LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 8 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Đức Thái x LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt, trang bị những kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho tôi trong quá trình học Cao học tại trường. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.
Lê Chí Kiên, người thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm để tôi hoàn thành tốt Luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình và bạn bè đã tạo cho tôi niềm tin và nỗ lực cố gắng để hoàn thành Luận văn này. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Học viên thực hiện Nguyễn Đức Thái xi TÓM TẮT Trong những năm gần đây, năng lƣợng biomas đã trở thành một trong những nguồn năng lƣợng quan trọng và đầy triển vọng đối với việc sử dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo.
Sự phát triển của khoa học và công nghệ phục vụ trong ngành công nghiệp năng lƣợng tái tạo trong đó có các máy phát điện công suất vừa và nhỏ sử dụng nguồn nguyên liệu biomas ngày càng đƣợc sử dụng nhiều hơn. Nội dung chính của luận văn này là nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu suất máy phát điện sử dụng khí biogas. Có sử dụng bộ tiết kiệm nhiên liệu khi động cơ vận hành trên cùng một chu trình thử với những điều kiện thay đổi tốc độ động cơ. Để từ đó đề xuất giải thuật tối ƣu khả năng đáp ứng các điều kiện làm việc của hệ thống phát điện sử dụng Biogas nhƣ mức nhiên liệu Biogas cung cấp, ảnh hƣởng sự thay đổi của tải và chi phí lắp đặt hệ thống.
Từ việc khảo sát và thiết kế công nghệ hệ thống hầm biogas. Thiết kế máy phát điện sử dụng biogas công suất nhỏ từ đó thực nghiệm đánh giá các đặc tuyến I-V, P-V ở các điều kiện khi có lắp bộ tiết kiện nhiên liệu vào động cơ sơ cấp ở tốc độ ổn định và không ổn định. Việc ứng dụng năng lƣợng tái tạo để phát ra điện phục vụ cho nhu cầu đời sống xã hội đã đƣợc sử dụng nhiều nhƣ năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng gió… trong đó có sử dụng nhiên liệu Biogas. Máy phát điện công suất nhỏ có gắn vào hệ thống bộ tiết kiệm nhiên liệu đây là một vấn đề chƣa có tác giả nào nghiên cứu.
xii ABSTRACT In recent years, Biomass energy has become one of the most important and promising sources of energy for renewable energy sources. The development of science and technology serving the renewable energy industry, including the use of small and medium power generators using Biomass is increasingly used. The main content of this thesis is to study measures to improve the efficiency of generators using biogas. A fuel economy kit is used when the engine is operating on the same test cycle under conditions of engine speed variation.
In order to propose optimal algorithms to meet the working conditions of biogas power generation systems such as Biogas fuel supply, affect the change of load and installation cost of the system. From the survey and design of biogas technology. Design of a small-capacity biogas generator from which the I-V, P-V characteristics were evaluated in conditions where the fuel element was fitted to the primary engine at a steady and unstable speed. The use of renewable energy to generate electricity for the needs of the social life has been used as much as solar energy, wind energy.
which uses Biogas fuel. A small power generator attached to a fuel economy system is an issue that no researcher has yet authored. xiii MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài. i Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn…………………………………………………….ii Phiếu nhân xét luận văn của phản biện 1………………………………………….iii Phiếu nhân xét luận văn của phản biện 2……………………………………………v Biên bản của hội động………………………………………………………….…vii Lý lịch khoa học .vii Lời cam đoan .xii Mục lục.
1 Danh mục các chữ viết tắt. 4 Danh sách các hình. 5 Danh sách các bảng. 6 Chƣơng 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN .1 Tính cần thiết của đề tài .2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .3 Mục đích đề tài .4 Nhiệm vụ của đề tài .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .6 Điểm mới của đề tài .7 Nội dung nghiên cứu.
12 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Nhu cầu năng lƣợng sử dụng Biogas .1 Nhu cầu đun nấu .2 Nhu cầu chạy các động cơ đốt trong .2 Nguồn cung cấp năng lƣợng tái tạo hiện nay .1 Năng lƣợng mặt trời .2 Năng lƣợng gió .3 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỏ .5 Tính toán chi phí năng lƣợng cho một tari chăn nuôi nhỏ .3 Sản xuất Biogas .1 Sơ đồ sản xuất Biogas .2 Tính năng của Biogas .3 Tình hình sử dụng Biogas hiện nay.4 Khả năng ứng dụng Biogas chạy động cơ đốt trong .4 Hệ thống cung cấp năng lƣợng sử dụng Biogas .5 Thiết kế bộ tạo hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ .1 Thiết kế hệ thống lọc H2S và loại trừ CO2 .2 Công nghệ xử lý khí H2S và CO2 .3 Thiết kế hệ thống lƣu trữ Biogas. 28 Chƣơng 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG BIOGAS .1 Tính chọn động cơ .2 Tính toán nhiệt động cơ .2 Tính toán nhiệt khi động cơ dùng Biogas .3 Bảng so sánh các thông số tính toán động cơ khi sử dụng xăng và sử dụng gas………………………………………………………………………4759 3.4 Bảng so sánh các thông số khi sử dụng gas không có bộ tiết kiệm nhiên liệu và có bộ tiết kiệm nhiên liệu………………………………………………….61 Chƣơng 4 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM .1 Thiết kế cải tạo bộ hỗn hợp khí Biogas – Không khí .1 Cơ sở lý thuyết điều chỉnh thành phần hỗn hợp .2 Phƣơng pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp .2 Phƣơng án thiết kế hệ thống nhiên liệu chỉ dùng khí biogas .3 Chọn phƣơng án điều chỉnh hỗn hợp .4 Xây dựng đƣờng đặc tính hỗn hợp .5 Tính toán các kích thƣớc của bộ hỗn hợp .1 Kiểm nghiệm lại đƣờng kính buồng hỗn hợp .2 Kiểm nghiệm tốc độ không khí qua buồng hỗn hợp .3 Chiều dài buồng hỗn hợp .4 Xác định kích thƣớc họng .5 Tính đƣờng kính lỗ phun chính .6 Chế tạo bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ .1 Gia công các chi tiết .7 Lắp đặt hệ thống .8 Chạy thử nghiệm. 75 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hƣớng phát triển của đề tài. 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO.79 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - Đặc tuyến I-V: ampe - Vôn - đặc tuyến P-V: Công suất - Vôn - ERG Biofuel Analysis Meta-Model-EBAMM : Mô hình phân tích nhiên liệu sinh học - GNV : Khí thiên nhiên - LPG : Khí dầu mỏ hoá lỏng khí dầu mỏ hoá lỏng - Bộ TKX: Bộ tiết kiệm xăng - BCHK: Bộ chế hòa khí 4 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.
