Chuyển đổi động cơ diesel d4 cd170 thành động cơ lưỡng nhiên liệu dual fuel syngas diesel

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL D4-CD170
THÀNH ĐỘNG CƠ LƯỠNG NHIÊN LIỆU DUAL

FUEL SYNGAS-DIESEL

Mã số: T2022-06-19

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đỗ Phú Ngưu

Đà Nẵng, tháng 11 năm 2023

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL D4-CD170
THÀNH ĐỘNG CƠ LƯỠNG NHIÊN LIỆU DUAL

FUEL SYNGAS-DIESEL

Mã số: T2022-06-19

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

KT. HIỆU TRƯỞNG
PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS. TS. VÕ TRUNG HÙNG ThS. ĐỖ PHÚ NGƯU

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA

TT Họ và tên Đơn vị công tác và lĩnh Nội dung nghiên cứu cụ
vực chuyên môn thể được giao

1 Nguyễn Minh Tiến Trường Đại học Sư phạm Thành viên
Kỹ thuật – Kỹ thuật cháy,
Động cơ nhiệt, Cơ học chất
lỏng, Năng lượng tái tạo,
nhiên liệu thay thế.

i

MỤC LỤC

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA...................................................................i
MỤC LỤC..................................................................................................................... ii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ.........................................................................v
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT......................................................viii
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.....................................................................ix
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS...........................................................xii
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN...........................................................................................4
1.1. Vấn đề khủng hoảng năng lượng toàn cầu..............................................................4
1.2. Tiềm năng năng lượng tái tạo ở Việt Nam..............................................................5
1.2.1. Ưu thế địa lý Việt Nam về năng lượng tái tạo......................................................5
1.2.2. Năng lượng sinh khối...........................................................................................5
1.3. Vấn đề xử lý rác thải sinh hoạt................................................................................6
1.3.1. Trên thế giới.........................................................................................................6
1.3.2. Tại Việt Nam.......................................................................................................8
1.5. Khí hóa nhiên liệu rắn...........................................................................................10
1.5.1. Khí hóa nhiên liệu rắn biomass..........................................................................10
1.5.2. Phương pháp khí hóa biến rác thải sinh hoạt thành syngas................................11
1.6. Ứng dụng syngas trên động cơ đốt trong..............................................................12
1.7. Tính cấp thiết đề tài...............................................................................................13
CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN Q TRÌNH CUNG CẤP NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ
DUAL FUEL SYNGAS-DIESEL................................................................................15
2.1. Giới thiệu về nhiên liệu syngas.............................................................................15
2.1.1. Giới thiệu chung.................................................................................................15
2.1.2. Đặc điểm và tính chất Syngas............................................................................16
2.2. Tính tốn q trình cung cấp nhiên liệu cho động cơ dual fuel syngas-diesel.......20
2.2.1. Nghiên cứu mô phỏng........................................................................................20

2.2.2. Kết quả và bình luận..........................................................................................21
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM..........................................................30
3.1. Động cơ Diesel D4 CD170:..................................................................................30
3.1.1. Giới thiệu chung:...............................................................................................30
3.1.2. Thông số của động cơ Diesel D4 CD170:..........................................................30
3.1.3. Hệ thống nhiên liệu động cơ CD 170:...............................................................31
3.2. Đặc tính động cơ dual fuel diesel-syngas..............................................................31
3.2.1. Đặc điểm............................................................................................................31
3.2.2. Quá trình cháy....................................................................................................32

