Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Bio-oils/Biodiesel trên động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ

7,291
520
102
80
Hình 3-16. Đồ thị phát thải CO
Từ bảng 3.5 và đồ thị 3.16 cho thấy, lượng phát thải khí CO lớn nhất khi
động cơ sử dụng hai loại nhiên liệu là ở vòng quay n=1200 v/p, ở vòng quay này
khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu lượng phát thải khí CO lớn hơn lượng phát
thải khí CO khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO, khoảng 18,23%. Lý do là khi hình
thành hỗn hợp, hỗn hợp nhiên liệu được hâm sấy đến nhiệt độ 80
0
C sẽ tạo ra hỗn
hợp giàu nhiên liệu. Khi đó lực tương tác phân tử, lực căng mặt ngoài lớn làm nhiên
liệu phun thô hơn nên khó bay hơi dẫn đến hình thành hỗn hợp và cháy kém. Cùng
với đó là lượng không khí để đốt cháy hết hỗn hợp nhiên liệu trong một chu trình
không tương ứng hay chính là lượng không khí thực tế cấp vào cho động cơ đối với
nhiên liệu DO là lớn nhất và hỗn hợp nhiên liệu là nhỏ nhất. Chính vì vậy hàm
lượng phát thải CO của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu tăng cao. Vậy từ
kết quả thử nghiệm trên cho ta thấy khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu được
hâm sấy đến nhiệt độ 80
0
C thì hàm lượng phát thải CO lớn hơn nhiều so với khi
động cơ sử dụng nhiên liệu DO trong khoảng (13.26-26.95)%, tính trên toàn dải tốc
độ là 18.78%.
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Hàm lượng CO (ppm)
Vòng quay (v/p)
Đồ thị phát thải CO
CO_DO CO__B40V60
80 Hình 3-16. Đồ thị phát thải CO Từ bảng 3.5 và đồ thị 3.16 cho thấy, lượng phát thải khí CO lớn nhất khi động cơ sử dụng hai loại nhiên liệu là ở vòng quay n=1200 v/p, ở vòng quay này khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu lượng phát thải khí CO lớn hơn lượng phát thải khí CO khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO, khoảng 18,23%. Lý do là khi hình thành hỗn hợp, hỗn hợp nhiên liệu được hâm sấy đến nhiệt độ 80 0 C sẽ tạo ra hỗn hợp giàu nhiên liệu. Khi đó lực tương tác phân tử, lực căng mặt ngoài lớn làm nhiên liệu phun thô hơn nên khó bay hơi dẫn đến hình thành hỗn hợp và cháy kém. Cùng với đó là lượng không khí để đốt cháy hết hỗn hợp nhiên liệu trong một chu trình không tương ứng hay chính là lượng không khí thực tế cấp vào cho động cơ đối với nhiên liệu DO là lớn nhất và hỗn hợp nhiên liệu là nhỏ nhất. Chính vì vậy hàm lượng phát thải CO của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu tăng cao. Vậy từ kết quả thử nghiệm trên cho ta thấy khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu được hâm sấy đến nhiệt độ 80 0 C thì hàm lượng phát thải CO lớn hơn nhiều so với khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO trong khoảng (13.26-26.95)%, tính trên toàn dải tốc độ là 18.78%. 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Hàm lượng CO (ppm) Vòng quay (v/p) Đồ thị phát thải CO CO_DO CO__B40V60
81
Hàm lượng phát thải CO
2
tỉ lệ nghịch với hàm lượng phát thải CO, hàm
lượng phát thải CO
2
càng cao chứng tỏ quá trình cháy được hoàn toàn và sạch hơn.
