Thiết kế chế tạo bộ phụ kiện cung cấp nhiên liệu biogas hydrogen cho động cơ diesel cỡ nhỏ

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHỤ KIỆN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS – HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠDIESEL CỠ NHỎ Học viên: Nguyễn Tuấn Phương Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 85.20.11.6 Khóa: K

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG



NGUYỄN TUẤN PHƯƠNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHỤ KIỆN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS – HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Đà Nẵng - Năm 2020

DUT.LRCC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG



NGUYỄN TUẤN PHƯƠNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHỤ KIỆN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS – HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL CỠ NHỎ

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ MINH ĐỨC

Đà Nẵng - Năm 2020

DUT.LRCC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả được tôi trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Nguyễn Tuấn Phương

DUT.LRCC

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ PHỤ KIỆN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS –

HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠDIESEL CỠ NHỎ Học viên: Nguyễn Tuấn Phương Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số: 85.20.11.6 Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt- Việc nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sạch cho động cơ đốt trong là cần thiết, phù

hợp với xu thế chung hiện nay Đối với động cơ cỡ nhỏ kéo máy phát điện càng có ý nghĩa trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm chi phí năng lượng Biogas nghèo chứa hàm lượng Ch4 thấp nên chất lượng quá trình cháy bị ảnh hưởng khi thay đổi chế độ tải động

cơ Vì vậy, việc bổ sung hydrogen có lợi khi động cơ được cung cấp hỗn hợp nghèo Bộ cung cấp biogas-hydrogen gồm họng ventury và bổ sung vòi cấp hydrogen Chế độ tải của động cơ

và độ đậm đặc của hỗn hợp được xác định thông qua trường tốc độ Dòng khí đi qua bộ tạo hỗn hợp được mô phỏng bằng phần mềm Fluent Kết quả cho thấy mô phỏng dòng chảy qua hệ thống dự báo được sự xáo trộn của dòng chảy qua bộ hòa trộn

Từ khóa – Nhiên liệu tái tạo; Biogas; Hydrogen; Động cơ biogas, hệ số tương đương

MANUFACTURING DESIGN FOR FUEL SUPPLIES BIOGAS - HYDROGEN

FOR SMALL ENGINE DIESEL ENGINE

Abstract – Research and application of clean fuels for internal combustion engines is needed,

consistent with the current general trend The small engines pulling generators, it is more usefull

to reduce environmental pollution and save energy Due to low CH4 content in the poor biogas, the quality of combustion process of biogas engine is seriously affected by changing of engine load regime So, Hydrogen supplementation is beneficial when the engine is provides poor mixtures The compact biogas –hydrogen fuel supply kit includes: mixing throat and additional hydrogen supply hose The Fluid flowing through the mixture is simulated by FLUENT code The load regime and equivalent ratio of mixture are determined via velocity field The results show simulate the fuid flowing though the system to assess the disturbance of flow through the mixer

Key words - Renewable fuels; Biogas; Hydrogen; Biogas engines, equivalent ratio

DUT.LRCC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 CÁC KÝ HIỆU MẪU TỰ LA TINH

ffuel: Thành phần nhiên liệu trong hỗn hợp

fsec: Thành phần nhiên liệu thứ cấp trong hỗn hợp

psec : Giá trị tương đối của thành phần hỗn hợp thứ cấp p_air_in [Pa]: Áp suất dư ở đầu vào không khí

p_biogas_in [Pa]: Áp suất dư ở đầu vào biogas

p_mix_out [pa] : Áp suất dư của hỗn hợp biogas-không khí ở đầu ra bộ tạo hỗn hợp được tính toán

Pi [kW] : Công suất có ích của động cơ

Qbio [kg/s] : Lưu lượng biogas

ρu : Khối lượng riêng của hỗn hợp chưa cháy

λ : Hệ số dư lượng không khí

ηm : Hiệu suất cơ giới

3 CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DUT.LRCC

ASME : American Society of Mechanical Engineer (Hội kĩ sƣ cơ khí Hoa Kỳ) C: Carbon

CNG : Compressed Natural Gas (Khí thiên nhiên nén)

ĐCT: Điểm chết trên

DOE : Department of Energy (Cơ quan/Bộ năng lƣợng)

DME : Dimethyl ether (nhiên liệu lỏng sinh học )

EGR : Exhaust Gas Recirculation (Hệ thống tuần hoàn khí thải)

LPG : Liquefied Petroleum Gas (Khí dầu mỏ hóa lỏng)

MCFC: Molten carbonate fuel cells (Pin nhiên liệu carbonat nóng chảy) MON : Motor Octane Number (Chỉ số octan động cơ)

DUT.LRCC

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

Mở đầu 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG 4

1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ NGUỒN NHIÊN LIỆU THAY THẾ 6

1.3 CÁC LOẠI NĂNG LƯỢNG, ƯU THẾ CỦA NHIÊN LIỆU BIOGAS 7

1.3.1 Các loại năng lượng 7

1.3.1.1 Năng lượng mặt trời 7

1.3.1.2 Năng lượng gió 8

1.3.1.3 Năng lượng địa năng 9

1.3.1.4 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỏ 10

1.3.1.5 Năng lượng hạt nhân 11

1.3.1.6 Nguồn năng lượng khác 11

1.3.2 Ưu thế của nhiên liệu Biogas 13

1.4 TIÊU CHUẨN ĐỐI VỚI KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ 14 1.4.1 Nhiệt trị cháy (Heating Value-HV) 14

1.4.2 Tỷ trọng tiêu chuẩn (Specific Gravity – SG) 14

1.4.3 Chỉ số Wobbe (Wobbe Index) 14

1.4.4 Chỉ số methane (Methane Number) 15

1.5 NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 16

1.5.1 Tính chất của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong 16

1.5.2 Yêu cầu của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong: 17

1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU BIOGAS - HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 18

1.6.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu biogas - hydrogen động cơ diesel trên thế giới 18

1.6.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu biogas - hydrogen động cơ diesel ở Việt Nam 20

1.7 NHẬN XÉT 24

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS – HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 25

DUT.LRCC

2.1 TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA KHÍ HYDROGEN 25

2.2 TÍNH CHẤT LÝ, HOÁ CỦA NHIÊN LIỆU BIOGAS 26

2.2.1 Thành phần chủ yếu của Biogas [3] 26

2.2.2.Tính chất của Biogas 26

2.2.3 Nhiệt trị của Biogas 27

2.3 NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 27

2.3.1 Tính chất của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong 27

2.3.2 Yêu cầu của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong: 28

2.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỖN HỢP CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ DUAL FUEL BIOGAS-DIESEL 29

2.4.1 Ảnh hưởng độ đồng đều của hỗn hợp đến quá trình cháy 29

2.4.2 Lý thuyết quá trình cháy hỗn hợp hòa trộn trước cục bộ 30

2.5 NHẬN XÉT 30

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ CUNG CẤP BIOGAS-HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠ 32

3 1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL EV2600NB 32

3.1.1 Giới thiệu chung 32

3.1.2 Khảo sát các hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ EV2600-NB 33

3.2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 34

3.2.1 Yêu cầu của bộ cung cấp hỗn hợp Biogas-hydrogen cho động cơ 34

3.2.2 Các phương án cấp Biogas cho động cơ EV2600NB 34

3.2.2.1 Phương án a: Phun Biogas-hydrogen trên đường nạp 34

3.2.2.2 Phương án b: Sử dụng bộ hòa trộn, điều khiển van tiết lưu bằng điện tử 35

3.2.2.3 Phương án c: Sử dụng bộ hòa trộn, điều khiển van tiết lưu bằng cơ khí 37

3.2.3 Chọn phương án thiết kế 38

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ 38

3.3.1 Hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ 38

3.3.2 Bộ hòa trộn cung cấp Biogas và bổ sung hydrogen cho động cơ 39

3.3.2.1 Yêu cầu, nhiệm vụ, phân loại bộ hỗn hợp 39

3.3.3 Phương án thiết kế bộ hòa trộn 41

3.3.4 Tính toán bộ hòa trộn 41

3.3.4.1 Sơ đồ tính toán bộ hòa trộn 41

3.3.4.2 Đường kính họng khuếch tán 42

3.3.4.3 Đường kính đường ống cấp Biogas vào họng của bộ hòa trộn 45

3.3.4.4 Các phương án cấp Biogas vào họng khuếch tán của bộ hòa trộn 46

3.3.5 Tính toán van tiết lưu 49

DUT.LRCC

3.3.5.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của van tiết lưu 49

3.3.5.2 Phân loại van tiết lưu 49

3.4 KẾT CẤU BỘ HÒA TRỘN 50

3.5 NHẬN XÉT 51

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY CỦA KHÔNG KHÍ VÀ HỖN HỢP BIOGAS –HYDROGEN VÀO ĐỘNG CƠ 52

4.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 52

4.1.1 Sơ đồ khối của phương pháp mô phỏng 52

4.1.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô phỏng 52

4.1.3 Xây dựng mô hình bộ hỗn hợp trong Ansys® Fluent V16 55

4.1.4 Chia lưới và chọn điều kiện tính toán 56

4.1.4.1 Chia lưới 56

4.1.4.2 Các điều kiện tính toán 57

4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP 58

4.2.1 Phân bố nồng độ các chất và tốc độ dòng chảy qua bộ hòa trộn 58

4.2.2 Ảnh hưởng phương án cấp hydrogen đến hệ số tương đương  64

4.3 NHẬN XÉT 66

KẾT LUẬN 66

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 1

DUT.LRCC

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Minh họa về khai thác tài nguyên và ô nhiễm môi trường [6] 4

Hình 1 2 Nhà máy điện chạy bằng năng lượng mặt trời 8

Hình 1 3 Các tuốc bin gió tại Hàn Quốc, phát điện nhờ sức gió, tận thu một cách gián tiếp năng lượng Mặt Trời 9

Hình 1 4 Khung cảnh bên ngoài một nhà máy điện hạt nhân 11

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ EV2600-NB 34

Hình 3 2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp Biogas-hydrogen bằng vòi phun điều khiển điện tử 34

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp Biogas điều khiển điện tử 36

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp Biogas điều khiển bằng cơ khí 37

Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ 39

Hình 3.6 Các kiểu hòa trộn 40

Hình 3.7 Kết cấu một số kiểu bộ hòa trộn 41

Hình 3.8 Sơ đồ tính toán bộ hòa trộn 42

Hình 3.9 Sơ đồ tính tốc độ không khí qua họng 43

Hình 3 10 Kết cấu bộ hòa trộn có tiết diện cung cấp Biogas là hình vành khăn 47

Hình 3.11 Kết cấu bộ hòa trộn có các lỗ cấp Biogas phân bố đều 48

Hình 3.12 Kết cấu bộ hòa trộn 49

Hình 3 13 Phân loại các loại van 50

Hình 3 14 Kết cấu bộ hòa trộn hình vành khăn 50

Hình 4 1 Sơ đồ khối của phương pháp mô phỏng 52

Hình 4 2 (1) Bổ sung 1 vòi phun hydrogen có đường kính 4mm 56

Hình 4 3 (2) Bổ sung 2 vòi phun hydrogen có đường kính 4mm 56

Hình 4 4 Mô hình chia lưới (a) 1 vòi phun H2 và (b) 2 vòi phun H2 57

Hình 4 5 Phân bố (a) nồng độ CH4 và (b) Oxy trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 5%hydrogen, n=2200 v/p, BG 100% 58

