nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học sản xuất tại việt nam đến tính năng kinh tế - kỹ thuật và phát thải của động cơ

i




LỜI CAM ĐOAN





12 
TM TT HƢỚNG DẪN Nghiên cứu sinh



PGS.TS Lê Anh Tuấn Nguyễn Tuấn Nghĩa










ii

LỜI CẢM ƠN
 







trong - 


Khoa  
trình nghiên 





trình này.
Nghiên cứu sinh



Nguyễn Tuấn Nghĩa



iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix
MỞ ĐẦU 1
i. Lý do chọn đề tài 1
ii. Mục đích của đề tài 2
iii. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2
iv. Phƣơng pháp nghiên cứu 3
v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3
vi. Bố cục luận án 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 5
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học 5
1.1.1. Gii thiu chung v nhiên liu sinh hc 5
1.1.2. Các loi nhiên liu sinh hng hp 7
1.2. Nhiên liệu diesel sinh học và sử dụng nhiên liệu diesel sinh học trên động cơ diesel 8
1.2.1. Khái nim 8
1.2.2. So sánh tính cht diesel sinh hc và diesel khoáng 8
1.2.3. Các tiêu chung ca diesel sinh hc 9
1.2.4. Ngun nguyên liu sn xut diesel sinh hc 11
1.2.5. Công ngh chuyn hóa diesel sinh hc 12
1.2.6. Tình hình sn xut và s dng diesel sinh hc 13
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng diesel sinh học trên động cơ 16
1.3.1. V s dng nhiên liu diesel sinh h 16
1.3.2. Tình hình nghiên cu ng dng diesel sinh hc trên th gii 17
1.3.3. Tình hình nghiên cu ng dng diesel sinh hc ti Vit Nam 21
1.4. Kết luận chƣơng 1 24
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ NĂNG LƢỢNG
VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC 26

2.1. Lý thuyết về quá trình phun nhiên liệu và sự hình thành tia phun nhiên liệu khi sử dụng nhiên
liệu diesel sinh học 26
2.1.1. Lý thuyt v quá trình phun nhiên li 26
2.1.2. So sánh cu trúc tia phun khi s dng nhiên liu diesel sinh hc 31
2.2. Quá trình hình thành hỗn hợp và cháy trong động cơ diesel 33
2.2.1. Khái nin 33
2.2.2.  lý hóa ca quá trình cháy 33
2.2.3. Din bin quá trình cháy c d vòi phun ki 35
2.2.4. Quy lut phun nhiên litrang b h thng nhiên liu commonrail 36
2.3. So sánh sự hình thành và cháy của nhiên liệu diesel và diesel sinh học 37
iv

2.4. Cơ chế hình thành và cơ sở tính toán phát thải động cơ diesel 38
2.4.1. Phát thi NOx 38
2.4.2. Phát thi b hóng 40
2.4.3. Phát thi HC 43
2.4.4. Phát thi CO 45
2.5. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVL-Boost 46
2.5.1. ng hc th nht 46
2.5.2. Mô hình cháy AVL-MCC 47
2.5.3. Truyn nhit 51
2.6. Kết luận chƣơng 2 53
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL
SINH HọC 55
3.1. Mục đích, đối tƣợng và phạm vi mô phỏng 55
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ 55
3.2.1. Xây dng mô hình 55
3.2.2. Các thông s nhu khin mô hình 56
3.2.3. Ch  mô phng 57
3.3. Kết quả tính toán mô phỏng 59

3.3.1.  chính xác ca mô hình 59
3.3.2. c tính ca quá trình cháy 60
3.3.3. ng ca t l pha trn diesel sinh hc 61
3.3.4. ng ca góc phun sm 67
3.3.5. ng ca áp sut phun 71
3.4. Kết luận chƣơng 3 76
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 77
4.1. Mục đích thử nghiệm 77
4.2. Đối tƣợng và nhiên liệu thử nghiệm 77
4.2.1. ng th nghim 77
4.2.2. Nhiên liu th nghim 78
4.3. Quy trình và phạm vi thử nghiệm 78
4.4. Sơ đồ bố trí thử nghiệm và các trang thiết bị chính 80
4.4.1.  b trí th nghim 80
4.4.2. Trang thit b th nghim 82
4.5. Kết quả thử nghiệm và thảo luận 84
4.5.1. Quan sát hình nh tia phun 84
4.5.2. ng ca t l pha trn diesel sinh hc 86
4.5.3. ng ca góc phun sm 92
4.5.4. ng ca áp sut phun 96
4.5.5. ng ca diesel sinh hc t mt s ngun khác nhau 100
4.6. So sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm 102
4.6.1. Công sut và sut tiêu hao nhiên liu 103
4.6.2. Phát thi 104
4.7. Kết luận chƣơng 4 106
v

