chất lỏng, tốc độ phun nhiên liệu. Đối chiếu với điều kiện thực nghiệm ta thấy, trong quá trình thực nghiệm trên động cơ D12 khi sử dụng nhiên liệu hỗn hợp dầu diesel - jatropha, độ nhớt của hỗn hợp diesel - jatropha là thay đổi theo chiều hướng tăng của tỷ lệ jatropha có mặt trong hỗn hợp nhiên liệu, bên cạnh đó do tỷ trọng dầu jatropha (0,917g/cm3) lớn hơn dầu diesel (0,836g/cm3), do vậy, độ nhớt và khối lượng riêng của hỗn hợp diesel - jatropha sẽ thay đổi theo chiều hướng tăng của tỷ lệ jatropha có mặt trong hỗn hợp nhiên liệu, điều này ảnh hưởng đến chất lượng phun tơi nhiên liệu.
Đánh giá chung: Hỗn hợp nhiên liệu J5 và J10 có tiêu hao nhiên liệu riêng theo thể tích tăng không đáng kể so với dầu diesel là cơ sở để lựa chọn hỗn hợp nhiên liệu thích hợp cho động cơ diesel D12.
3.9.2. So sánh theo chỉ tiêu môi trường
3.9.2.1. Độ đục khí xả
Từ bảng 3.7, tổng hợp kết quả đo độ đục khí thải khi chạy có tải dầu diesel và hỗn hợp và đồ thị biến thiên độ đục khí thải của động cơ đối với các loại nhiên liệu (hình 3.18), nhận thấy, khi sử dụng hỗn hợp dầu diesel - jatropha, độ đục khí xả tăng so với diesel với sự có mặt càng lớn của tỷ lệ dầu jatropha. Ở mức tải thấp, tất cả các
hỗn hợp đều có độ đục khói cao hơn chút ít so diesel, ở mức tải ổn định độ đục khí xả các hỗn hợp J5, J10 thấp hơn so với diesel, J15 tăng nhẹ so diesel, đặc biệt độ đục khói tăng khá rõ rệt ở mức tải cao đối với các hỗn hợp J15, J20, J22.5.
Ở các tỷ lệ J5, J10 ở mức tải ổn định, độ đục khí xả ở mức công suất 4,021 HP ; 5,288 HP và 6,301 HP độ đục khí xả thấp hơn diesel, ở mức tải thấp độ đục khói cao hơn đôi chút, ở mức tải cao chỉ tăng nhẹ. Nhìn chung, ở mức J5, J10 độ đục khí xả tương đương với diesel, như vậy, với mức này có thể sử dụng để phân tích chọn lựa hỗn hợp hợp lý khi chạy động cơ.
Ở các tỷ lệ J15, J20, J22.5 ở mức tải cao tăng nhiều vì độ nhớt cao. Độ đục khói tăng với sự gia tăng nồng độ tập trung của dầu jatropha đặc biệt là ở tải cao hơn, có thể là do phân tử nhiên liệu khi có mặt càng nhiều tỷ lệ jatropha, phân tử nhiên liệu cồng kềnh cộng với độ nhớt lớn hơn ở tỷ lệ cao dẫn kết khả năng phun sương của nhiên liệu kém hơn, do vậy quá trình cháy không tốt dẫn đến độ đục khí xả tăng.
Đánh giá chung: Hỗn hợp nhiên liệu J5 và J10 có độ đục khí xả của động cơ tương đương với khi sử dụng DO là cơ sở để lựa chọn hỗn hợp nhiên liệu thích hợp cho động cơ diesel D12.
3.9.2.2. Các chỉ tiêu khí xả CO2, CO, SOx, NOx, HC
Đề tài không đo các chỉ tiêu COx, SOx, NOx, HC nhưng có nhận xét như sau:
- Về phát thải NOx
Lượng khí thải NOx tương đương với dầu diesel đối với nồng độ pha trộn thấp [23],[31]. Tuy nhiên, NOx có thể tăng khi sử dụng nhiên liệu với hàm lượng dầu jatropha cao, Trong thành phần dầu jatropha không chứa Nitơ, nhưng các hỗn hợp dầu diesel - jatropha khi cháy thì hàm lượng NOx tăng so với DO, có thể là do N2 khá bền trong khí quyển, nhưng trong buồng đốt của động cơ, do nhiệt độ buồng đốt khi sử dụng hỗn hợp dầu diesel - jatropha cao hơn dầu diesel và thành phần oxy trong nhiên nhiệu hỗn hợp cao so diesel, do vậy trong quá trình cháy của nhiên liệu trong xilanh, N2 có thể phản ứng với oxy ở nhiệt độ cháy lớn dẫn đến hình thành để tạo ra NO2 tăng.
