Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện

- VŨ VĂN ĐẠI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ TỔNG HỢP CHO ĐỘNG CƠ MÁY PHÁT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.
- Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, tháng 03 năm 2014 Học viên Vũ Văn Đại LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận văn tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
- Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn và Phòng thử nghiệm Động cơ đốt trong - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành đề tài luận văn này.
- 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỔNG HỢP.
- 15 1.1 Khí tổng hợp.
- 15 1.2 Sản xuất khí tổng hợp bằng hệ thống khí hóa.
- 25 1.3 Đánh giá chất lượng của khí tổng hợp.
- 26 1.4 Ứng dụng của khí tổng hợp.
- 26 1.4.1 Sử dụng khí tổng hợp trong đốt cháy sinh nhiệt.
- 26 1.4.2 Sử dụng khí tổng hợp trong công nghiệp hóa chất.
- 27 1.4.3 Sử dụng khí tổng hợp làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong.
- 28 1.5 Tình hình sử dụng khí tổng hợp trên thế giới và ở Việt Nam.
- 29 1.5.1 Tình hình sử dụng khí tổng hợp trên thế giới.
- 29 1.5.2 Tình hình sử dụng khí tổng hợp tại Việt Nam.
- 32 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÍ TỔNG HỢP CHO ĐỘNG CƠ MÁY PHÁT ĐIỆN.
- 33 2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện.
- Thiết kế đường ống cung cấp khí tổng hợp.
- Lắp đặt hệ thống cung cấp khí tổng hợp và các chi tiết trong hệ thống Kết luận chương 2.
- 54 3.4.4 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu.
- 56 3.5.2 Đánh giá công suất động của động cơ.
- 58 3.5.3 Đánh giá suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ.
- 59 3.5.4 Đánh giá về thành phần khí thải của động cơ.
- 74 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị DO Nhiên liệu dầu diesel - DO-S Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas - DO-S25% Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas với độ mở 25% của van điều khiển lưu lượng syngas - DO-S50% Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas với độ mở 50% của van điều khiển lưu lượng syngas - DO-S75% Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas với độ mở 75% của van điều khiển lưu lượng syngas - DO-S100% Lưỡng nhiên liệu diesel-syngas với độ mở 100% của van điều khiển lưu lượng syngas - CO Mônôxit cácbon %V HC Hyđrô cácbon ppm NOx Ôxit nitơ ppm CO2 Cacbonníc %V Smoker Phát thải dạng hạt %V %Stt Lượng phần trăm syngas thay thế cho diesel % TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam - AVL DiSmoker 4000 Thiết bị phân tích khí xả dạng hạt động cơ của hãng AVL - AVL DiGas 4000 Thiết bị phân tích thành phần khí xả động cơ của hãng AVL.
- Hệ số dư lượng không khí - A/F T lệ không khí/ đơn vị nhiên liệu lý thuyết - Tsyngas Nhiệt độ dòng khí syngas cấp cho động cơ 0C Vsyngas Tốc độ dòng khí syngas cấp cho động cơ m/s Ne Công suất kW Gnl Mức tiêu thụ nhiên liệu g/h Gkk Lượng không khí nạp kg/h DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất lý hóa của H2 ,CO và khí Mê Tan.
- 30 Bảng 3.1: Thông số động cơ thử nghiệm.
- 50 Bảng 3.2: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu Diesel tại các chế độ tải.
- 74 Bảng 3.3: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu DO-S25.
- 75 Bảng 3.4: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu DO-S50.
- 75 Bảng 3.5: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu DO-S75.
- 76 Bảng 3.6: Kết quả thử nghiệm với nhiên liệu DO-S100.
- 76 Bảng 3.7: Gkk, Gnl, LL(Syngas) ở các chế độ làm việc của động cơ.
- 57 Bảng 3.8: Dư lượng không khí tính theo các chế độ thử nghiệm của động cơ.
- 60 Bảng 3.10: Kết quả thử nghiệm ở 40% tải động cơ.
- 66 Bảng 3.11: Kết quả thử nghiệm động cơ ở 60% tải.
- 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Quá trình khí hóa.
- 16 Hình 1.2: Phương pháp khí hóa đưa luồng gió đi lên.
- 19 Hình 1.3: Phương pháp khí hóa đưa luồng gió xuống dưới.
- 20 Hình 1.4: Phương pháp khí hóa kiểu luồng gió chéo.
- 21 Hình 1.5: Phương pháp khí hóa tầng sôi.
- 22 Hình 1.6-1: Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối bằng phương pháp đưa luồng gió xuống dưới cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện.
- 23 Hình 1.6-2: Sơ đồ hệ thống khí hóa sinh khối bằng phương pháp đưa luồng gió xuống dưới cung cấp khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện.
- 24 Hình 1.7: Bếp trấu hóa gas.
- 27 Hình 1.10: Xe ô tô sử dụng nhiên liệu là khí tổng hợp ở Anh.
- 31 Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ.
- 38 Hình 2.7: Thiết bị đo lưu lượng khí nạp.
