Khóa luận Khảo sát hoạt động của máy phát điện 5 KVA chạy bằng khí biogas ủ từ phân heo

hông mùi, không vị. Khối lƣợng riêng của nitơ là 1,146 Kg/m3 ở 250C, 1 atm. Khí nitơ tồn tại ở khắp nơi, chiếm 78,084 % theo thể tích không khí. Nitơ đông đặc ở 63,340K và hoá lỏng ở 77,40K.  Tính chất hoá học Ở nhiệt độ bình thƣờng, trong không khí, khí nitơ không phản ứng với các chất khác. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao (khoảng 16000C) nitơ phản ứng với O2 có trong không khí tạo thành các NOx; tuỳ thuộc vào lƣợng O2 tham gia phản ứng mà chất tạo thành có thể là N2O, NO, NO2, N2O5…  Khí amoniac (NH3) Amoniac còn có tên là hydrogen nitride, spirit of hartshorn, nitrosil, NH3… Amoniac tồn tại trong biogas ở thể khí.  Tính chất vật lý Amoniac có mùi khai, không màu nhẹ hơn không khí 0,589 lần; khối lƣợng riêng 0,6381 kg/m3, nhiệt độ đông đặc -77,730C, nhiệt độ hoá lỏng - 33,34 0C. Ở 00C, 88,9 g amoniac có thể hoà tan hoàn toàn trong 100 ml nƣớc.  Tính chất hoá học 11 Ở nhiệt độ cao amoniac kết hợp với oxy để tạo thành các hợp chất NOx. Ví dụ phản ứng sau xảy ra ở 8500C và cần có xúc tác: 4 NH3 +5 O2 = 4 NO + 6 H2O  Khí hydro sulfua (H2S)  Tính chất vật lý Là chất khí không màu, có mùi trứng thối. Khối lƣợng riêng 1,363Kg/m 3, nhiệt độ đông đặc -82,30C, nhiệt độ hoá lỏng -60,280C; có thể hoà tan vào nƣớc tạo dung dịch acid H2S, độ hoà tan thấp, ở 40 0 C 0,25g H2S hoà tan hoàn toàn vào 100 ml nƣớc.  Tính chất hoá học H2S là khí độc ảnh hƣởng đến sức khoẻ con ngƣời. Lƣợng H2S trong không khí 1000 ppm ảnh hƣởng nghiêm trọng đến đƣờng hô hấp. H2S là khí của acid yếu, ít có khả năng ăn mòn kim loại. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao H2S phản ứng với oxi, tạo ra các hợp chất có tính acid mạnh hơn, có thể ăn mòn kim loại rất nhanh. 2H2S + 3O2 = 2H2SO3 H2S + 2O2 = H2SO4 Do trong biogas thành phần H2S có khả năng làm mòn động cơ nên biogas dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ta phải tiến hành khử, lọc đi thành phần H2S.  Hơi nƣớc Trong không khí luôn luôn tồn tại một lƣợng hơi nƣớc nên thành phần của biogas cũng chứa một lƣợng hơi nƣớc đáng kể có ảnh hƣởng đến quá trình cháy làm giảm lƣợng nhiệt sinh ra.  Các thành phần khác Trong biogas còn có một số loại khí khác nhƣng chỉ chiếm một lƣợng nhỏ, không đáng kể và cũng không gây ảnh hƣởng đến tính chất của biogas. 2.4. Tiềm năng và ứng dụng của biogas 2.4.1. Tiềm năng Nƣớc ta là một nƣớc nông nghiệp phát triển có số lƣợng vật nuôi rất lớn với gần 5 triệu con bò, 3 triệu con trâu và 23 triệu con lợn nên nguồn biogas là rất lớn. 12 Bảng 2.5. Thống kê số lƣợng khí biogas sinh ra từ phân gia súc Nguyên liệu vào hầm ủ yếm khí Lƣợng khí biogas sinh ra (m 3/ tấn phân) Thành phần mêtan (% thể tích) Phân trâu, bò 260 - 280 55 - 65 Phân heo 561 55 - 60 Bảng 2.6. Thống kê số lƣợng phân trong ngày của gia súc Vật nuôi Lƣợng phân (kg/ngày) Trâu 14 Bò 14 Lợn 2,44 Lƣợng khí biogas có thể thu đƣợc trong một ngày từ trâu và bò: (3.000.000 + 5.000.000) x 14 x 0,36 = 4.032.000 m 3 gas/ ngày. (1 kg phân trâu, bò ủ yếm khí sẽ sinh ra 0,036 m3 gas.) Lƣợng khí biogas có thể thu đƣợc trong 1 ngày từ heo: 23.000.000 x 2,44 x 0,045 = 2.525.400 m 3 gas/ngày. (1 kg phân heo ủ yếm khí sẽ sinh ra 0.045 m3gas) Tổng lƣợng gas có thể lấy đƣợc: 4.032.000 + 2.525.400 = 6.557.400 m 3gas/ngày. 2.4.2. Ứng dụng của biogas Biogas có chứa mêtan là chất dễ cháy nên đƣợc dùng thay thế gas tự nhiên trong việc nấu ăn hàng ngày. Nó cũng có thể đƣợc dùng làm nhiên liệu thay thế cho xăng hoặc dầu diesel để chạy máy phát điện tạo nguồn năng lƣợng sạch, cần thiết trong cuộc sống của con ngƣời. Ngoài ra hệ thống biogas góp phần làm giảm sự ô nhiễm môi trƣờng từ phân gia súc. Các chất thải của hệ thống cũng đƣợc tận dụng làm thức ăn cho cá. Đƣợc coi là một trong những nguồn nhiên liệu tƣơng lai cho xe hơi, biogas vừa thay thế đƣợc dầu thô, lại vừa làm đẹp lòng các nhà hoạt động môi trƣờng. Tuy nhiên, giá thành sản xuất vẫn còn ở mức khá cao [6]. 13 Theo dự báo của công ty nghiên cứu thị trƣờng J.D.Power, đến năm 2012, tại Mỹ, các phƣơng tiện vận tải dùng động cơ hybrid hay động cơ diesel sạch sẽ có thị phần tăng hơn gấp đôi hiện nay, từ 4,8% số xe ở thị trƣờng này lên 11 %. Đầu tháng 7, Honda đã có khách hàng đầu tiên thuê chiếc xe sử dụng nhiên liệu hydro của hãng để sử dụng hằng ngày, mở đầu cho quá trình thƣơng mại hoá số lƣợng lớn kiểu xe này [6]. Dầu thô càng ngày càng tăng giá là sức ép để các hãng xe tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới. Citroen, DaimlerChrysler, Fiat, Ford, GM, Opel, Peugeot, Renault và Volkswagen (VW), những hãng xe đi tiên phong trong quá trình hiện thực hoá biogas đang rất kỳ vọng vào sự ủng hộ của chính quyền các nƣớc để biogas cùng hybrid, pin nhiên liệu sẽ là nguồn năng lƣợng mới thay thế cho dầu mỏ trong tƣơng lai [6]. 2.5. Một số hầm yếm khí tạo biogas hiện nay 2.5.1. Dạng hầm vòm Hầm ủ yếm khí dạng vòm có thể là hình vuông hoặc hình tròn đƣợc đặt trên hay dƣới mặt đất. Hầm ủ dạng này cho gas tƣơng đối thấp, không thể bố trí tay quậy, khó xúc rửa, tốn không gian nhƣng giá đầu tƣ ít, không thể di dời khi cần thiết. Hình 2.2. Hầm dạng vòm 2.5.2. Dạng hầm giếng có khoang chứa gas nổi Hầm ủ dạng này thƣờng đƣợc xây bằng gạch, các ống vào và ra đƣợc xây thẳng để chống nghẹt. Hầm vận hành liên tục. Hầm có cấu tạo khoang gas nổi nên dễ dàng xúc rửa. Áp suất sinh gas không đổi và có thể xoay khoang gas để sấy. 14 2.5.3. Dạng hầm ủ túi dẻo Hình 2.3. Dạng hầm ủ túi dẻo Hầm ủ dạng này có nhiều ƣu điểm: dễ di chuyển khi cần thiết, áp suất gas không đổi, hoạt động liên tục, cho gas nhiều hơn các dạng hầm khác cùng thể tích. Tuy nhiên, do vật liệu chế tạo là plastic nên dễ xì, vỡ không thể vớt váng bề mặt súc rữa và bố trí tay khuấy. 