Chu trình sản xuất năng lƣợng sinh khối. Sơ đồ hệ thống sản xuất Biogas. Quá trình lên men tạo khí sinh học. Sơ đồ các ứng dụng Biogas.
Hệ thống cung cấp năng lƣợng cho trại chăn nuôi. Thiết bị tách H2S. Thiết bị tách CO2. Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí Biogas.
Hệ thống lƣu trữ Biogas. Sơ đồ phân chia động cơ. Sơ đồ dẫn động trục cam. Sơ đồ hệ thống phân phối khí.
Sơ đồ hệ thống bôi trơn. Mặt cắt động cơ. Động cơ và máy phát sử dụng khí Biogas. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ sử dụng khí biogas.
Hình bình chứa khí biogas. Bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ. Bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ. Lắp bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ.
Lắp bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ. Error! Bookmark not defined. Bộ máy phát điện sử dụng Biogas.77 5 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 Tính chi phí năng lƣợng của trại chăn nuôi một ngày.1 Các thông số kỹ thuật của động cơ trung quốc.2 Các thông số chọn của động cơ.3 Các thông số của quá trình nạp .4 Các thông số quá trình nén .5 Các thông số quá trình cháy.7 Các thông số chỉ thị .8 Các thông số có ích .9 Khí Biogas có thành phần nhƣ sau: .47 6 Chƣơng 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1. Tính cần thiết của đề tài Việc chuyển đổi sinh khối thành năng lƣợng (hay còn gọi là năng lƣợng sinh khối) bao gồm nhiều phƣơng pháp khác nhau phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, công nghệ chuyển đổi, các hình thức ứng dụng của năng lƣợng sinh khối và điều kiện kinh tế của mỗi địa phƣơng, mỗi Quốc gia.
Nguồn nguyên liệu sinh khối có thể đƣợc sản xuất từ các loại cây trồng năng lƣợng chuyên dụng, cây trồng làm chất đốt ngắn ngày, các sản phẩm từ rừng và dƣ lƣợng nông nghiệp nhƣ: thân cây, củi, rơm rạ …. hay từ các nguồn chất thải công nghiệp, chất thải hữu cơ hoặc phân động vật. Trong mỗi trƣờng hợp các nguyên liệu sinh khối phải đƣợc thu thập, vận chuyển và lƣu trữ trƣớc khi đƣợc chế biến thành dạng nguyên liệu thích hợp cho quá trình xử lý. Theo đó, năng lƣợng sinh khối là một dạng của năng lƣợng tái tạo khi sử dụng sẽ giúp giảm tác động có hại của việc khai thác và sử dụng nhiên liệu hoá thạch nhƣ hiện nay.
Tuy nhiên, cũng nhƣ với bất kỳ nguồn năng lƣợng nào khác, năng lƣợng sinh khối cũng có những hạn chế nhất định và nó phải cạnh tranh không chỉ với nhiên liệu hóa thạch mà còn với các nguồn năng lƣợng tái tạo khác từ gió, năng lƣợng mặt trời và thủy triều. Khi sinh khối đƣợc tạo thành bởi thực vật là kết quả của quá trình quang hợp thì một phần năng lƣợng trong ánh nắng mặt trời đƣợc biến đổi thành năng lƣợng hóa học, gắn kết nhiều nguyên tử khác nhau để thành phân tử Carbohydrate. Các loài động vật ăn thực vật và tạo ra Biomass của chính chúng từ năng lƣợng tích trữ trong Biomass của thực vật mà nó ăn vào. Tƣơng tự, các loại động vật ăn thịt động vật sử dụng sinh khối của động vật mà nó ăn vào để tạo ra sinh khối của chính nó.
Khi thực vật và động vật này chết đi, năng lƣợng tích tụ trong Biomass của chúng vẫn tồn tại cho đến khi Biomass của chúng phân rã tự nhiên hay bị đốt hay qua quá trình xử lý nhân tạo. Một phần năng lƣợng trong Biomass đƣợc giải phóng khi các phân tử đƣợc đốt hay đƣợc sắp xếp lại.