BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM oOo NGUYỄN VĂN CƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU BIO-OILS/BIODIESEL TRÊN ĐỘNG CƠ TÀU THỦY CỠ NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÃ SỐ: 62.84.01.06 CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ TÀU THỦY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG ANH TUẤN TP HCM 12 - 2017 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin trân trọng cảm ơn đến quý Thầy giáo Khoa Máy tàu thủy, Khoa Cơ khí, Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP HCM Cảm ơn Phịng thí nghiệm động đốt trong, Viện khí động lực, Trường đại học Bách khoa Hà nội tạo điều kiện cho tơi hồn thành số liệu thực nghiệm đặc biệt trân trọng cảm ơn Thầy TS Hồng Anh Tuấn tận tình hướng dẫn suốt thời gian thực đề tài Xin cảm ơn tới bạn bè gia đình chia sẻ, giúp đỡ động viên suốt trình học tập nghiên cứu Mặc dù cố gắng thực đề tài phạm vi khả cho phép để đạt kết tốt chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong thơng cảm đóng góp ý kiến quý báu quý Thầy cô bạn bè Tác giả Ks Nguyễn Văn Cương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn cơng trình khoa học thực hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Hoàng Anh Tuấn Ngoài nội dung tham khảo tài liệu liệt kê phần tài liệu tham khảo, Luận văn không chép nội dung cơng trình khoa học tương tự Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật lời cam đoan Tác giả Ks Nguyễn Văn Cương MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN i MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích yêu cầu đề tài 2.1 Mục đích .2 2.2 Yêu cầu đề tài Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiến 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Đối tượng phạm vi nghiên cứu .3 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUA VỀ ĐỀ TÀI .4 1.1 Quá trình phát triển sử dụng động diesel Thế giới việt Nam .4 1.2 Tổng quan nhiên liệu sử dụng cho động diesel tàu thủy 1.2.1 Những đặc tính riêng động diesel tàu thủy 1.2.2 Nhiên liệu dùng cho động diesel tàu thủy 1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay Thế giới Việt Nam .11 1.3.1 Tình hình nghiên cứu Thế giới 11 1.3.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 15 1.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 2.1 Tính chất nhiên liệu 21 2.1.1 Tính chất nhiên liệu diesel (DO) 21 2.1.2 Tính chất nhiên liệu thay Bio-oils/Biodiesel 25 2.2 Cơ sở lý thuyết sử dụng hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel thay nhiên liệu diesel .32 2.2.1 Tính chất nhiên liệu lựa chọn 32 2.2.1.1 Tính chất Jatropha Methy Este (JOME) 32 2.2.1.2 Tính chất dầu Jatropha (JO) nguyên chất .34 2.2.2 Hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel .36 2.2.2.1 Xây dựng thuộc tính thơng số nhiệt động hỗn hợp theo nhiệt độ 36 2.2.2.2 Tính toán pha chế hỗn hợp nhiên liệu 39 2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn, thiết kế thiết bị hâm nóng hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel 41 2.3.1 Cơ sở tính tốn hệ thống hâm nóng nhiên liệu kiểu điện-khí xả 41 2.3.1.1 Tổng quan thiết bị tận dụng nhiệt khí xả 41 2.3.1.2 Tính tốn thiết bị tận dụng nhiệt khí xả 42 2.3.1.3 Tính tốn thiết bị phụ 49 2.4 Tính tốn, thiết kế hệ thống hâm nhiên liệu kiểu khí xả cho động D243 50 2.4.1 Xác định thơng số khí xả động D243 50 2.4.2 Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị .53 2.4.3 Tính tốn két nhiên liệu tính chọn bơm .56 2.4.4 Tính tổn hao áp suất dịng khí xả qua thiết bị tận dụng nhiệt 58 2.4.5 Tính bền tận dụng nhiệt khí xả 59 2.4.5.1 Phương pháp tính độ bền 59 2.4.5.2 Kết tính độ bền 60 2.5 Kết luận chương 62 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 63 3.