MỤC LỤC
Trang Tựa Trang
Lời cảm ơn . iii
Tóm tắt . iv
Mục lục . v
Danh sách các bảng . vii
Danh sách các hình . viii
Danh sách chữ viết tắt . ix
Chương 1
1. MỞ ĐẦU . 1
1.1. Đặt vấn đề . 1
1.2. Mục đích và yêu cầu . 2
1.2.1. Mục đích . 2
1.2.2. Yêu cầu . 2
Chương 2
2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU . 3
2.1. Sơ lượt về thành phần hóa học và tính chất khí sinh học biogas . 3
2.1.1. Định nghĩa . 3
2.1.2. Thành phần . 3
2.1.3. Tính chất vật lý, hóa học . 3
2.1.4. Cơ chế tạo thành khí sinh học trong hệ thống biogas . 6
2.1.5. Một số mô hình tạo khí biogas đang được ứng dụng hiện nay . 7
2.1.6. Tiềm năng và ý nghĩa của biogas . 9
2.2. Tình hình nghiên cứu biogas trong và ngoài nước . 11
2.2.1. Tình hình trong nước . 11
2.2.2. Tình hình ngoài nước . 11
2.3. Sơ lượt vài nét về động cơ máy 2 kVA . 12
2.3.1. Khái niệm động cơ đốt trong bốn kỳ . 12
2.3.2. Cấu tạo động cơ đốt trong . 13
2.3.2.1. Bộ phận phát lực . 13
2.3.2.2. Bộ phận đánh lửa . 14
2.3.2.3. Bộ phận phân phối khí . 15
2.3.2.4. Bộ phận nhiên liệu . 15
2.3.3. Cấu tạo động cơ đã được chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu biogas . 17
2.3.4. Một số động cơ sử dụng biogas thường gặp . 18
2.3.5. Khí thải của động cơ đốt trong . 22
2.3.5.1. Oxit cacbon (COx) . 22
2.3.5.2. NOx , H2S và SO2 .22
2.3.5.3. Các chất hydrocacbua . 23
2.3.5.4 . Các hợp chất chì . 23
Chương 3
3. VẬT LIỆU VÀ PHưƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài . 24
3.2. Vật liệu và thiết bị sử dụng . 24
3.3. Phương pháp thí nhiệm . 24
Chương 4
4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy
và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện
thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ không tải. . 28
4.2. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành máy
và nhiên liệu lên nồng độ khí thải, hiệu điện
thế và lượng nhiên liệu tiêu thụ ở chế độ có tải . 33
4.3. Hiệu quả kinh tế của máy nổ phát điện sử dụng biogas hoặc xăng. . 37
Chương 5
5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1. Kết luận . 39
5.2. Đề nghị . 39
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
7. PHỤ LỤC
54 trang |
Chia sẻ: leddyking34 | Lượt xem: 2159 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Khảo sát hoạt động của máy phát điện công suất 2 KVA sử dụng nhiên liệu Biogas được ủ từ phân heo, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
thống thoát nƣớc đọng và chống tăng áp đột ngột (Đồng Nai đã lắp
đặt trên 7.000 túi các loại). Loại hầm này hiện nay phát triển rộng rãi nhiều nơi do
dạng hầm này lắp đặt nhanh giá lại rẽ thu hồi vốn trong vòng 1 năm.
2.1.6. Tiềm năng và ý nghĩa của biogas [1]
a. Tiềm năng
Theo thống kê sơ bộ của tổng cục thống kê Việt Nam, trong năm 2005 cả nƣớc
có trên 119.586 trang trại chăn nuôi.
Miền bắc
- Lƣợng khí biogas lấy đƣợc từ lợn ở miền bắc
13.241.900 con 2,44 kg phân/ngày/con =32.310.236 kg phân/ ngày
32.310.236 kg phân/ ngày 0,04 =1.453.960,62 m3 gas/ngày
(1 kg phân lợn ủ trong 45 ngày sẽ phát sinh 0,045 m3 gas)
- Lƣợng khí biogas lấy đƣợc từ bò và trâu ở miền bắc
3.411.000 con 14 kg phân/ngày/con =47.754.000 kg phân/ngày
47.754.000 kg phân/ngày 0.036 =1.719.144 m3 gas /ngày
(1kg phân bò hoặc trâu ủ yếm khí trong 50 ngày sẽ phát sinh 0.036 m3)
Tổng lƣợng khí biogas thu đƣợc từ lợn, bò và trâu ở miền bắc.
1.453.960,62 m
3
gas/ngày + 1.719.144 m3 gas/ngày =1.865.104,62 m3 gas/ngày.