3.2.3. Ảnh hưởng của syngas đến phát thải động cơ diesel..........................................34
3.3. Thiết bị sử dụng thực nghiệm................................................................................35
3.3.1. Sơ đồ hệ thống thực nghiệm...............................................................................35
3.3.2. Động cơ thực nghiệm.........................................................................................36
3.3.3. Nhiên liệu thực nghiệm......................................................................................37
3.3.4. Thiết bị phân tích khí thải..................................................................................37
3.3.5. Đồng hồ vạn năng Hioki 3280-10F....................................................................38
3.3.6. Máy đo tốc độ....................................................................................................39
3.3.7. Hệ thống tải điện................................................................................................39
3.4. Thiết kế và cải tạo động cơ...................................................................................41
3.4.1. Cải tiến đường nạp.............................................................................................41
3.4.2. Cải tiến đường xả động cơ.................................................................................42
3.4.3. Thiết kế bộ tiếp điểm nhận tín hiệu đóng mở van điện từ..................................42
3.5. Q trình thực nghiệm..........................................................................................44
3.5.1. Quy trình hình thành hỗn hợp khí syngas...........................................................44
3.5.2. Chế độ thực nghiệm...........................................................................................45
3.5.3. Tiến hành thực nghiệm.......................................................................................46
CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG SỐ LIỆU THỰC
NGHIỆM..................................................................................................................... 48
4.1. Đánh giá mức tiêu thụ nhiên liệu động cơ của động cơ.........................................48
4.2. Đánh giá ảnh hưởng của thành phần khí syngas đến công suất động cơ...............51
4.3. Đánh giá ảnh hưởng của thành phần syngas đến phát thải động cơ......................53

4.3.1. Khí CO2.............................................................................................................. 53
4.3.2. Khí NOx.............................................................................................................54
4.3.3. Khí CO............................................................................................................... 55
KẾT LUẬN.................................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................58
THUYẾT MINH ĐỀ TÀI............................................................................................66
HỢP ĐỒNG TRIỂN KHAI THỰC HIỆN...................................................................76

PHỤ LỤC HỢP ĐỒNG...............................................................................................79
DANH MỤC MINH CHỨNG SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI.........................................81

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1. Sơ đồ bớ trí thí nghiệm động cơ ...................................................................... ix
Hình 2. Động cơ D4 CD170 lưỡng nhiên liệu dual fuel syngas.................................... x
Hình 1.1. Năng lượng tái tạo tại Việt Nam ................................................................... 5
Hình 1.2. Quy trình xử lý rác thải sinh hoạt ................................................................. 6
Hình 1.3. Phương pháp chôn lấp rác thải...................................................................... 9
Hình 1.4. Các phản ưng có bản trong lò khí hố ......................................................... 11
Hình 2.1. Chia lưới khơng gian tính tốn và vị trí các vòi phun ................................. 21
Hình 2.2. Biến thiên tốc độ bốc hơi của nhiên liệu diesel ........................................... 21
Hình 2.3. Đường đồng mức phân bố nhiên liệu .......................................................... 22
Hình 2.4. Diễn biến quá trình cháy và phát thải .......................................................... 23
Hình 2.5. Biến thiên hỗn hợp khí trước và sau khi phun diesel .................................. 24
Hình 2.6. Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu và kết thúc phun đến biến thiên áp suất. 25
Hình 2.7. Ảnh hưởng của thành phần biogas trong hỗn hợp ....................................... 26
Hình 2.8. Ảnh hưởng của thành phần biogas............................................................... 28
Hình 2.9. Ảnh hưởng của hệ số tương đương.............................................................. 29
Hình 3.1. Động cơ D4 CD170 ..................................................................................... 30
Hình 3.2. Động cơ dual fuel syngas-diesel .................................................................. 32
Hình 3.3. Giai đoạn 1 quá trình cháy của động cơ dual fuel ....................................... 33
Hình 3.4. Giai đoạn 2 quá trình cháy của động cơ dual fuel ....................................... 33
Hình 3.5. Giai đoạn 3 quá trình cháy của động cơ dual fuel ....................................... 33
Hình 3.6. Sơ đồ hệ thống thực nghiệm ........................................................................ 35
Hình 3.7. Hình ảnh thực tế bớ trí sơ đồ thực nghiệm .................................................. 36
Hình 3.8. Máy phát điện .............................................................................................. 36
Hình 3.9. Thiết bị phân tích khí thải ............................................................................ 37
Hình 3.10. Đồng hồ vạn năng Hioki 3280-10F ........................................................... 38

Hình 3.11. Máy đo tốc độ ............................................................................................ 39
Hình 3.12. Hệ thống tải điện........................................................................................ 40
Hình 3.13. Van điện từ................................................................................................. 40
Hình 3.14. Lưu lượng khí ............................................................................................ 40
Hình 3.15. Đồng hồ giảm áp........................................................................................ 41