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 63 3.1.1 Mục đích phạm vi thử nghiệm 63 3.1.1.1 Mục đích thử nghiệm .63 3.1.1.2 Phạm vi thử nghiệm 63 3.1.2 Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm 63 3.1.2.1 Sơ đồ bố trí thử nghiệm 63 3.1.2.2 Thiết bị thử nghiệm 64 3.1.3 Đối tượng thử nghiệm .74 3.1.4 Điều kiện quy trình thử nghiệm 75 3.1.4.1 Điều kiện thử nghiệm .75 3.1.4.2 Quy trình thử nghiệm .75 3.2 Phân tích đánh giá kết thử nghiệm 76 3.2.1 Công suất động cơ, Ne (kW) 76 3.2.2 Mômen động cơ, Me (N.m) 77 3.2.3 Suất tiêu hao nhiên liệu, ge (g/kW.h) 78 3.2.4 Hàm lượng phát thải 79 3.2.4.1 Phát thải COx 79 3.2.4.2 Phát thải NOx 82 3.2.4.3 Phát thải HC .83 3.2.4.4 Phát thải khói (BN) 85 3.3 Kết luận chương 86 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải IMO Tổ chức hàng hải Quốc tế ISO Tổ chức tiêu chuẩn Quốc tế DO Nhiên liệu nhẹ FO Nhiên liệu nặng HFO Heavy fuel oil MGO Marine gas oil CNG Khí thiên nhiên nén LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng LNG Khí thiên nhiên hóa lỏng ASTM Tiêu chuẩn Hoa kỳ vật liệu thử nghiệm QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam V/P Vòng / phút CN Chỉ số cetan CP Điểm vẩn đục PP Điểm đông đặc JO Dầu Jatropha JOME Jatropho Methyl Este GQTK Góc quay trục khuỷu HC Hydrocacbon BN Bosch number SuO Dầu hạt hướng dương SoO Dầu đậu tương CO Dầu dừa Ghi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại động diesel tàu thủy .6 Bảng 1.2 Thời gian cấp nhiên liệu phụ thuộc vào tốc độ làm việc Bảng 1.3 Thông số đặc trưng dầu diesel số (DO) Bảng 1.4 Đánh giá sử dụng diesel sinh học .12 Bảng 2.1 Tiêu chuẩn nhiên liệu diesel hóa thạch 24 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn diesel sinh học gốc B100 28 Bảng 2.3 Thành phần hóa học dầu sinh học gốc, diesel sinh học gốc nhiên liệu diesel D2 .29 Bảng 2.4 Độ nhớt, khối lượng riêng, sức căng bề mặt, điểm chớp cháy diesel sinh học gốc, dầu sinh học gốc diesel D2 nhiệt độ 400C 30 Bảng 2.5 Nhiệt trị, số cetane, điểm vẩn đục điểm đông đặc dầu sinh học gốc, diesel sinh học gốc nhiên liệu diesel D2 30 Bảng 2.6 So sánh tính chất Jatropha methyl este (JOME) diesel 34 Bảng 2.7 Kết phân tích mẫu nhiên liệu Jatropha .34 Bảng 2.8 So sánh số tính chất nhiên liệu Jatropha Diesel .35 Bảng 2.9 Kết tính diện tích bề mặt truyền nhiệtcủa thiết bị 53 Bảng 2.10 Kết tính tốn két nhiên liệu .56 Bảng 2.11 Kết tính chọn bơm 57 Bảng 2.12 Kết tính sức cản tác dụng lên dịng khí lưu động 58 Bảng 2.13 Kết tính bền tận dụng nhiệt khí thải 60 Bảng 3.1 Các thông số động diesel D243 74 Bảng 3.2 Giá trị công suất động 76 Bảng 3.3 Giá trị mô men động .77 Bảng 3.4 Suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính ngồi .78 Bảng 3.5 Hàm lượng phát thải CO, ppm 79 Bảng 3.6 Hàm lượng phát thải CO2, ppm 81 Bảng 3.7 Hàm lượng phát thải NOx, ppm 82 Bảng 3.8 Hàm lượng phát thải HC, ppm 84 Bảng 3.9 Chỉ số phát thải khói 85 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1.Các nhà máy dự án sản xuất nhiên liệu sinh học Việt Nam 18 Hình 2-1 Cấu trúc phân tử dầu sinh học gốc .25 Hình 2-2 Cấu trúc phân tử diesel sinh học gốc 26 Hình 2-3 Sơ đồ biểu diễn tính chất diesel sinh học gốc dầu sinh học gốc 31 Hình 2-4 Quá trình sản xuất dầu diesel sinh học .33 Hình 2-5 Đồ thị khối lượng riêng – nhiệt độ ρ =ρ(T) 36 Hình 2-6 Đồ thị độ nhớt – nhiệt độ µ =µ(T) 38 Hình 2-7 Đồ thị sức căng bề mặt – nhiệt độ σ =σ(T) .39 Hình 2-8 Đồ thị mối liên hệ độ nhớt nhiệt độ .40 Hình 2-9 Tỉ lệ lượng nhiệt động diesel 42 Hình 3-1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm băng thử động lực cao ETB 64 Hình 3-2 Hệ thống hâm nóng điện-khí xả thử nghiệm 65 Hình 3-3 Phịng thử nghiệm động D243 .65 Hình 3-4 Sơ đồ nguyên lý làm mát nước AVL 553 66 Hình 3-5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị làm mát dầu AVL 554 .67 Hình 3-6 Bộ điều khiển tay ga THA100 68 Hình 3-7 Sơ đồ xác định lượng hỗn hợp nhiên liệu tiêu thụ cho động D243 .69 Hình 3-8 Mơ hình tủ CEB–II 70 Hình 3-9 Sơ đồ cấu tạo phận phân tích khí CO 71 Hình 3-10 Sơ đồ cấu tạo phân tích NO NOx 72 Hình 3-11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo HC 73 Hình 3-12 Cấu hình thiết bị SPC 472 74 Hình 3-13 Đồ thị cơng suất – vịng quay Ne = f (n) 76 Hình 3-14 Đồ thị mơ men – vịng quay M = f (n) 77 Hình 3-15 Đồ thị suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính ngồi 78 Hình 3-16 Đồ thị phát thải CO 80 Hình 3-17 Đồ thị phát thải CO2 81 Hình 3-18 Đồ thị phát thải NOx .82 77 Từ kết thực nghiệm bảng 3.2 hình 3.13 cho thấy công suất động sử dụng nhiên liệu DO sử dụng hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel có thay đổi quy luật Khi vịng quay động tăng cơng suất động tăng đạt công suất lớn vòng quay 2000 v/p, vòng quay cơng suất động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu nhỏ công suất động sử dụng nhiên liệu DO khoảng 10,52%, phần nhiệt trị hỗn hợp nhiên liệu thấp nhiệt trị nhiên liệu DO Vậy từ kết thử nghiệm cho thấy công suất động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu biooils/biodiesel hâm đến 800C nhỏ công suất động sử dụng nhiên liệu (DO) khoảng (9,08 - 12,52)%, tính tồn dải tốc độ 11,08% 3.2.2 Mômen động cơ, Me (N.m) Bảng 3.3 Giá trị mơ men động Vịng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 261.87 271.87 291.37 293.87 287.93 268.07 244.37 Me_B40V60 239.46 246.15 256.78 266.83 261.67 239.86 221.92 Me_DO 350,00 Đồ thị mơ men-vịng quay, M=f(n) Me_DO Me_B40V60 Mơ men (N.m) 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Vòng quay (v/p) Hình 3-14 Đồ thị mơ men – vịng quay M = f (n) 78 Từ kết thực nghiệm bảng 3.3 hình 3.14 cho thấy, giá trị mơmen động khơng thay đổi nhiều thay đổi vịng quay, nhiên mômen đạt giá trị cực đại động sử dụng nhiên liệu DO hỗn hợp nhiên liệu vòng quay n=1600 v/p vịng quay giá trị mơ men động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu nhỏ giá trị mô men động sử dụng nhiên liệu DO khoảng 9,2% Vậy đặc tính thay đổi mômen động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu nhỏ đặc tính thay đổi mơmen động sử dụng nhiên liệu dầu (DO) khoảng (8,56 – 11,87)%, tính tồn dải tốc độ 9,70% 3.2.3 Suất tiêu hao nhiên liệu, ge (g/kW.h) Bảng 3.4 Suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính ngồi Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 ge_DO 287.28 276.54 265.89 258.76 254.95 272.43 296.28 ge_B40V60 323.78 314.12 