2.5.4. Hầm ủ dạng bê tông, composit Hầm ủ dạng này đƣợc phát triển dựa trên hầm ủ dạng túi dẻo. Vật liệu chế tạo hầm đƣợc thay thế bằng bê tông hoặc composit. Điều này làm tăng giá thành; tuy nhiên các vật liệu này đã khắc phục đƣợc rất nhiều nhƣợc điểm của hầm ủ túi dẻo. Ngoài 3 dạng hầm ủ trên còn có nhiều kiểu hầm ủ khác. Tuy nhiên, lƣợng khí sinh ra ở các dạng hầm này không cao và không phổ biến mặt khác do giới hạn đề tài nên chúng tôi không đề cập đến trong phần này. 15 Bể lắng cát Hầm ủ Bể thoát Hình 2.4. Hầm composit 5m3 lắp đặt tại Bến Tre 2.6. Sơ lƣợc động cơ đốt trong 2.6.1. Lý thuyết cơ bản về động cơ đốt trong 2.6.1.1. Định nghĩa Động cơ là một thiết bị thực hiện việc chuyển đổi bất kỳ một dạng năng lƣợng nào đó sang cơ năng để dẫn động máy công tác. Động cơ nhiệt là một thiết bị chuyển đổi hoá năng do đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt năng và biến nhiệt năng này thành cơ năng. Động cơ nhiệt làm việc theo hai quá trình:  Đốt cháy nhiên liệu dạng đặc, lỏng hoặc khí để sinh nhiệt.  Môi chất công tác thay đổi trạng thái để sinh công. Động cơ đốt trong là động cơ có hai quá trình trên xảy ra cùng một nơi, nhiệt năng đạt đƣợc bằng sự đốt cháy nhiên liệu bên trong động cơ. Nhiệt năng tích lũy trong khí cháy có nhiệt độ và áp suất cao đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu của động cơ và truyền mômen ra ngoài cho các thiêt bị công tác. 16 2.6.1.2.Nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ a. Định nghĩa động cơ đốt trong 4 kỳ Động cơ mà 1 chu kỳ hoàn thành trong 4 hành trình. Nói cách khác, piston phải chạy lên xuống 4 lần, trục khuỷu quay 2 vòng, trục cam quay 1 vòng. Nhƣ vậy, trong động cơ 4 kỳ sau 2 vòng quay trục khuỷu (7200) hoặc 4 hành trình của piston chỉ có 1 hành trình sinh công. Trong mỗi chu kỳ công tác của động cơ đốt trong, ta thấy xảy ra 4 quá trình liên tiếp nhau là: nạp, nén, cháy - dãn nở sinh công và thải. Các quá trình này đƣợc lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn (các chu kỳ) trong xy lanh động cơ và thời gian diễn tiến của chúng là nhƣ nhau. Vì vậy, ta có thể nói chúng có tính chu kỳ. [4] b. Nguyên lý hoạt động theo chu trình lý thuyết Theo chu kỳ lý thuyết mỗi kỳ khởi sự ngay tại 1 điểm chết mà cũng chấm dứt ngay tại 1 điểm chết. Trong động cơ 4 kỳ thì mỗi kỳ sẽ thực hiện 1 quá trình và có.  Kỳ nạp/hút: Thực hiện quá trình nạp, piston dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD.  Kỳ nén: Thực hiện quá trình nén , piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT.  Kỳ sinh công: Thực hiện quá trình cháy - dãn nở, piston dịch chuyển từ ĐCT xuống ĐCD.  Kỳ thải/xả/thoát: Thực hiện quá trình thải sản vật cháy, piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT. Động cơ hoạt động theo chu trình lý thuyết nêu trên sẽ mất khoảng 15 – 30 % công suất vì các lý do sau.  Không thải sạch đƣợc sản vật cháy.  Không nạp đƣợc đầy MCCT mới.  Không cháy đúng thời điểm. Trên thực tế động cơ hoạt động theo chu trình công tác thực tế nhằm tăng tối đa công suất và hiệu suất của động cơ. 17 c. Nguyên lý hoạt động theo chu trình thực tế [1]  Kỳ hút (hành trình nạp): Hành trình nạp thực tế lớn hơn hành trình nạp lý thuyết vì Hình 2.5. Quá trình nạp Xu pap nạp mở sớm trƣớc khi piston tới ĐCT, tƣơng ứng với góc quay trục khuỷu từ 30 đến 120 trƣớc ĐCT. Xu pap nạp tiếp tục mở trong suốt thời gian piston đi từ ĐCT xuống tới ĐCD, tƣơng ứng với góc quay trục khuỷu 1800 . Xu pap nạp đóng trễ sau khi piston đã qua khỏi ĐCD đi ngƣợc trở lên, tƣơng ứng với góc quay trục khuỷu khoảng từ 300 đến 600 sau ĐCD. Động cơ có tốc độ (số vòng quay trục khuỷu) càng cao thì góc mở sớm, đóng trễ và Xu pap nạp càng lớn. Xu pap nạp mở sớm trong lúc Xu pap thoát chƣa đóng lại. Vì thế có tồn tại một khoảng khắc rất ngắn (thời gian tính theo giây) 2 Xu pap hút và thoát cùng mở (cỡi nhau), góc quay trục khuỷu mà cả 2 Xu pap cùng mở gọi là góc trùng điệp. Mà cũng vì khoảng thời gian ấy quá ngắn nên khí cháy không đủ thì giờ để dội ngƣợc lại bộ chế hòa khí. Mục đích mở sớm và đóng trễ Xu pap hút nhằm tăng lƣợng khí nạp mới vào xy lanh động cơ, từ đó tăng đƣợc công suất phát ra của động cơ. Mặc dù xu pap hút đóng trễ, trong lúc piston đã đi lên mà khí nạp mới không bị đẩy ra ngoài (ra ống góp nạp) vì những lý do sau đây. Hỗn hợp xupap nạp (mở) xupap thải (đóng) Bộ chế hoà khí Vùng áp suất chân không cục bộ Họng nạp Piston xilanh Trục khuỷu 18  Quán tính (trớn) hút khí nạp vẫn còn mạnh vì máy chạy nhanh.  Trong xy lanh còn chân không, có nghĩa là áp suất trong xy lanh nhỏ hơn áp suất khí trời.  Ở gần điểm chết trục khuỷu quay một vòng cung dài, trong khi piston đi đƣợc một đoạn đƣờng ngắn.  Tuy nhiên ở một số động cơ chạy chậm Xu pap hút có thể mở trễ khi piston đã đi qua khỏi ĐCT, tƣơng ứng với góc quay trục khuỷu khoảng từ 00 - 80 sau ĐCT. Mục đích của việc mở Xu pap hút sau khi Xu pap thoát đã đóng là để cho khí cháy đƣợc thải sạch ra khỏi xy lanh trƣớc khi hút khí nạp mới vào xy lanh.  