- Số liệu thu thập từ hệ thống thí nghiệm và kết quả có thể đạt được
4.5.2.2Thí nghiệm chế độ nhiên liệu kép với công suất tải điện và lưu lượng khí sản phẩm cấp vào động cơ thay đổ
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHÍ HÓA SINH KHỐI ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG
4.5.2.2Thí nghiệm chế độ nhiên liệu kép với công suất tải điện và lưu lượng khí sản phẩm cấp vào động cơ thay đổ
phẩm cấp vào động cơ thay đổi
Phần này tác giả nghiên cứu xem xét ảnh hưởng của việc thay đổi lưu lượng khí sản phẩm cấp vào động cơ và chế độ phụ tải điện thay đổi đến lượng diesel tiêu hao, phần trăm nhiên liệu khí sản phẩm thay thế cho diesel đồng thời đánh giá hiệu suất của hệ thống và các chỉ số phát thải từ khói thải của động cơ: GDo, Rg, ɳht,E (CO, CO2, HC, NOx…)- f (Gg var, Pe var)
Trong đó:
- Gg:Là lượng khí sản phẩm cấp vào động cơ (m3 /h) - Var: Là biến số
- Pe: Là công suất điện đầu ra của máy phát (kW) - GDO: Là lượng diesel tiêu hao (kg/h)
- Rg:Là thành phần phần trăm nhiên liệu khí sản phẩm thay thế cho diesel (%) - ɳtb: Là hiệu suất của hệ thống động cơ máy phát (%)
- E (CO, CO2, HC, NOx…): Là chỉ số phát thải khí CO, CO2, HC…
Các kết quả nghiên cứu của phần hệ thống khí hóa sinh khối (upstream) và hệ thống động cơ – máy phát (downstream) được trình bày trong bảng phụ lục PL4.2
a. Đánh giá khả năng thay thế diesel
Để đánh giá khả năng thay thế diesel ta tiến hành cấp khí sản phẩm với lưu lượng khác nhau ở các chế độ phụ tải thay đổi để khảo sát khả năng thay thế tối đa là bao nhiêu phần trăm và dải công suất điện nào thì khả năng thay là tốt nhất. Chế độ cấp khí sản phẩm với lưu lượng max là chế độ mà lưu lượng khí sản phẩm lớn nhất có thể cấp được vào động cơ theo khả năng hút nạp khí. Chi tiết trên hình 4.17 đến 4.19.
Hình 4.17 Tỷ lệ khí sản phẩm thay thế cho diesel ứng với chế độ phụ tải và chế độ cấp khí sản
phẩm khác nhau
Quan sát trên hình 4.17 ta thấy, trong dải công suất tải điện từ 0 – 8 kW nếu cấp khí sản phẩm với lưu lượng càng lớn thì phần trăm nhiên liệu khí sản phẩm thay thế cho diesel càng lớn, tỷ lệ thay thế lớn nhất đạt 75% ứng với chế độ chạy không tải (công suất bằng 0%) và cấp khí sản phẩm lớn nhất theo khả năng nạp của động cơ. Khi công suất điện đầu ra tăng thì tỷ lệ thay thế khí sản phẩm càng giảm xuống và với dải công suất từ 0 - 7 kW
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 Tỷ lệ nhi ên liệu khí sả n phẩm thay thế cho D ies el ( % )
Công suất tải điện đầu ra thực tế (kW)
Lượng khí sản phẩm Gmax
Lượng khí sản phẩm bằng 75% Gmax Lượng khí sản phẩm bằng 50% Gmax Lượng khí sản phẩm bằng 25% Gmax
105
thì tỷ lệ thay thế diesel thấp nhất là khoảng 25%. Mặt khác với dải công suất tải điện trên 7 kW thì khả năng thay thế là rất thấp chỉ đạt khoảng 15%, thậm chí trường hợp cấp khí sản phẩm max ở dải công suất này làm tỷ lệ thay thế bị giảm đột ngột về giá trị âm, điều này lí giải là do ở dải công suất này khả năng thay thế nhỏ hơn mức suy về công suất điện đầu ra dẫn đến khả năng thay thế bị âm. Như vậy, với điều kiện vận hành như trên ta có thể lựa chọn chế độ làm việc hợp lí cho hệ thống là: dải công suất từ 0 – 7 kW với lượng khí sản phẩm cấp vào trong khoảng từ 75% Gmax đến 100% Gmax và khả năng thay thế diesel đạt từ 30 – 75%.