305.07 292.89 285.96 313.08 335.15 Suất tiêu hao nhiên liệu ge ge_DO ge_B40V60 360,00 ge (g/kW.h) 340,00 320,00 300,00 280,00 260,00 240,00 220,00 200,00 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Vịng quay (v/p) Hình 3-15 Đồ thị suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính ngồi Trên bảng 3.4 hình 3.15 thể suất tiêu hao hỗn hợp nhiên liệu suất tiêu hao nhiên liệu DO Từ bảng suất tiêu hao nhiên liệu cho thấy suất tiêu hao nhiên liệu hai loại nhiên liệu đạt giá trị nhỏ vòng quay n = 1800 v/p, 79 vịng quay suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu cao suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng nhiên liệu DO khoảng 12,16% Lý làm cho suất tiêu hao nhiên liệu hỗn hợp nhiên liệu cao tốc độ vòng quay cao lượng tiêu thụ hỗn hợp nhiên liệu tăng (Gnl), cơng suất sinh nhỏ dẫn đến q trình cháy xảy khơng hồn hảo Bên cạnh động chạy vòng quay lớn n = 2200 v/p, suất tiêu hao nhiên liệu hai loại nhiên liệu dùng cho động tăng cao Với lý vịng quay cơng suất động (Ne) không tăng lên nhiều lượng nhiên liệu phun vào chu trình cơng tác động tăng cao trình cháy, sinh cơng có lượng nhiên liệu cháy không hết cháy kéo dài đường giãn nở, ngồi cịn làm cho nhiệt độ khí xả tăng Vậy so sánh suất tiêu hao nhiên liệu hỗn hợp cao suất tiêu hao nhiên liệu DO khoảng (12,16-14,92)%, tính tồn dải tốc độ 13,49% 3.2.4 Hàm lượng phát thải 3.2.4.1 Phát thải COx Mơnơxit cácbon (CO) có mặt khí xả động hoạt động với hỗn hợp đậm mà khơng có đủ ơxi để chuyển đổi hồn tồn cácbon nhiên liệu thành khí cacboníc Thơng số quan trọng động ảnh hưởng đến phát thải CO tỷ lệ tương đương nhiên liệu – khơng khí, thông số khác yếu tố ảnh hưởng thứ yếu Bởi vậy, thay đổi tỷ lệ nhiên liệu – khơng khí có ảnh hưởng đến hàm lượng phát thải CO Bảng 3.5 Hàm lượng phát thải CO, ppm Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 CO_DO 1,825 2,198 2,187 1,881 1,564 1,268 1,199 CO_B40V60 2,156 2,598 2,477 2,238 1,986 1,522 1,389 80 4.000 Đồ thị phát thải CO CO_DO CO B40V60 Hàm lượng CO (ppm) 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Vòng quay (v/p) Hình 3-16 Đồ thị phát thải CO Từ bảng 3.5 đồ thị 3.16 cho thấy, lượng phát thải khí CO lớn động sử dụng hai loại nhiên liệu vòng quay n=1200 v/p, vòng quay động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu lượng phát thải khí CO lớn lượng phát thải khí CO động sử dụng nhiên liệu DO, khoảng 18,23% Lý hình thành hỗn hợp, hỗn hợp nhiên liệu hâm sấy đến nhiệt độ 800C tạo hỗn hợp giàu nhiên liệu Khi lực tương tác phân tử, lực căng mặt ngồi lớn làm nhiên liệu phun thơ nên khó bay dẫn đến hình thành hỗn hợp cháy Cùng với lượng khơng khí để đốt cháy hết hỗn hợp nhiên liệu chu trình khơng tương ứng lượng khơng khí thực tế cấp vào cho động nhiên liệu DO lớn hỗn hợp nhiên liệu nhỏ Chính hàm lượng phát thải CO động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu tăng cao Vậy từ kết thử nghiệm cho ta thấy động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu hâm sấy đến nhiệt độ 800C hàm lượng phát thải CO lớn nhiều so với động sử dụng nhiên liệu DO khoảng (13.26-26.95)%, tính tồn dải tốc độ 18.78% 81 Hàm lượng phát thải CO2 tỉ lệ nghịch với hàm lượng phát thải CO, hàm lượng phát thải CO2 cao chứng tỏ q trình cháy hồn tồn Bảng 3.6 Hàm lượng phát thải CO2, ppm 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 CO2_DO 72,498 