Miền trung
- Lƣợng khí biogas lấy đƣợc từ lợn ở miền trung
7.746.500 con 2,44 kg phân/ngày/con = 18.901.460 kg phân/ngày
18.901.460 kg phân/ngày 0.045 =850.565,7 m3 gas/ngày
- Lƣợng khí biogas lấy đƣợc từ trâu và bò ở miền trung
3.697.000 con 14 kg phân/ngày/con =51.758.000 kg phân/ngày
51.758.000 kg phân/ngày 0.036 = 1.863.288 m3 gas/ngày
Tổng lƣợng khí biogas thu đƣợc từ lợn, bò và trâu ở miền trung
850.565,7 m
3
gas/ngày + 1.863.288 m3 gas/ngày = 2.713.853,7 m3 gas/ngày
10
Miền nam
- Lƣợng khí biogas lấy đƣợc từ lợn ở miền nam
6.446.600 con 2,44 kg phân/ngày/con = 15.729.704 kg phân/ngày
15.729.704 kg phân/ngày 0.045 = 707.836,68 m3 gas/ngày
- Lƣợng khí biogas lấy từ phân bò và trâu ở miền nam
1.362.100 con 14 kg phân/ngày/con =19.69.400 kg phân/ngày
19.69.400 kg phân/ngày 0,036 = 686.498,4 m3 gas/ngày
Tổng lƣợng khí biogas thu đƣợc từ lợn, bò và trâu ở miền nam
707.836,68 m
3
gas/ngày + 686.498,4 m3 gas/ngày = 1394335,08 m3 gas/ngày
Tổng lƣợng khí biogas thu đƣợc từ lợn, bò và trâu ở miền nam
Tổng lƣợng biogas thu đƣợc cả nƣớc là:
= 1.865.104,62 + 2.713.853,7 + 1.394.335,08 = 5.973.293,4 m
3
gas/ngày
Thực tế 1 m3 biogas ở áp suất 1atm, nhiệt độ 280C, có thể làm nguồn thắp sáng
từ 60 – 100 W trong 6 giờ, nấu ăn đƣợc 3 bữa ăn cho 5 – 6 ngƣời và thay thế cho
nhiên liệu tƣơng đƣơng với 1,15 lít xăng .
Vì vậy, nếu tận dụng thu gồm tất cả chất thải các trại chăn nuôi lợn, bò và trâu
trên cả nƣớc thì có thể cho ta lƣợng khí biogas trong ngày quy ra nhiên liệu xăng là:
5.973.293,4 m
3
gas/ngày 1,15 6.869.287,41 lít xăng/ngày. Từ đó cho thấy, tiềm
năng biogas ở nƣớc ta rất lớn.
b. Ý nghĩa thực tiễn
Với việc sử dụng động cơ chạy bằng biogas có ý nghĩa rất to lớn trong đời
sống thực tiễn ở vùng nông thôn trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
Sử dụng rộng rãi động cơ chạy bằng biogas sẽ giảm đƣợc một lƣợng chi phí rất lớn
trong việc mua nhiên liệu truyền thống. Nhiên liệu truyền thống ngày càng cạn kiệt
dẫn đến một lúc nào đó sẽ không còn khai thác đƣợc nữa. Trong khi đó, nhiên liệu
biogas thu đƣợc từ sự phân hủy phân động vật, thực vật, rác thải…thì vô tận. Ngoài
ra, việc sử dụng nhiên liệu biogas còn giảm đáng kể lƣợng khí thải thoát ra từ động
cơ so với nhiên liệu truyền thống, đảm bảo cho môi trƣờng xanh sạch.
11
2.2. Tình hình nghiên cứu biogas trong và ngoài nƣớc
2.2.1. Tình hình trong nƣớc
Các nhà khoa học ở Phân viện Kỹ thuật công binh (Bộ Quốc phòng) phối
hợp với Trung tâm Nhiệt - Thủy - Khí - Động học trƣờng Đại học Bách khoa Hà
Nội vừa thực hiện thành công công trình sử dụng khí sinh học chạy máy phát điện
công suất nhỏ, phục vụ các hộ gia đình, trang trại chăn nuôi và làng nghề… So sánh
nhiệt lƣợng hữu ích của 1 m3 khí sinh học tƣơng đƣơng với 0,96 lít dầu, bằng 4,7
kW điện, gần 4,4 kg củi gỗ và hơn 6 kg rơm rạ[8]
GS.TSKH Bùi Văn Ga, giám đốc đại học Đà Nẵng, đƣợc TS Nhan Hồng
Quang (Phân viện Bảo hộ lao động và Bảo vệ môi trƣờng miền Trung Tây Nguyên)
triển khai tại xã Hoà Ninh, huyện Hoà Vang. Nhóm nghiên cứu đã chuyển đổi thành
công động cơ máy phát điện chạy bằng diesel sang chạy bằng khí biogas đã qua xử
lý[11].
Anh Võ Thanh Phong năm 2005 cải tiến động cơ ôtô hết thời kỳ sử dụng để
sản xuất ra máy phát điện chạy bằng khí mê tan. Đến giữa năm 2007 anh đã lắp đặt
đƣợc trên 100 máy phát điện mini công suất từ 10 – 30 kW.