Hình 4 6 Phân bố nồng độ hydrogen trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 5%hydrogen n=2200 v/p, bướm ga 100% 59

DUT.LRCC

Hình 4 7 Phân bố (a) nồng độ CO2 và (b) trường tốc độ dòng chảy trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 5%hydrogen, n=2200 v/p, bướm ga 100% 59 Hình 4 8 Phân bố (a) nồng độ CH4 và (b) nồng độ Oxy trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 5%hydrogen, n=1400 v/p, bướm ga 100% 60 Hình 4 9 Phân bố nồng độ H2 trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 5%hydrogen, n=1400 v/p, bướm ga 100% 60 Hình 4 10 Phân bố trường vận tốc và nồng độ CO2 trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 5%hydrogen, n=1400 v/p, bướm ga 100% 61Hình 4 11 Phân bố (a) nồng độ CH4 và (b) Oxy trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 10%hydrogen, n=1400 v/p, bướm ga 100% 61Hình 4 12 Trường vận tốc (a) và trường tốc độ nồng độ CH4 (b) trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 10%hydrogen, n=1400 v/p, bướm ga 100% 62 Hình 4 13 Trường tốc độ nồng độ H2 trên bộ hòa trộn tại M6C4 bổ sung 10%hydrogen, n=1400 v/p, bướm ga 100% 62Hình 4 14 Phân bố trường vận tốc theo (a) nồng độ CH4 và (b) nồng độ Oxy trên bộ hòa trộn Biogas bổ sung 10%hydrogen, n=2200 v/p, bướm ga 100% 63 Hình 4 15 Phân bố trường vận tốc theo nồng độ CO2 trên bộ hòa trộn Biogas bổ sung 10%hydrogen, n=2200 v/p, bướm ga 100% 63 Hình 4 16 Phân bố trường vận tốc theo nồng độ H2 trên bộ hòa trộn Biogas bổ sung 10%hydrogen, n=2200 v/p, bướm ga 100% 64 Hình 4 17 Ảnh hưởng của phương án cấp hydrogen đến biến thiên hệ số tương đương tại M6C4 bổ sung 10%hydrogen, n=2200 v/p, bướm ga 100% 65

DUT.LRCC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 Các tiêu chí theo bộ tiêu chuẩn DVGW G 260 [32] 15

Bảng 1 2 Một số tính chất của biogas [33] 16

Bảng 2 1 Tính chất vật lý của Hydro [34] 25

Bảng 2 2 Tính chất vật lý khí Biogas [33] 26

Bảng 2 3 Một số tính chất của biogas [33] 27

Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật động cơ EV2600-NB 32

Bảng 3 2 Bảng so sánh các phương án thiết kế 38

Bảng 3 3 Các thông số của bộ hòa trộn phương án 2 47

DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã gây ô nhiễm nặng nề bầu khí quyển CO2, sản phẩm cháy của nhiên liệu hóa thạch là chất khí gây hiệu ứng nhà kính, thủ phạm chính làm tăng nhiệt độ mặt đất dẫn đến tình trạng biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng, đe dọa cuộc sống của nhân loại Mặt khác nguồn nhiên liệu hóa thạch trong lòng đất có giới hạn Sự khai thác cường độ cao trong những thập niên gần đây đã làm cho nguồn năng lượng này cạn kiệt nhanh chóng Sự gia tăng giá dầu mỏ trong thời gian gần đây đã phản ảnh thực trạng này Khả năng tìm thấy nguồn dầu mỏ lớn có thể khai thác thương mại như trong quá khứ hầu như không còn hy vọng

Khí sinh học (biogas) được sản xuất bởi quá trình lên men yếm khí của vật liệu sinh khối, là nhiên liệu khí đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam Biogas đóng vai trò là nhiên liệu thay thế cho cả xăng và diesel truyền thống Chu trình cacbon trong quá trình sản xuất biogas từ nguyên liệu sinh khối và phát thải cacbon từ hoạt động đốt cháy biogas là khép kín với năng lượng sử dụng được mặt trời cung cấp Do đó sử dụng biogas với vai trò là nhiên liệu không làm tăng khí nhà kính cho bầu khí quyển

Biogas là nguồn năng lượng tái tạo có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời nên việc

sử dụng nó không làm tăng nồng độ CO2 trong khí quyển Biogas đã và đang được phát triển mạnh từ các nước đang phát triển đến các nước phát triển Trong lĩnh vực động cơ đốt trong, hiện nay một số quốc gia trên thế giới đã sản xuất và thương mại hóa các động

cơ biogas chuyên dụng Tuy nhiên, các động cơ này thường có giá thành cao hơn rất nhiều so với động cơ sử dụng xăng dầu truyền thống Bên cạnh đó, nhiên liệu biogas sử dụng cho những động cơ này phải thỏa mãn một số điều kiện như thành phần nhiên liệu,

áp suất cung cấp… và chỉ chạy được bằng biogas, không chạy được bằng nhiên liệu lỏng

Mặt khác, những động cơ biogas đơn giản, cỡ nhỏ thì làm việc không tin cậy và không phù hợp với nguồn biogas đa dạng Do những tồn tại trên đây nên động cơ biogas cho đến nay chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Để thỏa mãn nhu cầu đa dạng của việc ứng dụng biogas trên động cơ đốt trong, giải pháp công nghệ chuyển đổi động cơ truyền thống sang sử dụng biogas cần thỏa mãn các điều kiện sau: mang tính vạn năng cao; khi chuyển đổi động cơ sang chạy bằng biogas, bản chất quá trình công tác và kết cấu của các hệ thống động cơ nguyên thủy không thay đổi, nghĩa là khi không chạy bằng biogas, động cơ có thể sử dụng lại xăng/dầu như trước khi chuyển đổi; các bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu cho động cơ sang chạy bằng biogas phải có độ tin cậy cao, dễ lắp đặt, vận hành, giá thành thấp, phù hợp với điều kiện sử dụng ở vùng nông thôn, trang trại

DUT.LRCC

Vì vậy đề tài “Thiết kế chế tạo bộ phụ kiện cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen cho động cơ Diesel cỡ nhỏ” mang nhiều ý nghĩa khoa học lẫn tính thực tiễn cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

Thực hiện nghiên cứu cơ bản về quá hòa trộn và cung cấp nhiên liệu cho động

cơ dual fuel Biogas-Diesel Thiết kế chế tạo bộ phụ kiện cung cấp nhiên liệu hydrogen cho động cơ Diesel cỡ nhỏ Ngoài mục đích giảm thiểu ô nhiễm môi trường, làm phong phú nguồn nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong, luận văn còn hướng tới mục đích sử dụng rộng rãi hơn nguồn nhiên liệu sinh học thay thế này cho động cơ đốt trong một cách hiệu quả

biogas-3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Động cơ diesel cỡ nhỏ 1 xy lanh tên động cơ

- Phạm vi nghiên cứu: Động cơ diesel 1 xilanh lắp trên cụm động cơ máy phát điện, công suất2- 4kW

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết mô hình hóa để xác định các thông số tối ưu của hệ thống thiết kế bổ sung

Nghiên cứu lý thuyết và mô hình hóa: Nghiên cứu dòng chảy rối của hỗn hợp biogas-hydrogen qua bộ phụ kiện cung cấp nhiên liệu để xác lập đường đặc tính bộ tạo hỗn hợp và lựa chọn phương án thiết kế chế tạo nhằm nâng cao tính năng kinh tế-kỹ thuật của động cơ tĩnh tại

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết, mô hình hóa và thực nghiệm, bộ phụ kiện cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen sẽ được dung để nghiên cứu lắp đặt cho động

cơ diesel 1 xilanh lắp trên cụm động cơ-máy phát điện, công suất2-4kW

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung luận án được chia làm 4 chương trình bày các nội dung chính như sau:

DUT.LRCC

Chương 1: Tổng quan

Tình hình ô nhiễm môi trường và sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế; tình hình ứng dụng hỗn hợp nhiên liệu Biogas – Diesel cho động cơ ở Việt Nam và thế giới

Chương 2: Cơ sở lý thuyết sử dụng nhiện Biogas – Hydrogen cho động cơ Diesel Chương 3: Tính toán thiết kế bộ cung cấp Biogas – Hydrogen cho động cơ

So sánh các phương án cung cấp hỗn hợp và Thiết kế, tính toán bộ phụ kiễn cung cấp cho động cơ

Chương 4: Mô phỏng dòng chảy không khí và hỗn hợp Biogas - Hydrogen vào động cơ

Kết luận và hướng phát triển đề tài

DUT.LRCC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG

Trong những thập niên gần đây, sự tăng trưởng kinh tế ở các nước đang phát triển đã kéo theo sự tăng nhanh của các phương tiện giao thông cơ giới Điều đó, đặt ra hàng loạt vấn đề về kinh tế - xã hội, an ninh năng lượng và môi trường đối với các nhà quản lý, các nhà nghiên cứu cũng như các nhà hoạch định chiến lược phát triển kinh tế - xã hội trong lĩnh vực giao thông vận tải Đặc biệt, trong tình hình nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt và sự biến đổi khí hậu trái đất đang trở thành hiểm họa đối với loài người thì vấn đề nêu trên càng trở nên cấp thiết Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn là mục tiêu nghiên cứu của ngành động cơ và ô tô, vừa là động lực cho các công trình nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến năng lượng

và môi trường [1], [4], [5], [6], [25], [62]

Sự khai thác cạn kiệt tài nguyên kèm theo phát thải các chất độc hại vào môi trường làm mất cân bằng sinh thái vốn có trong tự nhiên Điều này đã và đang gây ra những hệ lụy nghiêm trọng đối với cuộc sống của con người Nhiều diễn đàn quốc

tế, nhiều cuộc họp thượng đỉnh đã diễn ra khắp nơi trên thế giới để nêu lên một thông điệp: hãy bảo vệ môi trường trước khi đã quá muộn

Hình 1.1: Minh họa về khai thác tài nguyên và ô nhiễm môi trường [6]

DUT.LRCC

Khí xả từ động cơ đốt trong của phương tiện giao thông cơ giới là nguồn gây ô nhiễm chính đối với bầu khí quyển Người ta ước tính khoảng 80% CO, 60% HC và 40% NOx trong bầu khí quyển hiện nay là do khí thải của phương tiện giao thông cơ giới gây ra [25], [36] Khác với những chất khí ô nhiễm khác, quá trình cháy nhiên liệu hóa thạch chứa cacbon (C) tất yếu sinh ra CO2, nên việc làm giảm nồng độ chất khí này chỉ có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nhiên liệu chứa ít cacbon hoặc giảm suất tiêu hao nhiên liệu, nghĩa là tăng tính kinh tế của động cơ