Hình 3.16. Đường nạp động cơ CD170 ...................................................................... 41

Hình 3.17. Thiết kế cái tiến đường nạp........................................................................ 42
Hình 3.18. Cải tiến đường xả....................................................................................... 42
Hình 3.19. Cấu tạo bộ tiếp điểm đóng mở van điện từ................................................ 43
Hình 3.20. Cam phụ của bộ tiếp điểm ........................................................................ 43
Hình 3.21. Sơ đồ mạch điện đóng ngắt van điện từ.................................................... 44
Hình 3.22. Kết cấu buồng hòa trộn khí syngas thành phần ........................................ 44
Hình 3.23. Bảng chia phần trăm ga............................................................................. 47
Hình 4.1. Ống nghiệm đo mức tiêu thụ nhiên liệu diesel ........................................... 48
Hình 4.2. So sánh hệ sớ dư lượng khơng khí khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-
syngas ... ………………………………………………….………………………….50
Hình 4.3. Biểu đồ đánh giá công suất ......................................................................... 52
Hình 4.4. Đồ thị thể hiện sự thay đổi hàm lượng CO2 ............................................... 53
Hình 4.5. Biểu đồ đánh giá mức độ phát thải khí NOx .............................................. 54
Hình 4.6. Đồ thị đánh giá mức độ phát thải khí CO ................................................... 56

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1. Tính chất lý hóa của các thành phần chính của syngas…………………… 18
Bảng 2.2. So sánh giá trị kinh tế trên đơn vị nhiệt trị giữa sử dụng nhiên liệu truyền
thống và nhiên liệu syngas ở Việt Nam ………………………………………………18
Bảng 2.3. Các thông số đặc trưng của nhiên liệu…………......................................... 27
Bảng 2.4. Thời điểm bắt đầu phun của 2 vòi phun ...................................................... 27

Bảng 3.1. Bảng thông số động cơ D4 CD170.............................................................. 30
Bảng 3.2. Tỉ lệ thành phần khí syngas .........................................................................
37
Bảng 3.3. Thơng sớ thiết bị phân tích khí thải..............................................................
37
Bảng 3.4. Thơng sớ máy đo tốc độ .............................................................................. 39
Bảng 3.5. Áp suất và thể tích nạp của từng thành phần khí......................................... 45
Bảng 4.1. Bảng tiêu thụ nhiên liệu nhiên liệu ứng với từng chế độ vòng quay........... 48
Bảng 4.2. Giá trị tiêu thụ nhiên liệu của động cơ trong 1 phút………………............ 49
Bảng 4.3. Bảng sớ liệu hệ sớ dư lượng khơng khí của động cơ………………........... 50
Bảng 4.4. Bảng đánh giá công suất………………………………………….............. 51
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas đến các thành phần phát thải CO2 ........ 53
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas đến các thành phần phát thải NOx ........ 54
Bảng 4.7. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas đến các thành phần phát thải CO .......... 55

ANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT: Nguồn gốc Chú giải
Ký tự
PM10 Tổng các hạt bụi lơ lửng có đường
kính khí động học nhỏ hơn hoặc bằng
PM2.5 10 µm.
Tổng các hạt bụi lơ lửng có đường
ASTM American Society for Testing kính khí động học nhỏ hơn hoặc bằng
ppm and Materials 2,5 µm.
part per million (1/1000000) Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa
NLSK Kỳ
CI Air/Fuel Đơn vị để đo mật độ đới với thể tích,
A/F Brake-Specific Fuel khối lượng cực kỳ thấp.
Consumption Năng lượng sinh khối

BSFC Direct current
DC Alternating Current Là động cơ đánh lửa nén (động cơ
AC diesel)
RDF Hệ sớ khới lượng khơng khí chia cho
khối lượng nhiên liệu
NLSK Suất tiêu hao nhiên liệu
NLTT
Dòng điện một chiều