- Về phát thải CO2
Khi sử dụng hỗn hợp dầu diesel - jatropha có thể tăng phát thải CO2 so với diesel. Phát thải khí CO2 đối với nồng độ pha trộn dầu jatropha thấp là gần diesel. Nhưng đối với sự pha trộn dầu jatropha cao, lượng khí thải CO2 tăng lên đáng kể [27]. Đây là chỉ tiêu để tham khảo cho cơ sở chọn lựa tỷ lệ hỗn hợp có tỷ lệ pha của đề tài nghiên cứu.
- Về phát thải CO
Tại tải thấp, lượng khí CO đã gần như tương đương cho các loại nhiên liệu nhưng ở tải cao hơn lượng khí thải CO hỗn hợp dầu diesel - jatropha cao hơn so với diesel [27]. Điều này có thể là kết quả của chất lượng phun nhiên liệu không tốt và sự hình thành hỗn hợp không đồng nhất giữa dầu diesel với dầu jatropha và do do thiếu oxy.
- Về phát thải SOx
SOx giảm bởi thành phần S trong dầu jatropha rất bé với diesel (0,25).
- Về phát thải HC
Lượng khí thải HC có xu hướng tăng với tải trọng cao hơn cho tất cả các hỗn hợp; lượng khí thải HC tăng với tỷ lệ ngày càng tăng của dầu Jatropha trong pha trộn [27]. Đây cũng là căn cứ để lập luận chọn lựa tỷ lệ hỗn hợp có tỷ lệ pha cho đề tài.
Hình 3.21. Đồ thị biến thiên tiêu hao nhiên liệu riêng, độ đục khí thải, HC, CO, CO2 của dầu DO và các hỗn hợp J10, J20, J50, J75 và J100 [27]
- Hàm lượng tro
Hàm lượng tro trong dầu jatropha (0,8) cao gấp 3 lần so dầu diesel (0,1), đây là nguyên nhân gây cặn trong động cơ.
- Muội than
Cặn cacbon dầu jatropha (0,03) cao gấp 8 lần so dầu diesel (0,01), là nguyên nhân gây tắt nghẽn vòi phun, bơm cao áp, muội than trong động cơ làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của dầu nhờn và các chi tiết máy trong động cơ [27].
3.10. KẾT LUẬN VỀ VIỆC CHỌN HỖN HỢP NHIÊN LIỆU 3.10.1. Kết luận về việc chọn hỗn hợp nhiên liệu 3.10.1. Kết luận về việc chọn hỗn hợp nhiên liệu
Từ các phân tích về mặt tiêu hao nhiên liệu riêng và khí xả động cơ, hỗn hợp nhiên liệu J5 và J10 được gia nhiệt ở 80oC là thích hợp để chạy thử nghiệm trên động cơ diesel công suất nhỏ D12. Việc lựa chọn hỗn hợp nhiên liệu J5 và J10 dựa trên các cơ sở sau:
- Hỗn hợp nhiên liệu J5 và J10 có tiêu hao nhiên liệu riêng theo thể tích tăng không đáng kể so với mức tiêu hao nhiên liệu riêng của dầu diesel. Tính theo nhiệt trị thì hỗn hợp J5 tương đương với dầu diesel và J10 có tiêu hao nhiên liệu riêng theo thể tích tăng chút ít so với dầu diesel.
- Các hỗn hợp nhiên liệu J5, J10 khi chạy trên động cơ có độ đục khí xả tương đương với khi sử dụng dầu diesel. Các hỗn hợp nhiên liệu J5, J10, ở mức tải ổn định trung bình thì độ đục khí xả thấp hơn so với khi sử dụng dầu diesel, ở mức tải thấp độ đục khó cao hơn đôi chút so với khi sử dụng dầu diesel, ở mức tải cao chỉ tăng nhẹ so với khi sử dụng dầu diesel.
- Phát thải CO2 đối với nồng độ pha trộn dầu jatropha thấp, tương đương với dầu diesel. Nhưng đối với sự pha trộn dầu jatropha cao, lượng khí thải CO2 tăng lên đáng kể [27].
- Lượng khí thải HC có xu hướng tăng với tải trọng cao hơn cho tất cả các hỗn hợp. Lượng khí thải HC tăng với tỷ lệ càng tăng của dầu Jatropha trong pha trộn [27].
- Bên cạnh đó, việc sử dụng tỷ lệ dầu jatropha có tỷ lệ cao trong hỗn hợp sẽ đẫn đến hàm lượng tro và cặn cacbon trong hỗn hợp tăng dẫn đến gây cặn trong động cơ và gây tắt nghẽn vòi phun, bơm cao áp, muội than trong động cơ làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của dầu nhờn và các chi tiết máy trong động cơ.