Hình 4.18 Hiệu suất của hệ thống động cơ và máy phát phát khi vận hành với lượng khí sản phẩm
và công suất tải điện thay đổi
Quan sát trên hình 4.18 ta thấy với dải công suất tải điện từ 0 – 8 kW thì hiệu suất tăng dần khi công suất điện đầu ra tăng. Nhìn chung là khi thay thế diesel bằng khí sản phẩm càng nhiều thì hiệu suất sẽ càng giảm, nếu thay thế diesel với lưu lượng khí sản phẩm max thì hiệu suất của hệ thống động cơ – máy phát chỉ đạt dưới 15%. Với dải công suất tải điện trên 8 kW nếu ta tăng công suất thì hiệu suất sẽ bị giảm, cá biệt ở trường hợp cấp khi sản phẩm max thì hiệu suất bắt đầu suy giảm từ khoảng trên 7,65 kW công suất tải điện.
Quan sát hình 4.19 một lần nữa cho ta xác định rõ ràng khả năng thay thế diesel bằng khí sản phẩm. Tuy nhiên, qua đồ thị cũng giúp ta thấy (i) với lượng khí sản phẩm cấp càng nhiều thì lượng diesel tiêu hao càng giảm, (ii) tiềm năng thay thế tốt nhất ở dải công suất từ 2 – 8 kW công suất tải điện do ở ngoài dải công suất trên thì khoảng cách giữa các đường bị thu hẹp nhanh chóng chứng tỏ lượng diesel thay thế có xu hướng ít đi.
Kết luận: Từ các đồ thị trên hình 4.17 đến 4.19 cho ta thấy khả năng thay thế diesel của khí
sản phẩm là rất rõ ràng và tỷ lệ thay thế trong khoảng từ 15 – 75% tùy thuộc vào chế độ phụ tải và chế độ cấp khí sản phẩm, nhưng nhìn chung tỷ lệ thay thế diesel tốt nhất trong dải công suất tải điện từ 2 – 7,5 kW và lưu lượng cấp khí sản phẩm hợp lí trong dải bằng từ 75 - 100% Gmax (lưu lượng khí sản phẩm lớn nhất cấp được vào động cơ).
0 5 10 15 20 25 30 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 H iêu suất củ a hệ thốn g Động cơ - m áy phá t ɳ (% )
Công suất tải điện thực tế (kW)
100% DO
Dual fuel với Gmax Dual fuel với 75% Gmax Dual fuel với 50% Gmax Dual fuel với 25% Gmax
106
Hình 4.19 Lượng diesel tiêu hao khi chạy 100% diesel và nhiên liệu kép với lượng khí sản phẩm và (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
công suất tải điện thay đổi b. Đánh giá tác động mội trường
Các chỉ số đánh giá tác động môi trường trong khói thải của đông cơ gồm: CO, CO2, NOx, HC và độ mờ khói (smoke).
Hình 4.20 So sánh lượng phát thải khí CO ứng với chế độ cấp khí sản phẩm và phụ tải thay đổi
Quan sát đồ thị hình 4.20 ta thấy (i) khi thay thế diesel bằng khí sản phẩm càng nhiều thì nồng độ khí CO trong khói thải tăng nhẹ, (ii) ở dải công suất tải điện từ 0 – 7 kW khi tăng lưu lượng khí sản phẩm thì nồng độ khí CO tăng nhẹ (dưới 2% thể tích), (iii) ở dải công suất điện trên 7 – 8 kW nếu tăng lưu lượng khi sản phẩm cấp thì nồng độ khí CO trong khói tăng không đáng kể điều đó chứng tỏ ở dải công suất này việc thay thế diesel
0.00.5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 L ượ ng di es el ti êu hao ( kg/ h)
Công suất tải điện thực tế (kW) 100% Diesel
Dualfuel với Gmax Dualfuel với 75% Gmax Dualfuel với 50% Gmax Dualfuel với 25% Gmax
0.000.50 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 N ồn g độ C O (%V )
Công suất điện đầu ra (kW)
CO ở chế độ Gmax CO ở chế độ 75% Gmax CO ở chế độ 50% Gmax CO ở chế độ 25% Gmax CO ở chế độ 100% Diesel
107
bằng khí sản phẩm gần như không ảnh hưởng gì đến phát thải khí CO. Tuy nhiên, ở dải công suất tải điện trên 8 kW thì việc thay thế diesel bằng khí sản phẩm làm gia tăng mạnh phát thải CO, điều đó chứng tỏ ở điều kiện này khả năng đốt cháy nhiên liệu của động cơ không được tốt do các nguyên nhân sau:
+ Điều kiện nghèo oxy
+ Thể tích nhiên liệu khí sản phẩm quá lớn nên thời gian lưu cháy giảm
Hình 4.21 So sánh lượng phát thải khí CO2 ứng với chế độ cấp khí sản phẩm và phụ tải thay đổi
Quan sát đồ thị hình 4.21 ta thấy (i) khi tăng công suất tải điện thì nồng độ khí CO2 tăng lên, (ii) khi tăng lượng khí sản phẩm thay thế cho diesel thì nồng độ khí CO2 cũng tăng lên. Điều này được lí giải là do khi tăng công suất thì lượng tiêu hao nhiên liệu tăng nên lượng phát thải CO2 tăng. Nhiệt trị của khí sản phẩm thấp hơn diesel nên khi sử dụng khí sản phẩm thay thế cho diesel thì lượng nhiên liệu tiêu hao để tạo ra cùng công suất cũng phải tăng lên do đó lượng phát thải CO2 phải tăng lên. Tuy nhiên, lượng tăng CO2 do sử dụng sinh khối thay cho diesel (nhiên liệu hóa thạch) là điều hoàn toàn chấp nhận được vì sử dụng sinh khối được coi là không phát thải.