Dòng điện xoay chiều

Viên nén biomass

Năng lượng sinh khối

Năng lượng tái tạo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỢNG HỒ XÃ HỢI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Chuyển đổi động cơ Diesel D4-CD170 thành động cơ lưỡng nhiên
liệu Dual Fuel Syngas-Diesel
- Mã số: T2022-06-19
- Chủ nhiệm: ThS. Đỗ Phú Ngưu
- Thành viên tham gia: TS. Nguyễn Minh Tiến
- Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng
- Thời gian thực hiện: Từ tháng 03 năm 2023 đến tháng 11 năm 2023

2. Mục tiêu:
- Nghiên cứu hệ thống nạp cho động cơ diesel dùng đa nhiên liệu dual fuel
syngas-diesel.
- Cải tạo động cơ D4 CD170 sử dụng nhiên liệu diesel thành động cơ lưỡng
nhiên liệu dual fuel syngas-diesel.
3. Tính mới và sáng tạo:
Sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT mô phỏng hệ thống nạp cho động cơ
diesel dùng đa nhiên liệu dual fuel syngas-diesel. Cải tạo động cơ diesel D4 CD170
dùng nhiên liệu diesel thành động cơ lưỡng nhiên liệu sử dụng nhiên liệu syngas-
diesel.
4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu:
Tiếp cận các phần mềm mô phỏng được sử dụng phổ biến trong ngành công
nghiệp sản xuất ô tô.
Cải tạo được động cơ D4 CD170 thành động cơ lưỡng nhiên liệu syngas-diesel
chạy máy phát điện.
5. Tên sản phẩm:
+ 01 bài báo đăng trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng . Bùi
Văn Ga, Nguyễn Minh Tiến, Đỗ Phú Ngưu, Hồ Trần Ngọc Anh. “Đặc tính quá trình

cháy động cơ Dual Fuel phun trực tiếp hỗn hơn Syngas-Biogas”. Chủ nhiệm đề tài là
tác giả liên hệ. Ngày nhận bài 11/7/2023, Chấp nhận đăng: 14/8/2023) (có phụ lục
kèm theo).

+ 01 động cơ diesel D4 CD170 sử dụng lưỡng nhiên liệu dual fuel syngas-diesel
(có phụ lục kèm theo).

+ 06 sinh viên hướng dẫn cùng nội dung nghiên cứu đã tốt nghiệp ngành Công

nghệ kỹ thuật ô tô, Trường Đại học SPKT - ĐHĐN (Ngày bảo vệ tốt nghiệp tháng

22/6/2023) (có phụ lục kèm theo)

Số TT Tên sinh viên Mã sinh viên Ngành Ghi chú

1 LÊ TẤN ĐỒNG 1911504210109 CÔNG NGHỆ
2 NGUYỄN VĂN HÀO 1911504210112 KỸ THUẬT Ơ
3 NGŨN HỒNG LÂM 1911504210123 TÔ
4 TRẦN XUÂN NAM 1911504210130

5 NGUYỄN TRẦN QUANG TỊNH 1911504210145

6 TRƯƠNG VĂN TÙNG 1911504210148

6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp

dụng:

Sản phẩm nghiên cứu sẽ được chuyển giao cho xưởng Cơ khí ơ tơ, bộ mơn Cơ
khí ơ tơ, Khoa Cơ khí, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng.

7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

Hình 1. Sơ đờ bớ trí thí nghiệm động cơ D4 CD170 lưỡng nhiên liệu dual fuel syngas-diesel

Hình 2. Động cơ D4 CD170 lưỡng nhiên liệu dual fuel syngas-diesel sau khi chuyển đổi

Hội đồng Khoa Ngày tháng năm 2023
(ký, họ và tên) Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

ThS. ĐỖ PHÚ NGƯU

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KT. HIỆU TRƯỞNG
PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS. TS. VÕ TRUNG HÙNG

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: Convert the Diesel engine D4-CD170 into a Dual Fuel Syngas-
Diesel engine
Code number: T2022-06-19
Coordinator: MS. Do Phu Nguu
Participating member: Dr. Nguyen Minh Tien
Leading agency: University of Technology and Education - The University of
Danang
Duration: from 3/2023 to 11/2023
2. Objective(s):
- Researching the Dual Fuel Syngas-Diesel Engine Charging System.
- Retrofitting the D4 CD170 Engine from Diesel to Dual Fuel Syngas-Diesel.
3. Creativeness and innovativeness:
Utilizing ANSYS FLUENT software to simulate the intake system for a dual fuel
syngas-diesel engine. Retrofitting the D4 CD170 diesel engine, originally designed for
diesel fuel, into a dual fuel engine that uses syngas-diesel fuel.
4. Research results:
- Exploring commonly used simulation software in the automotive manufacturing
industry.
- Retrofitting the D4 CD170 engine into a dual fuel syngas-diesel engine for

power generation.
5. Products:
+ 01 article published in the Journal of Science, University of Da Nang. Authors:
Bui Van Ga, Nguyen Minh Tien, Do Phu Nguu, Ho Tran Ngoc Anh. "Characteristics
of the combustion process of Direct Injection Dual Fuel Engine with Syngas-Biogas
Dual Fueling." Project leader is the contact person. Submission date: 11/7/2023,
Acceptance for publication: 14/8/2023.

+ 01 D4 CD170 diesel engine using syngas-diesel dual fuel.

+ 06 students with the same research content have graduated in Automotive

Engineering, University of Science and Technology - University of Da Nang

(Graduation defense date: June 22, 2023):

No. full name student ID major notes
191150421010
1 LE TAN DONG Automotive
9 Engineering,
2 NGUYEN VAN HAO 191150421011 University of
Science and
3 NGUYEN HOANG LAM 2 Technology -
191150421012 University of Da
4 TRAN XUAN NAM Nang
NGUYEN TRAN QUANG 3
191150421013
5 TINH
0
6 TRUONG VAN TUNG 191150421014

5
191150421014

8

6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

Research products will be transferred to the Automotive Mechanic workshop,
Department of Automotive Mechanics, Faculty of Mechanical Engineering, University
of Technical Education, University of Danang.

MỞ ĐẦU

Tác động của hiện tượng ấm lên toàn cầu đến sớm hơn so với dự báo của các nhà
khoa học. Tháng 07 năm 2023, các trung tâm khí tượng và thủy văn đã thu thập được
mức nhiệt độ cao kỷ lục. Kết quả gây ra các hệ lụy nghiêm trọng đến môi trường và
sức khỏe con người. Nhiều hội nghị thượng đỉnh thế giới đã kêu gọi các q́c gia
chung tay cắt giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính để duy trì mức tăng nhiệt độ bầu khí
quyển thấp hơn 20C so với thời kỳ tiền công nghiệp, thực hiện mục tiêu phát thải ròng
bằng 0 đến năm 2050. Ngược lại, con người sẽ mất khả năng kiểm soát các hiện tượng
biến đổi khí hậu.

Để đạt được mục tiêu trên thì việc chuyển đổi cơ cấu các ngành năng lượng hóa
thạch sang năng lượng tái tạo là nhiệm vụ trọng tâm. Chúng ta biết rằng, hầu hết các
xe tải lớn nhỏ đều sử dụng động cơ diesel để cung cấp năng lượng cho xe. Các động
cơ này khơng thể thay thế hồn tồn bằng động cơ điện trong thời gian ngắn. Bên cạnh
đó, rất nhiều động cơ diesel kéo máy phát điện cỡ nhỏ dùng cho hộ gia đình, dùng
trong nông nghiệp, lâm nghiệp và các máy móc di động nhỏ. Cơ quan năng lượng thế
giới đã báo cáo rằng động cơ đốt trong vẫn chiếm vai trò chủ đạo trong các ngành giao

thông vận tải và năng lượng điện. Như vậy lượng nhiên liệu hóa thạch sử dụng và mức
phát thải vẫn còn rất cao trong khoảng thời gian dài, ảnh hưởng đến môi trường, biến
đổi khí hậu và sức khỏe con người. Điều này làm ảnh hưởng lớn đến chiến lược Net
zero và các kế hoạch chuyển đổi năng lượng. Do đó, nghiên cứu chuyển đổi động cơ
dùng nhiên liệu Diesel sang các loại nhiên liệu tái tạo, nhiên liệu không cacbon hoặc
cacbon thấp là rất cần thiết.

