Đặc điểm khí sinh học biogas .... Tính toán hi u qu l u tr khí biogas bằng ph ng pháp nén ..... Mô ph ng quá trình nén biogas vƠ tách khí CO2 .... Lý thuy t quá trình cháy hòa tr n tr ớc
Trang 3M C L C
M C L C
DANH M C CÁC Kụ HI U VÀ CH VI T T T
DANH M C CÁC B NG
DANH M C CÁC HÌNH
M Đ U 1
CH NG 1 T NG QUAN V TÌNH HÌNH NGHIÊN C U NG D NG BIOGAS LÀM NHIÊN LI U CHO Đ NG C Đ T TRONG 3
1.1 V n đ năng l ng vƠ môi tr ng 3
1.1.1 Vi n c nh d u m 3
1.1.2 V n đ môi tr ng do s d ng nhiên li u hóa th ch 6
1.2 Các tiêu chuẩn s d ng nhiên li u khí cho đ ng c đ t trong vƠ tính ch t lý hóa c a nhiên li u biogas 8
1.2.1 Nhiên li u khí thiên nhiên vƠ biogas lƠm nhiên li u cho đ ng c đ t trong 8
1.2.2 Đặc điểm khí sinh học biogas 11
1.3 Công ngh x lý t p ch t trong biogas 14
1.3.1 K t qu nghiên c u th c nghi m lo i b H2S 14
1.3.2 K t qu nghiên c u th c nghi m lo i b CO2 15
1.4 Các nghiên c u trong vƠ ngoƠi n ớc v s d ng biogas lƠm nhiên li u cho đ ng c đ t trong 17
1.4.1 Tình hình nghiên c u vƠ ng d ng biogas lƠm nhiên li u cho đ ng c đ t trong trên th giới 17
1.4.2 Tình hình nghiên c u vƠ ng d ng biogas lƠm nhiên li u cho đ ng c đ t trong Vi t Nam 19
1.5 K t lu n 20
CH NG 2 C S Lụ THUY T V S D NG BIOGAS CHO Đ NG C Đ T TRONG ĐÁNH L A C NG B C 22
2.1 Tính toán lý thuy t quá trình nén l u tr khí biogas s ch 22
2.2 Tính toán hi u qu l u tr khí biogas bằng ph ng pháp nén 23
Trang 42.3 Mô ph ng quá trình nén biogas vƠ tách khí CO2 24
2.4 C s lý thuy t đ ng c đ t trong đánh l a c ng b c s d ng biogas 27
2.4.1 Đặc điểm quá trình cung c p vƠ cháy c a h n h p biogas ậ không khí 27
2.4.2 Lý thuy t quá trình cháy hòa tr n tr ớc biogas ậ không khí 30
2.5 H th ng cung c p nhiên li u biogas nén cho xe g n máy hai bánh 31
2.5.1 Các ch ng lo i xe g n máy ch y xăng có thể chuyển sang ch y bằng biogas 31 2.5.2 B n ch t kỹ thu t c a gi i pháp cung c p biogas cho xe g n máy 32
2.5.2.1 Van công su t kiểu chơn không 34
2.5.2.2 Van không t i kiểu chơn không 34
2.5.2.3 Van gia t c kiểu chơn không 35
2.5.3 L p đặt h th ng cung c p biogas trên xe g n máy hai bánh 36
2.6 Xơy d ng mô hình tính toán cho h th ng cung c p biogas nén kiểu van ba ch c năng cho xe g n máy Honda Wave α 110cc 37
2.6.1 Thi t l p các ph ng trình cơn bằng l u l ng cho các dung tích 41
2.6.2 Thi t l p các ph ng trình l u l ng cho các ph n t ti t l u 43
2.6.3 Thi t l p các đi u ki n biên c a h th ng cung c p biogas kiểu van ba ch c năng cho xe g n máy Honda Wave α 110cc 46
2.6.4 H ph ng trình vi phơn t ng quát c a h th ng cung c p biogas nén kiểu van ba ch c năng cho xe g n máy Honda Wave 110cc 51
2.7 Mô ph ng quá trình cung c p nhiên li u biogas cho xe g n máy Honda Wave α 110cc 52
2.7.1 Xác định các thông s ban đ u 52
2.7.2 K t qu mô ph ng quá trình cung c p nhiên li u biogas nén kiểu van ba ch c năng cho đ ng c xe g n máy Honda Wave α 110cc 53
2.8 K t lu n 55
CH NG 3 NGHIÊN C U TH C NGHI M XE G N MÁY S D NG NHIÊN LI U BIOGAS NÉN 56
3.1 S đ b trí th c nghi m vƠ các trang thi t bị 56
Trang 53.1.1 Xe g n máy th nghi m 56