Kỳ nén (Hành trình nén - thì ép) Hình 2.6. Quá trình nén Quá trình nén thực tế khí nạp mới trong xy lanh bắt đầu khi Xu pap nạp vừa đóng và chấm dứt khi piston gần lên tới ĐCT, tƣơng ứng với góc quay trục khuỷu khoảng từ 0 0 đến 220 trƣớc ĐCT gọi là góc đánh lửa sớm (lúc bugi nẹt lửa - đối với động cơ xăng) hoặc góc phun sớm (đối với động cơ Diesel). Vì thế hành trình nén thực tế nhỏ hơn hành trình nén lý thuyết, tƣơng ứng với góc quay trục khuỷu nhỏ hơn 1800. Trên thực tế hành trình nén là hành trình tiêu hao công (công âm), đƣợc nhận từ công dƣ của bánh trớn (bánh đà) hoặc từ công giãn nở (công dƣơng) của các xy lanh khác trong động cơ. Tuy nhiên, nhờ có quá trình nén nhiệt độ và áp suất của MCCT tăng cao. Ví dụ : một động cơ xăng có tỷ số nén là 7, thì khi piston lên tới gần ĐCT áp Xupap nap(đóng) Xupap thải(đóng) Hoà khí Piston xilanh L vòng quay(trục khuỷu) Trục khuỷu 19 suất hòa khí tăng lên khoảng 8 atm và nhiệt độ lên khoảng 3000C. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao này hòa khí sẵn sàng bốc cháy khi có tia lửa điện phóng ra tại bugi.  Kỳ cháy - giãn nở (hành trình sinh công) Quá trình cháy thực tế xem nhƣ đƣợc bắt đầu lúc bugi nẹt lửa (đối với động cơ xăng) hoặc lúc nhiên liệu diesel phun vào xy lanh (đối với động cơ Diesel), tƣơng ứng với góc đánh lửa sớm hoặc góc phun sớm. Ở động cơ xăng, hòa khí bị ép nóng sẳn, gặp phải tia lửa điện bốc cháy rất nhanh (chỉ trong vòng khoảng 1/200 của giây đồng hồ). Nhiệt độ và áp suất khí trong xy lanh tăng lên rất nhanh và rất cao (T = 2200 – 25000C, P = 35 atm). Chính nhờ áp lực cao này đẩy piston đi xuống mạnh làm cho trục khuỷu và bánh trớn quay. Khi piston đi xuống thể tích xy lanh (Vh) tăng, khí cháy giãn nở sinh công. Khi tay quay trục khuỷu còn khoảng 450 trƣớc ĐCD thì Xu pap mở chấm dứt quá trình giãn nở sinh công và bắt đầu quá trình thải khí cháy ra khỏi xy lanh. Nhƣ vậy Quá trình cháy - giãn nở thực tế nhỏ hơn quá trình cháy - giãn nở lý thuyết. Xupap nạp(đóng) Xupáp thải(đóng) Piston xilanh Trục khuỷu Thanh truyền Bugie Hình 2.7. Quá trình cháy và giãn nở 20  Kỳ thải (thì thoát hay còn gọi là hành trình thải) Hình 2.8. Quá trình thải Xu pap thoát mở sớm 450, khí cháy tuôn ra ngoài một phần lớn, áp suất khí trong xy lanh giảm xuống rất nhanh, trong lúc piston đang chạy xuống ĐCD. Nhƣ vậy ta đã làm mất đi một phần công suất và hiệu suất của động cơ. Nhƣng ta đƣợc bù lại trong lúc piston chạy lên vì nó không còn bị hãm bởi sức đối áp của khí cháy trong xy lanh. Xu pap thoát đóng trễ khoảng 100 sau ĐCT nhằm gia tăng thời gian đẩy sạch khí cháy ra khỏi xy lanh. Nhƣ vậy, quá trình thải thực tế lớn hơn quá trình thải lý thuyết 2.6.1.3. Cấu tạo động cơ đốt trong [4] a. 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 Xupap nạp(đóng) Xupap thải(mở) Đƣờng thải Piston xilanh Trục khuỷu Hai vòng quay 21  Piston: Là chi tiết chịu lực tác dụng trực tiếp áp lực khí thể trong buồng cháy và 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.  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 thanh 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 môment 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. Hình 2.9. Hệ thống phát lực của động cơ 22 b. 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 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. c. 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 phần 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 23 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. Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:  Đóng mở đúng thời gian qui định.  Độ mở lớn để dòng khí dể lƣu thông.  Ít mòn tiếng kêu bé.  Dể điều chỉnh và sửa chữa. Hình 2.10. Hệ thống phân phối khí của động cơ d. Bộ phận nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu của động cơ đang khảo sát sử dụng phƣơng pháp hoà trộn trƣớc bao gồm: 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 24 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.  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 bình.  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.  Hệ thống nhiên liệu biogas, bộ phận điều tốc  Hệ thống nhiên liệu biogas: Khác với hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng hay Diesel ở chổ có lắp thêm bộ trộn để sử dụng gas. Bộ trộn đƣợc lắp trƣớc bộ chế hoà khí và sử dụng phƣơng pháp hòa trộn trƣớc. Nhiên liệu (gas) và không khí đƣợc hòa trộn hình thành hòa khí (hỗn hợp khí) trƣớc khi đƣợc hút vào động cơ.  Bộ phận điều tốc: có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ làm việc của máy. Dùng động cơ bƣớc để điều chỉnh trữ tiếp bƣớm gas, hoạt động liên tục cùng với động cơ. e. Bộ phận làm mát Két nƣớc, cánh tản nhiệt, quạt gió… có nhiệm vụ nhận nhiệt từ khí cháy truyền qua thành buồng cháy thông qua môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt độ các chi tiết trong máy không quá nóng cũng không quá nguội. 25 f. Bộ phận bôi trơn Cacte dầu, bơm dầu… có nhiệm vụ đƣa dầu từ cacte dầu đến các mặt ma sát; lọc sạch những tạp chất lẫn trong dầu nhờ khi dầu nhờn tẩy rửa các mặt ma sát này và bảo vệ các bề mặt của chi tiết máy trong động cơ không bị rỉ; làm giảm ma sát của ổ trục đƣa nhiệt lƣợng phát sinh do ma sát ra khỏi ổ trục. 26 Chƣơng 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 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 5 kVA. 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. Bóng đèn loại 500 W, 300 W, 100 W, bàn ủi công suất 1000 kW. 