Gia đình anh Đặng Đức Binh ở xã Xuân Quan, Văn Giang, Hƣng Yên mua
một máy phát điện 3kW về thay bình xăng, chỉ cần dùng các túi nilông để chứa gas
dẫn vào máy phát điện, máy khởi động và phát điện bình thƣờng nhƣ dùng xăng và
đã phục vụ sinh hoạt từ bóng đèn, quạt, tivi đến máy bơm nƣớc, đun nấu, sƣởi ấm
cho lợn và các tiện nghi khác đƣợc hoạt động hết công suất mà điện vẫn ổn định[14]
2.2.2. Tình hình ngoài nƣớc[5]
Việc nghiên cứu và ứng dụng Biogas đã xuất hiện từ lâu. Phát triển mạnh
nhất là ở các nƣớc Trung Quốc, Ấn Độ, Thụy Điển, Đức, Đan Mạch …
Ở Trung Quốc, tổng sản lƣợng biogas của cả nƣớc là 2000 triệu m3/năm.
biogas chủ yếu đƣợc sử dụng và mục đích đun nấu, thắp sáng hay chạy các động cơ
phát điện. Cho đến năm 1979, Trung Quốc đã có 301 trạm phát điện nhỏ sử dụng
biogas.
Ở Ấn Độ, chƣơng trình năng lƣợng và và nƣớc sạch nông thôn đã đƣợc triển
khai từ những năm 90 của thế kỷ trƣớc. Hàng năm có khoảng 200.000 hộ gia đình
12
Ấn Độ chuyển từ sử dụng năng lƣợng củi đốt sang sử dụng biogas. Cho đến nay Ấn
Độ đã có đến hơn 2.000.000 trạm biogas.
Ở Đức, tốc độ xây dựng các công trình khí sinh học tăng từ 100 thiết bị/ năm
trong những năm 1990 lên tới 200 thiết bị/năm vào năm 2000. Hầu hết các công
trình có thể tích phân hủy từ 1000 tới 1500 m3, công suất khí 100 tới 500 m3. Có
trên 30 công trình quy mô lớn với thể tích phân hủy từ 4000 tới 8000 m3. Khí sinh
học sinh ra đƣợc sử dụng để cung cấp cho các tổ máy đồng phát nhiệt và điện có
công suất điện là 20, 150, 200, và 500 kWe. Tới cuối năm 2002, đã có trên 1200
công trình khí sinh học, góp 1,7% sản lƣợng điện từ năng lƣợng tái tạo[6].
Ở Châu Âu, ngƣời ta đã chế tạo các loại động cơ chạy bằng biogas sản xuất
chủ yếu từ các nhà máy xử lý chất thải, các loại động cơ hai kỳ (n=400-1250
vòng/phút), công suất 42 HP, các loại động cơ tốc độ cao, đa xylanh của hãng
Cantebury có thể cho công suất lên đến 105 KWh ở Anh, Đức, một số sản phẩm đã
đƣợc ứng dụng rộng rãi ra thực tế nhƣ tàu lửa chạy bằng biogas ở Thụy Điển, xe hơi
Hybrid bán rất chạy ở Mỹ … Các giải pháp động cơ lƣỡng nhiên liệu (Biogas –
Diesel) cũng đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng ở Đan Mạch, Đức, Thụy Điển …
2.3. Sơ lƣợt vài nét về động cơ máy 2 kVA [1].
Máy phát điện 2KVA đang khảo sát là một động cơ đốt trong, động cơ 4 kỳ có
thể hoạt động tốt cả 2 loại nhiên liệu xăng hay biogas.
Nguyên lý hoạt động của máy nhƣ sau
2.3.1. Khái niệm động cơ đốt trong bốn kỳ
Là động cơ mà một chu kỳ hoàn thành trong 4 hành trình. Nói cách khác,
piston phải chạy lên xuống 4 lần và trong 4 hành trình của piston chỉ có một hành
trình sinh công. Trong mỗi chu kỳ của động cơ đốt trong xảy ra 4 quá trình liên tiếp
nhau: Kỳ nạp, kỳ nén, kỳ nổ, kỳ xả.
Kỳ nạp: Piston đi từ ĐCT đến ĐCD; xupap hút mở cho phép hút môi chất
vào trong xylanh.
Kỳ nén: Cả hai xupap hút và xả đều đóng kín, piston đi từ ĐCD đến ĐCT.
Môi chất bên trong xylanh bị nén; dẫn đến áp suất, nhiệt độ trong xylanh
tăng nhanh.
13
Kỳ nổ: Cả hai xupap vẫn đóng kín. Khi piston ở gần ĐCT môi chất bên trong
xylanh bị đốt cháy, sinh công và toả nhiệt, áp suất và nhiệt độ tăng vọt lên rất
cao đẩy piston đi xuống sinh ra công làm quay trục khuỷu. Ở động cơ 4 kỳ
thì kỳ nổ là kỳ sinh công duy nhất.