Chính vì thế, ngay từ những năm 1950, các quốc gia công nghiệp phát triển đã quan tâm đến vấn đề này Nhiều điều luật và tiêu chuẩn về môi trường đặt ra với mức

độ nghiêm ngặt đã được chính phủ các nước này ban hành buộc các nhà sản xuất ô tô,

xe gắn máy phải nghiên cứu phát triển sản phẩm của họ

Theo cơ quan quản lý năng lượng của Hoa Kỳ (DOE - Department of

Energy) sự ô nhiễm không khí ở nước này do các phương tiện giao thông cơ giới

gây ra chiếm hơn 50% (ở các thành phố lớn chiếm hơn 80%) Ô nhiễm không khí không

những gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người mà còn đe dọa nghiêm trọng đến trạng thái cân bằng nhiệt của bầu khí quyển [1], [12], 25], [36]

Trước tình hình nguồn nhiên liệu hóa thạch đang lâm vào khủng hoảng vì cạn kiệt

và vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên ngày một trầm trọng, để giảm nồng độ các chất ô nhiễm từ khí xả động cơ của phương tiện giao thông cơ giới, những xu hướng nghiên cứu chính hiện nay có thể tóm tắt như sau:

- Sử dụng năng lượng điện để chạy ô tô, xe gắn máy: Mức độ giảm ô

nhiễm môi trường do sử dụng năng l ư ợ n g điện để chạy ô tô, xe gắn máy phụ thuộc vào nguồn năng lượng dùng để sản xuất điện năng Nếu sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch để sản xuất điện rồi nạp vào ắc quy để cung cấp cho ô tô, xe gắn máy thì mức

độ gây ô nhiễm nói chung không giảm mà còn tăng [25] Mặt khác, sử dụng năng lượng điện để chạy ô tô, xe gắn máy còn vướng một trở ngại quan trọng là khả năng tích trữ điện năng của ắc quy có giới hạn khiến cho phạm vi hoạt động độc lập của phương tiện

bị rút ngắn Sử dụng năng lượng điện mặt trời để vận hành động cơ là giải pháp lý tưởng Tuy nhiên hiện nay giải pháp này ngoài trở ngại về ắc quy như vừa nêu còn có những hạn chế bởi hiệu suất thu năng lượng của pin mặt trời và không gian bố trí chúng trên phương tiện giao thông cơ giới

- Ứng dụng kỹ thuật mới trên động cơ đốt trong: Áp dụng các tiến bộ mới trong

lĩnh vực điện tử và công nghệ thông tin để điều khiển các quá trình làm việc của động

cơ đã làm nâng c a o đáng kể tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ đốt trong Các hệ thống mới trên động cơ hiện đại như hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, hệ thống tuần hoàn khí thải (Exhaust Gas Recirculation - EGR), đã cho phép tối ưu hóa quá trình công tác của động cơ dẫn đến làm giảm mức độ phát sinh khí thải gây ô nhiễm

DUT.LRCC

[4], [25], [26] Thêm vào đó, các kỹ thuật tạo hỗn hợp như phun xăng trực tiếp trong buồng cháy, tạo hỗn hợp phân lớp, cho phép động cơ xăng làm việc với hỗn hợp nghèo dẫn đến làm tăng hiệu suất và giảm ô nhiễm [22], [26] Về kỹ thuật xử lý khí thải trên đường xả, lọc bồ hóng và ống xả lắp bộ xúc tác ba chức năng được xem là biện pháp hữu hiệu nhằm tiếp tục loại trừ những chất ô nhiễm còn lại trong khí xả

- Sử dụng các loại nhiên liệu “sạch” ít gây ô nhiễm và có thể tái tạo: Trong

trường hợp này, các n h à khoa học quan tâm nhiều đến các loại nhiên liệu thể khí như khí hydro, khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (NG), đặc biệt là nhiên liệu tái tạo khí sinh học biogas [25], [36] Sử dụng các loại nhiên liệu sạch góp phần đa dạng hóa nguồn nhiên liệu cho các phương tiện giao thông cơ giới và giảm ô nhiễm môi trường

1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ NGUỒN NHIÊN LIỆU THAY THẾ

Từ những năm 1849-1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy ra dầu hoả, còn xăng l à thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hoả thì chưa hề được sử dụng đến

và phải đem đổ đi một nơi thật xa Lúc đó con người tạo ra dầu hoả với mục đích thắp sáng hoặc đun nấu đơn thuần Nhưng với sự tiến hoá của khoa học và kỹ thuật, từ việc

sử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, con người đã tìm cách

để sử dụng xăng và dầu cho động cơ đốt trong, là loại động cơ nhỏ gọn hơn nhưng có hiệu quả cao hơn Cùng với những khám phá khoa học vĩ đại khác, sự phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng xăng và dầu Diesel đã thúc đẩy xã hội loài người đạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộc sống ấm no, hạnh phúc và văn minh cho loài người Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sự không ai có thể phủ nhận được

Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như là chiếm ưu thế hoàn toàn Do vậy,

mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốn chiếm ưu thế và chủ động về nguồn dầu

mỏ Cuộc khủng hoảng năng lượng vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược của dầu mỏ đối với các quốc gia và cho toàn thế giới Nhưng theo dự đoán của các nhà khoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại của trái đất chỉ đủ cho con người khai thác trong vòng không quá 40 năm nữa[1] Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ cho động cơ đốt trong giải phóng ra các chất thải khí làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng Ôzôn, gây hiệu ứng nhà kính, gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khoẻ con người[1] Do đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiên liệu thay thế Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyền thống như xăng, dầu Diesel, bằng các loại nhiên liệu mới “sạch”, nhiên liệu tái sinh cho các loại động cơ như năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hoá lỏng, năng lượng điện, khí sinh vật Biogas, năng lượng thuỷ điện, năng lượng từ các loại dầu thực

DUT.LRCC

vật như dầu ô lưu, dầu vừng, dầu dừa, dầu từ mỡ các loại sinh vật như dầu từ mỡ cá basa, cá tra Việc chuyển dần sang sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống trở

thành chiến lược trong chính sách năng lượng của nhiều quốc gia

1.3 CÁC LOẠI NĂNG LƯỢNG, ƯU THẾ CỦA NHIÊN LIỆU BIOGAS

1.3.1 Các loại năng lượng

1.3.1.1 Năng lượng mặt trời

Năng lượng Mặt Trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời, cộng với một phần nhỏ năng lượng của các hạt hạ nguyên tử khác phóng ra từ ngôi sao này Dòng năng lượng này sẽ tiếp tục phát ra cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa Năng lượng bức xạ điện từ của Mặt Trời tập trung tại vùng quang phổ nhìn thấy Mỗi giây trôi qua, Mặt Trời giải phóng ra không gian xung quanh 3,827×1026 joule

Đối với cuộc sống của loài người, năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng tái tạo quý báu Có thể trực tiếp thu lấy năng lượng này thông qua hiệu ứng quang điện, chuyển năng lượng các photon của Mặt Trời thành điện năng, như trong pin Mặt Trời Năng lượng của các photon cũng có thể được hấp thụ để làm nóng các vật thể, tức là chuyển thành nhiệt năng, sử dụng cho bình đun nước Mặt Trời, hoặc làm sôi nước trong các máy nhiệt điện của tháp Mặt Trời, hoặc vận động các hệ thống nhiệt như máy điều hòa Mặt Trời

Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa Một phản ứng quang hóa tự nhiên là quá trình quang hợp Quá trình này được cho là đã từng dự trữ năng lượng

Mặt Trời vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch không tái sinh mà các nền công nghiệp của thế kỷ 19 đến 21 đã và đang tận dụng Nó cũng là quá trình cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sinh học tự nhiên, cho sức kéo gia súc và củi đốt, những nguồn năng lượng sinh học tái tạo truyền thống Trong tương lai, quá trình này có thể giúp tạo

ra nguồn năng lượng tái tạo ở nhiên liệu sinh học, như các nhiên liệu lỏng (diesel sinh học, nhiên liệu từ dầu thực vật), khí (khí đốt sinh học) hay rắn

DUT.LRCC

Hình 1 2 Nhà máy điện chạy bằng năng lượng mặt trời

Năng lượng Mặt Trời cũng được hấp thụ bởi thủy quyển Trái Đất và khí quyển Trái Đất để sinh ra các hiện tượng khí tượng học chứa các dạng dự trữ năng lượng có thể khai thác được Trái Đất, trong mô hình năng lượng này, gần giống bình đun nước của những động cơ nhiệt đầu tiên, chuyển hóa nhiệt năng hấp thụ từ photon của Mặt Trời, thành động năng của các dòng chảy của nước, hơi nước và không khí, và thay đổi tính chất hóa học và vật lý của các dòng chảy này

Hiện nay ở các trại chăn nuôi dùng năng lượng mặt trời với mục đích chủ yếu là sấy thức ăn cho vật nuôi Muốn sử dụng rộng rãi năng lượng mặt trời cho nhiều mục đích khác nhau như các hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời, điều hoà không khí

và cung cấp nước nóng ở mức độ cao, pin mặt trời thì đòi hỏi trước hết phải giải quyết những vấn đề kỹ thuật cơ bản, công nghệ chế tạo cũng như khả năng ứng dụng thực tế của chúng Ở nước ta việc ứng dụng khả thi của năng lượng mặt trời là vào việc nấu nước nóng và sấy gỗ Có thể nói là khả thi vì công nghệ tương đối đơn giản, quá trình chế tạo dễ dàng và giá thành thì tương đối phù hợp với kinh tế Việt Nam

1.3.1.2 Năng lượng gió

Năng lượng gió được con người sử dụng hàng trăm năm nay Con người đã sử dụng năng lượng gió để duy chuyển thuyền buồm hay kinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo ra công cơ học nhờ các cối xoay gió

Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh

ra điện và máy phát điện Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện Khi bộ môn có học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn Ngày nay người ta gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối xay gió không còn phù hợp nữa vì

DUT.LRCC

chúng không còn có thiết bị nghiền Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gió hiện đại

Hình 1 3 Các tuốc bin gió tại Hàn Quốc, phát điện nhờ sức gió, tận thu một cách gián

tiếp năng lượng Mặt Trời

Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ

có thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng liên tục Tại Châu Âu, các tuốc bin gió được nối mạng toàn châu Âu, nhờ vào đó

mà việc sản xuất điện có thể được điều hòa một phần Một khả năng khác là sử dụng các nhà máy phát điện có bơm trữ để bơm nước vào các bồn chứa ở trên cao và dùng nước

