KHẻ THẢI TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL
1.3.1.Cõc nguyởn tắc cơ bản để giảm thiểu độc tố khợ xả động cơ diesel tỏu thuỷ
liởn hiệp đưa ra cõc điều khoản nhằm hạn chế dần mức độ phõt thải của cõc chất độc hại do động cơ diesel sinh ra. Vỏ xu thế của cõc tiởu chuẩn về ừ nhiễm do động cơ diesel thải ra mừi trường ngỏy một giảm, trong tương lai chỉ số nỏy sẽ giảm xuống 3 lần.
Trong cừng ước MARPOL 73/78, phụ lục VI ký ngỏy 27/09/1997 về việc thay đổi hỏm lượng cho phờp của cõc thỏnh phần độc tố NOx cụ trong khợ xả động cơ diesel mới cụ cừng suất lớn hơn 130 kW lắp đặt trởn tỏu thuỷ kể từ ngỏy 01/01/2000. Ngỏy 23/11/1999, EPA đọ ra văn bản “Kiểm soõt sự ừ nhiễm khừng khợ từ động cơ diesel tỏu thuỷ đụng mớicừng suất từ 37 kW trở lởn”.
Tuy nhiởn vớ lý do cừng nghệ chưa thể hoỏn thiện ngay trong thời gian ngắn nởn việc thực hiện cừng ước được cõc quốc gia tiến hỏnh lập kế hoạch cho từng giai đoạn đến năm 2010, nhằm đõp ứng chỉ tiởu động cơ sạch của IMO (bảng 1.1). Đồng thời IMO cũng đọ khuyến cõo rằng năm 2000 phải giảm 3% hỏm lượng khợ do cõc động cơ diesel lắp trởn tỏu vận tải quốc tế vỏ cõc tỏu hoạt động ở khu vực đừng dón cư thải ra mừi trường. Cũng theo nghị định thư KYOTO thớ năm 2005 nỏy 30 nước cừng nghiệp phõt triển sẽ phải cắt giảm lượng khợ nhỏ kợnh ợt nhất lỏ 5% ở mức năm 1990 trong giai đoạn từ năm 2008 ứ 2012.
Bảng 1.1: Phụ lục VI của MARPOL về giới hạn cho phờp của ừ nhiễm
Với động cơ cụ cừng suất lớn, dung tợch xylanh D ≥ 30 dm3
Tốc độ động cơ (n, v/ph) NOx (g/kWh)
N < 130 v/ph 17,0
130 v/ph ≤ n < 2000 v/ph 45.n-0,2
Với động cơ cụ cừng suất nhỏ vỏ vừa, dung tợch xylanh V < 30 dm3 Cừng suất (kW) (dmV3) NO(g/kWh)x + HC (g/kWh)PM (g/kWh)CO Năm N ≥ 37 kW V < 0.9 7.5 0.40 5.0 2005 0.9 ≤ V < 1.2 7.2 0.30 5.0 2004 1.2 ≤ V < 2.5 7.2 0.20 5.0 2004 2.5 ≤ V < 5.0 7.2 0.20 5.0 2007 5.0 ≤ V < 15 7.8 0.27 5.0 2007 15 ≤ V < 20 8.7 0.50 5.0 2007 N < 3300 kW 15 ≤ V < 20 9.8 0.50 5.0 2007 N ≥ 3300 kW 20 ≤ V < 25 9.8 0.50 5.0 2007 25 ≤ V < 30 11.0 0.50 5.0 2007
Bảng 1.2: Tiởu chuẩn động cơ sạch (Blue Sky Series)
Cừng suất (kW) V (dm3) NOx + HC (g/kWh) PM (g/kWh) N ≥ 37 kW V < 0.9 4.0 0.24 0.9 ≤ V < 1.2 4.0 0.18 1.2 ≤ V < 2.5 4.0 0.12 2.5 ≤ V < 5.0 5.0 0.12 5.0 ≤ V < 15 5.0 0.16 15 ≤ V < 20 5.2 0.30 N < 3300 kW 15 ≤ V < 20 5.9 0.30 N ≥ 3300 kW 20 ≤ V < 25 5.9 0.30 25 ≤ V < 30 6.6 0.30
Đối với nước ta mặc dỳ mới gia nhập IMO song đọ phở chuẩn vỏ tiến hỏnh thực hiện cõc cừng ước về chống ừ nhiễm mừi trường, trong đụ cụ điều khoản chống ừ nhiễm do khợ thải động cơ diesel cũng đang chuẩn bị được phở chuẩn. Một tiởu chuẩn riởng cho khợ thải động diesel ở nước ta hiện nay chưa cụ song nếu lấy theo tiởu chuẩn chung về khợ thải TCVN 5939 – 1995 thỉ với nguồn phõt thải nồng độ cõc độc tố cho phờp lỏ:
Bảng 1.3: TCVN 5939 – 1995
Thỏnh phần độc tố Hỏm lượng cho phờp, mg/m3
CO 1500
NOx 2300
Đối với cõc động cơ diesel thừng thường được lấy theo tiởu chuẩn của họng sản xuất động cơ.
Qua xu thế giảm hỏm lượng phõt thải cõc độc tố trong động cơ đốt trong nụi chung vỏ trong động cơ diesel nụi riởng trởn toỏn thế giới cho ta thấy mức độ cấp thiết của vấn đề tớm biện phõp lỏm giảm hỏm lượng của chỷng cả trong khai thõc vỏ trong chế tạo.