KẾT LUẬN CHUNG 107
PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113
PHỤ LỤC 114








vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Diễn giải
Đơn vị
NLSH

-
ECU
Electronic Control Unit
-
CO
Mônôxit cácbon
-
HC

-
NO
x


-
CO
2

Cácbonníc
-
PM

-
TCVN

-
SAE

-
ASTM

-
A/F

-
CEBII

-
Ne

kW
g

e


g/kW.h
B0

-
B5
5%  và 95% Diesel 
-
B10
10%  và 90% Diesel 
-
B20
20%  và 80% Diesel 
-
B30
30%  và 70% Diesel 
-
B50
50%  và 50% Diesel 

B100

-
FFA

-
NCS


-
FAME
Fatty acid methyl
-
TBA
Tertiary butyl alcohol
-
MTBE
Methyl tertiary butyl ether
-
ETBE
Ethyl tertiary butyl ether
-
TAME
tertiary amyl methyl ether
-
DME
Dimetyl ether
-
DMC
Dimetyl cacbonate
-
HFRR
High-frequency receiprocating rig
-
vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
 6
  8

  9
- 10
 11
u diesel B5 11
 17
 19
 38
 NOx 40
  53
-5402 55
Các phn t xây d-5402 56
AVL-5402 56
  57
.  57
 58
7.  60
8.  61
9.  62
10.  63
11.  63
ng 3.12. i CO  64
13.  64
4.  65
5. u 65
6.  66
7 67
8 68
19 68
20 69
21 70

22 71
23 72
viii

4 73
5. Phát  74
6 75
4.1.  78
4.2.  79
4.3.  80
4.4.  85
4.5.  86
4.6.  88
 88
 90
 90
 91
 91
 93
 97
4.  103
5.  104






ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
 12
 13
 14
 14
Hình 1.5. a Diesel, B5, B20, B70 và B100 18
Hình 1.6.  19
Hình 1.7. B5, B20, B70 và B100 20
Hình 1.8.  21
Hình 1.9. 
  22
Hình 1.10.   23
Hình 2.1.  phá v tia phun 26
Hình 2.2. S  mô t c ch phá v tia phun 27
Hình 2.3. S phân rã ca mt tia phun diesel hình nón 28
Hình 2.4.  32
Hình 2.5.  36
  37
 38
Hình 2.8.   39
Hình 3.1. -5402 56
Hình 3.2. 
B0, B10, B20 và B30 59
Hình 3.3.  
 59
Hình 3.4.  60
Hình 3.5.  61
Hình 3.6. 
 62
Hình 3.7.  66

Hình 3.8 68
 69
Hình 3.10. Phát  70
 71
 73
 74
x

 75
 76
Hình 4.1.  77
Hình 4.2.  78
Hình 4.3.  81
Hình 4.4. . 82
Hình 4.5. Hình . 84
Hình 4.6.  85
Hình 4.7. Góc nón tia phun () 85
Hình 4.8.  87
Hình 4.9. 1400(vg/ph)
 87
Hình 4.10. 
 89
 92
Hình 4.12.  92
Hình 4.13.  92
. 93
Hình 4.15.   94
Hình 4.16.  94
Hình 4.17.  95
Hình 4.18. . 95

Hình 4.19.  96
Hình 4.20.  97
Hình 4.21.  98
Hình 4.22.  99
Hình 4.23.  99
Hình 4.24.  100
Hình 4.25.  100
Hình 4.26.  101
Hình 4.27.  101
Hình 4.28.  102
Hình 4.29.  102
Hình 4.30.  104
Hình 4.31.  104
Hình 4.32.  105
xi

Hình 4.33. So sánh phá 105
Hình 4.34.  105

1

MỞ ĐẦU
i. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, do d
n

An ninh ,  

 trong vòng
40 

 

 

  phát
 các
á 
ít 
.