3.1.2 Băng th Chassis Dynamometer 20” 58
3.1.3 H th ng đo áp su t chỉ thị trong bu ng cháy c a đ ng c xe g n máy 59
3.2 Quy trình th nghi m xe g n máy trên băng th 60
3.3 K t qu th c nghi m đo áp su t bu ng cháy trong xylanh 60
3.4 Ch y th nghi m xe g n máy s d ng biogas nén trên đ ng 91
CH NG 4 PHÂN TệCH ĐÁNH GIÁ K T QU 92
4.1 So sánh áp su t chỉ thị trong bu ng cháy đ ng c xe g n máy Honda Wave α 110cc s d ng xăng RON92 vƠ biogas 85% CH4 với cùng đi u ki n v n hƠnh 92
4.2 Di n bi n áp su t chỉ thị trong bu ng cháy đ ng c xe g n máy Honda Wave α 110cc s d ng biogas 85% CH4 các t c đ khác nhau 93
4.3 K t lu n 95
K t lu n vƠ h ớng phát triển c a đ tƠi 96
Trang 6DANH M C CÁC Kụ HI U VÀ CH VI T T T
1 Các ký hi u mẫu t La Tinh :
dh [m] Đ ng kính họng khu ch tán venturi
Dxl [m] Đ ng kính xy lanh đ ng c
Ne [kW] Công su t đ ng c
p [N/m2] Áp su t môi ch t công tác
pxl [N/m2] Áp su t trong xy lanh đ ng c
Qi [m3/s] L u l ng thể tích l u l i trong dung tích Vi
Qij [m3/s] L u l ng thể tích qua ti t l u (S)j
R [J/kg.oK] Hằng s khí
Re [-] Chuẩn s Reynolds
Rf [J/kg.oK] Hằng s khí c a nhiên li u
Si [m2] Di n tích hi u d ng c a ph n t th i
Sj [m2] Di n tích hi u d ng c a ph n t th j
T [oK] Nhi t đ h n h p
2 Các ký hi u mẫu t Hy L p:
λl [-] Tỉ s gi a bán kính quay tr c khuỷu vƠ chi u dƠi
thanh truy n
[m2/s] H s nhớt đ ng học
ω [rad/s] T c đ góc tr c khuỷu đ ng c
[kg/m3] Kh i l ng riêng
Trang 7a [kg/m3] Kh i l ng riêng c a không khí
f [kg/m3] Kh i l ng riêng c a nhiên li u
g [kg/m3] Kh i l ng riêng c a khí
+ [-] H s t n th t c c b t i c a vƠo c a ti t l u
- [-] H s t n th t c c b t i c a ra c a ti t l u
[-] H s t n th t t ng c ng c a ti t l u
3 Các ch vi t t t :
A/F Vi t t t ch Air/Fuel (Tỷ s h n h p không khí/nhiên li u)
CNG Compressed Natural Gas (Khí thiên nhiên nén)
DVGW Deutsche Vereinigung des Gas-und Wasserfaches (Hi p h i khí
vƠ n ớc c a Đ c)
HV Heating Value (Nhi t trị cháy)
LPG Liquefied Petroleum Gas (Khí d u m hóa l ng)
NG Natural Gas (Khí thiên nhiên)
Trang 8DANH M C CÁC B NG
1.1 Phơn b tr l ng nhiên li u hóa th ch trên th giới năm 2006 5 1.2 Công ngh ng d ng biogas vƠ yêu c u x lý 9 1.3 Giá trị các thông s v t lý c b n c a khí thiên nhiên vƠ biogas 10 1.4 ThƠnh ph n các ch t khí có trong biogas 12 1.5 Tính ch t c a biogas theo thƠnh ph n 13 2.1 ThƠnh ph n vƠ đi u ki n c a khí biogas sau khi đ c tách H2S 25 2.2 ThƠnh ph n (% V) s n phẩm biogas vƠ CO2sau quá trình nén tách 26 2.3 L u l ng s n phẩm biogas vƠ CO2 sau quá trình nén tách 27
2.4 Giá trị tỉ l (F/A)lttheo thƠnh ph n CH4 28 2.5 Bi n thiên h s tỷ l t ng đ ng c a h n h p theo t i đ ng c 53
3.1 Thông s kỹ thu t xe Honda wave α 110cc 57 3.2 Quan h gi a áp su t chỉ thị pi trong xy lanh theo t c đ góc tr c
khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: 85% CH4, 100% ga, n
= 3000 vòng/phút)
61
3.3 Quan h gi a áp su t chỉ thị pi trong xy lanh theo t c đ góc tr c
khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: 85% CH4 100% ga, n
= 3620 vòng/phút)
67
