Tối ưu hóa quá trình cung cấp biogas cho động cơ tĩnh tại sử dụng hai nhiên liệu biogas-Dầu mỏ

Hình 12 trình bày so sánh kết quả cho bởi lý thuyết và thực nghiệm về quan hệ giữa công suất động cơ và đường kính kim côn Dc đối với động cơ xăng. Đường kính đầu vào và đầu ra của van là Dv=9mm. Khí biogas chứa 80% thể tích CH4 sau khi lọc. Đường cong lý thuyết được thiết lập trên cơ sở lý luận đã được trình bày ở phần 2. Bướm ga được cố định ở 4 vị trí và độ đậm đặc  của hỗn hợp được thay đổi từ 0,55 đến 1. Kết quả cho thấy ở công suất bé, đường cong thực nghiệm tiến sát đường cong lý thuyết. Ở chế độ tải lớn, đường cong thực nghiệm thấp hơn đường cong lý thuyết, nghĩa là đường kính Dc của kim côn nhỏ hơn, tiết diện lưu thông của van lớn hơn, tương ứng với lượng biogas đi qua van lớn hơn lượng nhiên liệu tính toán theo lý thuyết. Sai lệch lớn nhất giữa lý thuyết và thực nghiệm về đường kính kim côn nhỏ hơn 10% . Đối với động cơ diesel, mối quan hệ lý thuyết giữa công suất động cơ và Dc được thiết lập ứng với tốc độ động cơ ổn định ở 2200 vòng/phút. Đường kính van côn Dv =14mm. Hàm lượng CH4 trong khí biogas sau khi qua lọc là 60%.

pdf9 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 28/12/2013 | Lượt xem: 1675 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tối ưu hóa quá trình cung cấp biogas cho động cơ tĩnh tại sử dụng hai nhiên liệu biogas-Dầu mỏ, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 22 TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI SỬ DỤNG HAI NHIÊN LIỆU BIOGAS-DẦU MỎ OPTIMAL BIOGAS SUPPLYING SYSTEM FOR BIOGAS-PETROLEUM BI-FUEL STATIONARY ENGINES BÙI VĂN GA - TRẦN VĂN QUANG - TRƢƠNG LÊ BÍCH TRÂM Đại học Đà Nẵng NGUYỄN PHI QUANG Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế TÓM TẮT 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. ABSTRACT The basic parameters and law of function of biogas supplying valve is studied for an optimal fuel supplying to biogas-petroleum bi-fuel stationary engines. The difference between theoretical calculation of the valve and experiment is about 10%. CO emission is 100 times and HC emission is 10 times lower than that of regulation for vehicle engines. Original fuel supplying of engine is unchanged. 1. Giới thiệu Biogas là nhiên liệu khí thu đƣợc từ phân hủy các chất hữu cơ trong môi trƣờng thiếu không khí. Biogas là nhiên liệu tái sinh, vì vậy việc sử dụng nó làm nhiên liệu không làm tăng nồng độ CO2 trong khí quyển [1]. Trên thị trƣờng hiện có những động cơ đƣợc thiết kế đặc biệt để sử dụng biogas [2]. Những động cơ nhƣ vậy thuộc nhóm các động cơ đặc chủng nên đắt tiền. Vả lại các động cơ này chỉ chạy bằng biogas, không chạy đƣợc bằng nhiên liệu lỏng nên không phù hợp với các hầm biogas cỡ nhỏ, có trữ lƣợng biogas hạn chế. Ở nƣớc ta, hầm biogas đã trở nên quen thuộc ở nông thôn. Tuy nhiên do qui mô sản xuất còn nhỏ nên thể tích các hầm biogas phổ biến khoảng vài