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 bố trí thí nghiệm 3.3.1. Chạy máy phát điện tại Hóc Môn bằng nhiên liệu biogas 3.3.1.1. Chạy máy phát điện bằng biogas khi mang tải Chuẩn bị - Nối các thiết bị tải (bóng đèn) với nhau theo kiểu mắc song song. - Cột kín 2 đầu túi nylon, một đầu có mang ống nhựa để dẫn khí. Nối ống dẫn vào đƣờng thoát khí từ hầm biogas và trữ gas vào trong túi. Kiểm tra túi, ống dẫn gas, van khoá gas, không để gas bị xì. Tính toán lƣợng gas trong túi trữ theo kích thƣớc của túi. - Cách tiến hành thí nghiệm nhƣ sau: 27 Giai đoạn 1: Khảo sát khả năng tải, nồng độ các loại khí thải của máy khi máy hoạt động ở chế độ có tải công suất nhỏ. - Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng cách 10 ngày. - Tiến hành: Dùng ống dẫn dẫn gas vào động cơ. Nối dây tải điện từ máy ra các thiết bị điện gồm 2 bóng đèn có công suất 500 W. Khởi động máy, điều chỉnh bƣớm gas sao cho máy hoạt động ở mức thấp. Sau đó mở lần lƣợt 2 bóng đèn. - Dùng đồng hồ đo và ghi nhận hiệu điện thế, cƣờng độ dòng điện do máy phát ra. Đặt đầu dò của máy đo khí xả vào ống bô của máy để đo nồng độ các loại khí xả. Thời gian đo mỗi lần là 30 giây sau đó rút đầu dò ra. Ghi nhận kết quả. Giai đoạn 2: Khảo sát khả năng tải, nồng độ các loại khí thải của máy khi máy hoạt động ở chế độ có tải công suất trung bình. - Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng cách 10 ngày. - Tiến hành: Dùng ống dẫn dẫn gas vào động cơ. Nối dây tải điện từ máy ra các thiết bị tải ứng với công suất 2,1 kW. Khởi động máy, điều chỉnh máy hoạt động ở mức trung bình. Lần lƣợt mở bóng đèn từ từ cho đến hết. - Dùng đồng hồ đo và ghi nhận hiệu điện thế, cƣờng độ dòng điện do máy phát ra. Đặt đầu dò của máy đo nồng độ khí xả vào ống bô của máy để đo nồng độ các loại khí xả. Thời gian đo mỗi lần là 30 giây. Ghi nhận kết quả. Giai đoạn 3: Khảo sát khả năng tải, nồng độ các loại khí thải của máy khi máy hoạt động ở chế độ có tải công suất lớn. - Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng cách 10 ngày. - Tiến hành: Dùng ống dẫn dẫn gas vào động cơ. Nối dây tải điện từ máy ra các thiết bị tải ứng với công suất 3,2 kW. Khởi động máy, điều chỉnh máy hoạt động ở mức trung bình. Lần lƣợt mở bóng đèn từ từ cho đến hết. - Đặt đầu dò của máy đo nồng độ khí xả vào ống bô của máy để đo nồng độ các loại khí xả. Thời gian đo mỗi lần là 30 giây. Ghi nhận kết quả. 28 3.3.1.2. Chạy máy phát điện khi bằng biogas không mang tải Chúng tôi tiến hành trên ba giai đoạn. Giai đoạn 1: Khảo sát nồng độ các loại khí thải, hiệu điện thế ở 2 đầu ra của máy khi máy hoạt động ở chế độ không tải công suất nhỏ. - Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng cách 7 ngày. - Tiến hành: Dùng ống dẫn dẫn gas từ túi trữ vào động cơ. Khởi động máy, điều chỉnh bƣớm gas để máy hoạt động với công suất nhỏ, không tải điện từ máy ra ngoài các thiết bị điện. - Dùng đồng hồ đo và ghi nhận hiệu điện thế giữa 2 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. Giai đoạn 2: Khảo sát nồng độ các loại khí thải, hiệu điện thế ở 2 đầu ra của máy khi máy hoạt động ở chế độ không tải công suất trung bình. - Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng cách 7 ngày. - Cách tiến hành thực hiện các giai đoạn giống nhƣ ở nghiệm thức 1. Chỉ điều chỉnh máy phát điện chạy ở công suất nhỏ lên công suất trung bình. Giai đoạn 3: Khảo sát nồng độ các loại khí thải, hiệu điện thế ở 2 đầu ra của máy khi máy hoạt động ở chế độ không tải công suất lớn. - Thí nghiệm đƣợc ghi nhận 10 lần lặp lại ở 10 thời điểm khác nhau với khoảng cách 7 ngày. - Cách Tiến hành thực hiện các giai đoạn giống nhƣ ở nghiệm thức 1. Chỉ điều chỉnh máy phát điện chạy ở công suất trung bình lên công suất cao. 29 Hình 3.1 : Cách tiến hành các thí nghiệm 3.3.2. Chạy máy phát điện bằng nhiên liệu xăng tại Hóc Môn. Các giai đoạn chuẩn bị, cách bố trí các nghiệm thức giống nhƣ giai đoạn 1 nhƣng thay nhiên liệu biogas bằng nhiên liệu xăng. Máy đo hiệu điện thế và cƣờng độ dòng điện Túi trữ gas Máy 5 KVA 30 Chƣơng 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Kết quả máy chạy bằng biogas hoặc xăng ở chế độ không tải Qua quá trình khảo sát thực tế ở chế độ không tải của máy phát điện sử dụng biogas hoặc xăng cùng với việc đo đạc các chỉ tiêu khảo sát chúng tôi thu nhận những kết quả đƣợc trình bày qua bảng 4.1. Bảng 4.1. Ảnh hƣởng của nhiên liệu biogas hoặc xăng và tốc độ chỉnh gas lên thành phần khí xả của máy nổ phát điện ở chế độ không tải Tốc độ Nhiên liệu Thấp (n=10) Trung bình (n=10) Cao (n=10) Nhiên liệu tiêu thụ Xăng (lít/giờ) 2.03 0.04 2.25 0.03 2.52 0.03 Gas (m 3 /giờ) 1.53 0.03 2.54 0.04 3.05 0.05 Volt Xăng 225 1.01 230 1.41 233 1.20 Gas 47.77 0.352 122 1.54 209 2.31 CO (% thể tích) Xăng 3.08 0.228 1.538 0.313 1.01 0.232 Gas 0.13 0.006 0.05 0.004 0.02 0.002 HC (ppm) Xăng 18.72 0.992 15.88 1.18 24.81 2.45 Gas 415 2.92 48.4 1.7 98.6 1.83 CO2 (% thể tích) Xăng 8.62 0.126 9.24 0.134 9.59 0.121 Gas 7.64 0.124 10.31 0.122 12.24 0.242 NOx (ppm) Xăng 19.39 0.288 20.36 0.223 20.28 0.139 Gas 26 0.403 19.81 0.200 14 0.098 Xăng 1.32 0.020 1.38 0.015 1.38 0.009 Gas 1.77 0.028 1.35 0.013 0.95 0.006 O2 (% thể tích) Xăng 6.59 0.073 6.89 0.079 6.52 0.107 Gas 9.62 0.155 5.67 0.081 1.35 0.014 31 Hình 4.1. Kết quả thu đƣợc ở các mức tải Biểu đồ 4.1. Ảnh hƣởng của nhiên liệu biogas hoặc xăng và tốc độ chỉnh gas lên thành phần khí xả ở chế độ không tải Biểu đồ 4.2. Ảnh hƣởng của nhiên liệu biogas hoặc xăng và tốc độ chỉnh gas lên thành phần khí xả HC và NOx ở chế độ không tải tải nhỏ tải trung bình tải cao 32 Theo tiêu chuẩn Euro 1 và Euro 2 về chất lƣợng khí thải của động cơ nổ xăng đƣợc trình bày ở bảng 4.2 Bảng 4.2. Bảng tiêu chuẩn khí thải Euro 1 và Euro 2 đối với động cơ xăng Tiêu chuẩn HC (%V) NOx (%V) CO (%V) Euro 1 1,13 0,14 3,16 Euro 2 0,5 0,19 2,2 Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu, chúng tôi nhận thấy dƣ lƣợng CO ở biogas