Hình 4.22 So sánh lượng phát thải HC ứng với chế độ cấp khí sản phẩm và phụ tải thay đổi
0.002.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 N ồng độ C O2 ( % V )
Công suất điện đầu ra (kW)
CO2 với Gmax CO2 với 75% Gmax CO2 với 50% Gmax CO2 với 25% Gmax CO2 với 100% Diesel
0 50 100 150 200 250 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 N ồng độ HC (ppm H ex)
Công suất điện đầu ra (kW) HC với Gmax
HC với 75% Gmax HC với 50% Gmax HC với 25% Gmax HC với 100% Diesel
108
Từ đồ thị hình 4.22 ta thấy khi chạy với 100% diesel với công suất tải điện thấp từ 0 - 3 kW thì nồng độ HC chỉ cao hơn một chút, tuy nhiên khi tăng công suất lên trên 3 kWe thì nồng độ HC tăng vọt điều đó chứng tỏ nồng độ HC trong khói phụ thuộc rất lớn vào lượng diesel tiêu thụ.
Quan sát hình 4.22 ta thấy khi vận hành ở chế độ nhiên liệu kép thì nồng độ HC được quyết định bởi tỷ lệ thay thế và lượng diesel tiêu thụ thực tế chứ không chỉ phụ thuộc vào chế độ cấp khí sản phẩm, ở dải công suất nhỏ thì nồng độ HC được cải thiện ít, nhưng khi công suất tải điện lớn hơn 2 kW thì nồng độ HC được cải thiện rõ rệt hơn. i) với dải công suất điện dưới 2 kW chế độ cấp khí 50 và 75% Gmax HC cải thiện nhiều hơn vì chế độ cấp khí Gmax và 25% Gmax có thể quá nhiều hoặc quá ít cho điều kiện cháy nên lượng HC cao hơn, ii) với dải công suất lớn mặc dù điều kiện cháy khi có khí sản phẩm kém hơn so với sử dụng 100% diesel nhưng bù lại lượng diesel thực tế giảm đáng kể vì vậy nồng độ HC nhỏ hơn so với chạy ở 100% diesel, và lúc này chỉ có chế độ 25% Gmax là có lượng diesel tiêu thụ thực tế cao nên HC cao. Như vậy nếu sử dụng nhiên liệu khí sản phẩm thay thế cho diesel một cách hợp lí có thể giảm mạnh HC giúp giảm ô nhiễm môi trường.
Độ mờ khói (smoke) là một chỉ tiêu rất quan trọng với động cơ đốt trong, nhìn chung với dải công suất từ 0 – 7 kW khi vận hành nhiên liệu kép thì smoke không thay đổi lớn và giá trị thí nghiệm ghi nhận được trong dải này là nhỏ hơn 25%. Tuy nhiên, với dải công suất trên 7 kW với các trường hợp cấp khí sản phẩm bằng từ 25 – 75% Gmax thì độ tăng smoke hầu như bám sát với trường hợp vận hành với 100% diesel, riêng trường hợp cấp khí sản phẩm bằng Gmax thì khi làm việc ở dải công suất này (trên 7 kW) độ mờ khói (smoke) tăng rất mạnh theo độ dốc của đường đặc tính và độ mờ khói (smoke) nhanh chóng đạt 100% (đen tuyệt đối) ở khoảng 8 kW.
Hình 4.23 So sánh độ mờ khói (smoke) ứng với chế độ cấp khí sản phẩm và phụ tải thay đổi
Điều đó chứng tỏ nếu chỉ xét tiêu chí smoke thì ta có thể vận hành nhiên liệu kép bình thường (tức là từ 0 đến đầy tải) với chế độ cấp khí từ 25 – 75% Gmax, còn với chế độ cấp khí sản phẩm bằng Gmax thì chỉ có thể vận hành trong dải công suất phụ tải điện từ 0 - 7 kW (tức là từ 0 đến khoảng 80% công suất).
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});