Kỳ xả: Xupap xả mở, piston đi từ ĐCD đến ĐCT đẩy toàn bộ lƣợng khí đã
cháy ra ngoài xylanh. Kết thúc một chu trình của động cơ. Sau đó piston tiếp
tục đi xuống lặp lại kỳ hút. Cứ nhƣ vậy động cơ vận hành liên tục.
Kỳ nạp Kỳ nén Kỳ nổ Kỳ xả
Hình 2.1: Các kỳ của động cơ đốt trong 4 kỳ
2.3.2. Cấu tạo động cơ đốt trong
2.3.2.1. Bộ phận phát lực
Có nhiệm vụ biến áp lực của khí thể cháy trong xylanh thành mômen quay
của trục khuỷu động cơ để dẫn động máy công tác. Nhóm chi tiết phát lực
bao gồm
Nhóm piston: Chuyển động tịnh tiến trong xylanh, chịu tác dụng trực
tiếp của lực khí thể trong xylanh và truyền lực tác động này lên thanh
truyền, trục khuỷu và bánh đà để mang ra ngoài. Nhóm piston bao gồm
Piston: Là chi tiết chịu lực tác dụng trực tiếp áp lực khí thể trong buồng
cháy va truyền lực tác dụng đó qua thanh truyền và trục khuỷu. Cùng với
secmăng, xylanh và nắp máy, piston tạo thành buồng khí chứa môi chất
công tác
14
Secmăng: Có nhiệm vụ bao kín buồng xylanh ngăn dầu bôi trơn vào
buồng xylanh trong quá trình động cơ hoạt động và bơm dầu lên bôi trơn
thành xylanh.
Chốt piston: Là chi tiết nối piston với thanh truyền và truyền lực tác
dụng của khí thể từ piston xuống thanh truyền. Chốt piston thƣờng có cấu
tạo hình trụ rỗng và đƣợc lắp lỏng với bệ chốt piston và đầu nhỏ thanh
truyền
Thanh truyền: Là chi tiết trung gian, trong đó đầu nhỏ lắp ghép với
piston, đầu lớn liên kết với chốt khuỷu. Thanh truyền có nhiệm vụ truyền
lực tác dụng từ piston đến trục khuỷu.
Nhóm trục khuỷu – bánh đà:
Trục khuỷu: Có nhiệm vụ nhận lực tác dụng từ thanh truyền, biến
thành moment quay để kéo máy công tác.
Bánh đà: Có nhiệm vụ tích trữ công dƣ và phát triển năng lƣợng giúp
cho trục khuỷu quay đều, tạo sự êm dịu cho động cơ.
2.3.2.2. Bộ phận đánh lửa
Bộ chia điện: Nhiệm vụ của bộ chia điện là phân điện áp đến từng bugi
theo đúng thứ tự xilanh vào đúng thời điểm, để có thể bật tia lửa đốt cháy
hòa khí vào cuối kỳ nén. Bộ chia điện có thể đƣợc dẫn từ trục khuỷu hoặc
trục cam. Đối với động cơ khảo sát đầu ra của bộ chia điện đƣợc nối với
4 bugi tƣơng ứng ở từng xilanh. Thứ tự các bugi tƣơng ứng với một vòng
quay bộ chia điện là 1-3-4-2, tƣơng ứng với thứ tự nổ của động cơ.
Bôbin: Là một biến thế, gồm hai cuộn dây; với số vòng khác nhau cùng
quấn trên cùng một lõi sắt từ. Số vòng dây của cuộn thứ cấp nhiều hơn
gấp nhiều lần số vòng của cuộn sơ cấp. Khi xuất hiện điện áp biến thiên
từ cuộn sơ cấp, sinh ra từ trƣờng biến thiên trong lõi sắt từ, từ trƣờng biến
thiên này xuyên qua cuộn thứ cấp và sinh ra dòng điện trong cuộn thứ
cấp.
Nhiệm vụ của Bôbin là tạo ra điện áp rất cao, khoảng 45-50 kV. Ở
mức điện áp này có thể tạo ra tia lửa điện phóng qua khe hở nhỏ khoảng 2
15
mm, kèm theo nhiệt và tiếng nổ. Điện áp cao sinh ra từ bôbin đƣợc dẫn
đến bộ chia điện thông qua các dây dẫn đƣợc cách ly cao áp.
Bugi: Nhiệm vụ là tạo ra tia lửa điện nhờ khoảng hở giữa hai cực của
bugi. Khi xuất hiện tia lửa, sinh ra nhiệt độ cao và làm bốc cháy hòa khí
ngay giữa khoảng hở này Sau khi cháy, màng lửa tiếp tục lan rộng ra
khắp buồng cháy. Nhƣ vậy hòa khí đã đƣợc đốt cháy.
2.3.2.3. Bộ phận phân phối khí
Có cấu tạo gồm nhiều bộ phận nhƣng quan trọng nhất là các phần sau
Xupap: Có nhiệm vụ đóng mở các cửa nạp và cửa xả. Cấu tạo xupap
gồm 3 phân chính: tán xupap, thân xupap và đuôi xupap.