3.4 Quan h gi a áp su t chỉ thị pi trong xy lanh theo t c đ góc tr c
khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: 85% CH4 100% ga, n
= 4070 vòng/phút)
73
3.5 Quan h gi a áp su t chỉ thị pi trong xy lanh theo t c đ góc tr c
khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: 85% CH4 100% ga, n
= 5360 vòng/phút)
79
3.6 Quan h gi a áp su t chỉ thị pi trong xy lanh theo t c đ góc tr c
khuỷu c a đ ng c (Đi u ki n thí nghi m: Xăng RON92100%
ga, n = 3000 vòng/phút)
85
Trang 9DANH M C CÁC HÌNH
1.1 Tr l ng d u m còn l i trên th giới (Gigaton) 3 1.2 Bi n thiên l ng d u vƠ khí khám phá vƠ tiêu th 4
1.3 S phơn b tr l ng ga theo khu v c trên th giới 4 1.4 Các khu v c đang khai thác d u khí Vi t Nam vƠ Đông Nam Á 5 1.5 Minh họa v khai thác tƠi nguyên vƠ ô nhi m môi tr ng 7 1.6 Nguy c bị ng p do m c n ớc biển dơng cao khu v c Đông Nam Á 7 1.7 S đ trung hòa carbon c a nhiên li u biogas 11 1.8 S đ mô hình x lý H2S trong biogas b i các v t li u lọc khác nhau 14 1.9 Hi u qu lọc H2S trong biogas bằng nh ng v t li u khác nhau 15 1.10 S đ h th ng lọc biogas bằng tháp n ớc có v t li u đ m 16 1.11 nh h ng c a thƠnh ph n CH4trong biogas đ n tính năng đ ng c 18 2.1 Bi n thiên công su t nén theo áp su t biogas đ u ra
c a khí có thƠnh ph n 60% CH4, 40% CO2
22
2.2 Bi n thiên năng l ng tích lũy trong biogas theo áp su t nén 24 2.3 Hi u qu năng l ng s d ng biogas nén 24 2.4 S đ mô ph ng quá trình nén tách CO2 c a khí biogas 25 2.5 Đ ng c có bu ng cháy phù h p với vi c s d ng nhiên li u khí 32 2.6 C m van chơn không ba ch c năng cung c p nhiên li u biogas
2.7 S đ nguyên lý van công su t kiểu chơn không 34 2.8 S đ nguyên lý van không t i kiểu chơn không 35 2.9 S đ nguyên lý van gia t c kiểu chơn không 36 2.10 Hình nh l p đặt h th ng cung c p biogas nén trên xe g n máy
2.11 S đ t ng thể h th ng cung c p biogas kiểu van chơn không
ba ch c năng cho xe g n máy Honda wave α 110cc 38
2.12 Mô hình tính toán t ng đ ng c a h th ng cung c p biogas
2.13 S đ tính toán cơn bằng l u l ng t i các dung tích Vi 42 2.14 Đ nh c van cung c p biogas theo góc quay tr c khuỷu c a đ ng c 53
Trang 102.15 Quan h gi a tỷ l t ng đ ng h n h p vƠ t i đ ng c c a c m
van chơn không ba ch c năng cung c p biogas nén cho xe g n máy Honda wave 110cc
54
3.1 S đ t ng quát các trang thi t bị trong phòng th nghi m xe máy 56 3.2 Xe g n máy Honda wave α 110cc sau khi l p đặt h th ng cung
c p nhiên li u biogas nén vƠ đ a lên băng th Chassis
Dynamometer 20’’
57
3.3 Đ a xe g n máy lên băng th Chassis Dynamometer 20’’ 58 3.4 S đ b trí thi t bị thí nghi m đo áp su t bu ng cháy c a đ ng c 59 3.5 Ch y th nghi m trên đ ng 91 4.1 Di n bi n áp su t theo góc quay tr c khuỷu c a đ ng c xe g n
4.2 Đ thị công chỉ thị chu trình c a đ ng c xe g n máy Honda
wave α 110cc ng với nhiên li u xăng RON 92 vƠ biogas
85%CH4
92
4.3 Di n bi n áp su t theo góc quay c a tr c khuỷu c a đ ng c xe
g n máy Honda wave α 110cc ng với các t c đ góc c a tr c
khuỷu khác nhau
94
4.4 Đ thị công chỉ thị chu trình c a đ ng c xe g n máy Honda
wave α 110cc th c nghi m 94