Bảng 3.6. Hàm lượng phát thải CO
2
, ppm
Vòng quay
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
CO
2
_DO
72,498
72,947
73,774
77,173
76,809
70,904
66,158
CO
2
_B40V60
70,846
71,762
72,984
75,211
74,186
69,857
64,773
Hình 3-17. Đồ thị phát thải CO
2
Trên bảng 3.6 và đồ thị 3.17 cho thấy, hàm lượng phát thải CO
2
của động cơ
khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu và khi sử dụng nhiên liệu DO là lớn nhất tại vòng
quay n=1600 v/p, tại vòng quay này khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu được
hâm đến nhiệt độ 80
0
C có hàm lượng phát thải CO
2
thấp hơn so với lượng hàm
lượng phát thải CO
2
khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO khoảng 2,54%. Điều đó
chứng tỏ quá trình cháy xảy ra trong động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu được
cháy hoàn hảo, cháy sạch tương đương với khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO. Vậy
từ kết quả thử nghiệm và đồ thị trên cho thấy khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên
-
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Hàm lương CO2 (ppm)
Vòng quay (v/p)
Đồ thị phát thải CO2
CO2_DO CO2__B40V60
81 Hàm lượng phát thải CO 2 tỉ lệ nghịch với hàm lượng phát thải CO, hàm lượng phát thải CO 2 càng cao chứng tỏ quá trình cháy được hoàn toàn và sạch hơn. Bảng 3.6. Hàm lượng phát thải CO 2 , ppm Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 CO 2 _DO 72,498 72,947 73,774 77,173 76,809 70,904 66,158 CO 2 _B40V60 70,846 71,762 72,984 75,211 74,186 69,857 64,773 Hình 3-17. Đồ thị phát thải CO 2 Trên bảng 3.6 và đồ thị 3.17 cho thấy, hàm lượng phát thải CO 2 của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu và khi sử dụng nhiên liệu DO là lớn nhất tại vòng quay n=1600 v/p, tại vòng quay này khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu được hâm đến nhiệt độ 80 0 C có hàm lượng phát thải CO 2 thấp hơn so với lượng hàm lượng phát thải CO 2 khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO khoảng 2,54%. Điều đó chứng tỏ quá trình cháy xảy ra trong động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu được cháy hoàn hảo, cháy sạch tương đương với khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO. Vậy từ kết quả thử nghiệm và đồ thị trên cho thấy khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên - 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Hàm lương CO2 (ppm) Vòng quay (v/p) Đồ thị phát thải CO2 CO2_DO CO2__B40V60
82
liệu có hàm lượng phát thải CO
2
tương đồng với hàm lượng CO
2
khi động cơ sử
dụng nhiên liệu DO trong khoảng từ (1,07-3,41)%, tính trên toàn dải tốc độ là
2,07%.
3.2.4.2. Phát thải NOx
Ôxít nitơ (NO
x
) được sinh ra trong buồng cháy trong quá trình cháy do phản
ứng hóa học giữa nguyên tử ôxi và nitơ. Các phản ứng tạo thành NO
x
phụ thuộc
nhiều vào nhiệt độ do đó lượng NO
x
thải ra là tương đối thấp khi động cơ khởi động
và chạy ấm máy.
Bảng 3.7. Hàm lượng phát thải NO
x
, 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
Hình 3-18. Đồ thị phát thải NO
x
400
500
600
700
800
900
1000
1100
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Hàm lượng phát thải NOx (ppm)
Vòng quay (v/p)
Đồ thị phát thải NOx
NOx_DO NOx__B40V60
82 liệu có hàm lượng phát thải CO 2 tương đồng với hàm lượng CO 2 khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO trong khoảng từ (1,07-3,41)%, tính trên toàn dải tốc độ là 2,07%. 3.2.4.2. Phát thải NOx Ôxít nitơ (NO x ) được sinh ra trong buồng cháy trong quá trình cháy do phản ứng hóa học giữa nguyên tử ôxi và nitơ. Các phản ứng tạo thành NO x phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ do đó lượng NO x thải ra là tương đối thấp khi động cơ khởi động và chạy ấm máy. Bảng 3.7. Hàm lượng phát thải NO x , 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 Hình 3-18. Đồ thị phát thải NO x 400 500 600 700 800 900 1000 1100 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Hàm lượng phát thải NOx (ppm) Vòng quay (v/p) Đồ thị phát thải NOx NOx_DO NOx__B40V60
83
Trên bảng 3.7 và hình 3.18 cho thấy, hàm lượng phát thải NO
x
của động cơ
khi sử dụng hai loại nhiên liệu đều tăng cao khi tốc độ động cơ tăng, hàm lượng
phát thải NO
x
đạt giá trị lớn nhất tại vòng quay n=2000 v/p hay chính là hàm lượng
phát thải NO
x
ra ngoài môi trường lớn nhất, tại vòng quay này hàm lượng phát thải
NO
x
khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thấp hơn hàm lượng phát thải NO
x
khi
động cơ sử dụng nhiên liệu DO khoảng 3,91%. Đó là do quá trình cháy của nhiên
liệu DO diễn ra triệt để và hoàn hảo hơn so với hỗn hợp nhiên liệu, do đó nhiệt độ
cháy cao hơn và hàm lượng phát thải NO
x
sinh ra cao hơn.
Vậy từ kết quả thử nghiệm và đồ thị trên cho thấy động cơ sử dụng hỗn hợp
nhiên liệu có hàm lượng phát thải NO
x
thấp hơn hàm lượng phát thải NO
x
khi động
cơ sử dụng nhiên liệu DO trong khoảng (2,17-5,59)%, tính trên toàn dải tốc độ là
3,99%.
3.2.4.3. Phát thải HC
Quá trình cháy trong động cơ diesel dựa vào sự hòa trộn của nhiên liệu và
không khí tại thời điểm có thể bắt cháy và cần một khoảng thời gian đặc trưng đủ
các tác nhân để quá trình tự bốc cháy xảy ra. Thời gian đặc trưng này phụ thuộc lớn
vào tỷ lệ tương đương của hỗn hợp và là giá trị nhỏ nhất gần với giá trị tỷ lệ lý
tưởng của hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Tuy nhiên, do thời gian đặc trưng này
bị giới hạn, khối hỗn hợp nhiên liệu – không khí có thể hòa trộn với phần hỗn hợp
có tỷ lệ lý tưởng và bị pha loãng bởi không khí trước khi sự tự bốc cháy xảy ra. Kết
quả cho thấy diễn biến của tỷ lệ tương đương của hỗn hợp nghèo và khi sự tự cháy
xảy ra, tồn tại sự hòa trộn cục bộ của nhiên liệu và không khí với tỷ lệ dưới giới hạn
cháy nghèo. Do vậy lượng hỗn hợp cục bộ này sẽ không cháy và sẽ làm tăng mức
phát thải hydrocacbon.
Thời gian phân rã và tương tác khí động học của chùm tia nhiên liệu ảnh
hưởng rất nhiều đến thời gian hình thành hỗn hợp và chất lượng hỗn hợp. Chính vì
vậy, về mặt lý thuyết hàm lượng phát thải HC của hỗn hợp nhiên liệu khi hâm đến
nhiệt độ 80
0
C là khá cao ở vòng quay thấp và hàm lượng phát thải này giảm dần khi
tốc độ động cơ tăng lên thể hiện trên đồ thị 3.19.
83 Trên bảng 3.7 và hình 3.18 cho thấy, hàm lượng phát thải NO x của động cơ khi sử dụng hai loại nhiên liệu đều tăng cao khi tốc độ động cơ tăng, hàm lượng phát thải NO x đạt giá trị lớn nhất tại vòng quay n=2000 v/p hay chính là hàm lượng phát thải NO x ra ngoài môi trường lớn nhất, tại vòng quay này hàm lượng phát thải NO x khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thấp hơn hàm lượng phát thải NO x khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO khoảng 3,91%. Đó là do quá trình cháy của nhiên liệu DO diễn ra triệt để và hoàn hảo hơn so với hỗn hợp nhiên liệu, do đó nhiệt độ cháy cao hơn và hàm lượng phát thải NO x sinh ra cao hơn. Vậy từ kết quả thử nghiệm và đồ thị trên cho thấy động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu có hàm lượng phát thải NO x thấp hơn hàm lượng phát thải NO x khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO trong khoảng (2,17-5,59)%, tính trên toàn dải tốc độ là 3,99%. 3.2.4.3. Phát thải HC Quá trình cháy trong động cơ diesel dựa vào sự hòa trộn của nhiên liệu và không khí tại thời điểm có thể bắt cháy và cần một khoảng thời gian đặc trưng đủ các tác nhân để quá trình tự bốc cháy xảy ra. Thời gian đặc trưng này phụ thuộc lớn vào tỷ lệ tương đương của hỗn hợp và là giá trị nhỏ nhất gần với giá trị tỷ lệ lý tưởng của hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Tuy nhiên, do thời gian đặc trưng này bị giới hạn, khối hỗn hợp nhiên liệu – không khí có thể hòa trộn với phần hỗn hợp có tỷ lệ lý tưởng và bị pha loãng bởi không khí trước khi sự tự bốc cháy xảy ra. Kết quả cho thấy diễn biến của tỷ lệ tương đương của hỗn hợp nghèo và khi sự tự cháy xảy ra, tồn tại sự hòa trộn cục bộ của nhiên liệu và không khí với tỷ lệ dưới giới hạn cháy nghèo. Do vậy lượng hỗn hợp cục bộ này sẽ không cháy và sẽ làm tăng mức phát thải hydrocacbon. Thời gian phân rã và tương tác khí động học của chùm tia nhiên liệu ảnh hưởng rất nhiều đến thời gian hình thành hỗn hợp và chất lượng hỗn hợp. Chính vì vậy, về mặt lý thuyết hàm lượng phát thải HC của hỗn hợp nhiên liệu khi hâm đến nhiệt độ 80 0 C là khá cao ở vòng quay thấp và hàm lượng phát thải này giảm dần khi tốc độ động cơ tăng lên thể hiện trên 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
Hình 3-19. Đồ thị phát thải HC
Từ bảng 3.8 và hình 3.19 cho thấy, hàm lượng phát thải HC của động cơ khi
sử dụng hỗn hợp nhiên liệu và khi sử dụng nhiên liệu DO ở chế độ vòng quay thấp
n=1000 v/p đều cao và tại vòng quay này hàm lượng phát thải HC khi động cơ sử
dụng hỗn hợp nhiên liệu cao hơn hàm lượng phát thải HC khi sử dụng nhiên liệu
DO khoảng 3,93%. Lý do là trong quá trình hình thành hỗn hợp cháy nhiên liệu và
không khí xảy ra sự hòa trộn không đồng đều, không tơi, không đồng nhất dẫn đến
sự nghèo về không khí hoặc nghèo về nhiên liệu làm cho lượng hỗn hợp nhiên liệu
trong quá trình cháy diễn ra không triệt để và hoàn hảo là nguyên nhân dẫn tới phát
thải HC cao do hàm lượng phát thải hydrocacbon tăng không được đốt cháy. Tuy
0
100
200
300
400
500
600
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Hàm lượng phát thải HC
Vòng quay (v/p)
Đồ thị hàm lượng phát thải HC
HC_DO HC__B40V60
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 Hình 3-19. Đồ thị phát thải HC Từ bảng 3.8 và hình 3.19 cho thấy, hàm lượng phát thải HC của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu và khi sử dụng nhiên liệu DO ở chế độ vòng quay thấp n=1000 v/p đều cao và tại vòng quay này hàm lượng phát thải HC khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu cao hơn hàm lượng phát thải HC khi sử dụng nhiên liệu DO khoảng 3,93%. Lý do là trong quá trình hình thành hỗn hợp cháy nhiên liệu và không khí xảy ra sự hòa trộn không đồng đều, không tơi, không đồng nhất dẫn đến sự nghèo về không khí hoặc nghèo về nhiên liệu làm cho lượng hỗn hợp nhiên liệu trong quá trình cháy diễn ra không triệt để và hoàn hảo là nguyên nhân dẫn tới phát thải HC cao do hàm lượng phát thải hydrocacbon tăng không được đốt cháy. Tuy 0 100 200 300 400 500 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Hàm lượng phát thải HC Vòng quay (v/p) Đồ thị hàm lượng phát thải HC HC_DO HC__B40V60
85
nhiên khi vòng quay tăng lên, hàm lượng phát thải HC giảm mạnh và ở vòng quay
khoảng 2000 v/p đến 2200 v/p thì hàm lượng phát thải HC của cả hai loại nhiên liệu
đạt giá trị nhỏ nhất. Điều đó chứng tỏ khi động cơ hoạt động ở vòng quay cao thì sự
hình thành hỗn hợp giữa nhiên liệu và không khí đạt tỷ lệ tương đương và lý tưởng
nhất, không còn hình thành các hỗn hợp cục bộ, dẫn đến quáy trình cháy xảy ra
hoàn hoản, cháy sạch.
Vậy từ kết quả thử nghiệm và đồ thị trên cho biết khi động cơ sử dụng hỗn
hợp nhiên liệu có hàm lượng phát thải HC cao hơn khi động cơ sử dụng nhiên liệu
DO khoảng (2.42-8.57)%, tính trên toàn dải tốc độ là 5,77%. Quá trình cháy diễn ra
không triệt để và hoàn hảo ở trường hợp này cũng là nguyên nhân dẫn tới phát thải
HC của hỗn hợp nhiên liệu cao do lượng hyđrô cácbon không được đốt cháy lớn.
3.2.4.4. Phát thải khói (BN)
Khói được tạo thành trong động cơ diesel do quá trình cháy hỗn hợp hòa trộn
trong động cơ diesel là không đồng nhất. Chỉ số phát thải khói là một chỉ số quan
trọng cho phép đánh giá chất lượng hình thành hỗn hợp và chất lượng quá trình
cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong động cơ diesel. Ở động cơ diesel, thông
thường khi giảm lượng NO
x
thì lượng bụi khói lại tăng lên do làm giảm nhiệt độ của
ngọn lửa khuếch tán sẽ làm giảm lượng NO
x
hình thành, nhưng cũng giảm khối
lượng bồ hóng được ôxi hóa. Khi lượng nhiên liệu phun vào trong động cơ muộn,
lượng NO
x
giảm đi nhưng phát thải hạt lại tăng lên, tạo ra sự cân bằng giữa NO
x
và
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
85 nhiên khi vòng quay tăng lên, hàm lượng phát thải HC giảm mạnh và ở vòng quay khoảng 2000 v/p đến 2200 v/p thì hàm lượng phát thải HC của cả hai loại nhiên liệu đạt giá trị nhỏ nhất. Điều đó chứng tỏ khi động cơ hoạt động ở vòng quay cao thì sự hình thành hỗn hợp giữa nhiên liệu và không khí đạt tỷ lệ tương đương và lý tưởng nhất, không còn hình thành các hỗn hợp cục bộ, dẫn đến quáy trình cháy xảy ra hoàn hoản, cháy sạch. Vậy từ kết quả thử nghiệm và đồ thị trên cho biết khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu có hàm lượng phát thải HC cao hơn khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO khoảng (2.42-8.57)%, tính trên toàn dải tốc độ là 5,77%. Quá trình cháy diễn ra không triệt để và hoàn hảo ở trường hợp này cũng là nguyên nhân dẫn tới phát thải HC của hỗn