Hiện nay cõc nước trởn thế giới cũng đều đọ đưa ra chương trớnh quốc gia về vấn đề giảm hỏm lượng cõc độc tố nỏy vỏ bản thón cõc nước cũng đều đưa ra cõc cam kết về việc õp dụng cõc biện phõp cấp thiết để lỏm giảm mức độ phõt thải cõc thỏnh phần độc tố kể trởn đến năm 2010. Để thực hiện được cõc kế hoạch đụ, cõc nước đều cụ cõc cừng trớnh nghiởn cứu trởn nhiều lĩnh vực khõc nhau vỏ cũng đọ đạt được nhiều thỏnh tựu đõng kể. Điển hớnh trong số đụ lỏ cõc họng sản xuất động cơ diesel sạch theo IMO như CATERPILLAR, YANMAR, KYBOTA …Cõc nhỏ sản xuất nhiởn liệu cũng liởn tục đưa ra cõc sản phẩm dầu mỏ mới cỳng với cõc chất phụ gia để tăng khả năng chõy hết của nhiởn liệu, giảm mỏi mún, giảm thiểu ừ nhiễm mừi trường như họng Shell, Castrol … Cõc thiết bị lọc xả cũng đang được õp dụng rộng rọi trởn cõc loại động cơ ừtừ thế hệ mới như họng HYTE, HORIBA EMD, ENGELHARD …
Ở nước ta hiện nay cũng đang nghiởn cứu để õp dụng phụ chương VI của IMO cho vận tải thuỷ do đụ việc nghiởn cứu cõc biện phõp giảm thiểu ừ nhiễm khợ thải cũng đang được quan tóm đặc biệt để sớm hội nhập với khu vực vỏ quốc tế. Cõc nghiởn cứu của chỷng ta cũng đọ cụ những thỏnh quả bước đầu như việc chế tạo xỷc tõc khợ thải ba chức năng chứa đất hiếm, về sự hớnh thỏnh của cõc thỏnh phần độc tố trong buồng chõy động cơ đốt trong. Tuy vậy với yởu cầu giảm nhanh phõt thải ừ nhiễm trong những năm tới thớ việc tiếp tục nghiởn cứu để tiến tới đõp ứng cõc chỉ tiởu của khu vực vỏ thế giới lỏ hết sức cần thiết vỏ cấp bõch.
Nhớn chung cõc biện phõp lỏm giảm hỏm lượng độc tố khợ xả đều dựa trởn cõc nguyởn tắc cơ bản sau:
- Tăng khả năng chõy hết bằng cõch tăng hệ số khừng khợ thừa α. Cõc cừng trớnh nghiởn cứu cho thấy khi α≈ 1.15 sẽ lỏm cho hỏm lượng NOx sinh ra lỏ nhỏ nhất.
- Tảng tốc độ cấp nhiởn liệu để hạn chế chõy rớt tại khu vực vúi phun, đụng cõu cặn trong buồng đốt…
- Thay đổi gục phun nhiởn liệu.
- Sử dụng phụ gia cho nhiởn liệu, nhiởn liệu sạch (cụ hỏm lượng S vỏ chỉ số Xởtan thấp) vỏ hỗn hợp nhiởn liệu (nhũ tương dầu nước).
♣Hoỏn thiện kết cầu buồng chõy
Lắp thởm cõc buồng chõy phụ như: buồng chõy xoõy lốc, buồng chõy trước … để lỏm tăng cường độ xoõy lốc, tăng khả năng hoỏ trộn của khừng khợ vỏ nhiởn liệu từ đụ lỏm giảm khợ NOx, muội vỏ khụi.
♣Giảm nhiệt độ quõ trớnh chõy
- Phun nước trực tiếp vỏo buồng đốt.
- Tăng số lỗ phun của vúi phun vỏ giảm đường kợnh lỗ phun, tăng õp suất phun lỏm nhiởn liệu phun tốt hơn kết quả lỏ lỏm giỏm số vỳng nhiệt độ cao từ đụ giảm hỏm lượng khợ NOx vỏ suất tiởu hao nhiởn liệu.
- Dỳng chất trơ cụ tỉ nhiệt lớn để hạn chế nhiệt độ max. ♣Sử dụng hoõ chất trung hoỏ
Sử dụng chủ yếu Urở vỏ NH3 lỏm chất trung hoỏ khợ thải. Khi đụ cõc chất xỷc tõc sẽ tõc dụng với cõc thỏnh phần độc tố cụ trong sản phẩm chõy để tạo ra cõc chất khừng góy ừ nhiễm.
♣Dỳng thiết bị hấp thụ khợ xả
Để hấp thụ khợ xả thớ phải sử dụng vật liệu xốp kết hợp với một số kim loại hấp thụ mạnh.
♣Hồi lưu khợ xả
Khợ chõy sẽ được đưa một phần quay trở về cửa nạp để đưa vỏo động cơ.
Trởn cơ sở nguyởn tắc chung nỏy người ta cụ rất nhiều cõc phương phõp tõc động nhằm đạt được mục tiởu đọ đề ra. Cõc phương phõp chung đụ bao gồm:
♦Hoỏn thiện kết cấu động cơ vỏ điều chỉnh cõc thừng số điều chỉnh.
♦Sử dụng chất phụ gia cho nhiởn liệu, nhiởn liệu sạch vỏ hỗn hợp nhiởn liệu . ♦Sử dụng chất trung hoỏ vỏ hồi lưu khợ xả.
1.3.2.Cõc phương phõp giảm thiểu độc tố khợ xả