chục m3, không đủ sức cung cấp nhiên liệu liên tục cho động cơ. Vì vậy, ngoài biogas, động cơ cần phải chạy đƣợc bằng xăng dầu truyền thống khi cần thiết. Giải pháp đơn giản nhất là cải tạo các loại động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng phổ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 23 biến thành động cơ tĩnh tại chạy bằng biogas-nhiên liệu lỏng [7]. Ba loại động cơ có thể là đối tƣợng của việc cải tạo này, đó là động cơ diesel, động cơ xăng không có bộ điều tốc và động cơ xăng có bộ điều tốc. Đối với động cơ xăng có bộ điều tốc, việc cải tạo chỉ đơn giản bằng việc liên kết chuyển động của càng điều tốc, bƣớm ga và van tiết lƣu biogas [9]. Đối với động cơ xăng không có bộ điều tốc (ví dụ cải tạo động cơ xăng của ô tô thành động cơ tĩnh tại) việc cải tạo thành động cơ tĩnh tại đòi hỏi bổ sung thêm bộ điều tốc để điều chỉnh lƣu lƣợng biogas. Đối với động cơ diesel việc chuyển sang sử dụng biogas có thể thực hiện bằng hai cách: hoặc cải tạo bộ điều tốc diesel trở thành bộ điều tốc biogas, hoặc giữ nguyên bộ điều tốc diesel và bổ sung thêm một bộ điều tốc vạn năng điều khiển lƣu lƣợng biogas. Cách thứ nhất đơn giản, áp dụng tốt trong trƣờng hợp động cơ chuyển hẳn sang chạy bằng biogas [8]. Cách thứ hai phức tạp hơn nhƣng cho phép động cơ chạy bằng hai nhiên liệu, hoặc bằng biogas, hoặc bằng diesel khi cần thiết. Trong công trình này chúng tôi nghiên cứu quá trình cung cấp nhiên liệu tối ƣu cho động cơ tĩnh tại chạy bằng hai nhiên liệu biogas-nhiên liệu lỏng. 2. Tính toán quá trình cung cấp biogas cho động cơ 2.1. Cơ sở lý thuyết Để động cơ tĩnh tại làm việc đƣợc bằng hai nhiên liệu, hệ thống cung cấp nhiên liệu nguyên thủy của động cơ phải đƣợc giữ nguyên. Vì vậy trong phần này chúng ta cần tính toán hệ thống cung cấp biogas trên cơ sở hệ thống nhiên liệu xăng hay diesel có sẵn. Động cơ tự cháy do nén chạy bằng biogas đƣợc cải tạo từ động cơ diesel làm việc theo nguyên lý: công suất chính do quá trình cháy biogas sinh ra, một lƣợng diesel tối thiểu đƣợc phun mồi để đánh lửa hỗn hợp. Lƣợng diesel phun mồi này đƣợc chỉnh ở mức thấp nhất. Ở tốc độ động cơ bé, khi kiểm tra tia phun ngoài khí trời, chúng ta không thấy tia nhiên liệu. Tuy nhiên khi tốc độ động cơ tăng cao do tiết lƣu, một lƣợng nhiên liệu bé vẫn đƣợc cung cấp vào buồng cháy. Năng lƣợng do lƣợng nhiên liệu diesel tỏa ra đƣợc xem nhƣ không đáng kể. Động cơ đánh lửa cƣỡng bức có thể chuyển sang chạy hoàn toàn bằng biogas hoặc có thể sử dụng xăng khi khởi động (trong trƣờng hợp biogas nghèo). Việc điều chỉnh công suất động cơ đƣợc thực hiện bằng cách điều chỉnh đồng thời lƣu lƣợng hỗn hợp và lƣu lƣợng biogas để đảm bảo cho thành phần hỗn hợp cố định. Vì vậy bộ điều tốc động cơ đánh lửa cƣỡng bức chạy bằng biogas phức tạp hơn bộ điều tốc động cơ diesel. Với hỗn hợp cháy hoàn toàn lý thuyết =1, chúng ta cần 20g không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1g