Đũa đẩy: Dùng trong hệ thống phân phối khí có xupap treo. Đũa đẩy có
nhiệm vụ truyền lực từ con đội đến đòn bẩy.
Con đội: Gồm có phần thân để dẫn hƣớng và phần mặt tiếp xúc với cam
phân phối khí. Thân con đội có dạng hình trụ còn phần tiếp xúc có nhiều
dạng khác nhau. Con đội có nhiệm vụ nhận lực trực tiếp từ cam truyền
đến đũa đẩy hay đuôi xupap để đóng mở xupap.
Đòn bẩy: Là chi tiết truyền lực trung gian một đầu tiếp xúc với đũa đẩy,
một đầu tiếp xúc với đuôi xupap. Khi trục cam nâng con đội lên, đũa đẩy
đẩy vào một đầu của đòn bẩy đi lên, đầu kia đòn bẩy nén lò xo xupap
xuống và mở xupap.
Trục cam: Có nhiệm vụ dẫn động xupap đóng mở theo một trình tự nhất
định.
2.3.2.4. Bộ phận nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu của động cơ đang khảo sát sử dụng phƣơng pháp hoà trộn
trƣớc bao gồm các chi tiết: Bình chứa, các ống dẫn, lọc, bơm nhiên liệu, bộ chế hòa
khí… Tuy nhiên ở hệ thống nhiên liệu quan trọng nhất là bộ chế hoà khí. Bộ chế
hòa khí có nhiệm vụ tạo ra hỗn hợp đồng nhất giữa nhiên liệu và không khí theo
một tỉ lệ thích hợp nhằm giúp cho hỗn hợp này đƣợc cháy hoàn toàn.Thông thƣờng
tỉ lệ hỗn hợp đƣợc tính bằng tỉ lệ khối lƣợng giữa nhiên liệu và không khí. Đối với
động cơ xăng tỉ lệ này là 1:14,7 nhƣng đối với động cơ chạy bằng biogas thì tỉ lệ
này là 1:12,5 [4 ].
16
Các bộ phận chính của bộ chế hoà khí
Bơm giữ mực: Nhiệm vụ của bình giữ mực là tích trữ một lƣợng xăng
trong nó nhằm đảm bảo cho bộ chế hoà khí làm việc ổn định. Trong bình
giữ mực có hệ thống phao, kết cấu của hệ thống phao cho phép đảm bảo
nhiệm vụ của bình giữ mực. Khi mực xăng hạ thấp xuống, phao hạ
xuống, đồng thời mở van kim cho phép xăng chảy vào trong bình giữ
mực; khi mực xăng trong bình dâng cao, phao đƣợc nâng lên, van kim
đóng lại ngăn không cho xăng tiếp tục chảy vào.
Mạch tốc độ thấp sơ cấp: Nhằm cung cấp nhiên liệu cho động cơ khi
làm việc ở chế độ ít tải
Mạch tốc độ cao sơ cấp: Có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho động cơ
khi làm việc ở chế độ tải vừa và nặng.
Mạch tốc độ thấp thứ cấp: Giúp cho động cơ không bị giật trong quá
trình tăng tốc.
Mạch tốc độ cao thứ cấp: Cung cấp thêm nhiên liệu cần thiết cho động
cơ khi chuyển từ chế độ làm việc vừa sang tải nặng.
Hình 2.2. Sơ đồ bộ chế hòa khí
17
2.3.3. Cấu tạo động cơ đã đƣợc chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu biogas
Về cơ bản động cơ sử dụng nhiên liệu biogas cũng là một động cơ đốt trong
nhƣng đã đƣợc chuyển đổi và thêm vào một số bộ phận cho phù hợp với đặc tính
của biogas. Cụ thể nhƣ sau.
Hệ thống nhiên liệu: giữ nguyên bộ chế hoà khí, lắp thêm bộ trộn để sử
dụng gas. Bộ trộn đƣợc lắp vào phía trƣớc của bộ chế hoà khí và sử dụng phƣơng
pháp hòa trộn trƣớc. Nhiên liệu và không khí đƣợc hòa trộn hình thành hòa khí
trƣớc khi hút vào động cơ. Bộ trộn có nhiệm vụ hòa trộn không khí và biogas thành
một hỗn hợp có tỉ lệ thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. Nhƣ vậy động
cơ vừa có thể chạy bằng nhiên liệu xăng cũng nhƣ biogas. Ngoài ra còn có thêm hệ
thống điều khiển tự động chuyển mạch nhiên liệu từ xăng (khi khởi động) sang
biogas (khi động cơ đã đạt nhiệt độ).
Hệ thống đánh lửa: giữ nguyên kết cấu, có trích đƣờng tín hiệu xung NE
đƣa vào mạch điều tốc điện tử.