để vận hành tuốc bin khi không đủ gió Xây dựng các nhà máy điện có bơm trữ này là một tác động lớn vào thiên nhiên vì phải xây chúng trên các đỉnh núi cao Mặt khác vì

có ánh sáng Mặt Trời nên gió thổi vào ban ngày thường mạnh hơn vào đêm và vì vậy

mà thích ứng một cách tự nhiên với nhu cầu năng lượng nhiều hơn vào ban ngày Công suất dự trữ phụ thuộc vào độ chính xác của dự báo gió, khả năng điều chỉnh của mạng lưới và nhu cầu dùng điện Nếu cộng tất cả các chi phí bên ngoài (kể cả các tác hại đến môi trường thí dụ như vì thải các chất độc hại) thì năng lượng gió bên cạnh sức nước là một trong những nguồn năng lượng rẻ tiền nhất

Đây là một loại năng lượng sạch chi phí để thu năng lượng khá thấp nhưng đòi hỏi phải phù hợp với điều kiện địa lý ở từng vùng Ở các nước khác việc sử dụng loại năng lượng này khá phổ biến Đặc biệt ở các vùng hải đảo

1.3.1.3 Năng lượng địa năng

Một báo cáo mới đây của Viện công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết, câu trả lời cho cuộc khủng hoảng năng lượng của Mỹ lại nằm sâu trong lòng đất Công trình

DUT.LRCC

nghiên cứu trong 2 năm này cho thấy rằng nếu đầu tư hợp lý vào nghiên cứu địa năng thì có thể khai thác được nguồn năng lượng đủ để cung cấp cho 25 triệu hộ gia đình Để thu được nhiệt năng của Trái đất, người ta phải khoan sâu vào lòng đất thu lấy hơi nóng

từ các nguồn phóng xạ, các luồng hơi nóng từ tâm Trái đất và lớp vỏ ngoài Từ những năm 70 Mĩ đã nhận thấy đây là cách giúp họ thoát khỏi tình trạng phải phụ thuộc vào nguồn năng lượng nhập khẩu Tuy nhiên cho đến nay ngành công nghiệp non trẻ này mới chỉ cung cấp ít hơn 1% nhu cầu năng lượng của nước Mỹ Một phần là do ngay cả chi phí cho cách đơn giản nhất để khai thác nhiệt năng, đó là tập trung thẳng vào các mạch, các nguồn như suối nước nóng hay núi lửa, cũng là rất tốn kém

Theo nghiên cứu của MIT vẫn còn một cách hiệu quả hơn, là tập trung khai thác các nguồn nhiệt năng nằm sâu hơn trong lòng đất Công trình nghiên cứu này được Bộ năng lượng Mĩ (DOE) tài trợ đã giới thiệu một công nghệ mới là chuyển hóa nhiệt năng Bằng cách này lưu chất (khí hay chất lỏng) được bơm lên theo mạch đá granite sâu 1.500 mét (dưới bề mặt Trái đất), và sinh ra chất lỏng, ẩm để rồi hơi nóng từ chất lỏng

đó được dùng để vận hành các tuốcbin Mặc dù còn gặp những trở ngại về kĩ thuật như vấn đề hơi nóng có nhiệt độ quá thấp không đủ để chuyển hóa thành điện, nhưng một dự án khoan phá ở Soultz, Pháp, đã thành công ngoài sự mong đợi trong việc tái tạo năng lượng hơi nước bằng việc áp dụng những quan niệm mới, phương pháp khoan

ít tốn kém và cách tận dụng hữu hiệu lưu chất (khí hoặc chất lỏng) được giữ ở áp suất thông thường của khí quyển Công trình nghiên cứu của MIT kêu gọi mức đầu tư 20 triệu USD/năm trong vòng 15 năm để tiếp tục nghiên cứu việc khai thác địa năng Nhóm nghiên cứu cho rằng họ không tìm thấy trong tương lai, kĩ thuật khai thác này có khó khăn hay hạn chế đáng kể nào Theo bản báo cáo, khoản đầu tư tương đối của DOE có thể sẽ hỗ trợ được rất nhiều trong nghiên cứu phát triển kĩ thuật khai thác, xây dựng các nhà máy, hay thậm chí sử dụng CO2 để thu hơi nóng từ lòng đất

Năm ngoái, DOE đã yêu cầu Quốc hội Mĩ lưu ý vào việc nghiên cứu phát triển địa năng, năng lượng mặt trời và nhiên liệu sinh học

1.3.1.4 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỏ

Thuỷ điện hiện nay là nguồn năng lượng chính của nước ta, nhà nước ta đã chủ trương xây dựng các nhà máy thuỷ điện với công suất rất lớn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như trong đời sống sinh hoát của người dân Với mật độ về thuỷ điện cao nhất thế giới, nước ta có rất nhiều lợi thế để xây dựng các nhà máy thuỷ điện, mặc dù vậy thuỷ điện là nguồn năng lượng đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn, để xây dựng một nhà máy thuỷ điện phải mất một thời gian khá dài khối lượng công việc khảo sát, thăm giò rất lớn, phá hoại đất đai, làm biến đổi trầm tích Thuỷ điện làm mất đi một diện tích đất canh tác rất lớn, ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước, phá rừng, biến động thời tiết, làm cản trở giao thông vận tải thuỷ bộ có khi còn ảnh

DUT.LRCC

hưởng đến việc di dân

Chính vì vậy để giảm bớt các yếu điểm trên mà vẫn tận dụng có hiệu quả và thực tế nguồn năng lượng thuỷ năng ta nên tiến hành xây dựng những nhà máy thuỷ điện vừa

và nhỏ, huy động nguồn vốn địa phương phối hợp với sự hỗ trỡ của TW

Tuy nhiên việc xây dựng và sử dụng năng lượng từ thuỷ điện nhỏ đối với một trại chăn nuôi là không khả thi vì cần một nguồn vốn đầu tư lớn và sự hổ trợ kỹ thuật

để vận hành

1.3.1.5 Năng lượng hạt nhân

Nhà máy điện nguyên tử đầu tiên đi vào hoạt động năm 1954 tại Liên Xô, sau đó các nước ở châu Âu, châu Mỹ và một số nước ở châu Á đã lần lượt xây dựng và khai thác các nhà máy điện nguyên tử Dự đoán đến năm 2020 nguồn năng lượng hạt nhân sẽ chiếm 60-65% tổng công suất điện năng trên thế giới

Hình 1 4 Khung cảnh bên ngoài một nhà máy điện hạt nhân

Việc sử dụng điện hạt nhân tránh được các dạng ô nhiễm thồng thường, tại các nhà máy nhiệt điện nhưng lại là nguồn gây nguy hiểm lớn về môi trường do các chât thải phóng

xạ

1.3.1.6 Nguồn năng lượng khác

a Năng lượng từ khí sinh học (Biogas)

Việc sản xuất, sử dụng khí cần vốn đầu tư ít do tận dụng được nguồn có sẵn từ trại chăn nuôi là chất thải hửu cơ của vật nuôi Ưu điểm của nguồn năng lượng này là việc nó thay thế được các nguồn năng lượng khác nhau như: Than, củi, điện, nhiên liệu

DUT.LRCC

khí hoá lỏng và dẩu Sau khi phân động vật được phân huỷ thì nó cho chất lưỡng hữu

cơ giàu chất dinh dưỡng và không có mùi được sử dụng để cải thiện đất nông nghiệp tốt hơn phân bón tươi Bên cạnh đó ngăn ngừa nạn chặt phá rừng bảo vệ môi trường Chính vì vậy hiện nay, Biogas được sử dụng rộng rãi từ các trang trại nhỏ đến các trang trại lớn

Để lắp đặt một hầm Biogas củng khá đơn giản không đòi hỏi kỹ thuật cao và chi phí lắp đặt thấp vì vậy rất nhiều các hộ gia đình chăn nuôi nhỏ và các trại chăn nuôi sử dụng Biogas cho các nhu cầu đun nấu, thắp sáng

b Nhiên liệu hóa lỏng LPG

LPG là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô, nhiên liệu khí hóa lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khí thiên nhiên Chúng thường có trong phần còn lại(cặn) của quá trình chưng cất dầu hỏa, được hóa lỏng ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển và ở nhiệt độ môi trường chúng thường là ở trạng thái khí Về mặt lý thuyết LPG chữa 50% propan và 50% butan

Ô tô sử dụng LPG ít gây ô nhiễm môi trường nhờ giảm một lượng lớn cát chất độc hại như HC, CO2, NOx, CO Lượng khí độc của động cơ chỉ bằng 10% đến 20%

so với lượng khí độc thải ra do động cơ chạy bằng xăng và Diesel Do LPG có các đặc tính kĩ thuật như tính chống kích nổ cao, không có chì nên sản phẩm không có muội than không có hiện tượng đóng màng của động cơ, ít gây mòn xilanh, piston, segment

và các chi tiết kim loại khác trong động cơ Trữ lượng khí thiên nhiên trên thế giới để sản xuất ra LPG rất lớn, chi phí sản xuất ra LPG thấp và LPG có tính kinh tế nhiên liệu cao hơn so với nhiên liệu truyền thống

c Nhiên liệu có nguồn gốc tư sinh khối Biofuel

Nhiên liệu có nguồn gốc sinh khối sử dụng làm nhiên liệu trên động cơ ô tô chủ yếu là dầu thực vật và Biodiesel Dầu thực vật là loại dầu được chiết suât từ các hạt các loại củ của cây chữa dầu với chiết xuất lớn như đậu phông, đậu nành, dầu cải, hướng dương, hạt dừa, hạt cọ Biodiesel là những mono ankylester, nó là sản phẩm của quá trình ester hóa của các Axit hữu cơ có nhiều trong dầu mỡ động thực vật Dưới tác dụng của chất xúc tác được dầu thực vật + mêthanol hoặc enthanol cho sản phẩm là ester + glycerine + axit béo, các ester chính là Biodiesel Thông thường biodiesel thường được

sử dụng ơ dạng nguyên chất hoặc ở dạng hỗn hợp với dầu diesel Ví dụ B20 là hỗn hợp gồm 20% biodesel và 80% dầu diesel có nguồn gốc dầu mỏ

Dầu thực vật và biodesel được sử dụng trên động cơ Diesel Đối với dầu thực vật chỉ sử dụng trên động cơ có Buồng cháy phân cách, với biodesel được sử dụng trên buồng cháy phân cánh và buồng cháy gián tiếp, đây chính là ưu điển nổi bật của biodesel Dầu thực vật và biodesl là loại nhiên liệu có chữa nhiều ôxy nên có thể cháy

DUT.LRCC

với dư lượng không khí bé mà vẫn cháy hoàn toàn do đó it thải ra các chất gây ô nhiễm môi trường Do có độ nhớt cao hơn dầu diesel nên khi sử dụng dầu thực vật và biodesel thường sấy nóng nhiên liệu hay pha loang với dầu diesel, việc pha loãng này còn sử dụng với mục đích là tăng hệ số cetan khi sử dụng trên động cơ diesel

d Hydro nguồn năng lượng trong tương lai

Hydro nguồn năng lượng an toàn, thân thiện với môi trường Vì trong thành phần hóa hoc của Hydro chỉ chữa các nguyên tố như cacbon (C), lưu huỳnh (S), nitơ (N) nên khi cháy sản vật cháy chỉ là H2O do đó Hydro là một nguồn nhiên liệu sạch lý tưởng