hợp nhiên liệu cao do lượng hyđrô cácbon không được đốt cháy lớn. 3.2.4.4. Phát thải khói (BN) Khói được tạo thành trong động cơ diesel do quá trình cháy hỗn hợp hòa trộn trong động cơ diesel là không đồng nhất. Chỉ số phát thải khói là một chỉ số quan trọng cho phép đánh giá chất lượng hình thành hỗn hợp và chất lượng quá trình cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong động cơ diesel. Ở động cơ diesel, thông thường khi giảm lượng NO x thì lượng bụi khói lại tăng lên do làm giảm nhiệt độ của ngọn lửa khuếch tán sẽ làm giảm lượng NO x hình thành, nhưng cũng giảm khối lượng bồ hóng được ôxi hóa. Khi lượng nhiên liệu phun vào trong động cơ muộn, lượng NO x giảm đi nhưng phát thải hạt lại tăng lên, tạo ra sự cân bằng giữa NO x và 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
Hình 3-20. Đồ thị phát thải khói
Từ bảng 3.9 và hình 3.20 cho thấy, chỉ số phát thải khói trong khí xả của
động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thấp hơn so với khi động cơ sử dụng nhiên
liệu DO trên toàn dải tốc độ trong khoảng (18.77-38.46)% và tính trên toàn dải tốc
độ là 28,75%. Sự có mặt của thành phần ôxi trong hỗn hợp nhiên liệu có vai trò
quan trọng giúp cho quá trình hòa trộn đồng đều hơn, tạo điều kiện cho quá trình
cháy khuếch tán diễn ra một cách đồng đều hơn. Đây là cơ sở để giảm lượng bồ
hóng hình thành trong xilanh động cơ.
Như vậy từ đồ thị trên cho thấy khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thì
khả năng phát khói là nhỏ nhất. Điều đó chứng tỏ là quá trình cháy trong động cơ
khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xảy ra cháy triệt để hơn, cháy tốt hơn.
3.3. Kết luận chương 3
Trong chương 3 là toàn bộ kết quả thử nghiệm được tiến hành thử nghiệm
trên động cơ D243 tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, viện cơ khí động lực,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội là băng thử được cung cấp bởi hãng AVL của
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Chỉ số phát thải khói (BN)
Vòng quay (v/P)
Đồ thị phát thải khói
BN_DO BN__B40V60
86 Hình 3-20. Đồ thị phát thải khói Từ bảng 3.9 và hình 3.20 cho thấy, chỉ số phát thải khói trong khí xả của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thấp hơn so với khi động cơ sử dụng nhiên liệu DO trên toàn dải tốc độ trong khoảng (18.77-38.46)% và tính trên toàn dải tốc độ là 28,75%. Sự có mặt của thành phần ôxi trong hỗn hợp nhiên liệu có vai trò quan trọng giúp cho quá trình hòa trộn đồng đều hơn, tạo điều kiện cho quá trình cháy khuếch tán diễn ra một cách đồng đều hơn. Đây là cơ sở để giảm lượng bồ hóng hình thành trong xilanh động cơ. Như vậy từ đồ thị trên cho thấy khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thì khả năng phát khói là nhỏ nhất. Điều đó chứng tỏ là quá trình cháy trong động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xảy ra cháy triệt để hơn, cháy tốt hơn. 3.3. Kết luận chương 3 Trong chương 3 là toàn bộ kết quả thử nghiệm được tiến hành thử nghiệm trên động cơ D243 tại phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, viện cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội là băng thử được cung cấp bởi hãng AVL của 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Chỉ số phát thải khói (BN) Vòng quay (v/P) Đồ thị phát thải khói BN_DO BN__B40V60
87
Áo. Quá trình tiến hành thử nghiệm với hỗn hợp nhiên liệu B40V60 được đánh giá
cụ thể dựa trên các thông số: Công suất của động cơ Ne (k.W), mô men của động cơ
Me (N.m), suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/kW.h), hàm lượng phát thải COx, NOx,
HC và phát thải khói (BN). Sau đó từ kết quả thử nghiệm ở trên tiến hành so sánh
đối chứng với nhiên liệu (DO) được thể hiện trong chương 3 một cách cụ thể.
Kết quả cho thấy khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel
thì giảm thiểu được lượng khí phát thải ra môi trường, thân thiện với môi trường.