luôn luôn tồn tại ở mức thấp lần lƣợt là 0,13, 0,05 và 0,02 % khi ta mở bƣớm gió để điều chỉnh lƣợng không khí vào cao thì ở máy sử dụng nhiên liệu xăng lần lƣợt là 3,08, 1,5 và 1 % hoặc biogas đều có dƣ lƣợng CO luôn giảm, điều này có thể là do nguyên nhân hàm lƣợng O2 vào trong động cơ tăng nên đã đốt cháy gần nhƣ hoàn toàn hỗn hợp để tạo ra khí CO2. Do vậy dƣ lƣợng CO sẽ giảm, đồng thời dƣ lƣợng của CO2 tăng lên. - Đối với CH, chúng tôi nhận nhận thấy rằng khi ở 3 mức thấp, vừa và cao thì dƣ lƣợng CH ở máy sử dụng nhiên liệu biogas luôn cao hơn lần lƣợt là 415, 48,4 và 98,6 ppm ít nhất gấp 3 lần của xăng lần lƣợt là 18,7, 15,8 và 24,8 ppm. Điều này có thể là do nguyên nhân hàm lƣợng CH4 trong máy sử dụng nhiên liệu biogas cao nên chƣa bị đốt hết vì thế có một phần thất thoát ra ngoài. Mặt khác, trong biogas có sự tồn tại của CO2, mà đây là nguyên nhân dập tắt sự cháy, điều này cho thấy rõ nhất là khi ở mức thấp của máy chạy bằng nhiên liệu biogas dƣ lƣợng CH thải ra quá cao là 415 ppm so với ở mức thấp của xăng là 18,7. Vì khi ở mức thấp hàm lƣợng không khí vào động cơ thấp nên không đủ O2 để đốt cháy hết hàm lƣợng CH4, ngoài ra cũng có thể do sự có mặt của CO2 trong biogas đã làm quá trình đốt cháy bị tắt nhanh chóng hơn. - Đối với Nox, dƣ lƣợng thải ở máy chạy bằng nhiên liệu biogas ở 3 mức luôn giảm đáng kể lần lƣợt là 26, 19 và 14 ppm trong khi đó dƣ lƣợng NOx của máy chạy xăng ở 3 mức thì dao động không đáng kể lần lƣợt là 19,3, 20,3 và 20,2 ppm. Điều này có thể do máy chạy bằng nhiên liệu biogas có hàm lƣợng N2, NH3 cao hơn nên khi gặp O2 trong quá trình cháy đã tạo ra nhiều NOx. Nhƣng ở động cơ chạy bằng nhiên liệu biogas khi thay đổi bƣớm gió theo mức tăng dần thì dƣ lƣợng NOx lại giảm dần, điều này có thể do khi ở mức cao thì hàm lƣợng NH3 và N2 chƣa đƣợc đốt cháy hoặc chỉ đốt cháy một phần. Quá trình cháy đã xảy ra giữa CH4 và O2 sinh ra khí CO2, hàm 33 lƣợng khí CO2 trong động cơ cao đã làm cho quá trình cháy dập tắt. Do vậy lƣợng khí NOX sinh ra ít. - Đối với dƣ lƣợng không khí, đƣợc tính bằng công thức. = mk/14,7 Trong đó mk: là khối lƣợng không khí. - Đối với máy chạy bằng nhiên liệu biogas, thì dƣ lƣợng không khí luôn luôn giảm lần lƣợt là 1,78, 1,35 và 0,95 đáng kể, trong khi đó dƣ lƣợng không khí trong động cơ chạy bằng nhiên liệu xăng thì dao động này hầu nhƣ không đáng kể lần lƣợt là 1,32, 1,38 và 1,38. Điều này có thể do bộ chế hoà khí chỉ phù hợp cho động cơ chạy bằng nhiên liệu xăng và đƣợc trộn theo một tỷ lệ nhất định giữa xăng và không khí, nên khi ở 3 mức tốc độ thì dƣ lƣợng không khí không thay đổi nhiều; còn đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu biogas, tỷ lệ trộn giữa thành phần khí trong biogas và không khí có sự thay đổi. Vì vậy, dƣ lƣợng không khí luôn thay đổi, đối với mức cao thì dƣ lƣợng không khí thải ra thấp nhất, điều này là do hỗn hợp đƣợc trộn đậm hơn có nghĩa là lúc lƣợng biogas nhiều hơn không khí nên lƣợng không khí sẽ đƣợc tận dụng hết. Vì vậy dƣ lƣợng không khí thải ra ít. - Ở mức thấp thì hỗn hợp trộn loãng, nghĩa là lƣợng biogas ít hơn không khí nên lƣợng không khí chƣa đƣợc tận dụng hết. Vì thế dƣ lƣợng không khí thải ra cao 4.2. Kết quả máy chạy bằng biogas hoặc xăng ở chế độ có tải Qua quá trình khảo sát thực tế ở chế độ có tải của máy phát điện sử dụng biogas hoặc xăng cùng với việc đo đạc các chỉ tiêu khảo sát chúng tôi thu nhận đƣợc những kết quả đƣợc trình bày qua bảng 4.3. 34 Bảng 4.3. Ảnh hƣởng của nhiên liệu biogas hoặc xăng và tốc độ chỉnh gas lên thành phần khí xả của máy nổ phát điện ở chế độ có tải Tốc độ Nhiên liệu Thấp (n=10) Trung bình (n=10) Cao (n=10) Nhiên liệu tiêu thụ Xăng (lít/giờ) 2.26 0.03 2.52 0.021 3.54 0.03 Gas (m 3 /giờ) 3.04 0.054 3.55 0.03 4.06 0.05 Volt Xăng 184 0.48 222 4.41 238 4.25 Gas 206 1.08 201 0.38 227 0.02 Ampe Xăng 3.43 0.026 6.09 0.305 9.7 0.478 Gas 3.58 0.013 6.02 0.013 9.32 0.02 Công suất lý thuyết (W) Xăng 1000 2100 3200 Gas 1000 2100 3200 Công suất thực tế (W) Xăng 630 4.33 1316 72.2 2211 55.1 Gas 740 4.86 1210 3 2129 8.8 CO (% thể tích) Xăng 1.58 0.010 0.96 0.142 0.85 0.010 Gas 0.04 0.005 0.45 0.011 0.04 0.002 HC (ppm) Xăng 38 0.849 35.55 1.49 36.23 1.12 Gas 6.80 0.786 17.5 0.806 26.9 0.526 CO2 (% thể tích) Xăng 8.8 0.03 9.58 0.183 10.20 0.206 Gas 10.15 0.060 11.49 0.091 10.53 0.101 NOx (ppm) Xăng 19.81 0.072 19.22 0.142 18.60 0.187 Gas 20.04 0.102 17.14 0.165 19.86 0.269 Xăng 1.35 0.005 1.31 0.009 1.27 0.012 Gas 1.37 0.007 1.17 0.011 1.35 0.018 O2 (% thể tích) Xăng 6.52 0.046 6.08 0.105 5.27 0.224 Gas 5.62 0.041 2.82 0.071 5.43 0.149 35 Biểu đồ 4.3. Ảnh hƣởng của nhiên liệu biogas hoặc xăng và tốc độ chỉnh gas lên thành phần khí xả ở chế độ có tải Biểu đồ 4.4. Ảnh hƣởng của nhiên liệu xăng hoặc biogas và tốc độ chỉnh gas lên thành phần khí xả CH, NOx ở chế độ có tải Nhận xét: Ở mức tải nhỏ do động cơ chuyển đổi là động cơ xăng kéo máy phát điện nên phần nguyên thuỷ của động cơ đƣợc tính toán cho chế độ điều tốc này có hệ số dƣ lƣợng không khí thích hợp cho khả năng hòa trộn của hỗn hợp bốc cháy tốt nhất; vì thế các chỉ số khí thải cháy ở mức kinh tế nhất lƣợng khí độc cho ra thấp nhất CO là 0,341 %, HC là 33,2 ppm, CO2 là 8,8 % mức thải này thoả mãn tiêu chuẩn euro 1. - Khi chuyển đổi bộ chế hoà khí sang sử dụng nhiên liệu biogas là hỗn hợp khí có mặt hai thành phần CH4 và CO2. Sử dụng nhiên liệu bằng phƣơng pháp ủ yếm khí tuỳ theo 36 mức độ sinh gas từ lúc ủ nên hỗn hợp cũng còn xuất hiện O2. Bằng phƣơng pháp chuyển đổi tạo áp lực hút vào và hoà trộn với không khí vào động cơ, chúng ta phải làm đậm hỗn hợp để đáp ứng khả năng tải. Chính vì vậy các chỉ số khí thải cao hơn. Tuy nhiên, đối với động cơ xăng do khả năng hoà trộn tốt hơn, hệ số dƣ lƣợng không khí khi tốc độ càng cao chỉ số này sẽ càng cao. Nếu dùng phƣơng pháp kiểm định cho động cơ xăng hiện nay để kiểm định thì động cơ sử dụng nguyên liệu khí lúc nào cũng cho mức độ khí độc thấp nhất. - Ở mức tải vừa và cao khi động cơ đã làm việc ở chế độ thƣờng xuyên, thì các giá trị khí độc khi chuyển đổi sang biogas đều thấp hơn khi sử dụng bằng xăng. Điều này là hoàn toàn hợp lý vì hệ số dƣ lƣợng không khí của động cơ sử dụng chất khí tốt hơn. Tuy nhiên chỉ số NOx cao hơn vì hỗn hợp khí khi đốt cháy sẽ tốt hơn xăng. Chính vì vậy nhiệt độ của hỗn hợp cháy cao hơn, lƣợng NOx sinh ra nhiều hơn.  