- 40 Hình 2.9: Thiết kế đường ống cung cấp khí tổng hợp để lắp đặt máy đo lưu lượng gió.
- 41 Hình 2.10: Thiết kế sơ bộ đường ống nạp cho động cơ và lắp đặt các đầu cảm biến.
- 42 Hình 2.11: Thiết kế chi tiết đường ống nạp cho động cơ.
- 43 Hình 2.12: Đường ống xả cho hệ thống.
- 44 Hình 2.13: Lắp đặt van đóng mở đường cấp khí tổng hợp và thiết bị đo lưu lượng gió.
- 45 Hình 2.14: Lắp đặt van điều chỉnh lưu lượng khí tổng hợp cho hệ thống cung cấp khí tổng hợp.
- 45 Hình 2.15: Lắp đặt đường ống nạp cho động cơ và các cảm biến.
- 46 Hình 2.16: Lắp đặt cảm biến lưu lượng khí nạp.
- 46 Hình 2.17: Lắp đặt đường ống xả của động cơ.
- 47 Hình 2.18: Hệ thống khí hóa sinh khối.
- 48 Hình 2.19: Hệ thống cung cấp khí tổng hợp.
- 49 Hình 3.1: Động cơ thử nghiệm.
- 51 Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thử nghiệm.
- 54 Hình 3.6: Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Fuel Consumption meter FC-9521.
- 54 Hình 3.7: Sơ đồ lắp đặt thiết bị FC-9521.
- 55 Hình 3.8: Đặc tính công suất của động cơ ở các chế độ.
- 59 Hình 3.9: Mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở các chế độ.
- 59 Hình 3.10:Đồ thị biểu diễn lượng khí syngas thay thế cho động cơ ở các chế độ.
- 61 Hình 3.11: Biểu đồ về phát thải khí CO trong trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel-syngas.
- 61 Hình 3.12: Biểu đồ phát thải khí CO2 trong trường hợp động cơ sử dụng nhiên lệu diesel và trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel-syngas.
- 62 Hình 3.13: Phát thải khí HC ở các chế độ tải trong trường hợp sử dụng nhiên liệu diesel và trường hợp sử dụng diesel-syngas.
- 63 Hình 3.14: Phát thải NOx ở các chế độ tải trong trương hợp sử dung nhiên liệu diesel và trường hợp sử dụng nhiên liệu diesel/syngas.
- 64 Hình 3.15:Biểu đồ phát thải khói trong trường hợp động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và trường hợp sử dụng nhiên liệu diesel/syngas.
- 65 Hình 3.16: Đồ thị công suất và mức tiêu hao nhiên liệu ở chế độ 40% và 60% tải .
- Mặt khác việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng.
- Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra rất nhiều khí ô nhiễm như COx, NOx, SOx, các hợp chất hydrocacbon, bụi… Gây nên nhiều hiệu ứng xấu đến môi trường, hệ sinh thái và ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuộc sống.
- Việc tìm kiếm các nguồn nhiên liệu mới thay thế cho các nguồn nhiên liệu truyền thống dành cho động cơ nhằm giảm sựu phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt và cải thiện môi trường đang là một xu thế phát triển mới.
- Khí tổng hợp được đánh giá là một nguồn nhiên liệu thay thế trong tương lai và đang được các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển và cũng đã đạt được nhiều kết quả.
- Nguồn cung cấp khí tổng hợp cũng rất dồi dào, có thể sản suất khí tổng hợp từ quá trình khí hóa sinh khối là một hướng đi vừa có thể giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường do rác thải vừa tạo ra nguồn nguyên liệu phục con người.
- Ở Việt Nam hiện nay cũng đang rất chú trọng tới việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới.Với đặc thù làm một nước nông nghiệp, hằng năm khối lượng rác thải nông nghiệp rất là lớn nên nếu tận dụng nguồn sinh khối này để sản suất khí tổng hợp và phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường đồng thời tạo thêm nguồn thu nhập cho người nông dân.Nguồn nhiên liệu khí tổng hợp hiện nay mới chỉ được sử dụng nhiều cho ngành công nghiệp hóa chất và đốt sinh nhiệt để phục vụ cho công nghiệp và sản suất.Tiềm năng về sinh khối là rất lớn việc sử dụng khí tổng hợp như là một nguồn nhiên liệu thay thế dành cho động cơ là một hướng đi mới còn nhiều khó khăn và thách thức.
- Đề tài “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu khí tổng hợp cho động cơ máy điện” hướng tới giải quyết những vấn đề trên.
- Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài  Mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài làm nhằm đánh giá khả năng sử dụng khí tổng hợp làm nguồn nhiên liệu thay thế trong động cơ đốt trong.
- Cụ thể đề tài hướng tới xây dựng hệ thống cung cấp nhiên liệu khí tổng hợp cho động cơ.Thực hiện thử nghiệm nguồn nhiên liệu khí tổng hợp trên động cơ qua đó đánh giá khả năng sử dụng khí tổng hợp cho động cơ trong thực tế.
- Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là máy phát điện sử dụng động cơ diesel 4 kỳ.Hệ thống cung cấp khí tổng hợp được nghiên cứu, chế tạo và lắp đặt thêm cho động cơ.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài Luận văn nghiên cứu lý thuyết về các vấn đề liên quan tới khí tổng hợp, phương pháp sản xuất khí tổng hợp đi từ phương pháp khí hóa sinh khối, đồng thời đánh giá thành phần và khả năng sử dụng khí tổng hợp vào làm nhiên liệu cho động cơ.
- Nghiên cứu thực nghiệm đươc thực hiện trên động cơ máy phát điện, sử dụng nhiên liệu diesel và diesel-syngas.
- Các nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện tại Phòng thử nghiệm Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
- Kết hợp giữa lý thuyết thông qua tổng hợp các nghiên cứu về khí tổng hợp trên thế giới , và tập hợp kế thừa các kết quả trước đây của các đề tài liên quan.Tăng cường trao đổi và tiếp thu ý kiến của các chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu để hoàn thiện phương pháp nghiên cứu, cũng như mở rộng hợp tác với các tổ chức trong nước để thực hiện tốt việc nghiên cứu và triển khai thử nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về khí tổng hợp, nghiên cứu xây dựng sơ đồ cung cấp khí tổng hợp cho động cơ.
- Sử dụng phần mềm kỹ thuật đểthiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp khí tổng hợp cho động cơ.
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nhằm so sánh đánh giá một cách toàn diện động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel-syngas so với động cơ sử dụng nhiên liệu diesel thông thường.
- Bước đầu đi nghiên cứu tổng quan về khí tổng hợp, xây dựng sơ đồ cung cấp khí tổng hợp cho động cơ, qua đó nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển khí tổng hợp cho động cơ máy phát điện.
- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận văn bước đầu đã đi nghiên cứu thiết kế và xây dựng thành công hệ thống cung cấp khí tổng hợp dành cho động cơ diesel.Qua các nghiên cứu, thử nghiệm, luận văn cũng đã đánh giá và phân tích được các ảnh hưởng của việc sử dụng nhiên liệu diesel – syngas thay thế cho nhiên liệu diesel sử dụng cho động cơ.
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỔNG HỢP 1.1 Khí tổng hợp Khí tổng hợp “Syngas - synthesis gas” là một hỗn hợp khí bao gồm carbon dioxide carbon monoxide và hydro với t lệ H2/CO thay đổi khác nhau tùy theo mục đích sử dụng.
- Khí tổng hợp được sản xuất dựa trên quá trình khí hóa của nhiên liệu có chứa cacbon tạo thành sản phẩm khí có nhiệt trị.
- Một số ví dụ về các khí tổng hợp như sau khí hóa than, chất thải khí hóa năng lượng, hơi nước của khí tự nhiên để tạo ra hydro.
- Tên “ khí tổng hợp” có nguồn gốc từ việc sử dụng như một chất trung gian trong việc tạo ra khí thiên nhiên tổng hợp và tạo ra ammoniac hoặc methanol.
- Khí tổng hợp cũng là một trung gian trong việc tạo ra dầu khí tổng hợp để sử dụng như một chất bôi trơn hoặc nhiên liệu.
- Tính chất vật lý, hóa học của khí tổng hợp Tính chất vật lý và hóa học của syngas phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sản xuất, công nghệ sản xuất và đặc biệt là thành phần các khí đơn chất cấu tạo lên.
- Bảng 1.1 Tính chất lý hóa của H2 ,CO và khí Mê Tan Thông số H2 CO CH4 Nhiệt trị thấp ( MJ/kg T lệ không khí – nhiên liệu Nhiệt độ cháy max tại 1 atm Giới hạn bốc cháy (nhạt/đậm Tốc độ lan tràn màng lửa(cm/second Với những tích chất lý hóa của khí syngas như trên ta thấy rằng đây là một nguồn năng lượng hữu ích có thể thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch như than đá và dầu mỏ.
- Có thể sử dụng khí syngas như là một nguồn nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong.Thành phần H2 có trong khí syngas có nhiệt trị lớn, có tốc độ chánh cao sẽ là một dung môi giúp cho quá trình cháy của động cơ xảy ra nhanh hơn và hiệu quả hơn giúp nâng cao công suất của động cơ.
- 1.2 Sản xuất khí tổng hợp bằng hệ thống khí hóa 1.2.1 Quá trình khí hóa Syngas được sản xuất từ các hợp chất chứa cacbon như khi thiên nhiên, sản phẩm dầu mỏ, than đá và sinh khối.
- Điều này đóng vai trò mấu chốt trong công nghiệp hóa học và sản xuất nhiên liệu tổng hợp.
- Lượng khí tạo ra phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của nguồn nhiên liệu cũng như nhiệt độ mà các phản ứng xảy ra.
- Quá trình khí hóa nhiên liệu rắn xảy ra tại nhiệt độ cao ( >11120F ) và tạo ra khí và một số chất dưới dạng tro và nhựa đường

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt