NGHIÊN CỨU VỀ KHÍ SINH HỌC BIOGAS VÀ KHẢ NĂNG ỨNG
DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.

GVHD: TS Nguyễn Văn Trạng
SVTH:
1. Nguyễn Văn Hoàng – 12145068. (50%)
2. Phan Văn Trung – 13145299. (50%)

1


Chương I. Tổng quan

Chương II. Nghiên cứu
Chương IV. Kết luận

BIOGAS

về khí biogas

Chương III. Ứng dụng
biogas vào động cơ
2


I. Tổng quan VỀ ĐỀ TÀI

1.Đặt vấn đề

Nội Dung
2. Tình hình phát triển biogas

3


I. Tổng quan VỀ ĐỀ TÀI
1.1Đặt vấn đề

Hình 1.1 Sử dụng biogas

4


I. Tổng quan VỀ ĐỀ TÀI
1.2 Tình hình phát triển biogas

Trên thế giới : Châu Âu và châu Mỹ họ
phát triển biogas với quy mô lớn và hiện
đại với sự tài trợ từ chính phủ.

Trang 5

Hình 1.2 Sự gia tăng công suất phát điện dùng biogas ở Đức

5


I. Tổng quan VỀ ĐỀ TÀI
1.2 Tình hình phát triển biogas
Tại Việt Nam : Từ lâu biogas đã được dùng để nấu ăn, thắp sáng, chạy các động cơ công suất nhỏ. Biogas ở Việt Nam rất tiềm
năng phát triển.


Hình 1.3: Ứng dụng biogas

6


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas

1. Tinh lọc biogas
2. Một số đặc tính cơ bản của biogas

Nội Dung
3. Một số đặc tính cháy của biogas

4. Q trình cháy của biogas trong động cơ

7


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas

1. Tinh lọc biogas

•

Các tạp chất chính có trong biogas:
H2S và CO2

Trang 8


Hình 2.0 Q trình hình thành và tạo khí biogas

8


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas
1. Tinh lọc biogas

Cách lọc các tạp chất :
Dùng oxít sắt (phoi tiện sắt ) để khử
H2S.
Dùng nước để khử CO2.
Hình 2.1 Phoi tiện sắt
Cấu tử

Trước lọc (%vol)

Sau lọc H2S (%vol)

Sau lọc CO2 (%vol)

CH4

69,33

73,243

88,09

CO2


20,63

23,092

8,3

H 2S

5,32

0,270

0,023

N2

1,00

1,071

1,26

O2

1,55

0,000

0,000


CO

0,10

Trang 9

0,107

Bảng 2.1: Kết quả lọc biogas

0,132

Hình 2.2 Quá trình lọc biogas

9


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas

2. Đặc tính cơ bản của biogas : (từ các nghiên cứu thực nghiệm )

1.
2.
3.
4.

Tốc độ cháy trong điều kiện tự nhiên. (Ảnh hưởng của tỷ lệ CO2 )
Giới hạn bắt lửa trong điều kiện tự nhiên ( 5-15%)
Nhiệt độ ngọn lửa khi cháy trong điều kiện tự nhiên (Ảnh hưởng của tỷ lệ CH4, 3484 oF)

Nhiệt trị ( tăng nhiệt trị biogas chỉ có cách tăng nhiệt trị methane bằng cách khử các tạp chất H 2S, CO2 vv…)

10


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas

3. Một số đặc tính cháy của biogas trong động cơ đốt trong

1.
2.
3.

Thời gian cháy của methane: Tốc độ lan tràn màn lửa thấp, thời gian cháy trễ của methane cũng lớn hơn so với
xăng.
Hiệu suất :chống kích nổ tốt.
Vấn đề giảm ơ nhiễm :sử dụng hỗn hợp nghèo để đốt cháy.

11


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas
4. Q trình cháy động cơ biogas.
4.1 Ảnh hưởng thành phần nhiên liệu trong biogas đến đường cong cháy.

 CO2 ảnh hưởng đến quá trình cháy và
cơng suất động cơ.

Hình 2.3 Quan hệ giữa cơng suất động cơ và thành phần hỗn hợp ϕ


12


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas
4. Q trình cháy động cơ biogas.
4.2 Ảnh hưởng thành phần nhiên liệu trong biogas đến đường cong cháy.

 Hàm lượng CO2 càng lớn thời điểm bắt đầu cháy nhanh của
hỗn hợp bị chậm trễ so với thời điểm đánh lửa, từ đó dẫn đến
quá trình cháy bị kéo dài ra.

Hình 2.4 Biến thiên tốc độ tiêu thụ CH 4 trong buồng cháy
theo nồng độ biogas trong khí nạp

13


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas
4. Q trình cháy động cơ biogas.
4.3 Ảnh hưởng yếu tố vận hành đến quá trình cháy.



Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm.

 Việc chọn góc đánh lửa sớm sẽ giúp đốt cháy nhanh,
giải phóng nhiêt lượng tốt, cơng suất động cơ được cải
thiện tốt hơn.

Hình 2.7 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến

đồ thị áp suất chỉ thị (n=3000v/ph)

14


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas
4. Q trình cháy động cơ biogas.
4.4 Ảnh hưởng yếu tố vận hành đến quá trình cháy.




Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm.

Khi tốc độ động cơ thay đổi, ta nên thay đổi góc đánh lửa
sớm.

Hình 2.8Biến thiên áp suất theo góc quay trục khuỷu và buồng cháy
ứng với các chế độ tốc độ khác nhau của động cơ (φ s=30)

15


II. NGHIÊN CỨU về khí biogas
4. Q trình cháy động cơ biogas.
4.5 Ảnh hưởng yếu tố vận hành đến quá trình cháy.

 Ảnh hưởng tỉ số nén.
 Khi tỉ số nén tăng ,mật độ hỗn hợp cũng tăng theo, tổn
thất ma sát tăng...


 Tỉ số nén tăng, hiệu suất động cơ cải thiện.

Hình 2.9 Quan hệ tỉ số nén với công suất
động cơ

16


III. Ứng dụng biogas vào động cơ

1. Chuyển đổi động cơ sử dụng hoàn toàn biogas

2. Chuyển đổi động cơ sử dụng nhiên liệu kép

Nội Dung

3. Cung cấp biogas cho động cơ

4. Ứng dụng thực tế

5. Kết luận
17


III. Ứng dụng biogas vào động cơ
3.1 Chuyển đổi động cơ dùng hồn tồn biogas.
3.1.2 Đối với động cơ xăng.

•

•
•
•

Có thiết bị điều khiển tỷ lệ nhiên liệu/khơng khí.
Thay đổi thời điểm đánh .
Tăng tỷ số nén.
Việc cảo tạo động cơ xăng sang sử dụng nhiên liệu khí tương đối dễ.

18


III. Ứng dụng biogas vào động cơ
3.1 Chuyển đổi động cơ dùng hồn tồn biogas.

3.1.2 Đối với động cơ Diesel.

•

Sẽ lắp thêm bộ đánh lửa và chia điện cao áp.

•

Kim phun cao áp cũng được thay thế bằng bougie.

•

Tỉ số nén động cơ giảm xuống.

19



III. Ứng dụng biogas vào động cơ
3.2 Chuyển đổi động cơ dùng nhiên liệu kép.

Cách này có nhiều ưu điểm:

•

Khơng thay đổi nhiều kết cấu động cơ Diesel ban đầu.

•

Động cơ chạy 100% nhiên liệu Diesel.

•

Lượng Diesel tiêu hao do phun mồi thấp.

20


III. Ứng dụng biogas vào động cơ
3.3 Cung cấp nhiên liệu cho động cơ biogas.

 Phun biogas vào đường nạp theo chương trình.

•

Q trình cháy diễn ra hồn hảo, cơng suất cao, khí xả sạch, động

cơ hoạt động ổn định.

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu biogas.

21


III. Ứng dụng biogas vào động cơ
3.3 Cung cấp nhiên liệu cho động cơ biogas.

 Điều khiển lưu lượng biogas bằng chế hịa khí.
Hỗn hợp biogas/khơng khí được hịa trộn trong chế hịa khí.
Hạn chế là chỉ dùng cho các loại động cơ cỡ nhỏ công suất thấp hoạt động với chế độ tải ổn định.

22


III. Ứng dụng biogas vào động cơ
3.3 Cung cấp nhiên liệu cho động cơ biogas.

 Hòa trộn biogas bằng ống Ventury.
Loại các lỗ khí bố trí xung quanh họng.

Ưu điểm: Nhiên liệu sẽ hịa trộn tốt với khơng khí.
Nhược điểm: Kết cấu tương đối phức tạp, khó gia cơng.

Hình 3.2 Loại các lỗ khoan bố trí xung quanh họng

23



III. Ứng dụng biogas vào động cơ
3.5 Ứng dụng vào thức tế.
Máy phát điện chuyển đổi từ động cơ xăng sang dùng biogas.

•

•

Động cơ biogas cơng
suất thấp hơn

Động cơ biogas mang lại là
hàm lượng khí xả thấp.

Hình 3.3 So sánh công suất động cơ biagas và

ne (v/p)

Ne (W)

CO (%)

NOx ppm

HC ppm

O2 (%)

3120


2100

4,33

88

555

1,75

2660

1800

3,96

141

439

1,08

2130

1500

1,99

536


333

0,97

1720

1200

1,02

428

532

4,50

1240

900

2,11

1267

275

0,93

1170


600

0,49

1830

212

1,23

Bảng 3.1 Kết quả đo công suất và ô nhiễm động cơ phát ra khi sử dụng biogas.

xăng

24


IV. Kết Luận
4.1 Ưu điểm.

•

Chủ động được về nguồn nhiên liệu, trữ lượng của nhiên liệu này lớn.

•

Giảm đáng kể lượng ơ nhiễm của khí thải động cơ, giảm hiện tượng hiệu ứng nhà kính, cải thiện mơi trường.

•


Dễ sản xuất, ứng dụng nấu ăn thấp sáng, chạy động cơ đốt trong....

25