Trong nhiều thập kỷ, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng, năng lượng gió và
đặc biệt là năng lượng sinh học, rác thải thực vật, chất thải sinh hoạt và công nghiệp
luôn là đề tài nghiên cứu, khai thác và đã đáp ứng một phần yêu cầu năng lượng. Một
trong những nhược điểm của năng lượng tái tạo là nguồn phát không ổn định, phụ
thuộc vào điều kiện thời tiết, mùa vụ. Do đó hệ thớng năng lượng tái tạo ln đi kèm
hệ thống lưu trữ rất tốn kém, tăng giá thành đầu tư. Việt Nam có điều kiện khí hậu để
phát triển nhiều loại cây trồng làm nguyên liệu nhiên liệu sinh học, nhiên liệu tái tạo.
Sinh khối là chất thải nơng nghiệp (rơm rạ, bã mía, trấu, xơ ngơ), chất thải lâm nghiệp
(lá khơ, dăm gỗ), giấy vụn, khí CH4 từ các bãi chôn lấp, nhà máy xử lý nước thải, v.v.
và chất thải từ các trang trại chăn nuôi gia súc, gia cầm. Ngun liệu sinh khới có thể
được sử dụng ở dạng rắn, lỏng hoặc khí. Trong sớ đó, gỗ là loại sinh khới phổ biến, gỗ
vẫn là chất đớt chính để đun nấu trong gia đình. Việc chế tạo thành những viên nén

1

RDF một mặt tăng hiệu quả chuyển hóa năng lượng, mặt khác chúng có thể dễ dàng
lưu trữ để phới hợp với các nguồn năng lượng tái tạo khác trong hệ thớng năng lượng
tái tạo hybrid. Bên cạnh đó, xu hướng chuyển nhiên liệu rắn sang nhiên liệu khí và
được tích trữ vào bình chứa để vận chuyển dễ dàng hơn, đáp ứng nguồn năng lượng
cho các máy phát điện cỡ nhở ở nông thôn sử dụng nhiều nguồn năng lượng kết hợp
hiệu quả.

Syngas thu được từ q trình khí hóa RDF gồm các thành phần CO, H2, CH4,

CO2, N2, hơi H2O là nhiên liệu tiềm năng để phát điện. Chất lượng syngas phụ thuộc
vào nguồn gớc ngun liệu và q trình khí hóa. Nhiệt trị của syngas khoảng thấp, chỉ
bằng 10% nhiệt trị của khí thiên nhiên, LPG hay xăng dầu. Tuy nhiên do tỷ lệ khơng
khí/nhiên liệu (A/F) của syngas trong hỗn hợp cháy hoàn toàn lý thuyết chỉ bằng 1,2
nhỏ hơn rất nhiều so với A/F=14,9 đối với xăng hoặc A/F=14,5 đối với diesel nên sự
tụt giảm công suất động cơ không tỷ lệ với nhiệt trị nhiên liệu mà liên quan đến sự suy
giảm hệ số nạp do trọng lượng riêng thấp. Vì vậy, để có thể ứng dụng nhiên liệu khí
syngas vào thực tế cần có nghiên cứu giải pháp cải thiện tính năng của động cơ chạy
bằng syngas. Việc làm giàu chúng bằng nhiên liệu có nhiệt trị cao hơn như hydrogen,
biogas, CH4, CNG bổ sung vào nhiên liệu syngas dùng cho động cơ đớt trong có thể
được xem là giải pháp.

Đề tài “Chuyển đổi động cơ Diesel D4-CD170 thành động cơ lưỡng nhiên
liệu Dual Fuel Syngas-Diesel, Mã số: T2022-06-19”, dùng kéo máy phát điện cỡ nhỏ.
Chúng tôi nghiên cứu quá trình nạp nhiên liệu syngas cho động cơ dual fuel syngas-
diesel được làm giàu bởi biogas. Bước đầu cải tạo động cơ sử dụng nhiên liệu thuần
diesel thành động cơ dual fuel syngas-diesel kết hợp với một số nhiên liệu khác. Đồng
thời đánh giá ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu syngas đến quá trình cháy của động
cơ. Góp phần nghiên cứu giải pháp cải thiện tính năng động cơ chạy bằng nhiên liệu
syngas kéo máy phát điện trên động cơ dual fuel cải tạo từ động cơ D4 CD170.

1. Mục tiêu đề tài

- Nghiên cứu hệ thống nạp syngas cho động cơ lưỡng nhiên liệu dual fuel
syngas-diesel. Cải tạo động cơ D4 CD170 sử dụng nhiên liệu diesel thành động cơ
lưỡng nhiên liệu dual fuel syngas-diesel.

2. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài được chọn là động cơ dual fuel được cải tạo từ

diesel công suất nhỏ chạy máy phát điện D4 CD170.

3. Phương pháp nghiên cứu

2

Sử dụng thế mạnh của công cụ mô phỏng để thực hiện nghiên cứu diễn biến quá
trình nạp và quá trình cháy nhiên liệu syngas cho động cơ dual fuel.

Nghiên cứu thực nghiệm, cải tạo động cơ D4-CD170 sử dụng nhiên liệu diesel
thành động cơ dual fuel sử dụng lưỡng nhiên liệu syngas-diesel.

4. Cấu trúc Báo cáo tổng kết
Báo cáo tổng kết gồm các nội dung như sau:
- Tổng quan.
- Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng quá trình nạp nhiên liệu syngas cho
động cơ dual-fuel syngas-diesel.
- Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá cơng suất, tiêu chuẩn khí xả động cơ sử dụng
lưỡng nhiên liệu dual fuel syngas-diesel.
- Phân tích kết quả mơ phỏng, thực nghiệm động cơ.
Kết luận.

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Vấn đề khủng hoảng năng lượng toàn cầu

Xã hội loài người đang tiến gần hơn đến sự phát triển bền vững. Nhu cầu năng
lượng càng tăng kéo theo sự gia tăng của ơ nhiễm mơi trường và vấn đề nóng lên tồn

cầu. Song song việc phát triển kinh tế hiện đại là vấn đề năng lượng bền vững và yêu
cầu bảo vệ môi trường sinh thái. Điều này đòi hỏi sự chung tay của toàn xã hội, của
các nhà khoa học, tìm giải pháp hợp lý giải quyết bài toán năng lượng và ơ nhiễm khí
thải tồn cầu.

Nhu cầu năng lượng toàn cầu gia tăng đáng kể trong lĩnh vực công nghiệp. Tổng
sản phẩm nội địa (CDP) của một quốc gia phụ thuộc rất lớn vào tổng mức năng lượng
tiêu thụ, điều này sẽ thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế [1, 2]. Mức tiêu thụ bình
quân đầu người sẽ đạt đỉnh trước năm 2030 theo dự báo của cơ quan năng lượng thế
giới [3] và có khoảng 78% mức tiêu thụ năng lượng tồn cầu chủ ́u từ nguồn nhiên
liệu hóa thạch [4]. Việc hạn chế mức độ gia tăng ô nhiễm môi trường khi đớt cháy
nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt nhiên liệu diesel ln được lưu tâm, vì sinh ra khí thải
như NOx và các hạt PM gây bất lợi cho môi trường và sức khỏe con người. Đây là xu
hướng thúc đẩy các nghiên cứu có liên quan đến cháy sạch, tìm kiếm các loại nhiên
liệu thay thế mà có phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính ở mức thấp hoặc bằng 0.

Tại châu Âu, giá khí đớt tăng, khiến các chính phủ trong khu vực phải trợ cấp
cho các hóa đơn nhiên liệu và áp trần giá nhiên liệu. Chỉ trong vòng một năm, giá khí
đớt tại thị trường châu Âu đã tăng khoảng 500%, lên gần mức kỷ lục [5]. Tình trạng
thiếu hụt năng lượng nghiêm trọng bắt đầu nổi lên từ đầu tháng 9/2021, khi lượng khí
đớt dự trữ trong khu vực x́ng thấp nhưng nguồn cung khí đớt cung cấp từ một số
quốc gia, đặc biệt từ Nga, Na Uy bị hạn chế.