72,947 73,774 77,173 76,809 70,904 66,158 CO2_B40V60 70,846 71,762 72,984 75,211 74,186 69,857 64,773 Hàm lương CO2 (ppm) Vòng quay 90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 - Đồ thị phát thải CO2 CO2_DO CO2 B40V60 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Vòng quay (v/p) Hình 3-17 Đồ thị phát thải CO2 Trên bảng 3.6 đồ thị 3.17 cho thấy, hàm lượng phát thải CO2 động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sử dụng nhiên liệu DO lớn vòng quay n=1600 v/p, vòng quay động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu hâm đến nhiệt độ 800C có hàm lượng phát thải CO2 thấp so với lượng hàm lượng phát thải CO2 động sử dụng nhiên liệu DO khoảng 2,54% Điều chứng tỏ q trình cháy xảy động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu cháy hoàn hảo, cháy tương đương với động sử dụng nhiên liệu DO Vậy từ kết thử nghiệm đồ thị cho thấy động sử dụng hỗn hợp nhiên 82 liệu có hàm lượng phát thải CO2 tương đồng với hàm lượng CO2 động sử dụng nhiên liệu DO khoảng từ (1,07-3,41)%, tính tồn dải tốc độ 2,07% 3.2.4.2 Phát thải NOx Ơxít nitơ (NOx) sinh buồng cháy trình cháy phản ứng hóa học ngun tử ơxi nitơ Các phản ứng tạo thành NOx phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ lượng NOx thải tương đối thấp động khởi động chạy ấm máy Bảng 3.7 Hàm lượng phát thải NOx, ppm Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 NOx_DO 755.49 789.25 873.48 896.57 945.38 976.51 956.12 NOx_B40V60 737.15 772.14 835.47 857.36 892.51 938.36 906.98 Đồ thị phát thải NOx NOx_DO Hàm lượng phát thải NOx (ppm) 1100 NOx B40V60 1000 900 800 700 600 500 400 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Vịng quay (v/p) Hình 3-18 Đồ thị phát thải NOx 83 Trên bảng 3.7 hình 3.18 cho thấy, hàm lượng phát thải NOx động sử dụng hai loại nhiên liệu tăng cao tốc độ động tăng, hàm lượng phát thải NOx đạt giá trị lớn vòng quay n=2000 v/p hàm lượng phát thải NOx ngồi mơi trường lớn nhất, vịng quay hàm lượng phát thải NOx động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thấp hàm lượng phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu DO khoảng 3,91% Đó q trình cháy nhiên liệu DO diễn triệt để hoàn hảo so với hỗn hợp nhiên liệu, nhiệt độ cháy cao hàm lượng phát thải NOx sinh cao Vậy từ kết thử nghiệm đồ thị cho thấy động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu có hàm lượng phát thải NOx thấp hàm lượng phát thải NOx động sử dụng nhiên liệu DO khoảng (2,17-5,59)%, tính tồn dải tốc độ 3,99% 3.2.4.3 Phát thải HC Quá trình cháy động diesel dựa vào hòa trộn nhiên liệu khơng khí thời điểm bắt cháy cần khoảng thời gian đặc trưng đủ tác nhân để trình tự bốc cháy xảy Thời gian đặc trưng phụ thuộc lớn vào tỷ lệ tương đương hỗn hợp giá trị nhỏ gần với giá trị tỷ lệ lý tưởng hỗn hợp nhiên liệu không khí Tuy nhiên, thời gian đặc trưng bị giới hạn, khối hỗn hợp nhiên liệu – khơng khí hịa trộn với phần hỗn hợp có tỷ lệ lý tưởng bị pha lỗng khơng khí trước tự bốc cháy xảy Kết cho thấy diễn biến tỷ lệ tương đương hỗn hợp nghèo tự cháy xảy ra, tồn hòa trộn cục nhiên liệu khơng khí với tỷ lệ giới hạn cháy nghèo Do lượng hỗn hợp cục không cháy làm tăng mức phát thải hydrocacbon Thời gian phân rã tương tác khí động học chùm tia nhiên liệu ảnh hưởng nhiều đến thời gian hình thành hỗn hợp chất lượng hỗn hợp Chính vậy, mặt lý thuyết hàm lượng phát thải HC hỗn hợp