, m

, 





Trong lnh vc Nông - Lâm - (xe ti và xe khách)  Ving
 c s dng rt ph bin. n tháng 10/2011 c c có gn 500.000 máy kéo
các loi s dng trong nông nghip, vi tng công sut trên 5 triu mã lc (CV); 580.000
máy tup lúa; 17.992 máy gt lúa các lon cu, s ng tàu cá Vit
n 128.000 chic vi tng công sut trên 6.784.000 cv (bình quân 53 cv/chic).
Ngoài ra, tàu giao thông vn tng sông, dch v du l ng rt ln.
y, nu dùng nhiên liu sinh hc làm nhiên liu thay th diesel, nht là
nhiên liu sinh hc sn xut ti Vit Nam s tit kic mng ngoi t ln
cho quc gia và hn ch ô nhing.

            


  
2


 
 
 , do chúng

 ,


x
Mdiesel sinh
 

 ,


 
diesel 
Nam  tính - 

ii. Mục đích của đề tài

  (B10), 20%
(B20) và 30% (B30).

-  


-  
 ;
-  ; quá
trìn;
-  

iii. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
 - Rail là

. V
l 
 
 
3

Theo   


B0, B10, B20 và B30. 

 


iv. Phƣơng pháp nghiên cứu
 l
.  sau:
- Nghiên cu lý thuyt da trên vic xây dng mô hình và tính toán mô phng
các ch tiêu kinh tng và phát thi c dng diesel sinh
hc.
- Th nghii chh phun và s phát trin tia phun nhiên

liu bng k thut chp hình nh tia phun. Phân tích hình nh da trên kích
c, hình dng tia phun ca các nhiên liu th nghim. Kt qu nghiên cu có
n cáo v s u chnh cn thii vi h
thng nhiên liu khi s dng nhiên liu diesel sinh hc.
- Các th nghic cc tin hành
trong phòng thí nghi  Kt qu phân tích da trên các
ch tiêu v công sut, sut tiêu hao nhiên liu và phát thi c
- S dng k thut trong xylanh t ng
ca nhiên liu diesel sinh hc c tính cháy c
v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học
x
 
 
B1
 

 
B30


Ý nghĩa thực tiễn

.  các diesel
4

  ng nhm
 -


.
vi. Bố cục luận án
 
 
  
 k
 
 4. 
 .









5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học
1.1.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu sinh học
1.1.1.1. Khái quát chung
 (NLSH) 



             
(ethanol - blended fuels), dimetyl ether 





NLSH dù
-  
bio-metanol, bio-ethanol, bio-
bio-eth

c v.v


              hóa este
(transesterification).
- 

4


là CH
4
(50-60%) và CO
2

2
, O
2
, H
2


-40ºC.
1.1.1.2. Các thế hệ nhiên liệu sinh học
 


  


 

6




  
 
 


1.1.1.3. Ưu nhược điểm của nhiên liệu sinh học

Ưu điểm
NLSH có 
- : 
kính và ít gây  
- : 

NLSH 
NLSH qua các tí


Nhiên liệu dầu mỏ
Nhiên liệu sinh học










Có 11% oxy

NLSH 

2
, CO, CO
2

     


Nhược điểm
VNLSH 

NLSH  
NLSH 
  

7

1.1.2. Các loại nhiên liệu sinh học và phương pháp tổng hợp
NLSH , 
chính 
1.1.2.1. Cồn
 
 . 

      (      )   
octan 102. 

hanol).
Ethanol 
2
H
5

 
 
1.1.2.2. Dầu thực vật
 xêtan cao
nên 
 

1.1.2.3. Metyl ester
.  

 