Hydro được sản xuất từ nước và năng lượng mặt trời Vì vậy hydro thu được hay còn gọi là hydro từ năng lượng mặt trời(solar hydrogen) Nước và ánh nắng mặt trời có

vô tận trên khăp hành tinh Năng lượng mặt trời được thiên nhiên ban cho hào phóng

và vinh hằng khoảng 3*1024 J/ngày, tức khoảng bằng 104 lần năng lượng thế giới tiêu thụ hằng năm Vì vậy hydro là nguồn năng lượng mặt trời là nguồn nhiên liệu vô tận,

sử dụng từ thế kỷ này qua thế kỷ khác bảo đảm an toàn năng lượng cho loài người mà không sợ cạn kiệt, không thể có bảo đảm năng lượng cho mỗi quốc gia, không có quốc gia nào có quyền tranh giàng năng lương hydro như đã tưng tranh giành năng lượng hóa thạch(cũng vì nguồn dầu mỏ ở các nước trung đông đã xẩy ra cuộc chiến tranh vùng vịnh năm 1991)

Để ta thu được năng lượng hydro có hai phương pháp sản xuất sau Điện phân nước thông qua các pin mặt trời và phương pháp quang điện hóa phân rã nước nhờ năng lượng của ánh nắng mặt trời với sự có mặt của chất xúc tác quang, cả hai phương pháp đều có phương trình phẩn ứng xẩy ra như sau:

H2O  H2+1/2O2

1.3.2 Ưu thế của nhiên liệu Biogas

Ngoại trừ năng lượng thuỷ điện và năng lượng hạt nhân, phần lớn năng lượng trên thế giới đều tiêu tốn nguồn dầu mỏ, than đá và khí tự nhiên Tất cả các nguồn này đều có hạn và với tốc độ sử dụng chúng như hiện nay thì sẽ bị cạn kiệt Hoàn toàn vào cuối thế kỷ 21 Sự cạn kiệt của nguồn dầu mỏ thế giới và sự quan tâm về môi trường ngày càng tăng đã dẫn đến sự nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng có nguồn gốc dầu mỏ Biogas là một sự thay thế đầy tiềm năng cho nhiên liệu chính là dầu mỏ, đang săp cạn kiệt trong vòng khoảng 30-40 năm nữa Dựa vào những tính chất tương tự và những ưu điểm vượt trội của nó

Một số ưu điểm của nhiên liệu Biogas

- Đối với môi trường

+ Giảm lượng khí phát thải CO2, do đó giảm được lượng khí thải là nguyên nhân chính

DUT.LRCC

gây ra hiệu ứng nhà kính, tránh được các thảm họa về môi trường

+ Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến 0,2% trong dầu Diesel)

+ Không chứa HC thơm nên không gây ung thư

+ Khí thiên nhiên Biogas không chữa chì gây tác hại đến sức khỏe con người, gây ô nhiễm môi trường không khí

+ Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân huỷ

từ 85 - 88% trong nước sau 28 ngày)

+ Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất

- Đối với kinh tế

+ Sử dụng nhiên liệu Biogas ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông nghiệp như thúc đẩy phát triển chăn nuôi trang trại, tận dụng các nguồn rác thải sẵn có

+ Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp va tăng thu nhập ở vùng miền nông thôn

1.4 TIÊU CHUẨN ĐỐI VỚI KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ

1.4.1 Nhiệt trị cháy (Heating Value-HV)

Theo tiêu chuẩn ISO 6976 có thể xác định nhiệt trị cháy của nhiên liệu khí dựa trên thành phần hỗn hợp nhiên liệu khí và các giá trị nhiệt trị cháy tương ứng của các khí thành phần trong hỗn hợp Giá trị nhiệt trị cháy của các khí tiêu biểu có mặt trong nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí tổng hợp, biogas, ) được cho chi tiết trong tiêu chuẩn này

1.4.2 Tỷ trọng tiêu chuẩn (Specific Gravity – SG)

Tỷ trọng tiêu chuẩn của khí là tỷ lệ giữa khối lượng riêng của khí và khối lượng riêng của không khí khô xác định tại cùng nhiệt độ và áp suất được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ISO 6976 Trong điều kiện áp suất tiêu chuẩn (101,325kPa) có thể xem cả khí nhiên liệu và không khí như khí lý tưởng, công thức xác định tỷ trọng khí được đơn giản hóa như sau:

a

gM

M

d

1.4.3 Chỉ số Wobbe (Wobbe Index)

Chỉ số Wobbe (WI) là thông số quan trọng của khí thiên nhiên và các nhiên liệu khí thay thế khác Đây là giá trị được quy định trong các bộ tiêu chuẩn cung cấp nhiên

DUT.LRCC

liệu khí, làm khí đốt hay làm nhiên liệu trong lĩnh vực giao thông vận tải Chỉ số Wobbe được sử dụng để so sánh nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cháy của những nhiên liệu khí có thành phần khác nhau Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình cháy của nhiên liệu khí tỷ lệ tuyến tính với chỉ số Wobbe Nếu hai loại nhiên liệu có cùng giá trị chỉ số Wobbe thì các thông số cài đặt liên quan đến áp suất tại van cấp khí và năng lượng đầu

ra sẽ giống hệt nhau Chỉ số Wobbe là một yếu tố quan trọng để giảm thiểu tác động của biến nhiễu trong quá trình cung cấp khí và do đó được sử dụng như một tiêu chuẩn để tăng hiệu quả của các thiết bị sử dụng khí như đầu đốt, tuabin khí hay động cơ,…

Chỉ số Wobbe được xác định thông qua giá trị nhiệt trị cháy HV và tỷ trọng tiêu chuẩn của nhiên liệu khí d:

Bảng 1 1 Các tiêu chí theo bộ tiêu chuẩn DVGW G 260 [32]

Tiêu chuẩn Ký hiệu Đơn vị Nhóm L Nhóm H Ghi chú

sai lệch Nhiệt trị cháy HV

kWh/m3

MJ/m3

8,4 – 13,1 30,2 – 47,2

Cho phép sai lệch

Chỉ số Wobbe WI kWh/m

3

MJ/m3

10,5 – 13,0 37,8 – 46,8

12,8 – 15,7 46,1 – 56,5

Quy định nghiêm ngặt

1.4.4 Chỉ số methane (Methane Number)

Chỉ số methane cho biết khả năng chống kích nổ của nhiên liệu khí khi sử dụng trong động cơ đốt trong, tương tự như chỉ số octane (ON) của xăng Thang đo của chỉ số octane không phù hợp với khí thiên nhiên khi mà giá trị đặc trưng của chỉ số octan của khí thiên nhiên thường nằm trong khoảng 115-130 và giá trị chỉ số octane của methane là 140

DUT.LRCC

Để thể hiện đặc thù về khả năng chống kích nổ của các loại nhiên liệu khí, người

ta đưa ra khái niệm mới là chỉ số methane (MN) Chỉ số này được tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO đề xuất và phát triển Theo tiêu chuẩn này, khả năng chống kích nổ của nhiên liệu khí được xác định dựa vào hỗn hợp quy chiếu là methane tinh khiết (MN=100) và hydro (MN=0) Nếu trong thành phần nhiên liệu khí có lẫn nhiều hydrocarbon nặng thì khả năng chống kích nổ hay chỉ số methane (MN) sẽ giảm Với nhiên liệu khí có chứa thành phần CO2, khí có khả năng chống kích nổ cao thì chỉ số methane của loại nhiên liệu khí này sẽ tăng Biogas chứa một lượng lớn khí CO2, do vậy trong quá trình lọc loại

bỏ khí CO2 cần lưu ý đến khả năng chống kích nổ phù hợp với động cơ sử dụng

Quan hệ giữa chỉ số octane động cơ (MON) và chỉ số Methane (MN) của nhiên liệu khí có thể được biểu diễn bởi công thức sau:

Với x là thành phần mol của các khí thành phần tương ứng có trong hỗn hợp

Theo tiêu chuẩn châu Âu, giá trị của chỉ số methane đối với nhiên liệu khí phải nằm trong khoảng 70 -100 Phụ lục 1 thể hiện tiêu chuẩn biogas qui định ở một số nước phát triển ở châu Âu

1.5 NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.5.1 Tính chất của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong

Tính chất vật lý và hoá học của Biogas có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn công nghệ sử dụng cho việc xử lý và đốt cháy Biogas Thành phần chính của Biogas là CH4

và CO2 Các tính chất vật lý liên quan đến chúng và sẽ được liệt kê sau đây:

Bảng 1 2 Một số tính chất của biogas [33]

Các tính chất vật lý Methane (CH 4 ) Carbon Dioxide (CO 2 )

Điểm đông (1at) -164,8 0C -38,83 0C

DUT.LRCC

Khối lượng riêng 0,66 kg/m3 1,82 kg/m3

Nhiệt độ nguy hiểm 64,44 0C 48,89 0C

Nhiệt dung Cp (1at) 6,962.10-4 J/ kg-0C 2,643.10-4 J/ kg-0C

* Nhiệt trị của nhiên liệu:

Giá trị nhiệt cao của methane, chất cháy cơ bản trong Biogas, là 1012 Btu/ft3 (37,71.103KJ/m3) Giá trị nhiệt thấp được định nghĩa bằng giá trị nhiệt cao trừ đi năng lượng cần thiết để làm bay hơi nước trong nhiên liệu và sản phẩm cháy Đối với methane giá trị nhiệt thấp là 912 Btu/ft3(33,98.103KJ)

* Các chất cơ bản trong Biogas:

Ngoài hai thành phần chính là CH4 và CO2 còn có các tạp chất cơ bản dạng khí

có mặt trong Biogas được liệt kê dưới đây:

1.5.2 Yêu cầu của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong:

Vấn đề đáng quan tâm và cần được nghiên cứu tiếp là làm sao có thể nâng cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải động gây ra Ta biết

DUT.LRCC

rằng trong Biogas có một lượng đáng kể hydrogen sulfide H2S (khoảng 10.000ppm thậm chí sau khi qua các thiết bị xử lý vẫn còn khoảng 200-400ppm H2S) là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí Khi Biogas được sử dụng làm nhiên liệu, khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết của động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc cho con người (TCVN cho phép là 0,3mg/m3) Vì thế, hoàn thiện quá trình cháy trong động

cơ sử dụng nhiên liệu Biogas là vấn đề đặt ra để có thể vừa kéo dài tuổi thọ động cơ vừa giảm thiểu ô nhiễm trong khí thải động cơ Hàm lượng của các chất này không được vượt quá mức cho phép