CH4. Ở điều kiện thƣờng tỉ lệ này về mặt thể tích là 20/1,293=15,5 lít và 1/16/22,4=1,4 lít, hay nói cách khác, tỉ lệ thể tích không khí-nhiên liệu A/F=11 đối với hỗn hợp cháy hoàn toàn lý thuyết. Giả sử biogas chỉ chứa CH4 và CO2, nếu thành phần thể tích CH4 là X% thì thành phần thể tích CO2 (100-X)%, nghĩa TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 24 là trong hỗn hợp cứ 1 lít CH4 thì có (100-X)/X lít CO2 và 11 lít không khí ở điều kiện cháy hoàn toàn lý thuyết. Nếu động cơ sử dụng hỗn hợp có độ đậm đặc  thì trong hỗn hợp đó cứ 1 lít CH4 thì có (100-X)/X lít CO2 và 11/ lít không khí. Động cơ bốn kỳ chạy với tốc độ n vòng/phút thì thời gian dành cho kỳ nạp là tnap=30/n. Giả sử hệ số nạp của động cơ xấp xỉ 1 thì lƣu lƣợng của hỗn hợp qua đƣờng nạp động cơ là qnap=Vh/tnap. Nếu đƣờng kính đƣờng nạp động cơ là dnap thì tốc độ dòng khí đi qua đƣờng nạp là Vnap=qnap/(.d 2 nap/4). Độ chân không trung bình trên đƣờng nạp pnap=1/2V 2 nap. Áp suất biogas đƣợc giữ ổn định ở pgas. Vậy chênh áp trƣớc và sau vòi phun biogas trong giai đoạn nạp là pnap+pgas . Tốc độ biogas ra khỏi vòi phun trong kỳ nạp: nap gas gas,nap gas 2 p p V      Tốc độ biogas ra khỏi vòi phun trong phần còn lại của chu trình: gas gas gas 2 p V    Khối lƣợng riêng biogas trong điều kiện thƣờng có thể tính bằng:  gas 1 X.16 (100 X).44 2240     (kg/m 3 ) Nếu gọi S là tiết diện lƣu thông của vòi phun biogas và qgas (m 3) là lƣợng biogas cung cấp cho động cơ ứng với một chu trình, ta có: S.tnap(Vgas,nap + 3Vgas) = qgas Từ đó ta tính đƣợc tiết diện lƣu thông của vòi phun biogas ứng với các điều kiện vận hành khác nhau của động cơ. Công suất của động cơ do quá trình cháy của methane sinh ra. Nhiệt trị thấp của methane ở điều kiện thƣờng là QLHV = 35.570 kJ/m 3. Nếu hiệu suất có ích của động cơ là  thì công suất của động cơ là: 4e CH LHV n P .q .Q . 120   (kW) 2.2. Tính toán van cung cấp biogas cho động cơ diesel Van cung cấp biogas đƣợc mô tả trên hình 1. Đầu vào và đầu ra của van có đƣờng kính Dv. Kim côn của van có chiều dài L, đƣờng kính lớn d1 và đƣờng kính nhỏ d2. Dc là đƣờng kính D v D c Biogas từ nguồn cung cấp Biogas vào động cơ Dv Hình 1: Sơ đồ van cung cấp biogas TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 25 kim côn tại mặt cắt đế van. Trong quá trình thí nghiệm kim côn đƣợc kéo dọc trục và vị trí của nó đƣợc xác định nhờ thƣớc đo chuẩn trên van. Động cơ diesel sử dụng trong thí nghiệm này là động cơ Kubota GX125-2X-NB-GE có tỉ số nén 24, đƣờng kính xi lanh 94mm, hành trình piston 90mm, công suất của động cơ khi chạy bằng diesel là 8,5kW ở tốc độ 2200 vòng/phút. Động cơ diesel kéo máy phát điện 5kW (hình 2). Ở tốc độ cố định, lƣợng hỗn hợp đi vào xi lanh động cơ không đổi. Khi tải bên ngoài thay đổi thì van cung cấp biogas có nhiệm vụ điều chỉnh lƣu lƣợng biogas để thay đổi hệ số đậm đặc dẫn đến thay đổi momen cung cấp. Hình 3 giới thiệu biến