Tại châu Á, khủng hoảng năng lượng xuất hiện đầu tiên ở Trung Quốc, công
xưởng sản xuất của thế giới, khi nhu cầu trên tồn cầu đới với các sản phẩm của Trung
Quốc tăng đột biến và bất ngờ trong thời gian gần đây. Các công ty điện đã chuyển
sang dùng khí tự nhiên hóa lỏng, đẩy giá khí tăng vọt theo giá than. Một sớ nhà máy
đã đóng cửa hồn toàn [5].

Cuộc khủng hoảng năng lượng lần này ảnh hưởng đối với Việt Nam là giá các

loại năng lượng nhập khẩu sẽ tăng theo giá thế giới như kể than, dầu và tương lai gần
sẽ là khí tự nhiên hóa lỏng. Do đó, sẽ khiến chi phí sản xuất điện nói riêng và chi phí
sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp bị ảnh hưởng đáng kể. ́u tớ này sẽ có tác
động đến quá trình hồi phục kinh tế của Việt Nam trong thời gian tới.

Do vậy, việc tìm kiếm các năng lượng thay thế, năng lượng "xanh" cần phải được
ưu tiên và để đảm bảo nguồn năng lượng của thế giới bền vững trước mọi cuộc khủng
hoảng thì con đường chuyển đổi năng lượng cần song hành với quá trình khai thác, sản
xuất và sử dụng dầu khí bền vững. Vì thế, cần có chính sách năng lượng chặt chẽ để có
thể đới phó với các vấn đề trên. Bên cạnh đó, đi đơi với giải qút nhu cầu năng lượng
là giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường và vấn đề nóng lên tồn cầu.

1.2. Tiềm năng năng lượng tái tạo ở Việt Nam

1.2.1. Ưu thế địa lý Việt Nam về năng lượng tái tạo

Việt Nam là đất nước có tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo (NLTT) như thủy
điện nhỏ, năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng sinh
khối, năng lượng địa nhiệt… Nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới chỉ ra rằng, Việt
Nam là nước có tiềm năng gió lớn, với hơn 39% tổng diện tích được ước tính có tớc độ
gió trung bình hàng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương tổng cơng suất
512GW. Bên cạnh đó, với tổng sớ giờ nắng trung bình cả nước lên đến trên 2.500 giờ/
năm và cường độ bức xạ trung bình 4,6 kWh/m2/ngày theo hướng tăng dần về phía
Nam là cơ sở tớt phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời. Chưa kể, là một nước
nơng nghiệp, Việt Nam có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng sinh khối [6].

Hình 1.1. Năng lượng tái tạo tại Việt Nam

1.2.2. Năng lượng sinh khối

Hiện nay, trên thế giới năng lượng sinh khối (NLSK) là nguồn năng lượng thứ tư,
chiếm tới 15% tổng năng lượng tiêu thụ toàn thế giới. Ðất nước ta có điều kiện tự
nhiên thuận lợi sinh khới phát triển rất nhanh. Tổng tiềm năng của năng lượng sinh
khối ở Việt Nam khoảng 104,4 triệu tấn (2019), tương ứng khoảng 1346 PJ. Các
nguồn nhiên liệu sinh khới chính là rơm rạ (32,1%), củi đốt (30,3%), ngô tạp (18,5%),
trấu (6,6%) và bã mía (4,0%). Ngồi ra, tài ngun sinh khới khác như: rác mía
(2,8%), thân sắn (2,6%), vỏ lạc (0,2%), vỏ dừa (0,1%) và cà phê trấu (0,5%) [7].

Hiện, năng lượng sinh khối ở Việt Nam đang được sử dụng vào 2 mục đích chính
là sản xuất nhiệt và sản xuất điện. Lĩnh vực sản xuất nhiệt, sinh khối là chất đốt cho
hầu hết các hộ dân sinh sống ở nông thôn, trong các lò gạch, cơ sở nông lâm nhỏ lẻ.
Trong lĩnh vực sản xuất điện, điện sinh khối nước ta mới ở quy mô sản xuất nhỏ, nội
bộ trong một số nhà máy, đặc biệt là các nhà máy đường. Hiện có 41 nhà máy đường
tại Việt Nam đã sử dụng bã mía để tự phục vụ sản xuất điện với công suất khoảng 150
MW. Ngồi ra, có 5 nhà máy mía đường lớn sản xuất điện thương phẩm với tổng sản