3.10.2. Thảo luận một số kết quả
- Dầu Jatropha làm nhiên liệu hỗn hợp thay thế có thể sử dụng trực tiếp trên động cơ diesel và không cần bất kỳ sửa đổi lớn trong động cơ.
- Nhiệt trị của hỗn hợp nhiên liệu DO - Jatropha nhỏ hơn DO và khả năng bay hơi của hỗn hợp kém hơn DO là nguyên nhân tiêu hao nhiên liệu riêng của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu DO - Jatropha lớn hơn so với dầu diesel.
- Độ đục khí thải tăng với sự gia tăng với tỷ lệ dầu Jatropha lớn đặc biệt là ở tải cao hơn. Độ đục khí thải tăng là độ nhớt cao, khả năng bay hơi thấp làm giảm khả năng phun sương nhiên liệu.
- Nhiệt độ khí xả của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu với tỷ lệ dầu jatropha tăng (J5, J20 và J22.5) so với khi sử dụng nhiên liệu diesel.
- Các hỗn hợp nhiên liệu J15, J20, J22.5 khó bay hơi hơn làm cho thời gian cháy trể của hỗn hợp tăng, nhiên liệu tập trung cháy cùng lúc nên làm tăng tốc độ cháy, tăng áp suất động cơ, áp suất cực đại Pz tăng, gây gõ, động cơ làm việc “cứng”.
- Thành phần hóa học của dầu jatropha chủ yếu là triglyxerit của glycerin và axit béo nên làm nhiên liệu hỗn hợp đặc biệt các hỗn hợp nhiên liệu có tỷ lệ pha trộn của jatropha lớn có độ nhớt cao, khó bay hơi, khi cháy tạo mụi sơn.
- Dư lượng cacbon của dầu jatropha cao gây đóng cặn cacbon trong buồng đốt của động cơ.
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1. KẾT LUẬN
Từ kết quả thử nghiệm dùng hỗn hợp nhiên liệu DO – Jatropha chạy trên động cơ D12 kết hợp với sấy nóng nhiên liệu, đề tài có một số kết luận như sau:
1. Xác định được hỗn hợp nhiên liệu DO - Jatropha hợp lý trong các mức J5 và J10 khi được gia nhiệt ở 80oC. Hỗn hợp này, bước đầu sử dụng tốt trên động cơ D12 và có kết quả chi phí tiêu hao nhiên liệu riêng ge tăng nhẹ so với dầu diesel, độ đục khí xả của các hỗn hợp J5, J10 là tương đương với dầu diesel và chỉ tăng nhẹ khi ở tải cao
2. Nhiệt độ khí xả của động cơ tăng ở tải cao đối với các hỗn hợp nhiên liệu J15, J20 và J22.5.
3. Hỗn hợp dầu DO – Jatropha khó bay hơi hơn DO làm cho thời gian cháy trể của hỗn hợp tăng, áp suất cực đại Pz tăng, động cơ có tiếng ồn và rung động tăng khi hoạt động ở tải lớn, đặc biệt là đối với hỗn hợp có tỷ lệ pha jatropha cao J20, J22.5.
4. Hỗn hợp nhiên liệu DO - Jatropha bị phân lớp dễ ảnh hưởng làm tắc các bầu lọc nhiên liệu.
4.2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN
Với kết quả thử nghiệm dùng hỗn hợp nhiên liệu DO – Jatropha chạy trên động cơ D12 kết hợp với sấy nóng nhiên liệu, đề tài có đề xuất một số nội dung cần thực hiện trước khi sử dụng rộng rãi nhiên liệu này cũng như khuyến khích phát triển vùng nhiên liệu sinh học, đầu tư công nghệ chế biến dầu jatropha, bio-jatropha, như sau:
1. Khi thử nghiệm hỗn hợp nhiên liệu DO – Jatropha trên động cơ cần xét thêm ảnh hưởng của góc phun sớm và áp lực phun của bơm cao áp để chọn góc phun sớm và áp lực phun phù hợp với hỗn hợp nhiên liệu để tiến hành thử nghiệm các hỗn hợp.
2. Nghiên cứu, sử dụng thiết bị phối trộn để đạt được tỷ lệ chính xác và độ đồng nhất của hỗn hợp nhiên liệu để giúp quá trình cháy tốt hơn.
3. Nghiên cứu thêm về độ tin cậy, độ bền của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu nhiên liệu DO - Jatropha làm nhiên liệu chạy động cơ diesel để có kết luận đầy đủ hơn.
4. Mở rộng nghiên cứu, thử nghiệm nhiên liệu dầu jatropha ở các tỷ lệ pha rộng hơn với các dung môi khác kết hợp với sử dụng chất phụ gia để cải thiện trị số cetan, nâng cao độ đồng nhất của hỗn hợp nhiên liệu.
5. Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay thế trên những họ động cơ phổ biến để tìm