Còn đối với công suất, môn men của động cơ thì thấp hơn không đáng kể so với
động cơ sử dụng nhiên liệu (DO), đối với suất tiêu hao nhiên liệu thì động cơ sử
dụng hỗn hợp nhiên liệu có suất tiêu hao nhiên liệu cao hơn không nhiều so với
động cơ sử dụng nhiên liệu (DO) tính trên toàn dải tốc độ là 13.49%. Vậy từ các kết
quả thử nghiệm ở trên và so sánh với nhiên liệu diesel truyền thống (DO) thì hốn
hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel có kết quả tương đồng với nhiên liệu (DO) và có
thể sử dụng cho động cơ diesel cơ nhỏ.
87 Áo. Quá trình tiến hành thử nghiệm với hỗn hợp nhiên liệu B40V60 được đánh giá cụ thể dựa trên các thông số: Công suất của động cơ Ne (k.W), mô men của động cơ Me (N.m), suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/kW.h), hàm lượng phát thải COx, NOx, HC và phát thải khói (BN). Sau đó từ kết quả thử nghiệm ở trên tiến hành so sánh đối chứng với nhiên liệu (DO) được thể hiện trong chương 3 một cách cụ thể. Kết quả cho thấy khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel thì giảm thiểu được lượng khí phát thải ra môi trường, thân thiện với môi trường. Còn đối với công suất, môn men của động cơ thì thấp hơn không đáng kể so với động cơ sử dụng nhiên liệu (DO), đối với suất tiêu hao nhiên liệu thì động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu có suất tiêu hao nhiên liệu cao hơn không nhiều so với động cơ sử dụng nhiên liệu (DO) tính trên toàn dải tốc độ là 13.49%. Vậy từ các kết quả thử nghiệm ở trên và so sánh với nhiên liệu diesel truyền thống (DO) thì hốn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel có kết quả tương đồng với nhiên liệu (DO) và có thể sử dụng cho động cơ diesel cơ nhỏ.
88
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN
1. Kết luận
Đề tài đã đưa ra được một giải pháp mới, một xu hướng năng lượng mới, góp
phần đáp ứng nhu cầu về sử dụng năng lượng tái tạo, năng lượng sinh học để thay
thế một phần năng lượng truyền thống, năng lượng hóa thạch như hiện nay. Đáp
ứng được mục tiêu của chương trình năng lượng của chính phủ đã ký quyết 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 mới trong đề tài đảm bảo các tính chất lý hóa của
nhiên liệu, đảm bảo các chỉ tiêu về kỹ thuật, công suất, mô men, suất tiêu hao nhiên
liệu và đặc biệt là hàm lượng phát thải khí đều tương đồng với nhiên liệu truyền
thống DO.
Trong chương 2 trên cơ sở đã tính toán và pha chế được hỗn hợp nhiên liệu
bio-oils/biodiesel là 60% bio-oils và 40% biodiesel để sử dụng cho thử nghiệm
trong luận văn. Do hỗn hợp nhiên liệu có độ nhớt cao cho nên phải tiến hành hâm
nóng.
Mô hình thử nghiệm cho hỗn hợp nhiên liệu được tiến hành tại Phòng thí
nghiệm động cơ đốt trong, Viện cơ khí động lực, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội là
băng thử được cung cấp bởi hãng AVL của Áo. Băng thử được điều khiển thông
qua phần mền PUMA được kết nối với máy tính PC. Từ kết quả thử nghiệm cho
thấy hỗn hợp nhiên liệu khá phù hợp với các tính chất của nhiên liệu truyền thống
DO, do đó có thể sử dụng trực tiếp trên các động cơ diesel cỡ nhỏ cụ thể qua các
thông số: kết quả thử nghiệm trên cho thấy công suất của động cơ khi sử dụng hỗn
hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel được hâm đến 80
0
C nhỏ hơn công suất của động
cơ khi sử dụng nhiên liệu (DO) trong khoảng (9,08 - 12,52)%, tính trên toàn dải tốc
độ là 11,08%; đặc tính thay đổi mômen của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu
nhỏ hơn đặc tính thay đổi mômen của động cơ sử dụng nhiên liệu dầu (DO) trong
khoảng (8,56 – 11,87)%, tính trên toàn dải tốc độ là 9,70%; khi so sánh suất tiêu
hao nhiên liệu của hỗn hợp cao hơn suất tiêu hao nhiên liệu DO trong khoảng
(12,16-14,92)%, tính trên toàn dải tốc độ là 13,49%; còn về hàm lượng phát thải