nhiên liệu hâm đến nhiệt độ 800C cao vòng quay thấp hàm lượng phát thải giảm dần tốc độ động tăng lên thể đồ thị 3.19 84 Bảng 3.8 Hàm lượng phát thải HC, ppm Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 HC_DO 545.3 532.9 493.8 433.8 387.1 291.7 241.9 HC_B40V60 566.72 545.81 528.77 467.8 398.92 313.56 262.64 Đồ thị hàm lượng phát thải HC HC_DO HC B40V60 Hàm lượng phát thải HC 600 500 400 300 200 100 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Vòng quay (v/p) Hình 3-19 Đồ thị phát thải HC Từ bảng 3.8 hình 3.19 cho thấy, hàm lượng phát thải HC động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sử dụng nhiên liệu DO chế độ vòng quay thấp n=1000 v/p cao vòng quay hàm lượng phát thải HC động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu cao hàm lượng phát thải HC sử dụng nhiên liệu DO khoảng 3,93% Lý trình hình thành hỗn hợp cháy nhiên liệu khơng khí xảy hịa trộn khơng đồng đều, khơng tơi, khơng đồng dẫn đến nghèo khơng khí nghèo nhiên liệu làm cho lượng hỗn hợp nhiên liệu q trình cháy diễn khơng triệt để hoàn hảo nguyên nhân dẫn tới phát thải HC cao hàm lượng phát thải hydrocacbon tăng không đốt cháy Tuy 85 nhiên vòng quay tăng lên, hàm lượng phát thải HC giảm mạnh vòng quay khoảng 2000 v/p đến 2200 v/p hàm lượng phát thải HC hai loại nhiên liệu đạt giá trị nhỏ Điều chứng tỏ động hoạt động vịng quay cao hình thành hỗn hợp nhiên liệu khơng khí đạt tỷ lệ tương đương lý tưởng nhất, khơng cịn hình thành hỗn hợp cục bộ, dẫn đến quáy trình cháy xảy hồn hoản, cháy Vậy từ kết thử nghiệm đồ thị cho biết động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu có hàm lượng phát thải HC cao động sử dụng nhiên liệu DO khoảng (2.42-8.57)%, tính tồn dải tốc độ 5,77% Quá trình cháy diễn khơng triệt để hồn hảo trường hợp nguyên nhân dẫn tới phát thải HC hỗn hợp nhiên liệu cao lượng hyđrô cácbon không đốt cháy lớn 3.2.4.4 Phát thải khói (BN) Khói tạo thành động diesel trình cháy hỗn hợp hòa trộn động diesel khơng đồng Chỉ số phát thải khói số quan trọng cho phép đánh giá chất lượng hình thành hỗn hợp chất lượng trình cháy hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí động diesel Ở động diesel, thơng thường giảm lượng NOx lượng bụi khói lại tăng lên làm giảm nhiệt độ lửa khuếch tán làm giảm lượng NOx hình thành, giảm khối lượng bồ hóng ơxi hóa Khi lượng nhiên liệu phun vào động muộn, lượng NOx giảm phát thải hạt lại tăng lên, tạo cân NOx khói Bảng 3.9 Chỉ số phát thải khói Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 BN_DO 5.86 7.24 7.58 7.12 6.54 5.74 4.68 BN_B40V60 4.76 5.81 5.45 5.12 4.49 3.63 2.88 86 Đồ thị phát thải khói BN_DO BN B40V60 Chỉ số phát thải khói (BN) 10 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Vịng quay (v/P) Hình 3-20 Đồ thị phát thải khói Từ bảng 3.9 hình 3.20 cho thấy, số phát thải khói khí xả động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thấp so với động sử dụng nhiên liệu DO toàn dải tốc độ khoảng (18.77-38.46)% tính tồn dải tốc độ 28,75% Sự có mặt thành phần ơxi hỗn hợp nhiên liệu có vai trị quan trọng giúp cho q trình hịa trộn đồng hơn, tạo điều kiện cho trình cháy khuếch tán diễn cách đồng Đây sở để giảm lượng bồ hóng hình thành xilanh động Như từ đồ thị cho thấy động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu khả phát khói nhỏ Điều chứng tỏ trình cháy động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xảy cháy triệt để hơn, cháy tốt 3.3 Kết luận chương Trong chương toàn kết thử nghiệm tiến hành thử nghiệm động D243 phòng thí nghiệm động đốt trong, viện khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội băng thử cung cấp hãng AVL 87 Áo Quá trình tiến hành thử nghiệm với hỗn hợp nhiên liệu B40V60 đánh giá cụ thể dựa thông số: Công suất động Ne (k.W), mô men động Me (N.m), suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/kW.h), hàm lượng phát thải COx, NOx, HC phát thải khói (BN) Sau từ kết thử nghiệm tiến hành so sánh đối chứng với nhiên liệu (DO) thể chương cách cụ thể Kết cho thấy động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel giảm thiểu lượng khí phát thải mơi trường, thân thiện với mơi trường Cịn cơng suất, mơn men động thấp khơng đáng kể so với động sử dụng nhiên liệu (DO), suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu có suất tiêu hao nhiên liệu cao không nhiều so với động sử dụng nhiên liệu (DO) tính tồn dải tốc độ 13.49% Vậy từ kết thử nghiệm so sánh với nhiên liệu diesel truyền thống (DO) hốn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel có kết tương đồng với nhiên liệu (DO) sử dụng cho động diesel nhỏ 88 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN Kết luận Đề tài đưa giải pháp mới, xu hướng lượng mới, góp phần đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng tái tạo, lượng sinh học để thay phần lượng truyền thống, lượng hóa thạch Đáp ứng mục tiêu chương trình lượng phủ ký định phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến 2025” Việc lựa chọn hỗn hợp nhiên liệu đề tài đảm bảo tính chất lý hóa nhiên liệu, đảm bảo tiêu kỹ thuật, công suất, mô men, suất tiêu hao nhiên liệu đặc biệt hàm lượng phát thải khí tương đồng với nhiên liệu truyền thống DO Trong chương sở tính tốn pha chế hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel 60% bio-oils 40% biodiesel để sử dụng cho thử nghiệm luận văn Do hỗn hợp nhiên liệu có độ nhớt cao phải tiến hành hâm nóng Mơ hình thử nghiệm cho hỗn hợp nhiên liệu tiến hành Phịng thí nghiệm động đốt trong, Viện khí động lực, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội băng thử cung cấp hãng AVL Áo Băng thử điều khiển thông qua phần mền PUMA kết nối với máy tính PC Từ kết thử nghiệm cho thấy hỗn hợp nhiên liệu phù hợp với tính chất nhiên liệu truyền thống DO, sử dụng trực tiếp động diesel cỡ nhỏ cụ thể qua thông số: kết thử nghiệm cho thấy công suất động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel hâm đến 800C nhỏ công suất động sử dụng nhiên liệu (DO) khoảng (9,08 - 12,52)%, tính tồn dải tốc độ 11,08%; đặc tính thay đổi mơmen động sử dụng hỗn hợp nhiên liệu nhỏ đặc tính thay đổi mơmen động sử dụng nhiên liệu dầu (DO) khoảng (8,56 – 11,87)%, tính toàn dải tốc độ 9,70%; so sánh suất tiêu hao nhiên liệu hỗn hợp cao suất tiêu hao nhiên liệu DO khoảng (12,16-14,92)%, tính tồn dải tốc độ 13,49%; cịn hàm lượng phát thải 89 COx, NOx, HC phát thải khói (BN) có số thơng số thấp thân thiện với môi trường, giảm thiểu phát thải gây hiệu ứng nhà kính Như vậy, hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel thay nhiên liệu truyền thống DO Qua đề tài tài liệu hữu ích cho giáo viên, sinh viên nghiên cứu nhiên liệu sinh học Hướng phát triển luận văn Bên cạnh kết thử nghiệm đạt được, đề tài cịn hạn chế như: Việc tiến hành thử