1.1.2.4. Hợp chất chứa Oxy




1.1.2.5. Dimetyl ether (DME)


0
C). 
         h     
3
 
CH
3
OCH
3
+ H
2

xêxê


8

1.1.2.6. Dimetyl cacbonate (DMC)


 

và O
2

2CH
3
OH + CO + 1/2O
2
= CH
3
OCOO-CH
3
+ H
2
O
1.1.2.7. Hydrogen
 


hydro 
1.2. Nhiên liệu diesel sinh học và sử dụng nhiên liệu diesel sinh
học trên động cơ diesel
1.2.1. Khái niệm
    


 t
este mono-

1.2.2. So sánh tính chất diesel sinh học và diesel khoáng
 có các   so diesel. Tuy

nhiên, các 
 
 

  và diesel khoáng[1]
Các chỉ tiêu
Diesel sinh học
Diesel
g/cm
3

0,87÷0,89
0,81÷0,89

0
C, mm
2
/s
3,7÷5,8
1,9÷4,1
xêtan
40÷80
40÷55

40.000
45.000

0,0÷0,002
0,05


0
C
-11÷16
-

60÷135
8,6
9

1.2.3. Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của diesel sinh học
 

(b
  
Chỉ tiêu
EN 590
EN 14214
ASTM
D6751

0
C, kg/m
3
820-845
860-900
-

0
C, mm
2

/s
2,0-4,5
3,5-5,0
1,9-6,0

0

55
120
130
 
50
10
15

51
51
45

200
500
500

-
96,5
-

-
0,2
-


-
0,8
-

-
0,2
-

-
0,2
-

-
0,02
0,02

-
0,25
0,24




 (B100) vào
t 
 
 
 


10

-07 cho diesel 
Tên chỉ tiêu
Mức
Phƣơng pháp thử

min
96,5
EN 14103

3


860 - 900
TCVN 6594 (ASTM D 1298)

o
C
min
130,0
TCVN 2693 (ASTM D 93)

max
0,050
ASTM D 2709


o
C, mm
2
/s

1,9 6,0


TCVN 3171 (ASTM D 445)

max
0,020
TCVN 2689 (ASTM D 874)

max
500
ASTM D 5453 / TCVN 6701


N
o
1
TCVN 2694 (ASTM D 130)

min
47
TCVN 7630 (ASTM D 613)

o

C

Báo cáo
ASTM D 2500

max
0,050
ASTM D 4530

max
0,50
TCVN 6325 (ASTM D 664)

max
120
EN 14111/ TCVN 6122
 
o
C, h
min
6
ASTM D 2274 / EN 14112

max
0,020
ASTM D 6584

max
0,240
ASTM D 6584


max
0,001
ASTM D 4951

o
C
max
360
ASTM D 1160
Na và K, mg/kg
max
5,0
EN 14108, EN 14109


không có





Ngoài              


               
20/2009/TT-

phù 
11

ng 1.5. diesel và diesel B5 [10]
Tên chỉ tiêu
Mức
Phƣơng pháp thử


- 
- 
1)


500
2500
TCVN 6701 (ASTM D 2622)

5453)

- 
- 
2)


46
46

TCVN 7630 (ASTM D 613)
TCVN 3180 (ASTM D 4737)

3)

,
0
C,

360
TCVN 2698 (ASTM D 86)

0
C
3)
, kg/m
3
820 - 860
TCVN 6594 (ASTM D 1298)

0
C
3)
, mm
2
/s
2  4,5
TCVN 3171 (ASTM D 445)
CHÚ THÍCH:
1)


2)

3)






Tên chỉ tiêu
Mức
Phƣơng pháp thử



4 - 5

TCVN 8147 (EN 14078)




25
TCVN 8146 (ASTM D 2274)


200
TCVN 3182 (ASTM D 6304)
1.2.4. Nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học
1.2.4.1. Dầu thực vật
  , ,
, bong, , , , , , , 
, , 


12

 

x
, NO
x
, HC,

diesel

1.2.4.2. Mỡ động vật

                 

.
1.2.4.3. Dầu phế thải

qua gia 


1.2.4.4. Tảo



2

 




.
1.2.5. Công nghệ chuyển hóa diesel sinh học
 
…
r 


 phn ng este hóa chéo du thc vt vi methanol

                 
13





r hóa,

 
r 

 65
0
C).
 


1.2.6. Tình hình sản xuất và sử dụng diesel sinh học
1.2.6.1. Tình hình sản xuất và sử dụng diesel sinh học trên thế giới
 
 
 
r 
Áo. N
diesel sinh h [17].
 
8 11).

14

Vào  .000


nành và  [17].

Hình 1.3 Sng diesel sinh hc  châu Âu t 8 n 2011 [18]


 .
 
. 
     
 [17].
  
 

  diesel
  [17].
Nói chung,    
     
       
      
h



    


       
t
 130 (m
3

Hình 1
 [18].