Hệ thống làm mát: lắp thêm két nƣớc
Bộ điều tốc điện tử: Có tác dụng điều chỉnh tốc độ làm việc của động cơ. Bộ
điều tốc điện tử dùng động cơ bƣớc trực tiếp điều khiển bƣớm ga, hoạt động liên tục
cùng với động cơ; vi mạch đƣợc chọn là AT89C2051.
18
2.3.4. Một số động cơ sử dụng biogas thƣờng gặp [1]
Về cơ bản động cơ sử dụng biogas là một loại động cơ đốt trong. Động cơ sử
dụng gas rất phổ biến trên thế giới. Chúng tôi xin trình bày một số loại động cơ sử
dụng biogas thƣờng gặp.
a. Động cơ sử dụng gas theo phƣơng pháp hòa trộn nƣớc, không có
buồng cháy phụ
Kết cấu động cơ gas sử dụng rất giống với động cơ xăng dùng chế hòa khí. Nhiên
liệu đƣợc hòa trộn bằng bộ trộn, đạt tỉ lệ hòa khí thích hợp trƣớc khi đƣợc hút vào
trong xilanh. Hỗn hợp khí và gas đƣợc đốt cháy nhờ tia lửa điện từ bugi.
b. Động cơ diesel gas
Đối với động cơ diesel-gas, tỷ số nén của động cơ này khá cao, bằng với tỷ số
nén của động cơ diesel. Lƣợng hỗn hợp gas và không khí khi vào xilanh đƣợc hình
thành trƣớc sau khi qua bộ trộn, hỗn hợp này rất nghèo. Do dó không thể tự cháy
kích nổ ở tỷ số nén cao. Sau đó một lƣợng diesel đƣợc phun vào trong xilanh và tự
bốc cháy. Lƣợng nhiên liệu này bốc cháy, mồi cho quá trình cháy của gas. Động cơ
sử dụng phƣơng pháp này chỉ dùng đƣợc với khí gas có thành phần khí metan cao.
Riêng đối với biogas thì không thể sử dụng đƣợc vì lƣợng CO2 có trong biogas cao
vƣợt mức cho phép.
Hình 2.3. Động cơ gas sử dụng
phƣơng pháp hòa trộn trƣớc
19
Hình 2.4. Động cơ diesel – gas
Hình 2.5. Động cơ gas sử dụng phƣơng pháp hòa trộn trƣớc có
buồng cháy phụ
c. Động cơ gas sử dụng theo phƣơng pháp hòa trộn trƣớc, có buồng cháy
phụ
Động cơ gas loại này có sử dụng phƣơng pháp hòa trộn trƣớc là bộ trộn. Tuy
nhiên, để điều khiển đƣợc quá trình cháy tốt hơn, ngƣời ta hình thành hỗn hợp
nghèo trƣớc khi đƣa vào buồng cháy. Sau đó, một lƣợng nhiên liệu (xăng) đƣợc
phun vào buồng cháy phụ, làm mồi cho quá trình cháy chính của hỗn hợp gas.
20
Hình 2.6. Động cơ gas sử dụng phƣơng pháp
phun trên dƣờng ống nạp
d. Động cơ sử dụng gas theo phƣơng pháp hòa trộn sau
Đối với những động cơ sử dụng theo phƣơng pháp hòa trộn sau, gas đƣơc phun
với áp suất cao vào buồng cháy hoặc phun trên đƣờng ống nạp. Khi phun với áp
suất cao, gas ở áp suất cao chƣa kịp hóa hơi, giãn nở. Do đó nhất thiết phải có hệ
thống nhiên liệu thứ 2 làm nhiệm vụ mồi cho quá trình cháy chính của gas. Hệ
thống nhiên liệu này, có thể là xăng hoặc diesel, tạo ra một nhiêt độ ban đầu khá
lớn, giúp khí gas hóa hơi, giãn nở và dễ dàng bắt lửa khi cháy.
e. Động cơ gas phun trực tiếp trên đƣờng ống nạp
21
f. Động cơ gas diesel
Đối với động cơ này, trƣớc tiên gas đƣợc nén với áp suất cao (khoảng 350
bar) và đƣợc phun vào cuối kỳ nén của động cơ. Sau đó, một lƣợng nhỏ diesel, đƣợc
phun vào trong xilanh cùng với gas. Nhƣ vậy, với cách phun nhƣ trên, lƣợng gas
đƣợc đốt cháy hoàn toàn, mang lại hiệu suất nhiệt rất cao, tăng năng suất động cơ.
Nhìn chung, động cơ sử dụng gas rất đa dạng và rất phổ biến trên thế giới. Các
loại động cơ kể trên đƣợc thiết kế và chế tạo tối ƣu, chỉ sử dụng một loại nhiên liệu
là khí gas. Ở Việt Nam, các động cơ kể trên còn rất mới lạ và ít phổ biến. Do đó,
việc lựa chọn một động cơ nhƣ trên để phục vụ cho việc phát triển tiềm năng biogas
ở Việt Nam là không khả thi. Tuy nhiên, qua khảo sát hoạt động của các loại động
cơ nói trên, chúng tôi nhận thấy việc nghiên cứu chuyển đổi dựa trên nguyên tắc
hoạt động của loại động cơ sử dụng gas theo phƣơng pháp hòa trộn trƣớc, không có
buồng cháy phụ là khả thi nhất và có thể thực hiện đƣợc tại Việt Nam. Loại động cơ
này có cấu tạo nhƣ một động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí rất ít phổ biến.