Mức độ ô nhiễm môi trƣờng - Đối với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng sau quá trình sinh công đều thải ra môi trƣờng các loại khí độc hại nhƣ CO, CH, CO2, NOx, SO2. Đây là nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng làm mất cân bằng sinh thái tự nhiên. Các chất khí độc hại nhƣ CO đƣợc thải ra ngoài môi trƣờng do trong quá trình cháy thiếu oxy nên carbon không đƣợc cháy hoàn toàn. Lƣợng khí này nếu nhiều sẽ làm con ngƣời cảm giác khó thở, ảnh hƣởng đến hô hấp. Đối với khí NOx bao gồm NO, NO2, NO3, N2O là các chất làm thƣơng tổn các loại niêm mạc, CnHm là chất gây ung thƣ hệ hô hấp. Ngoài ra còn có SO2, SO3..Nhìn chung trong các độc tố khói thải của động cơ kể trên, nguy hiểm nhất, đáng quan tâm nhất là CnHm. Mà CnHm lại phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần các carbon hydro trong xăng. Có thể nói, thành phần carbon hydro trong xăng gây độc hại lớn cho ngƣời tham gia giao thông trên đƣờng hiện nay. Thông tin từ Cục Đăng kiểm xe cơ giới thuộc Bộ Giao Thông Vận Tải cho biết, kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy, khí thải của xe cơ giới đóng góp 90 % độc tố chì, 25 % độc tố NOx, 98 % CO và 95 % CnHm chứa trong không khí tại các khu đô thị và khu công nghiệp[7]. Ngoài ra trong quá trình cháy bụi và chất rắn vô cơ cũng đƣợc thải ra ngoài, bao gồm các phần tử carbon hydro cháy không trọn hoặc bồ hóng dính nhiên liệu cháy không trọn, đã làm không khí bị nhiễm bẩn. Mặt khác trên phạm vi cả nƣớc còn dùng xăng pha chì là loại xăng có khả năng chống hiện tƣợng kích nổ của 37 động cơ. Khí thải của nó có thể gây bệnh ung thƣ, hoặc làm hỏng chức năng của tế bào. Nhƣ vậy ô nhiễm môi trƣờng là kết quả của sự thải ra không khí các chất thải khí độc hại ở thể hơi, bụi, khí. Làm tăng đột biến các chất nhƣ CO2, NOx, SOx…. Đã làm ô nhiễm môi trƣờng khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và "sƣơng mù", gây nhiều bệnh cho con ngƣời. Nó còn tạo ra các cơn mƣa acid làm huỷ diệt các khu rừng và các cánh đồng. Theo nghiên cứu thì chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO2, nó đóng góp 50 % vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH4 là 13 %, ozon tầng đối lƣu là 7 %, N2 là 5 %, CFC là 22 %, hơi nƣớc ở tầng bình lƣu là 3 % [8]. - Đối với động cơ chạy bằng biogas: Sau quá trình sinh công cũng thải ra ngoài môi trƣờng các loại khí độc là CO, CH, CO2, NOx, SO2. Tuy nhiên, dƣ lƣợng các khí này đều giảm nhiều lần so với ở xăng. Đối với khí CO, CH, là những chất độc hại nhất trong các thành phần khí thải từ động cơ chúng là nguyên nhân gây ung thƣ hệ hô hấp và khó thở cho ngƣời. Theo nghiên cứu dƣ luợng CO chiếm tới 98 % và CH chiếm tới 95 % trong không khí tại các khu công nghiệp và đô thị. Trong khi đó khi chạy bằng biogas các khí này thải ra ngoài không khí một dƣ lƣợng rất ít. Điều này rất có ích cho môi trƣờng, còn lƣợng CO2 thải ra từ máy chạy bằng biogas sẽ đƣợc cây xanh hút vào và thải ra O2 trong quá trình quang hợp vì hầu nhƣ máy phát điện chạy bằng khí biogas đƣợc sử dụng ở nông thôn và các trang trại xa trung tâm thành phố nên lƣợng CO2 đƣợc chu trình carbon tại vùng nông thôn sử dụng. Đặc biệt khi chạy bằng khí biogas các khói thải từ động cơ không có dƣ lƣợng chì nhƣ ở xăng; còn với những khí thải NOx, SOx, thì dƣ lƣợng của nó thải ra môi trƣờng ít hơn ở xăng.  Kết luận: Khi chạy máy phát điện bằng nhiên liệu khí biogas thì các khí thải từ động cơ cho ra ngoài môi trƣờng ít hơn nhiều so với khi chạy bằng xăng. Điều này đã làm giảm đi một phần lƣợng các khí thải độc hại vào không khí nhƣ CO, CH, CO2, SOx. Những khí này chính là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính và những cơn mƣa acid, một số bệnh cho con ngƣời và các sinh vật sống trên trái đất.  Khả năng tải và hiệu quả kinh tế khi sử dụng biogas Khả năng tải: Dựa vào biểu đồ khi ở tốc độ thấp, dao động về giá trị của volt và ampe của dòng điện phát ra khi chạy máy bằng nhiên liệu biogas lớn hơn lần lƣợt là 206 volt, 3,58 Ampe so với máy chạy xăng lần lƣợt là 184 volt, 3,43 A làm cho giá trị 38 công suất thực tế của máy chƣa thật sự ổn định. Điều này có thể do bộ chế hoà khí của xăng đƣợc thiết kế với một tỉ lệ hoà trộn thích hợp cho nhiên liệu xăng nên khi ở tốc độ thấp hoà khí của xăng và không khí vào động cơ chƣa phù hợp với tỉ lệ đƣợc thiết kế do vậy công suất của xăng lúc này nhỏ. Khi ở tốc độ vừa và cao volt kế và ampe kế của động chạy bằng xăng tăng lên lần lƣợt là 222, 238 volt, 6,09 và 9,7 Ampe vì công suất của động cơ đƣợc nâng lên. Do lƣợng hoà khí của xăng vào động cơ nhiều hơn ở mức thấp, lƣợng nhiên liệu này phù hợp với tỉ lệ trộn của bộ chế hoà khí để máy hoạt động bình thƣờng. Mặt khác ta thấy volt kế giữa động cơ chạy nhiên liệu xăng và động cơ chạy bằng nhiên liệu biogas ở 3 mức không chênh lệch qúa lớn vì thế ta sử dụng động cơ chạy bằng nhiên liệu biogas công suất vẫn tƣơng đƣơng nhƣ động cơ chạy bằng nhiên liệu xăng. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng biogas thay thế cho xăng Bảng 4.4.Bảng giá điện tạo ra khi chạy máy bằng biogas hoặc xăng Tốc độ Nhiên liệu Công suất (W) Nhiên liệu tiêu thụ Giá sản xuất (VNĐ/kW) Giá thành nhiên liệu Thấp Xăng 630 4.33 2.26 1575 25538 Biogas 740 4.86 3.04 1850 2432 Trung bình Xăng 1316 72.2 2.52 3290 28476 Biogas 1210 3 3.55 3025 2840 Cao Xăng 2211 55.1 3.54 5527.5 40002 Biogas 2129 8.8 4.06 5322.5 3248 - Theo trung tâm nghiên cứu năng lƣợng và môi trƣờng, hội liên hiệp khoa học kỹ thuật Việt Nam giá thành 1 m3 biogas có giá thành là 800 VNĐ. - Trong lúc giá điện kinh doanh nhà nƣớc 2500 VNĐ, giá 1 lít xăng là 11.300 vnđ. - Dựa vào số liệu bảng 4.4 ta thấy ở mức tải thấp, để tạo ra công suất 630 W tƣơng ứng với 1575 VNĐ/KW giá tiền điện sản xuất mà ngƣời dân cần phải trả cho nhà nƣớc.Ta cần đến 2,26 l nhiên liệu xăng tƣơng đƣơng với 25538 VNĐ giá thành nhiên liệu xăng.Trong khi đó ở mức thấp của biogas để tạo ra công suất 740 W tƣơng ứng với 1850 VNĐ/KW giá tiền điện sản xuất mà ngƣời dân cần phải trả cho nhà nƣớc.Chỉ cần 3,04 m 3 gas tƣơng đƣơng với 2432 VNĐ giá thành nhiên liệu .Ở mức trung bình để tạo 39 ra công suất 1316 W tƣơng ứng với 3290 VNĐ/KW, cần đến 2,52 l nhiên liệu xăng tƣơng đƣơng với 28476 VNĐ giá thành nhiên liệu. Trong khi đó ở mức trung bình khi chạy bằng nhiên liệu biogas để tạo ra công suất 1210 tƣơng ứng với 3025 VNĐ/KW. Chỉ cần 3,55 m3 gas tƣơng đƣơng với 2840 giá thành nhiên liệu biogas.Tƣơng tự ở mức tải cao để tạo ra công suất 2211 W tƣơng ứng với 5527,5 VNĐ/KW. Ta cần đến 3,54 l nhiên liệu xăng đƣơng tƣơng với 40.002 giá thành nhiên liệu.Trong khi đó ở biogas để tạo ra công suất 2129 W tƣơng ứng với 5322,5 vnđ/kw. Chỉ cần 4,06 m3 gas tƣơng đƣơng với 3248 VNĐ giá thành nhiên liệu biogas. - Nhƣ vậy, ở 3 mức tải khác nhau khi sử dụng nhiên liệu biogas để chạy máy nổ phát điện, ngƣời dân tiết kiệm chi phí hơn khi sử dụng nhiên liệu biogas thay thế cho nhiên liệu xăng. Khi chạy ở mức tải cao, công suất càng cao thì nhiên liệu tăng rất ít, điều này rất có ích cho ngƣời dân khi sử dụng máy ở công suất cao vừa tiết kiệm nhiên liệu vừa đạt năng suất cao trong kinh tế. Khi giá xăng dầu liên tục tăng và nguồn điện cung cấp luôn thiếu so với nhu cầu xã hội thì việc sản xuất gas từ phân các loại gia súc là một giải pháp tiết kiệm năng lƣợng hiệu quả cho xã hội, biogas vừa xử lý đƣợc mùi hôi vừa sử dụng bón cây trồng, tránh đƣợc ruồi nhặng và đặc biệt bồi đất thì an toàn, không gây cháy lá nhƣ phân tƣơi, cách làm này vừa giúp ngƣời dân bảo vệ môi trƣờng, vừa tiết kiệm điện, đặc biệt là những phƣờng, xã chƣa có mạng lƣới điện quốc gia. 40 Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1. Kết luận - Qua quá trình khảo sát và phân tích những số liệu thu thập đƣợc chúng tôi rút ra những kết luận sau: - Máy phát điện chạy bằng nhiên liệu xăng khi chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu là biogas vẫn chạy tốt và cho công suất không chênh lệch nhiều so với chạy bằng xăng. - Nồng độ các loại khí xả độc hại gây ô nhiễm môi trƣờng khi chạy máy bằng nhiên liệu biogas thấp hơn của xăng và đạt tiêu chuẩn Euro 1. - Hiệu quả kinh tế khi chạy máy bằng nhiên liệu biogas cao hơn xăng. 5.2. Đề nghị - Ngƣời sử dụng máy nên chạy máy ở tốc độ cao vừa tiết kiệm nhiên liệu. có thể kéo dài tuổi thọ của các thiết bị tải. - Nên nghiên cứu thiết kế bộ trộn và bộ lọc khí để động cơ đạt đƣợc hiệu suất cao nhất và ảnh hƣởng đến môi trƣờng thấp nhất. - Phổ biến kỹ thuật xây dựng hầm ủ, khuyến khích ngƣời dân sử dụng biogas thay thế cho xăng khi chạy máy phát điện, vừa thu đƣợc hiệu quả kinh tế cao vừa chủ động đƣợc nguồn năng lƣợng ,lại làm giảm ô nhiễm môi trƣờng nhất là ở vùng sâu, vùng xa. - Nên nghiên cứu bổ sung một số chủng vi sinh vật vào quá trình lên men yếm khí tạo khí Mêtan nhiều hơn, đồng thời giảm lƣợng khí CO2 để quá trình chạy máy đƣợc ổn định hơn… 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: 1. Nguyễn Đình Hùng, 2006. Cấu tạo động cơ đốt trong. Nhà xuất bản Giáo Dục. 2. Dƣơng Nguyên Khang, 2006. Thực hành công nghệ xử lý chất thải. Trƣờng Đại Học Nông Lâm TP.HCM. 3. Bùi Minh Thƣờng và Nguyễn Đức Hoàng Kiêm, 2007. Thiết kế hoàn thiện động cơ sử dụng khí biogas. Luận văn tốt nghiệp. Khoa Kỹ Thuật Giao Thông. Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM. 4. Nguyễn Tất Tiến, 2001. Nguyên lý động cơ đốt trong. Nhà xuất bản Giáo Dục. 5. Bùi Cách Tuyến, 2006. Giáo trình độc chất học môi trƣờng. Khoa Công Nghệ Sinh Học. Trƣờng Đại Học Nông Lâm TP.HCM. Tài liệu từ internet: 6. 