Mặc dù không phải là chất chiếm nhiều trong Biogas như carbon dioxide, nhưng hơi nước có thể có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng của quá trình cháy Biogas Dù hàm lượng nhỏ nhưng hơi nước đã ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas Ngoài ra nó làm tăng nguy

cơ ăn mòn thiết bị, do đó cần thiết phải giảm lượng hơi nước có trong Biogas Phụ thuộc vào nhiệt độ thông thường Biogas lấy ngay từ hầm phân huỷ có hàm lượng ẩm khoảng

50 mg/l, gần với nồng độ bão hoà

1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU BIOGAS

- HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

1.6.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu biogas - hydrogen động cơ diesel trên thế giới

Đứng trước nguy cơ dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, loài người đang đi tìm các giải pháp năng lượng thay thế

Theo các nhà khoa học, hiện có một số giải pháp khả dĩ Trước hết đó là giải pháp sử dụng khí thiên nhiên Mặc dù trữ lượng khí thiên nhiên hiện nay lớn hơn trữ lượng dầu mỏ, nhưng theo tính toán thì cũng chỉ đủ cho loài người dùng trên dưới 100 năm Than đá cũng là nguồn nguyên liệu, nhưng kết quả thấp và gây ô nhiễm mạnh Năng lượng nguyên tử cũng là phương án tốt nhưng không phải nước nào cũng có được khả năng đó, nó cũng khá mạo hiểm để có thể áp dụng ở tất cả các nước Một phương

án khác đang được các nhà nghiên cứu phát triển là năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng thủy điện là những năng lượng có khả năng phục hồi nhưng hiện nay

tỷ phần của nguồn năng lượng này trong nền công nghiệp thế giới chỉ mới vào khoảng vài phần trăm

Do đó mà các nước trên thế giới, các nhà khoa học vẫn không ngừng tìm kiếm

và phát minh ra những nguồn năng lượng thay thế mới

1 Premkartikkumar SR*, Annamalai K, Pradeepkumar A.R, Hiệu quả của việc oxygen giàu hydrogen - khí HHO được đưa vào trong động cơ diesel DI để đánh giá hiệu suất, khí thải và đặc điểm của quá trình cháy, Department of Automobile Engineering, MIT Campus, Anna University, Chennai, India [11]

DUT.LRCC

Ngày nay, nhiều nghiên cứu tập trung vào việc bảo vệ môi trường Các điều tra hiện nay quan tâm đến hiệu quả của oxy giàu khí hydro - HHO đến hiệu suất, quá trình cháy và khí thải của động cơ diesel DI Ở đây oxy giàu khí hydro - HHO được sản xuất bởi tiến trình điện phân nước Khi quá trình chuyển hoá xảy ra trên các điện cực anode

và cathode, nước được tách thành khí hydro - HHO Khí này được đưa vào xi lanh cùng với lưu lượng thể tích ở tốc độ dòng chảy 1 lít/phút và 3,3 lít/phút Kết quả chỉ ra rằng khi oxy giàu hydro - HHO được cung cấp cho động cơ, hiệu suất nhiệt phanh của động

cơ tăng 11,06%, CO giảm 15,38%, HC giảm 18,18%, CO2 giảm 6,06%, tuy nhiên, NOX tăng 11,19%

2 R SenthilKumar1, M Loganathana2, E.JamesGunasekaran3, Hiệu suất, đặc điểm quá trình cháy và khí thải của động cơ CI sử dụng nhiên liệu hydrogen, Department of Mechanical Engineering, Annamalai University, Annamalai Nagar, Chidambaram, Tamil Nadu, India1,2,3 [12]

Hydro đang được coi là một loại nhiên liệu tiên phong cho động cơ đốt trong và

là một sự thay thế cho nhiên liệu truyền thống Một số tính chất nổi trội như tốc độ cháy cao, nhiệt trị cao thúc đẩy sử dụng nhiên liệu hydro trong một chế độ nhiên liệu kép trong động cơ diesel Trong thực nghiệm này, hydro được cấp vào trên đường ống không khí nạp Các thực nghiệm được tiến hành trên một động cơ 4 kỳ, xi lanh đơn, làm mát bằng nước, phun trực tiếp, động cơ diesel ở tốc độ 1500 rpm Hydro được lưu trữ trong một bình có áp suất và cung cấp cho đầu vào đa dạng thông qua nước và không khí dựa trên ngọn lửa hãm Van điều áp được sử dụng để làm giảm áp suất bình chứa

từ 140 bar đến 2 bar Hydro được cung cấp với lưu lượng thể tích khác nhau cụ thể là 4 lít/phút, 6 lít/phút và 8 lít/phút tương ứng trên đồng hồ đo lưu lượng dòng chảy Các thông số hiệu suất động cơ, khí thải và quá trình cháy đã được phân tích ở các lưu lượng thể tích khác nhau của hydro và so sánh với hoạt động của nhiên liệu diesel Hiệu suất nhiệt phanh (BTE) tăng và năng lượng nhiệt phanh (BSFC) làm giảm tốc độ dòng chảy hydro 8 lít/phút khi so sánh với diesel và lưu lượng thấp hơn dòng chảy của hydro HC

và CO giảm và NOx tăng cho lưu lượng dòng chảy hydro cao hơn khi so sánh với diesel

và lưu lượng thấp hơn của hydro Tốc độ thoát nhiệt và áp suất xi lanh tăng khi tốc độ lưu lượng dòng chảy cao hơn so với diesel và tốc độ lưu lượng dòng chảy thấp hơn

3 Yassar K A-M Al- Ansari, Một nghiên cứu thực nghiệm hiệu quả của việc cung cấp hydro làm giảm độ khói của động cơ diesel, Department of Mechanical Engineering, College of Engineering, Kufa University, Al-Najaf Al-asherf, Iraq [13]

Một nghiên cứu thực nghiệm trên các thông số hiệu suất và độ khói của động cơ diesel được tiến hành ở việc cung cấp năng lượng hydro khác nhau Một xi lanh đơn làm mát bằng không khí của động cơ diesel phun trực tiếp đã được thử nghiệm tại tốc

độ động cơ không đổi (1500 rpm) Hai điều kiện tải trọng: đầy tải và nửa tải đã được

DUT.LRCC

thử nghiệm Tại các tải này, lưu lượng khác nhau của nhiên liệu hydro được cung cấp vào ống góp khí nạp của động cơ Trong đó, tỷ lệ phần trăm năng lượng hydro được thay đổi từ 0% (tức là 100% nhiên liệu diesel) đến 35% Lên đến 20% phần năng lượng hydro, kết quả cho thấy độ đục của khí thải giảm rõ bằng 33% và 43% đối với tải trọng toàn phần và bán toàn phần tương ứng Ngoài ra, các thông số hiệu suất có cải tiến nhỏ trừ năng lượng nhiệt phanh BSEC (kJ/kWhr) tăng lên Có thể suy ra rằng phần năng lượng hydro tốt nhất có thể được pha trộn với không khí nạp trong khoảng (20 - 25%) cho toàn tải Cung cấp với năng lượng hydrogen này làm hiệu suất cao và độ mờ của khí thải rất thấp

1.6.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu biogas - hydrogen động cơ diesel ở Việt Nam

Với tiềm năng là một nước nhiệt đới và nông nghiệp phát triển, nước ta có nhiều triển vọng để phát triển ngành biogas bền vững Các lợi thế cho việc nghiên cứu phát triển động cơ biogas ở Việt Nam bao gồm:

- Nguồn nguyên liệu sẵn có, dồi dào (chất thải vật nuôi; cây bèo, rong; chất thải

từ các xưởng chế biến, làng nghề và khu công nghiệp )

- Thị trường cho công nghệ biogas phát điện rất lớn vì ngành chăn nuôi đang phát triển mạnh và có xu hướng mở rộng mô hình chăn nuôi hộ gia đình

Động cơ biogas được các cơ quan nghiên cứu, các nhà khoa học và các cá nhân trong nước quan tâm nghiên cứu, thử nghiệm và ứng dụng Nghiên cứu về máy phát điện chạy bằng biogas ở Việt Nam tập trung vào máy phát có công suất nhỏ Nhiều đề tài nghiên cứu và thử nghiệm đã được thực hiện là cơ sở bước đầu cho ngành biogas Việt Nam Triển vọng nghiên cứu và ứng dụng động cơ biogas là rất lớn, có nhiều tiềm năng để phát triển ngành biogas bền vững [2]

Việc sử dụng động cơ biogas học ở Việt Nam mới chỉ là bước khởi đầu, số lượng công trình có lắp đặt động cơ so với số lượng công trình được xây dựng là không nhiều Động cơ biogas có công suất nhỏ chủ yếu sử dụng cho quy mô hộ gia đình và trang trại Động cơ biogas có công suất trung bình và lớn lắp đặt cho các dự án xử lý chất thải Công suất động cơ biogas lắp đặt cho các công trình biogas từ 1,5kW đến 15kW, trong

đó hộ gia đình và trang trại quy mô nhỏ lắp đặt động cơ biogas công suất từ 1,5kW đến 7,5kW, trang trại quy mô trung bình và lớn lắp đặt động cơ biogas công suất từ 10kW đến 15kW Động cơ biogas đang được sử dụng hiện nay tại các hộ gia đình, trang trại

là máy của Đài Loan, Nhật Bản, Trung Quốc và Việt Nam, trong đó phần nhiều là động

cơ biogas Trung Quốc Ứng dụng chủ yếu của động cơ biogas ở Việt Nam là kéo máy phát điện [2]

GS TSKH Bùi Văn Ga và các cộng sự tại Đại học Đà Nẵng đã bắt đầu tham gia nghiên cứu về động cơ sử dụng biogas từ năm 2007, cho đến nay đã lắp đặt thành công nhiều

DUT.LRCC

máy phát điện nhỏ, vừa và lớn trên cả nước [13] Các động cơ biogas đã trải qua một thời gian hoạt động ổn định và tận dụng hết nguồn biogas sinh ra, đem lại lợi nhuận rất lớn cho người chăn nuôi