thiên công suất động cơ theo thành phần hỗn hợp tổng quát ứng với khí biogas có thành phần CH4 60% và 80%. Khác với động cơ đánh lửa cƣỡng bức, động cơ biogas đánh lửa bằng diesel mồi có thể làm việc với hỗn hợp tổng quát rất nghèo. Thực nghiệm cho thấy thành phần hỗn hợp nhỏ nhất có thể đạt đến 0,1. Khi thành phần CH4 trong biogas thấp, do lƣợng CO2 trong nhiên liệu nạp vào xi lanh tăng nên cùng một giá trị  cho trƣớc, công suất động cơ giảm. Khi sử dụng biogas có thành phần CH4 60%, công suất động cơ giảm 20% so với khi sử dụng biogas có thành phần CH4 80%. Hình 4 giới thiệu kết quả tính toán mối quan hệ giữa thành phần hỗn hợp và đƣờng kính kim van côn Dc ứng với biogas có chứa 60% CH4 và 80% CH4. Đƣờng kính lỗ van biogas là Dv=14mm. Khi thành phần CH4 trong biogas giảm, để đảm bảo đạt đƣợc cùng tỉ lệ hỗn hợp  cho trƣớc, tiết diện lƣu thông của van phải tăng lên, nghĩa là đƣờng kính Dc của kim côn phải giảm.  D c (m m ) 80%CH4 60%CH4 Hình 4: Quan hệ giữa đường kính kim côn Dc và thành phần hỗn hợp P e (k W ) 80%CH4 60%CH4  Hình 3: Quan hệ giữa công suất động cơ và thành phần hỗn hợp Hình 2: Động cơ hai nhiên liệu biogas-diesel sử dụng trong thí nghiệm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 26 2.3. Tính toán van cung cấp biogas cho động cơ xăng Thí nghiệm sử dụng cụm động cơ-máy phát điện có dung tích xi lanh 135cm3, tốc độ động cơ 3000 vòng/phút, kéo máy phát điện 2,3 KW (hình 5). Công suất động cơ xăng có thể đƣợc điều chỉnh bằng hai cách: hoặc cố định vị trí bƣớm ga và thay đổi thành phần hỗn hợp  (điều chỉnh theo chất), hoặc cố định thành phần hỗn hợp  và thay đổi vị trí bƣớm ga (điều chỉnh theo lƣợng). Hình 6 giới thiệu kết quả tính toán mối quan hệ giữa công suất động cơ và thành phần hỗn hợp  ứng với các vị trí bƣớm ga 100%, 75%, 50% và 25%. Việc điều chỉnh công suất động cơ trong trƣờng hợp này rất đơn giản, chỉ tác động lên van tiết lƣu biogas nhƣng nhƣợc điểm của nó là phạm vi thay đổi công suất ứng với mỗi vị trí bƣớm ga bé, mỗi khi cần thay đổi dải công suất khác, phải tác động lên bƣớm ga. Hình 7 giới thiệu kết quả tính toán mối quan hệ giữa công suất động cơ chạy bằng biogas và độ mở bƣớm ga ứng với thành phần hỗn hợp cố định ở các giá trị 0,7, 0,9 và 1. Dải thay đổi công suất ứng với một giá trịcho trƣớc rất rộng, phù hợp với sự thay đổi của chế độ tải bên ngoài. Việc điều chỉnh công suất trong trƣờng hợp này phức tạp hơn, cơ cấu điều tốc tác động đồng thời lên bƣớm ga và van tiết lƣu biogas. Hình 8 giới thiệu kết quả tính toán mối quan hệ giữa đƣờng kính kim côn của van biogas có đƣờng kính lỗ van 9mm theo độ mở bƣớm ga ứng với các thành phần hỗn hợp 0,7, 0,9 và 1. P e (k W ) % tải  = 1  = 0,9  = 0,7 Hình 7: Quan hệ giữa công suất động cơ theo độ mở bướm ga ứng với các khác nhau D c (m m )  % tải   Hình 8: Quan hệ giữa độ mở bướm ga và đường kính kim côn Dc ứng với các độ đậm đặc khác nhau của hỗn hợp Hình 5: Động cơ hai nhiên liệu biogas-xăng dùng trong thí nghiệm P e (k W )  100% tải 75% tải 50% tải 25% tải Hình 6: Quan hệ giữa công suất động cơ và thành phần hỗn hợp ứng với các độ mở bướm ga khác nhau TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 27 3. Nghiên cứu thực nghiệm 3.1. Nhiên liệu biogas Thực nghiệm đƣợc tiến hành tại cơ sở chăn nuôi xã Hòa Nhơn đối với động cơ Diesel và Xã Hòa Sơn đối với động cơ xăng. Hai hệ thống lọc đƣợc sử dụng trong nghiên cứu. Đối với động cơ diesel, khí biogas chỉ đƣợc lọc H2S bằng oxit sắt. Đối với động cơ xăng, nhiên liệu đƣợc lọc cả H2S và CO2 bằng tháp lọc tổ hợp vôi nung CaO và oxit sắt. Hình 9 giới thiệu kết quả lọc H2S bằng oxit sắt với mẫu khí ở trại chăn nuôi Hòa Nhơn. Cột lọc có đƣờng kính 50mm, chiều cao 1000mm. Hàm lƣợng H2S trong biogas trung bình khoảng 600ppmV. Hàm lƣợng H2S sau khi lọc ban đầu khoảng 10ppmV và tăng dần đến khoảng 100ppmV sau khi cho qua lọc 1400 lít biogas. Hiệu quả xử lý H2S bằng oxit sắt giảm từ 98% lúc ban đầu đến còn 80% khi lƣợng biogas qua lọc đạt 1400 lít. Trong thực tế, chúng tôi sử dụng cột lọc H2S có đƣờng kính 300mm và chiều cao 2000mm [4]. Chất lƣợng biogas sau khi lọc đủ tiêu chuẩn để chạy động cơ đốt trong [6]. Khí biogas sau khi qua lọc đƣợc dùng để cung cấp cho động cơ biogas đƣợc cải tạo từ động cơ diesel thí nghiệm. Hình 10 và hình 11 giới thiệu kết quả thí nghiệm loại trừ CO2 và H2S bằng cột lọc tổ hợp. Kích thƣớc cột lọc tƣơng tự nhƣ cột lọc sử dụng oxit sắt vừa nêu. Nồng độ CO2 chứa trong khí biogas gần nhƣ ổn định ở 37% thể tích còn nồng độ H2S dao động trong khoảng 1400ppmV đến 1600ppmV. Hiệu quả lọc ban đầu rất cao, đạt gần 100% đối với CO2 và 98,5% đối với H2S. Khi lƣợng biogas đi qua lọc 1000 lít thì hiệu quả lọc của hai chất này lần lƣợt là 97% và 96%. Nồng độ CO2 trong khí đầu ra nhỏ hơn 2% và nồng độ H2S nhỏ hơn 100ppmV sau khi có 1000 lít biogas đi qua lọc. Để kéo dài thời gian sử dụng lọc, trong thực tế thể tích lọc và khối lƣợng CaO và oxit sắt đƣợc tính toán CO2 đầu vào CO2 đầu ra Hiệu suất xử lý CO2 H2S đầu vào H2S đầu ra Hiệu quả xử lý Hình 10: Hiệu quả lọc CO2 bằng cột lọc tổ hợp oxit sắt và vôi nung Hình 11: Hiệu quả lọc H2S bằng cột lọc tổ hợp oxit sắt và vôi nung H2S đầu vào H2S đầu ra Hiệu suất xử lý H2S Hình 9: Lọc H2S trong biogas bằng oxit sắt TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 28 theo nhu cầu lƣu lƣợng biogas đi qua lọc. Trong thực tế, chúng tôi sử dụng cột lọc có chiều cao 2000mm và đƣờng kính 300mm. Khí biogas qua lọc đƣợc cung cấp cho động cơ bigas cải tạo từ động cơ xăng. 3.2. Trình tự thí nghiệm Thiết bị gây tải là 4 bóng đèn công suất 500W mỗi bóng và hai máy bơm công suất 1500W mỗi máy. Các bóng đèn và máy bơm đƣợc bật lần lƣợt để tăng tải cản. Đối với động cơ diesel, sau khi khởi động và chuyển sang chạy bằng biogas và điều chỉnh van cung cấp biogas để điện áp máy phát đạt khoảng 100V. Ứng với một