88 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 1. Kết luận Đề tài đã đưa ra được một giải pháp mới, một xu hướng năng lượng mới, góp phần đáp ứng nhu cầu về sử dụng năng lượng tái tạo, năng lượng sinh học để thay thế một phần năng lượng truyền thống, năng lượng hóa thạch như hiện nay. Đáp ứng được mục tiêu của chương trình năng lượng của chính phủ đã ký quyết 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 mới trong đề tài đảm bảo các tính chất lý hóa của nhiên liệu, đảm bảo các chỉ tiêu về kỹ thuật, công suất, mô men, suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là hàm lượng phát thải khí đều tương đồng với nhiên liệu truyền thống DO. Trong chương 2 trên cơ sở đã tính toán và pha chế được hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel là 60% bio-oils và 40% biodiesel để sử dụng cho thử nghiệm trong luận văn. Do hỗn hợp nhiên liệu có độ nhớt cao cho nên phải tiến hành hâm nóng. Mô hình thử nghiệm cho hỗn hợp nhiên liệu được tiến hành tại Phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, Viện cơ khí động lực, Trường ĐH Bách khoa Hà Nội là băng thử được cung cấp bởi hãng AVL của Áo. Băng thử được điều khiển thông qua phần mền PUMA được kết nối với máy tính PC. Từ kết quả thử nghiệm cho thấy hỗn hợp nhiên liệu khá phù hợp với các tính chất của nhiên liệu truyền thống DO, do đó có thể sử dụng trực tiếp trên các động cơ diesel cỡ nhỏ cụ thể qua các thông số: kết quả thử nghiệm trên cho thấy công suất của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel được hâm đến 80 0 C nhỏ hơn công suất của động cơ khi sử dụng nhiên liệu (DO) trong khoảng (9,08 - 12,52)%, tính trên toàn dải tốc độ là 11,08%; đặc tính thay đổi mômen của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu nhỏ hơn đặc tính thay đổi mômen của động cơ sử dụng nhiên liệu dầu (DO) trong khoảng (8,56 – 11,87)%, tính trên toàn dải tốc độ là 9,70%; khi so sánh suất tiêu hao nhiên liệu của hỗn hợp cao hơn suất tiêu hao nhiên liệu DO trong khoảng (12,16-14,92)%, tính trên toàn dải tốc độ là 13,49%; còn về hàm lượng phát thải
89
COx, NOx, HC và phát thải khói (BN) thì cơ bản có một số thông số thấp hơn và
thân thiện với môi trường, giảm thiểu phát thải gây hiệu ứng nhà kính. Như vậy,
hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel có thể thay thế được nhiên liệu truyền thống
DO. Qua đó đề tài sẽ là tài liệu hữu ích cho giáo viên, sinh viên nghiên cứu về nhiên
liệu sinh học.
2. Hướng phát triển của luận văn
Bên cạnh những kết quả thử nghiệm đã đạt được, thì đề tài vẫn còn các hạn
chế như: Việc tiến hành thử nghiệm hỗn hợp nhiên liệu mới chỉ dừng lại trên động
cơ thử nghiệm mà chưa đưa vào sử dụng trên động cơ thực tế. Kết quả thử nghiệm
chưa đánh giá được chỉ tiêu về kinh tế và ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ khi
sử dụng nhiên liệu mới. Từ đây, ta có thể tiến hành thử nghiệm nhiều hơn và đưa
vào ứng dụng trong thực tế.
Do nguồn kinh phí, thời gian còn hạn chế nên trong quá trình thử nghiệm
mẫu hỗn hợp nhiên liệu mới chỉ đưa ra và hoàn thiện được các chỉ tiêu về mô men,
công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và hàm lượng khí phát thải các khí CO, CO
2
,
NO
X
, HC và phát thải khói BN ra môi trường. Cần đánh giá thêm các thông số về
ứng suất cơ, ứng suất nhiệt để có thể kết luận về việc sử dụng hỗn hợp nhiên liệu
trên động cơ diesel.
89 COx, NOx, HC và phát thải khói (BN) thì cơ bản có một số thông số thấp hơn và thân thiện với môi trường, giảm thiểu phát thải gây hiệu ứng nhà kính. Như vậy, hỗn hợp nhiên liệu bio-oils/biodiesel có thể thay thế được nhiên liệu truyền thống DO. Qua đó đề tài sẽ là tài liệu hữu ích cho giáo viên, sinh viên nghiên cứu về nhiên liệu sinh học. 2. Hướng phát triển của luận văn Bên cạnh những kết quả thử nghiệm đã đạt được, thì đề tài vẫn còn các hạn chế như: Việc tiến hành thử nghiệm hỗn hợp nhiên liệu mới chỉ dừng lại trên động cơ thử nghiệm mà chưa đưa vào sử dụng trên động cơ thực tế. Kết quả thử nghiệm chưa đánh giá được chỉ tiêu về kinh tế và ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ khi sử dụng nhiên liệu mới. Từ đây, ta có thể tiến hành thử nghiệm nhiều hơn và đưa vào ứng dụng trong thực tế. Do nguồn kinh phí, thời gian còn hạn chế nên trong quá trình thử nghiệm mẫu hỗn hợp nhiên liệu mới chỉ đưa ra và hoàn thiện được các chỉ tiêu về mô men, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu và hàm lượng khí phát thải các khí CO, CO 2 , NO X , HC và phát thải khói BN ra môi trường. Cần đánh giá thêm các thông số về ứng suất cơ, ứng suất nhiệt để có thể kết luận về việc sử dụng hỗn hợp nhiên liệu trên động cơ diesel.
90
Phụ lục: Kết quả thử nghiệm
Giá trị công suất của động cơ
Vòng 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 mô men của động cơ
Vòng 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
Suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính ngoài
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
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 CO
2
, ppm
Vòng quay
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
CO
2
_DO
72,498
72,947
73,774
77,173
76,809
70,904
66,158
CO
2
_B40V60
70,846
71,762
72,984
75,211
74,186
69,857
64,773
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
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
90 Phụ lục: Kết quả thử nghiệm Giá trị công suất của động cơ Vòng 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 mô men của động cơ Vòng 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 Suất tiêu hao nhiên liệu theo đặc tính ngoài 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 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 CO 2 , ppm Vòng quay 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 CO 2 _DO 72,498 72,947 73,774 77,173 76,809 70,904 66,158 CO 2 _B40V60 70,846 71,762 72,984 75,211 74,186 69,857 64,773 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 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
91
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Vương Chí, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh: Mô phỏng chu
trình công tác của động cơ diesel khi dùng nhiên liệu diesel và nhiên liệu
biodiesel-dầu dừa, 2009.
[2] Nguyễn Trung Cương; Lương Công Nhớ, “Động cơ Diesel tàu thủy”, NXB
“Giao thông vận tải-2010”.
[3] Đặng Tiến Hòa, Bùi Hải Triều “Sử dụng năng lượng tái tạo. giáo trình giảng
dạy đại hoc”, 2008.
[4] Phạm Thế Hùng. Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu sinh học Jatropha
trên động cơ diesel, 2010.
[5] Phùng Minh Lộc, đại học thủy sản: Nghiên cứu giải pháp sử dụng hỗn hợp dầu
Jatropha và dầu diesel làm nhiên liệu cho động cơ 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 và sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel làm từ dầu cá,
2009.
[9] Hoàng Đình Tín “Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt”, NXB Khoa
học và kỹ thuật, 2007.
[10] Hoàng Anh Tuấn “Nghiên cứu cải tiến tính chất của dầu thực vật nguyên chất
sử dụng cho động cơ diesel cỡ nhỏ”, 2015.
[11] Lê Văn Vang; Trương Thanh Dũng “Động cơ Diesel tàu thủy 1” – NXB-giao
thông vận tải-2011.
[12] Đinh Thị Ngọ; Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Nhiên liệu sạch và các quá trình xử
lý trong hóa dầu, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2008.
[13] Công ước Quốc tế MARPOL 73/78, 2002
[14] Công ước Quốc tế SOLAS 74, 2002
91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Vương Chí, Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh: Mô phỏng chu trình công tác của động cơ diesel khi dùng nhiên liệu diesel và nhiên liệu biodiesel-dầu dừa, 2009. [2] Nguyễn Trung Cương; Lương Công Nhớ, “Động cơ Diesel tàu thủy”, NXB “Giao thông vận tải-2010”. [3] Đặng Tiến Hòa, Bùi Hải Triều “Sử dụng năng lượng tái tạo. giáo trình giảng dạy đại hoc”, 2008. [4] Phạm Thế Hùng. Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu sinh học Jatropha trên động cơ diesel, 2010. [5] Phùng Minh Lộc, đại học thủy sản: Nghiên cứu giải pháp sử dụng hỗn hợp dầu Jatropha và dầu diesel làm nhiên liệu cho động cơ 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 và sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel làm từ dầu cá, 2009. [9] Hoàng Đình Tín “Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt”, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2007. [10] Hoàng Anh Tuấn “Nghiên cứu cải tiến tính chất của dầu thực vật nguyên chất sử dụng cho động cơ diesel cỡ nhỏ”, 2015. [11] Lê Văn Vang; Trương Thanh Dũng “Động cơ Diesel tàu thủy 1” – NXB-giao thông vận tải-2011. [12] Đinh Thị Ngọ; Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Nhiên liệu sạch và các quá trình xử lý trong hóa dầu, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2008. [13] Công ước Quốc tế MARPOL 73/78, 2002 [14] Công ước Quốc tế SOLAS 74, 2002