Công bố đầu tiên nghiên cứu biogas của GS TSKH Bùi Văn Ga và cộng sự là thử nghiệm biogas trên xe gắn máy vào năm 2007 [33] Nhờ sử dụng oxit sắt để hấp phụ H2S và sử dụng nước để hấp thụ CO2, khí biogas được làm giàu thêm 30%, hàm lượng H2S chỉ còn 0,5% so với mẫu khí nguyên thủy Động cơ xe gắn máy 110cc với

bộ phụ kiện GA5 chạy bằng khí biogas đã qua lọc có mức độ phát thải HC khoảng 10%

và CO khoảng 1% so với giới hạn cho phép của tiêu chuẩn Việt Nam Cũng trong năm này, GS TSKH Bùi Văn Ga và các cộng sự đã công bố nghiên cứu hệ thống cung cấp khí biogas cho động cơ kéo máy phát điện 2HP trình bày hệ thống cung cấp khí biogas hoàn chỉnh cho cụm động cơ đốt trong - máy phát điện [15] Khí biogas sau khi qua hệ thống khử H2S và hấp thụ CO2 được cung cấp cho động cơ đánh lửa cưỡng bức nhờ

bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu biogas/xăng Bộ phụ kiện này được phát triển trên

cơ sở bộ phụ kiện GA5 sử dụng trên xe gắn máy chạy bằng LPG bằng cách bổ sung thêm bộ điều tốc phụ Nhờ vậy động cơ có thể làm việc ổn định ở tất cả các chế độ tải khác nhau của máy phát Năm 2008, GS TSKH Bùi Văn Ga và các cộng sự đã tiếp tục công bố nghiên cứu về hệ thống cung cấp biogas cho động cơ dual fuel biogas-diesel [11] Động cơ dual fuel biogas-diesel đã được chuyển đổi từ động cơ diesel Kubota nguyên thủy Bộ chuyển đổi bao gồm bộ hòa trộn và bộ điều tốc điều khiển van bướm

cơ khí Nguồn năng lượng chính của động cơ được cung cấp từ biogas Một lượng nhỏ diesel khoảng 5% lượng phun tối đa được phun để khởi động quá trình cháy Động cơ tiêu thụ 1m3 biogas/1kWh điện Khí thải động cơ không có bồ hóng Dao động điện áp của máy phát nhỏ hơn 5% khi tải bên ngoài thay đổi Thời gian ổn định điện áp nhỏ hơn 5s Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình cung cấp biogas cho động cơ tĩnh tại sử dụng hai nhiên liệu biogas-dầu mỏ cũng đã được thực hiện [10] Các thông số cơ bản cũng như qui luật vận hành của van cung cấp biogas được nghiên cứu nhằm tối ưu hóa quá trình cung cấp nhiên liệu cho các động cơ tĩnh tại chạy bằng hai nhiên liệu biogas/dầu mỏ Kết quả tính toán van sai lệch so với kết quả thực nghiệm khoảng 10% Mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ giảm 100 lần đối với CO và 10 lần đối với HC so với tiêu chuẩn khí thải động cơ xe cơ giới Hệ thống cung cấp nhiên liệu nguyên thủy của động

cơ không thay đổi

Đến năm 2009, khả năng giảm phát thải CO2 ở Việt Nam nhờ sản xuất điện năng bằng biogas đã được GS TSKH Bùi Văn Ga nghiên cứu cho thấy nếu sử dụng công nghệ chuyển đổi biogas thành điện, mỗi năm nước ta có thể sản xuất 10% điện năng bằng nhiên liệu tái tạo và giảm 6,5% phát thải Carbon vào bầu khí quyển [13] Bên cạnh

đó, động cơ nhiều xi lanh cỡ lớn dual fuel cũng đã được nghiên cứu xác định kích thước van cung cấp biogas [14] Mục đích của nghiên cứu này là xác định kích thước của hệ

DUT.LRCC

thống cung cấp biogas để cải tạo các động cơ diesel nhiều xi lanh cỡ lớn sang chạy bằng hai nhiên liệu Dựa vào phân tích áp suất trên đường nạp động cơ, giản đồ kích thước van cung cấp biogas theo các thông số của động cơ và của nguồn nhiên liệu được xác lập Kết quả cho thấy có thể thiết kế một van cung cấp cho phép động cơ tương ứng làm việc với nguồn biogas có phạm vi thay đổi rộng về hàm lượng CH4 và áp suất Nghiên cứu cũng nêu bật sự khác biệt về biên dạng của van cung cấp biogas giữa động cơ nhiều

xi lanh và động cơ một xi lanh

Năm 2013, nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Đông của Đại Học Đà Nẵng đã bảo vệ thành công luận án “Nghiên cứu ứng dụng biogas nén cho mô tô” Luận án góp phần

xử lý 3 vấn đề quan trọng để có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho xe gắn máy, đó

là (1) nén biogas vào bình chịu áp lực, (2) cung cấp biogas nén cho xe gắn máy đảm bảo cho xe hoạt động tối ưu trong mọi điều kiện vận hành và (3) xác định hệ số tốc độ màng lửa cháy rối ff trong buồng cháy động cơ xe gắn máy Honda wave α 110cc sử dụng biogas nén, sử dụng 2 bình 3,5 lít chứa biogas nén có 85% CH4 ở áp suất nén 75 bar thì xe gắn máy có thể chạy quãng đường độc lập 20 km ở tốc độ trung bình 40 km/h, khi động cơ chạy ở vùng tốc độ 3000 vòng/phút và biogas có 85% CH4 thì góc đánh lửa sớm tối ưu là 20 độ Kết quả chỉ ra khi chuyển động cơ xe gắn máy Honda wave α 110cc sang chạy bằng biogas nén và không cải tạo buồng cháy thì hệ số cháy rối ff có thể chọn bằng 1,3 đối với nhiên liệu biogas có chứa 85% CH4 và động cơ hoạt động trong phạm vi tốc độ trung bình từ 3000 vòng/phút đến 6000 vòng/phút Trong trường hợp này kết quả tính toán theo mô phỏng với phần mềm Fluent phù hợp với kết quả thí nghiệm trên băng thử xe gắn máy AVL [4]

Cũng trong năm 2013, nghiên cứu sinh Lê Xuân Thạch của Đại Học Đà Nẵng cũng đã bảo vệ thành công luận án “Nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiên liệu và quá trình cháy của động cơ đánh lửa cuỡng bức có tỉ số nén cao sử dụng biogas” Trong công trình này, động cơ diesel ZH1115 đã được chuyển đổi thành động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức Hệ thống phun nhiên liệu diesel được tháo bỏ, thay vào đó là hệ thống đánh lửa điện tử Buồng cháy động cơ được thử nghiệm với 2 dạng: buồng cháy omega nguyên thủy và buồng cháy phẳng Tỉ số nén động cơ được thay đổi bằng cách cắt bớt đỉnh piston với chiều dày lớp cắt khác nhau đảm bảo có được tỉ số nén thay đổi từ 9 đến

14 Góc đánh lửa sớm của động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi vị trí cuộn dây cảm ứng đánh lửa lắp trên thân máy Việc cung cấp hỗn hợp biogas-không khí cho động

cơ được thực hiện nhờ bộ tạo hỗn hợp kiểu venture Khi động cơ có tỉ số nén ɛ =12, chạy bằng biogas chứa 60% CH4 thì góc đánh lửa sớm tối ưu nằm trong khoảng từ φs=34o đến 42o trước ĐCT khi tốc độ động cơ thay đổi Khi động cơ ZH1115 chạy bằng biogas ở tốc độ định mức 2200v/ph, tỉ số nén tối ưu nằm trong khoảng từ ɛ =11,5 đến 12,5 [23]

Trong năm 2014, nghiên cứu sinh Lê Minh Tiến của Đại Học Đà Nẵng đã bảo

DUT.LRCC

vệ thành công luận án “Nghiên cứu thiết kế chế tạo động cơ sử dụng hai nhiên liệu biogas/diesel trên cơ sở động cơ diesel một xi lanh tĩnh tại” Trong công trình này, công suất động cơ nhiên liệu kép có thể lớn hơn công suất của động cơ này khi chạy hoàn toàn bằng diesel Ở chế độ tốc độ định mức của động cơ nhiên liệu kép, chúng ta có thể

sử dụng biogas nghèo có thành phần thể tích CH4 50%-60%, không cần lọc CO2, mà vẫn đảm bảo được công suất cực đại của động cơ nguyên thủy trước khi chuyển đổi Điều này là do lượng không khí thừa khi động cơ chạy bằng diesel rất lớn nên chúng ta

có thể tăng lượng nhiên liệu biogas cung cấp để tăng công suất động cơ mà không bị hạn chế về độ đậm đặc của hỗn hợp Góc phun sớm tăng khi hàm lượng CH4 trong nhiên liệu giảm hay khi tốc độ động cơ tăng Khi động cơ chạy ở chế độ dual fuel biogas-diesel với tốc độ 2000 vòng/phút sử dụng biogas chứa 70% thể tích CH4 thì góc phun sớm tối ưu là 30 độ Trong cùng điều kiện vận hành, nhiệt độ, áp suất cực đại của hỗn hợp cháy trong buồng cháy nhiên liệu kép tăng khi hàm lượng CH4 trong biogas tăng, dẫn đến công giãn nở tăng và tăng công suất động cơ Đối với biogas giàu, công chỉ thị chu trình của động cơ giảm theo thành phần CH4 trong nhiên liệu Tuy nhiên đối với biogas nghèo, công chỉ thị chu trình giảm nhanh hơn tốc độ giảm thành phần CH4 trong nhiên liệu do chất lượng quá trình cháy bị xấu đi vì nồng độ CO2 trong nhiên liệu tăng nhanh Trong trường hợp này, cuối quá trình cháy vẫn còn một lượng đáng kể nhiên liệu chưa cháy hết mặc dù độ đậm đặc của hỗn hợp ϕ < 1 [22]

Hiệu quả kinh tế khi đầu tư một hệ thống động cơ biogas đã được tính đến khi

GS TSKH Bùi Văn Ga nghiên cứu so sánh hiệu quả của các giải pháp cung cấp biogas cho động cơ đốt trong [12] Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở phạm vi công suất bé, sự khác biệt về hiệu quả kinh tế của động cơ đánh lửa cưỡng bức biogas/xăng và động cơ dual fuel biogas-diesel khi chạy bằng biogas không khác biệt nhau nhiều Tuy nhiên ở phạm vi công suất lớn, động cơ đánh lửa cưỡng bức thể hiện tính ưu việt hơn hẳn khi chạy bằng biogas so với động cơ dual fuel

Các bộ tạo hỗn hợp biogas-không khí, quá trình cháy của động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức cũng như động cơ dual fuel biogas-diesel đã được tính toán mô phỏng trên phần mềm Fluent Ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu biogas, các điều kiện của hỗn hợp trước khi cháy cũng như các điều kiện của ngọn lửa mồi đến diễn biến quá trình đánh lửa trong buồng cháy của động cơ đều được mô phỏng và phân tích nhờ phần mềm động học thủy khí Fluent nhằm tăng hiệu quả sử dụng biogas của động cơ [6], [7], [8], [9]

Sản phẩm chủ yếu và nổi bật trong quá trình nghiên cứu ứng dụng biogas cho động cơ đốt trong của GS TSKH Bùi Văn Ga là hai bộ chuyển đổi vạn năng Gatec-20

và Gatec 21 [16] Hai bộ chuyển đổi này đã được lắp đặt và vận hành thực tế cho các động cơ khắp cả nước

DUT.LRCC

Bộ Khoa học và Công nghệ và các bộ, ngành đã đề xuất nhiều hương trình, đề

án nghiên cứu như: Chương trình nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ năng lượng, chương trình sử dụng năng lượng và tiết kiệm hiệu quả, chương trình cải thiện chất lượng không khí ở các đô thị, đề án nhiên liệu sinh học… Đáng chú ý là từ tháng