chế độ tải bên ngoài, ta dịch chuyển van côn về phía mở rộng van cho đến khi điện áp máy phát đạt 220V và ghi nhận vị trí của van lúc đó. Đối với động cơ xăng, bƣớm ga đƣợc cố định tại 4 vị trí chia đều từ 1/4 đến mở hoàn toàn. Sau khi cho động cơ chạy bằng biogas, đầu tiên ta bật bóng đèn 500W, chỉnh bƣớm ga sang vị trí 1/4 đồng thời chỉnh van biogas để điện áp động cơ khoảng 100V. Cố định vị trí bƣớm ga và mở dần van côn đến khi điện áp động cơ đạt đƣợc 220V và ghi nhận vị trí van côn lúc đó. Tiến hành thí nghiệm tƣơng tự cho các giá trị tải 1000W, 1500W và 2000W. Pe (W) C O ( % ) Hình 14: Biến thiên nồng độ CO trong khí thải động cơ diesel khi chạy bằng biogas theo công suất 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 100 200 300 0 1000 2000 3 00 4 00 5000 Pe (W) H C ( p p m ) Hình 14: Biến thiên nồng độ HC trong khí thải động cơ diesel khi chạy bằng biogas theo công suất 10 11 12 13 14 0 2 4 6 8 Pe (kW) D c (m m ) Lý thuyết Thực nghiệm Hình 13: So sánh kết quả cho bởi lý thuyế và thực nghiệm Dc=f(Pe) đối với động cơ diesel 7 7,5 8 8,5 9 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 25% tải 50% tải 75% tải 100% tải Thực nghiệm Pe (kW) D c (m m ) Hình 12: So sánh kết quả cho bởi lý thuyết và thực nghiệm Dc=f(Pe) đối với động cơ xăng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 29 4. Kết quả và bình luận Hình 12 trình bày so sánh kết quả cho bởi lý thuyết và thực nghiệm về quan hệ giữa công suất động cơ và đƣờng kính kim côn Dc đối với động cơ xăng. Đƣờng kính đầu vào và đầu ra của van là Dv=9mm. Khí biogas chứa 80% thể tích CH4 sau khi lọc. Đƣờng cong lý thuyết đƣợc thiết lập trên cơ sở lý luận đã đƣợc trình bày ở phần 2. Bƣớm ga đƣợc cố định ở 4 vị trí và độ đậm đặc  của hỗn hợp đƣợc thay đổi từ 0,55 đến 1. Kết quả cho thấy ở công suất bé, đƣờng cong thực nghiệm tiến sát đƣờng cong lý thuyết. Ở chế độ tải lớn, đƣờng cong thực nghiệm thấp hơn đƣờng cong lý thuyết, nghĩa là đƣờng kính Dc của kim côn nhỏ hơn, tiết diện lƣu thông của van lớn hơn, tƣơng ứng với lƣợng biogas đi qua van lớn hơn lƣợng nhiên liệu tính toán theo lý thuyết. Sai lệch lớn nhất giữa lý thuyết và thực nghiệm về đƣờng kính kim côn nhỏ hơn 10% . Đối với động cơ diesel, mối quan hệ lý thuyết giữa công suất động cơ và Dc đƣợc thiết lập ứng với tốc độ động cơ ổn định ở 2200 vòng/phút. Đƣờng kính van côn Dv=14mm. Hàm lƣợng CH4 trong khí biogas sau khi qua lọc là 60%. So sánh kết quả cho bởi lý thuyết và thực nghiệm đƣợc trình bày trên hình 13. Tƣơng tự nhƣ động cơ xăng, ở chế độ tải thấp, đƣờng cong thực nghiệm gần với đƣờng cong lý thuyết. Ở chế độ tải lớn, sai lệch cực đại giữa lý thuyết và thực nghiệm đối với đƣờng kính kim côn Dc nhỏ hơn 10%. Sai số này có thể giải thích bởi hai lý do. Trƣớc hết hệ số tiết lƣu của van côn do không xác định đƣợc nên chúng ta chọn bằng đơn vị trong tính toán nên lƣu lƣợng biogas đi qua van theo lý thuyết lớn hơn thực nghiệm. Mặt khác, do quá trình cháy không hoàn toàn nên để đảm bảo cùng công suất tính toán, trong thực tế lƣợng nhiên liệu cung cấp cho động cơ lớn hơn. Kết quả so sánh trên đây phù hợp với kết quả phân tích khí thải động cơ diesel ở các chế độ thực nghiệm tƣơng ứng với hình 13. Ở vùng công suất thấp, hỗn hợp tổng quát của động cơ rất nghèo vì vậy nồng độ CO và HC trong khí thải đều rất thấp (hình 14 và hình 15). Nếu so sánh với tiêu chuẩn khí thải của động cơ xe cơ giới (4,5% CO và 1200ppm HC) thì nồng độ CO trong khí thải động cơ biogas nhỏ hơn 100 lần và nồng độ HC nhỏ hơn 10 lần. Ở vùng công suất cao, hỗn hợp đậm hơn theo tính toán lý thuyết nên thành phần CO và HC đều tăng. 5. Kết luận Kết quả nghiên cứu trên đây cho phép chúng ta rút ra đƣợc những kết luận sau: 1. Có thể sử dụng van cung cấp biogas kiểu côn để điều chỉnh quá trình cung cấp nhiên liệu tối ƣu cho động cơ tĩnh tại. Kích thƣớc của kim côn theo tính toán lý thuyết hơn kích thƣớc thực tế 10% ở khu vực tải lớn. 2. Để động cơ có thể sử dụng đƣợc hai nhiên liệu, đối với động cơ xăng, có thể kết hợp bộ điều tốc có sẵn để điều chỉnh van cung cấp biogas; đối với động cơ diesel, bộ điều tốc biogas đƣợc mắc độc lập đối với bộ điều tốc diesel 3. Động cơ đánh lửa bằng phun nhiên liệu mồi có thể làm việc với hỗn hợp cố độ đậm đặc tổng quát rất thấp (min xấp xỉ 0,1). Khi đó thành phần CO, HC trong TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(28).2008 30 khí thải nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép đối với động cơ xe cơ giới lần lƣợt 100 lần và 10 lần. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] BUI VAN GA, NGO VAN LANH, NGO KIM PHUNG: Tinh luyện khí biogas để chạy động cơ đốt trong. Khoa học và Phát triển, Đà Nẵng 4-2007 [4] BUI VAN GA, NGO VAN LANH, NGO KIM PHUNG, VENET CEDERIC: Thử nghiệm khí biogas trên động cơ xe gắn máy. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 1(18), pp. 1-5, 2007 [5] Bui Van Ga, Nhan Hong Quang, Truong Le Bich Tram: Small Power Engine Fueled with Biogas. The 4th Seminar on Environment Science and Technology Issues Related to the Sustainable Development for Urban and Coastal Areas, pp. 257-263. Japan-Vietnam Core University Program, Danang 27-28 September 2007 [6] Bùi Văn Ga, Trƣơng Lê Bích Trâm, Trƣơng Hoàng Thiện, Lê Minh Tiến : Hệ thống cung cấp khí biogas cho động cơ cỡ nhỏ. Tuyển tập Hội Nghị Cơ học Thủy khí toàn quốc, Huế, 26-28/7/2007 [7] 237. BUI VAN GA, TRAN VAN NAM, TRAN THANH HAI TUNG: Compression Ignition Engine Fueled by Biogas. Hội nghị toàn quốc về Cơ học Thủy Khí, Phan Thiết, 25-27/7/2008 [8] 238. BUI VAN GA, LE MINH TIEN, TRUONG LE BICH TRAM, TRAN HAU LUONG: Biogas-Gasoline Hybrid Engine. Tạp chí Khoa học-Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 3(26), pp. 40-48, 2008

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf04_ga_quang_tram_phi_pr03_tram_3201.pdf
Luận văn liên quan