nghiệm hỗn hợp nhiên liệu dừng lại động thử nghiệm mà chưa đưa vào sử dụng động thực tế Kết thử nghiệm chưa đánh giá tiêu kinh tế ảnh hưởng đến tuổi thọ động sử dụng nhiên liệu Từ đây, ta tiến hành thử nghiệm nhiều đưa vào ứng dụng thực tế Do nguồn kinh phí, thời gian cịn hạn chế nên q trình thử nghiệm mẫu hỗn hợp nhiên liệu đưa hoàn thiện tiêu mô men, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu hàm lượng khí phát thải khí CO, CO2, NOX, HC phát thải khói BN mơi trường Cần đánh giá thêm thông số ứng suất cơ, ứng suất nhiệt để kết luận việc sử dụng hỗn hợp nhiên liệu động diesel 90 Phụ lục: Kết thử nghiệm Giá trị cơng suất động Vịng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Ne_DO 27.42 34.17 42.72 49.24 54.27 56.15 56.08 Ne_B40V60 24.93 30.58 37.37 43.48 47.68 50.24 49.87 Giá trị mơ men động Vịng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Me_DO 261.87 271.87 291.37 293.87 287.93 268.07 244.37 Me_B40V60 239.46 246.15 256.78 266.83 261.67 239.86 221.92 1800 2000 2200 Suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính ngồi Vịng quay 1000 1200 1400 1600 ge_DO 287.28 276.54 265.89 258.76 254.95 272.43 296.28 ge_B40V60 323.78 314.12 305.07 292.89 285.96 313.08 335.15 Hàm lượng phát thải CO, ppm Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 CO_DO 1,825 2,198 2,187 1,881 1,564 1,268 1,199 CO_B40V60 2,156 2,598 2,477 2,238 1,986 1,522 1,389 Hàm lượng phát thải CO2, ppm Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 CO2_DO 72,498 72,947 73,774 77,173 76,809 70,904 66,158 CO2_B40V60 70,846 71,762 72,984 75,211 74,186 69,857 64,773 1400 1600 1800 2000 2200 Hàm lượng phát thải HC, ppm Vòng quay 1000 1200 HC_DO 545.3 532.9 493.8 433.8 387.1 291.7 241.9 HC_B40V60 566.72 545.81 528.77 467.8 398.92 313.56 262.64 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Chỉ số phát thải khói Vòng quay 1000 BN_DO 5.86 7.24 7.58 7.12 6.54 5.74 4.68 BN_B40V60 4.76 5.81 5.45 5.12 4.49 3.63 2.88 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Vương Chí, Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh: Mơ chu trình công tác động diesel dùng nhiên liệu diesel nhiên liệu biodiesel-dầu dừa, 2009 [2] Nguyễn Trung Cương; Lương Công Nhớ, “Động Diesel tàu thủy”, NXB “Giao thơng vận tải-2010” [3] Đặng Tiến Hịa, Bùi Hải Triều “Sử dụng lượng tái tạo giáo trình giảng dạy đại hoc”, 2008 [4] Phạm Thế Hùng Nghiên cứu khả sử dụng nhiên liệu sinh học Jatropha động diesel, 2010 [5] Phùng Minh Lộc, đại học thủy sản: Nghiên cứu giải pháp sử dụng hỗn hợp dầu Jatropha dầu diesel làm nhiên liệu cho động diesel, 2011 [6] Bùi Hải Thế Sơn, Trần Thế Sơn “Kỹ thuật nhiệt”, NXB khoa học, kỹ thuật, 2002 [7] Máy trưởng Lê Hữu Sơn “Nhiệt kỹ thuật”, NXB giao thông vận tải, 2012 [8] Lê Anh Tuấn Sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel làm từ dầu cá, 2009 [9] Hồng Đình Tín “Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt”, NXB Khoa học kỹ thuật, 2007 [10] Hoàng Anh Tuấn “Nghiên cứu cải tiến tính chất dầu thực vật nguyên chất sử dụng cho động diesel cỡ nhỏ”, 2015 [11] Lê Văn Vang; Trương Thanh Dũng “Động Diesel tàu thủy 1” – NXB-giao thông vận tải-2011 [12] Đinh Thị Ngọ; Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Nhiên liệu q trình xử lý hóa dầu, NXB Khoa học kỹ thuật, 2008 [13] Công ước Quốc tế MARPOL 73/78, 2002 [14] Công ước Quốc tế SOLAS 74, 2002