1 - 2012, PGS.TS Lê Anh Tuấn và cộng sự đã triển khai đề tài "Nghiên cứu nâng cao tính kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải độc hại cho động cơ bằng cách cung cấp hỗn hợp khí giàu hydro cho động cơ" với 3 nội dung: Lựa chọn giải pháp nâng cao tính kinh

tế nhiên liệu và giảm phát thải cho động cơ đốt cháy cưỡng bức, nghiên cứu sản xuất khí giàu hydro để cung cấp cho động cơ, nghiên cứu cung cấp hỗn hợp khí giàu hydro vào đường nạp cho động cơ xăng

1.7 NHẬN XÉT

Nhiên liệu dầu mỏ sẽ cạn kiệt vào sau năm 2030 và nhiên liệu thay thế sẽ chi phối thị trường nhiên liệu giao thông trong 3 thập kỷ tới [66] Các nhiên liệu thay thế như: LPG, CNG, Bio DME, Ethanol, Pin nhiên liệu, biogas, động cơ Hybrid nhất định đã sẵn sàng có mặt trên thị trường, nhưng thời gian mở rộng ít nhất là 10 năm Tuy nhiên, các loại nhiên liệu này không đảm bảo giảm triệt để phát thải CO2 Việc nghiên cứu sản xuất

và ứng dụng các nguồn năng lượng tái sinh đã và đang được triển khai rộng khắp Một trong số đó là hướng nghiên cứu sử dụng khí biogas dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong phục vụ mục đích tĩnh tại và phương tiện cơ giới

Phương án sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, đồng thời đạt được cả 3 mục tiêu: tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch, hạn chế phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính và bảo vệ môi trường trong sản xuất và sinh hoạt Những động cơ biogas đơn giản, cỡ nhỏ thì làm việc không tin cậy và không phù hợp với nguồn biogas đa dạng

Do những tồn tại trên đây nên động cơ biogas cho đến nay chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực tế Để thỏa mãn nhu cầu đa dạng của việc ứng dụng biogas trên động cơ đốt trong, giải pháp công nghệ chuyển đổi động cơ truyền thống sang sử dụng biogas cần thỏa mãn các điều kiện sau: mang tính vạn năng cao; khi chuyển đổi động cơ sang chạy bằng biogas, bản chất quá trình công tác và kết cấu của các hệ thống động cơ nguyên thủy không thay đổi, nghĩa là khi không chạy bằng biogas, động cơ có thể sử dụng lại xăng/dầu như trước khi chuyển đổi; các bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu cho động cơ sang chạy bằng biogas phải có độ tin cậy cao, dễ lắp đặt, vận hành, giá thành thấp, phù hợp với điều kiện sử dụng ở vùng nông thôn, trang trại

Vì vậy đề tài “Thiết kế chế tạo bộ phụ kiện cung cấp nhiên liệu

biogas-hydrogen cho động cơ Diesel cỡ nhỏ” mang nhiều ý nghĩa khoa học lẫn tính thực tiễn

cao

DUT.LRCC

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS –

HYDROGEN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1 TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA KHÍ HYDROGEN

Hydro là nguyên tố hóa học nhẹ nhất với đồng vị phổ biến nhất chứa một prôton

và một điện tử Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn nó là dạng khí không màu, không mùi, nhị nguyên tử (phân tử), H2 dễ bắt cháy, có hóa trị 1, có nhiệt độ sôi 20,27 K(-252,87°C)

và nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14°C), tỉ trọng bằng 1/14 tỉ trọng của không khí Hydrogen khi cháy trong không khí giới hạn từ 4 - 75% thể tích Nhiệt độ cháy của hydrogen cao nhất đạt được 2318°C ở nồng độ 29% thể tích, nếu cháy trong oxy nhiệt

độ có thể lên đến 3000°C, cao nhất so với tất cả các loại khí khác như khí methane (CH4)

đạt 2148°C, propane (C3H8) đạt 2385°C

Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các vật chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử Nguyên tố này được tìm thấy với một lượng khổng lồ trong các ngôi sao và các hành tinh khí khổng lồ Tuy vậy, trên Trái Đất nó có rất ít trong khí quyển (1 ppm theo thể tích) Nguồn chủ yếu của nó

là nước, bao gồm hai phần hydro và một phần oxy Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ (hiện tại là mọi dạng của cơ thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch và khí

tự nhiên Methane (CH4) là một nguồn quan trọng của hydro

Bảng 2 1 Tính chất vật lý của Hydro [34]

Trạng thái vật chất khí không màu

DUT.LRCC

Là một chất nhẹ nhất trong mọi chất, hydro liên kết với phần lớn các nguyên tố khác để tạo ra hợp chất Nó có độ điện âm 2,2 vì thế nó tạo ra hợp chất ở những chỗ mà

nó là nguyên tố mang tính phi kim loại nhiều hơn cũng như khi nó là nguyên tố mang tính kim loại nhiều hơn Các chất loại đầu tiên gọi là hydrua, trong đó hydro hoặc là tồn tại dưới dạng ion H- hay chỉ là hòa tan trong các nguyên tố khác (chẳng hạn như hydrua palađi) Các chất loại thứ hai có xu hướng cộng hóa trị, khi đó ion H+ là một hạt nhân trần và có xu hướng rất mạnh để hút các điện tử vào nó Các dạng này là các a xít Vì thế thậm chí trong các dung dịch a xít người ta có thể tìm thấy các ion như hiđrôni

(H3O+) cũng như prôton

Hydro kết hợp với oxy tạo ra nước (H2O) và giải phóng ra năng lượng, nó có thể

nổ khi cháy trong không khí Ôxít đơteri, hay D2O, thông thường được nói đến như nước nặng Hydro cũng tạo ra phần lớn các hợp chất với cacbon Vì sự liên quan của các chất này với các loại hình sự sống nên người ta gọi các hợp chất này là các chất hữu

cơ, việc nghiên cứu các thuộc tính của các chất này thuộc về hóa hữu cơ

2.2 TÍNH CHẤT LÝ, HOÁ CỦA NHIÊN LIỆU BIOGAS

2.2.1 Thành phần chủ yếu của Biogas [3]

Biogas từ các nguồn khác nhau thì có chất lượng khác nhau và phụ thuộc vào một số yếu tố nhất định Thành phần của Biogas phụ thuộc vào loại chất thải bị phân huỷ, độ dài của thời gian lưu trong đó chất thải trải qua quá trình phân huỷ Biogas sinh

ra từ quá trình phân huỷ kỵ khí là hổn hợp của nhiều loại khí Hổn hợp này thông thường bao gồm 60-70% CH4, 30-40% CO2, và ít hơn 1% Hydrogen sulfide (H2S)[3] Hàm lượng H2S nói chung vào khoảng từ 100 đến 2000ppm Thỉnh thoảng củng gặp trường hợp nhỏ hơn 2ppm và cao hơn 8000 ppm Lượng vết Nitrogen (đến 10%), Hydrogen (đến 5%), Oxygen và các thành phần khác củng có thể có mặt với nồng độ khác nhau Tuy nhiên, do hàm lượng của chúng quá nhỏ, nên chúng rất khó phát hiện và thường không quan trọng Biogas sau khi qua lọc thành phần gồm 70-90% CH4, 9-29% CO2[3]

Khối lượng riêng 0,66 kg/m 3 1,82 kg/m 3

Nhiệt độ nguy hiểm 64,44 0 C 48,89 0 C

DUT.LRCC

Tính chất vật lý và hoá học của Biogas có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn công nghệ sử dụng cho việc xử lý và đốt cháy Biogas.Thành phần chính của Biogas là CH4

và CO2 Các tính chất vật lý liên quan đến Biogas[3] như nhiệt trị của nhiên liệu Giá trị nhiệt cao của Methane là chất cháy cơ bản trong Biogas là 1012Btu/ft3 (37,71103MJ/m3)[3] Giá trị nhiệt trị thấp được định nghĩa bằng giá trị nhiệt cao trừ đi năng lượng cần thiết để làm bay hơi nước trong nhiên liệu và sản phẩm cháy Đối với Methane giá trị nhiệt thấp là 912 Btu/ft3(33,98103MJ/m3) Các chất cơ bản trong Biogas, ngoài hai thành phần chính là CH4 và CO2 còn có các tạp chất cơ bản dạng khí

có mặt trong Biogas bao gồm có Hydrogen sulfide H2S, hơi nước H2O, Sulfur dioxide

SO2, Nitrogen oxides NO2, hổn hợp Fluorine bay hơi (ví dụ: HF, SiF4), hợp chất Nitrogen, Carbon monoxide CO

2.2.3 Nhiệt trị của Biogas

Methame tinh khiết có nhiệt trị thấp khoảng (8115.2 Kcal/m3) Do Biogas chứa khoảng 70-90% Methame nên nhiệt trị của Biogas nằm trong khoảng 5480 Kcal/m3

2.3 NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.3.1 Tính chất của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong

Tính chất vật lý và hoá học của Biogas có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn công nghệ sử dụng cho việc xử lý và đốt cháy Biogas Thành phần chính của Biogas là CH4

và CO2 Các tính chất vật lý liên quan đến chúng và sẽ được liệt kê sau đây:

Bảng 2 3 Một số tính chất của biogas [33]

Các tính chất vật lý Methane (CH 4 ) Carbon Dioxide (CO 2 )

Nhiệt dung Cp (1at) 6,962.10-4 J/ kg-0C 2,643.10-4 J/ kg-0C

DUT.LRCC

* Nhiệt trị của nhiên liệu:

Giá trị nhiệt cao của methane, chất cháy cơ bản trong Biogas, là 1012 Btu/ft3

(37,71.103KJ/m3) Giá trị nhiệt thấp được định nghĩa bằng giá trị nhiệt cao trừ đi năng lượng cần thiết để làm bay hơi nước trong nhiên liệu và sản phẩm cháy Đối với methane giá trị nhiệt thấp là 912 Btu/ft3(33,98.103KJ)

* Các chất cơ bản trong Biogas:

Ngoài hai thành phần chính là CH4 và CO2 còn có các tạp chất cơ bản dạng khí

có mặt trong Biogas được liệt kê dưới đây:

2.3.2 Yêu cầu của Biogas sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong:

Vấn đề đáng quan tâm và cần được nghiên cứu tiếp là làm sao có thể nâng cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải động gây ra Ta biết rằng trong Biogas có một lượng đáng kể hydrogen sulfide H2S (khoảng 10.000ppm thậm chí sau khi qua các thiết bị xử lý vẫn còn khoảng 200-400ppm H2S) là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí Khi Biogas được sử dụng làm nhiên liệu, khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết của động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc cho con người (TCVN cho phép là 0,3mg/m3) Vì thế, hoàn thiện quá trình cháy trong động

cơ sử dụng nhiên liệu Biogas là vấn đề đặt ra để có thể vừa kéo dài tuổi thọ động cơ vừa giảm thiểu ô nhiễm trong khí thải động cơ Hàm lượng của các chất này không được vượt quá mức cho phép

DUT.LRCC