7. ôngtinmt/noidung/khds_8_04_06.htm 8. B0%E1%BB%9Dng” PHỤ LỤC Máy 5 kVA (Kết quả 10 lần đo bằng biogas ở chế độ có tải) Điều chỉnh gas m 3 gas tiêu thụ/giờ Volt Ampe Công suất lý thuyết (W) Công suất thực tế (W) CO HC CO2 O2 λ NOx Thấp 3.0 205 3.6 1,000 738 0.06 6 10.0 5.59 1.38 20.2 Thấp 3.2 209 3.6 752 0.03 3 9.9 5.75 1.39 20.4 Thấp 3.1 210 3.6 756 0.04 10 10.2 5.65 1.38 20.3 Thấp 2.9 211 3.6 760 0.05 9 10.5 5.72 1.34 19.7 Thấp 2.85 207 3.5 725 0.03 3 10.0 5.84 1.34 19.6 Thấp 3.15 206 3.5 721 0.02 5 10.1 5.39 1.38 20.2 Thấp 3.2 203 3.6 731 0.04 8 10.2 5.64 1.38 20.2 Thấp 2.9 201 3.6 724 0.06 9 10.4 5.48 1.39 20.4 Thấp 2.8 211 3.6 760 0.07 8 10.0 5.55 1.34 19.7 Thấp 3.3 205 3.6 738 0.03 7 10.2 5.57 1.34 19.7 T bình 3.5 200 6.0 2,100 1200 0.50 23 11.2 2.49 1.08 15.8 T bình 3.7 201 6.0 1206 0.47 19 11.9 2.87 1.14 16.7 T bình 3.4 203 6.0 1218 0.49 14 11.5 2.75 1.19 17.4 T bình 3.6 200 6.0 1200 0.48 16 11.6 2.68 1.20 17.6 T bình 3.6 201 6.1 1226 0.42 17 11.2 3.22 1.18 17.3 T bình 3.7 202 6.0 1212 0.46 15 11.0 3.14 1.18 17.3 T bình 3.5 200 6.0 1200 0.44 18 11.4 2.85 1.18 17.3 T bình 3.6 201 6.0 1206 0.39 16 11.8 2.67 1.19 17.4 T bình 3.4 200 6.1 1220 0.41 19 11.7 2.87 1.18 17.3 T bình 3.5 203 6.0 1218 0.45 18 11.6 2.65 1.18 17.3 Cao 4.0 229 9.4 3,200 2153 0.05 29 9.8 6.49 1.45 21.2 Cao 4.2 227 9.3 2111 0.05 27 10.8 5.85 1.30 19.1 Cao 4.1 228 9.4 2143 0.04 26 10.9 5.33 1.30 19.1 Cao 3.9 226 9.3 2101 0.05 28 10.6 4.98 1.35 19.8 Cao 3.8 229 9.3 2130 0.05 25 10.8 4.87 1.32 19.4 Cao 4.2 225 9.3 2193 0.03 29 10.7 5.22 1.33 19.6 Cao 4.3 227 9.3 2111 0.04 27 10.5 5.32 1.32 19.4 Cao 3.9 224 9.4 2106 0.03 24 10.4 5.60 1.30 19.1 Cao 4.0 229 9.2 2127 0.03 28 10.5 5.47 1.41 20.7 Cao 4.2 228 9.3 2120 0.03 26 10.3 5.12 1.44 21.2 Máy 5 kVA (Kết quả 10 lần đo bằng biogas ở chế độ không tải) Điều chỉnh gas m 3 gas tiêu thụ/giờ Volt Ampe Công suất lý thuyết (W) Công suất thực tế (W) CO HC CO2 O2 λ NOx Thấp 1.5 48.6 0.13 431 7.1 10.65 1.94 28.3 Thấp 1.4 48.6 0.12 432 7.0 10.23 1.91 28.0 Thấp 1.6 48.9 0.16 409 8.0 9.80 1.66 24.3 Thấp 1.65 48.2 0.17 415 7.6 9.47 1.77 26.0 Thấp 1.45 48.7 0.15 412 7.6 9.45 1.77 26.0 Thấp 1.55 46.5 0.16 411 7.8 9.49 1.76 25.8 Thấp 1.45 46.2 0.12 403 7.3 9.63 1.82 26.6 Thấp 1.55 46.7 0.11 412 7.9 9.12 1.72 25.2 Thấp 1.6 48.7 0.13 419 8.0 9.23 1.71 25.2 Thấp 1.55 46.6 0.14 415 8.1 9.13 1.71 25.1 T bình 2.5 111 0.05 49 9.6 6.28 1.44 21.1 T bình 2.6 120 0.05 43 10 5.68 1.38 20.2 T bình 2.3 121 0.06 51 10.5 5.58 1.32 19.4 T bình 2.7 125 0.03 57 10 5.44 1.32 19.4 T bình 2.35 124 0.04 54 10.2 5.49 1.36 19.9 T bình 2.45 122 0.05 52 10.9 5.63 1.28 18.7 T bình 2.6 119 0.07 50 10.6 5.71 1.35 19.8 T bình 2.7 128 0.06 44 10.7 5.35 1.33 19.5 T bình 2.65 124 0.07 41 10.3 5.80 1.37 20.1 T bình 2.55 127 0.07 43 10.3 5.74 1.36 20.0 Cao 3.0 210 0.03 99 11 1.30 0.95 13.9 Cao 3.2 193 0.02 105 10.8 1.33 0.95 13.9 Cao 3.1 206 0.02 106 13.1 1.34 0.97 14.3 Cao 3.3 205 0.02 104 12.4 1.36 0.98 14.4 Cao 2.95 209 0.03 98 12.8 1.42 0.94 13.8 Cao 2.9 214 0.02 89 12.0 1.28 0.91 13.5 Cao 2.9 215 0.01 97 12.6 1.37 0.94 13.8 Cao 2.8 218 0.02 95 12.4 1.29 0.98 14.4 Cao 3.3 213 0.03 91 12.5 1.36 0.95 13.9 Cao 3.1 216 0.02 102 12.8 1.40 0.97 14.3 Máy 5 kVA (Kết quả 10 lần đo bằng xăng ở chế độ không tải) Điều chỉnh gas Lít xăng tiêu thụ/giờ Volt Ampe Công suất lý thuyết (W) Công suất thực tế (W) CO HC CO2 O2 λ NOx Thấp 2.00 220 3.31 15 9.3 6.78 1.45 21.2 Thấp 1.9 225 3.35 19 8.0 6.66 1.31 19.2 Thấp 1.8 224 3.33 20 8.6 6.59 1.28 18.8 Thấp 2.1 223 3.31 21 8.5 6.68 1.29 18.9 Thấp 2.2 222 3.30 24 8.8 6.65 1.29 19.0 Thấp 2.1 225 3.26 23 8.7 6.38 1.28 18.8 Thấp 2.2 227 3.29 18 7.9 6.49 1.29 19.0 Thấp 2.1 224 3.34 16 8.5 6.41 1.31 19.2 Thấp 2.00 226 3.30 18 8.6 6.12 1.29 19.0 Thấp 1.9 227 3.33 19 8.9 6.70 1.28 18.8 T bình 2.2 233 0.81 13 9.1 7.05 1.46 21.4 T bình 2.1 232 0.78 16 9.4 7.14 1.44 21.2 T bình 2.3 235 0.73 11 9.7 7.12 1.43 20.9 T bình 2.25 234 0.77 12 9.8 7.09 1.43 20.9 T bình 2.15 233 0.82 12 9.6 6.99 1.40 20.5 T bình 2.3 234 0.81 13 9.1 7.04 1.40 20.5 T bình 2.2 235 0.80 15 9.5 7.12 1.40 20.5 T bình 2.5 232 0.79 11 9.3 7.11 1.43 20.9 T bình 2.3 234 0.75 12 9.7 7.13 1.44 21.2 T bình 2.25 231 0.77 14 9.5 7.14 1.40 20.5 Cao 2.50 239 0.17 26 10.0 5.99 1.38 20.2 Cao 2.6 240 0.16 36 10.2 5.91 1.39 20.4 Cao 2.4 241 0.18 45 10.1 5.98 1.38 20.2 Cao 2.5 238 0.18 44 10.0 5.96 1.36 20.0 Cao 2.6 239 0.16 41 10.3 5.97 1.36 20.0 Cao 2.4 239 0.18 40 10.4 5.92 1.38 20.2 Cao 2.7 239 0.17 43 10.2 5.84 1.39 20.4 Cao 2.65 239 0.15 39 10.1 5.81 1.36 20.0 Cao 2.5 238 0.19 38 10.0 5.89 1.36 20.0 Cao 2.4 238 0.17 39 10.2 5.83 1.36 20.0 Máy 5 kVA (Kết quả 10 lần đo bằng xăng ở chế độ có tải) Điều chỉnh gas Lít xăng tiêu thụ/giờ Volt Ampe Công suất lý thuyết (W) Công suất thực tế (W) CO HC CO2 O2 λ NOx Thấp 2.25 184 3.5 1,000 644 1.63 43 8.8 6.59 1.36 19.9 Thấp 2.15 182 3.4 619 1.59 40 8.9 6.55 1.37 20.1 Thấp 2.2 186 3.3 614 1.58 36 8.8 6.66 1.33 19.6 Thấp 2.3 185 3.3 611 1.57 36 8.9 6.65 1.33 19.6 Thấp 2.35 184 3.5 644 1.60 39 8.7 6.68 1.36 20.0 Thấp 2.4 182 3.5 637 1.62 39 8.8 6.36 1.36 20.0 Thấp 2.1 184 3.5 644 1.58 35 8.6 6.47 1.37 20.1 Thấp 2.2 184 3.5 644 1.54 36 8.8 6.59 1.33 19.6 Thấp 2.3 182 3.4 619 1.55 35 8.8 6.28 1.33 19.6 Thấp 2.35 186 3.4 632 1.52 40 8.9 6.34 1.33 19.6 T bình 2.50 222 6.0 2,100 1332 0.33 16 10.2 5.77 1.26 18.5 T bình 2.45 223 6.1 1360 0.35 42 10.5 5.63 1.27 18.6 T bình 2.6 222 6.1 1354 0.33 46 10.2 5.58 1.26 18.5 T bình 2.55 222 6.1 1354 0.34 24 10.5 5.69 1.26 18.5 T bình 2.55 222 6.1 1354 0.33 37 10.6 5.64 1.26 18.5 T bình 2.6 222 6.1 1354 0.35 31 10.8 5.62 1.28 18.8 T bình 2.5 223 6.1 1360 0.35 38 10.4 5.28 1.28 18.8 T bình 2.4 222 6.1 1354 0.36 31 10.1 5.59 1.27 18.6 T bình 2.5 223 6.1 1360 0.33 34 10.0 5.87 1.28 18.8 T bình 2.6 222 6.1 1354 0.34 33 10.2 5.81 1.27 18.6 Cao 3.50 238 9.7 3.200 2309 0.60 39 11.6 3.88 1.19 17.5 Cao 3.6 238 9.7 2309 0.62 40 11.5 3.85 1.19 17.5 Cao 3.5 239 9.7 2318 0.63 45 11.6 3.66 1.17 17.2 Cao 3.7 240 9.7 2328 0.60 46 11.9 3.67 1.18 17.4 Cao 3.6 238 9.7 2309 0.64 35 11.4 3.68 1.17 17.2 Cao 3.6 238 9.7 2309 0.67 36 11.2 3.69 1.18 17.4 Cao 3.4 238 9.7 2309 0.66 36 11.3 3.45 1.18 17.4 Cao 3.4 239 9.7 2318 0.62 32 11.0 3.55 1.19 17.5 Cao 3.5 238 9.7 2309 0.63 33 11.6 3.65 1.19 17.5 Cao 3.6 238 9.7 2309 0.65 34 11.5 3.49 1.17 17.2