Hình 2.7. Động cơ gas – diesel
22
2.3.5. Khí thải của động cơ đốt trong
Khí thải của động cơ đƣợc thải từ xylanh đi ra môi trƣờng, ngoài các sản vật
cháy hoàn toàn CO2, H2O, N2, còn chứa các sản vật chƣa đƣợc cháy hoàn toàn, các
sản vật đƣợc phân giải từ sản vật cháy hoặc từ nhiên liệu.
Bảng 2.2. Hàm lƣợng các chất trong khí thải
2.3.5.1. Oxit cacbon (COx)
Có trong khí thải do thiếu oxy nên C không đƣợc cháy hoàn toàn. Đối với động
cơ xăng hoạt động với hoà khí đậm lƣợng CO có thể lên đến 10-12% thể tích sản
vật cháy. Ở động cơ diesel CO có thể lên đến 0,5%. Oxit cacbon ở nhiệt độ cao có
thể kết hợp với oxy tạo thành CO2. Chất này cùng với CFC là nguyên nhân chính
gây ra hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ trái đất tăng nhanh, ảnh hƣởng nghiêm trọng
đến môi trƣờng sống của con ngƣời. Chính vì thế hàm lƣợng oxit cacbon trong khí
xả của các loại động cơ luôn là một trong những vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu.
2.3.5.2. NOx , H2S và SO2
NOx gồm có NO và NO2 tồn tại ít chỉ khoảng vài mg/lít. H2S và SO2 có trong
khí thải động cơ dùng nhiên liệu có lƣu huỳnh. Lƣợng H2S thƣờng rất nhỏ không
đáng kể nhƣng lƣợng SO2 có thể lên đến 250 mg/m
3
. NOx cùng với H2S, SO2 khi
Các chất trong khí thải động cơ
Động cơ xăng Động cơ diesel
N2
O2
H2O (hơi nƣớc) % thể tích
CO2
CO
74-77 76-78
0,3-8,8 2-18
3,0-5,5 0,5-4
5,0-12 1-10
5,0-10 0,01-0,5
NOx
HC mg/l
OH
0-0,8 0,0002-0,5
0,2-3 0,009-0,5
0-0,2 0,001-0,009
Benzơpiren-3,4 kg/m3 10-20 0-10
Muội than g/m3 0-0,4 0,01-1,1
23
đƣợc thải vào không khí có thể bị biến đổi thành NO3
-
, SO4
2-
kết hợp với nƣớc
ngƣng tụ trong mây và rơi xuống thành mƣa acid ảnh hƣởng lớn đến đời sống của
động vật cũng nhƣ thực vật trên cạn. Nó làm mất cân bằng quá trình biến dƣỡng của
cơ thể sinh vật, gây ra một số bệnh cho cây trồng…
2.3.5.3. Các chất hydrocacbua
Chứa trong sản vật cháy dƣới dạng các chất CnHm. Sự độc hại của nó không
kém gì CO, một trong các chất trên là benzơpiren-3,4 rất dễ gây bệnh ung thƣ.
2.3.5.4. Các hợp chất của chì
Tồn tại trong khí xả của động cơ sử dụng xăng pha chì. Tác hại của các hợp
chất với chì cũng rất độc hại. Chì có cấu trúc tƣơng tự nhƣ canxi nên nó có thể đƣợc
hấp thụ vào tế bào thần kinh làm hỏng chức năng tổng quát của tế bào. Những
nghiên cứu gần đây cho thấy chì acetate có khả năng gây bệnh ung thƣ.
24
Chƣơng 3
VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ
NGHIỆM
3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài
Đề tài đƣợc thực hiện từ tháng 3 đến tháng 8 tại trại heo gia đình anh Huỳnh
Công Bằng số 23/3 tổ 13, ấp Trung Lân, xã Bà Điểm, huyện Hóc Môn, Thành phố
Hồ Chí Minh và tại trại bò trƣờng Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.
3.2. Vật liệu và thiết bị sử dụng
Biogas đƣợc ủ từ phân heo.
Xăng A92.
Máy phát điện công suất 10 kVA.
Đồng hồ đo ampe, đo volt.
Máy đo khí xả.
Túi nhựa dẻo để trữ gas chiều dài 4,5 m, đƣờng kính 0,75 m.
Ống nhựa PVC có đƣờng kính 21 mm.
Bóng đèn loại 500 W, 300 W, 100 W.
Các dụng cụ khác nhƣ: Táp lô lớn, phích cắm điện, công tắc điện, kéo, kềm,
băng keo đen, dây điện…
3.3. Phƣơng pháp thí nghiệm
Thí nghiệm nhằm mục đích đo khả năng tải và mức độ gây ô nhiễm từ khí
thải của máy phát điện 2 kVA. Bố trí thí nghiệm nhƣ sau:
a. Giai đoạn 1: khảo sát đƣợc tiến hành chạy máy phát điện tại Hốc Môn bằng
nhiên liệu biogas ở chế độ không tải.
Chuẩn bị: lấy gas nhiên liệu cho chạy máy bằng cách cột kín hai đầu của túi
nylon, một đầu cố định và một đầu mang ống nhựa để dẫn khí vào máy phát
điện.
25
Tiến hành: Nối ống dẫn gas này vào lổ thoát gas của hầm biogas để trữ gas
vào túi. Kiểm tra túi, ống dẫn, van khóa…không để gas xì. Tính toán lƣợng gas
trong túi trữ theo kích thƣớc của túi bằng công thức sau:
Lƣợng gas (m3) = chiều dài túi x 3,14 (đƣờng kính túi/2)2
Bƣớc 1: Khảo sát nồng độ các loại khí thải, hiệu điện thế ở hai đầu ra
của máy phát điện khi hoạt động ở chế độ không tải có công suất nhỏ.
Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng
cách 7 ngày trong thời gian khảo sát.
Tiến hành:
Dùng ống dẫn gas từ túi trữ vào động cơ, khởi động máy điều chỉnh bƣớm
gas để máy hoạt động với công suất nhỏ có chế độ không tải từ máy phát
điện ra ngoài các thiết bị điện.
Dùng đồng hồ đo và ghi nhận hiệu điện thế giữa hai đầu ra của máy.
Cho đầu dò của máy đo khí xả vào ống bô của máy để đo nồng độ các loại
khí xả. Thời gian một lần đo là 30 giây. Ghi nhận kết quả đo đƣợc, thời gian
máy chạy hết lƣợng gas trong túi.
Bƣớc 2: Khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy
phát điện khi hoạt động ở chế độ không tải có công suất vừa
Cũng tiến hành thực hiện các giai đoạn nhƣ ở bƣớc 1 nhƣng thay vào đó máy
phát điện đƣợc điều chỉnh ở chế độ không tải với công suất vừa.
Bƣớc 3: Khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy
phát điện khi hoạt động ở chế độ không tải có công suất tối đa
Cũng tiến hành thực hiện các giai đoạn nhƣ ở bƣớc 1 nhƣng thay vào đó máy
phát điện đƣợc điều chỉnh ở chế độ không tải với công suất tối đa.
b. Giai đoạn 2: khảo sát đƣợc tiến hành chạy máy phát điện tại Hốc Môn
dùng nhiên liệu biogas ở chế độ có tải.
Chuẩn bị: Dùng ống dẫn gas nối vào động cơ của máy phát điện. Nối dây tải
điện vào các thiết bị gồm: 2 bóng đèn tròn công suất 500 W, 2 bóng 300 W, 4
bóng 100 W. Khởi động máy, lần lƣợt điều chỉnh bƣớm gas để máy hoạt động
ở các chế độ công suất nhỏ, vừa và cao.
26
Công suất nhỏ: tƣơng ứng tải 100 W (mở bóng đèn 100 W).
Công suất vừa: tƣơng ứng mức tải 1kW (lần lƣợt mở 1 bóng đèn 500 W,
300 W, 100 W, 100 W).
Công suất lớn: tƣơng ứng mức tải 1,6 kW (lần lƣợt mở 2 bóng 500 W, 1
bóng 300 W, 3 bóng 100 W).
Bƣớc 1: khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy
phát điện khi hoạt động ở chế độ có tải có công suất nhỏ
Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời
điểm khác nhau với khoảng cách 7 ngày trong thời gian khảo sát.
Dùng ống dẫn gas từ túi trữ vào động cơ, khởi động máy điều chỉnh bƣớm
gas để máy hoạt động với công suất nhỏ có chế độ có tải từ máy phát điện ra
ngoài các thiết bị điện.
Dùng đồng hồ đo và ghi nhận hiệu điện thế giữa hai đầu ra của máy.
Cho đầu dò của máy đo khí xả vào ống bô của máy để đo nồng độ các loại
khí xả. Thời gian một lần đo là 30 giây. Ghi nhận kết quả đo đƣợc, thời gian
máy chạy hết lƣợng gas trong túi.
Bƣớc 2: khảo sát nồng độ khí thải, hiệu điện thế của 2 đầu ra của máy
phát điện khi hoạt động ở chế độ có tải có công suất vừa.
Cũng tiến hành thực hiện các giai đoạn nhƣ ở bƣớc 1 nhƣng nhƣng thay vào đó
máy phát điện đƣợc điều chỉnh ở chế độ có
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Khảo sát hoạt động của máy phát điện công suất 2 kVA sử dụng nhiên liệu khí biogas được ủ từ phân heo.pdf