đồ án tốt nghiệp thiết kế nhiên liệu khí cho động cơ đánh lửa cưỡng bức

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
MỞ ĐẦU
• Lý do chọn đề tài
Trong xu thế phát triển của thế giới hiện nay thì năng lượng luôn đóng một vai
trò quyết định trong sự phát triển của mỗi quốc gia. Thực tế đã chứng kiến nhiều
cuộc chiến tranh và tranh chấp xoay quanh vấn đề năng lượng bởi theo các nhà
nghiên cứu cho biết: Với tốc độ khai thác và sử dụng năng lượng hóa thạch như
hiện nay thì nguồn năng lượng này sẽ cạn kiệt trong một thời gian không lâu nữa.
Sự khan hiếm nguồn năng lượng hóa thạch sẽ dẫn đến một cuộc khủng hoảng năng
lượng mà thế giới khó tránh khỏi trong tương lai. Điều đó đã đặt ra vấn đề nghiên
cứu và tìm kiếm nguồn năng lượng mới có khả năng thay thế cho năng lượng hóa
thạch truyền thống.
Trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng đã có nhiều chính sách
phát triển nguồn năng lượng mới nhằm cân bằng với nguồn năng lượng hóa thạch
đang cạn kiệt dần. Một trong số nguồn nhiên liệu được xem là nhiên liệu sạch có
khả năng ứng dụng rộng rãi với động cơ đốt trong trong điều kiện đất nước chúng ta
là nguồn nhiên liệu khí (Biogas, LPG).
Việc sử dụng nhiên liệu khí làm giảm thiểu phát thải ô nhiễm không khí, tiết
kiệm chi phí năng lượng, và làm phong phú hơn nguồn nhiên liệu sử dụng. Do đó
việc nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu Biogas vào trong sản xuất và tiêu dùng là
rất cần thiết.
Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho động
cơ đánh lửa cưỡng bức kéo máy phát điện cỡ nhỏ”.
• Mục tiêu nghiên cứu
- Thấy rõ được vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu cho động
cơ.
- Tìm hiểu, nắm vững cấu tạo và nguyên lý làm việc của từng chi tiết, cụm
chi tiết và của hệ thống cung cấp nhiên liệu xăng và nhiên liệu khí cho động cơ để
từ đó thấy được ưu nhược điểm của từng hệ thống.
- Thấy được tầm quan trọng trong việc thiết kế lắp đặt và thay thế một số chi
tiết trong hệ thống cung cấp nhiên liệu khí cho động cơ.

- Nắm vững các thao tác trong quá trình lắp đặt, kiểm tra hiệu chỉnh cũng
như chế tạo thay thế các chi tiết của hệ thống cung cấp nhiên liệu khí cho động cơ.
1
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
• Ý nghĩa đề tài
- Thiết kế lắp đặt hệ thống nhiên khí sử dụng cho động cơ đánh lửa cưỡng
bức kéo máy phát điện cỡ nhỏ nhằm mục đích giảm mức độ phát khí thải từ động cơ
ra môi trường góp phần thực hiện các công ước quốc tế về môi trường mà Việt Nam
đã cam kết tham gia.
- Đa dạng hóa nguồn năng lượng, giảm bớt sự lệ thuộc vào nguồn nguyên
liệu lỏng truyền thống.
- Nhiên liệu khí là nhiên liệu sạch, sử dụng nhiên liệu khí còn giảm chi phí
cho người sử dụng.

2
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Chương 1.TỔNG QUAN
1.1. VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG VÀ NGUỒN NHIÊN LIỆU HIỆN NAY
1.1.1. Vấn đề môi trường và biến đổi khí hậu hiện nay
Trong hàng thập kỷ qua, nhân loại đã và đang trải qua các biến động
khôn lường của khí hậu toàn cầu. Bề mặt Trái đất, khí quyển và thủy quyển không
ngừng nóng lên làm xáo trộn môi trường sinh thái, đã và đang gây ra nhiều hệ lụy
đến đời sống loài người.
Các công trình nghiên cứu quy mô toàn cầu về hiện tượng này đã được
các nhà khoa học ở những trung tâm nổi tiếng trên thế giới tiến hành từ đầu thập kỷ
90 thế kỷ XX. Hội nghị quốc tế do Liên hiệp quốc triệu tập tại Rio de Janeiro năm
1992 đã thông qua Hiệp định khung và Chương trình hành động quốc tế nhằm cứu
vãn tình trạng “xấu đi” nhanh chóng của bầu khí quyển Trái đất, vốn được coi là
nguyên nhân chủ yếu của sự gia tăng hiểm họa. Tổ chức nghiên cứu liên chính phủ
về biến đổi khí hậu của Liên hiệp quốc (IPCC) đã được thành lập, thu hút sự tham

gia của hàng ngàn nhà khoa học quốc tế. Tại Hội nghị Kyoto năm 1997, Nghị định
thư Kyoto đã được thông qua và đầu tháng 2/2005 đã được nguyên thủ 165 quốc gia
phê chuẩn. Nghị định thư này bắt đầu có hiệu lực từ 10/2/2005. Việt Nam đã phê
chuẩn Nghị định thư Kyoto ngày 25/9/2005. Gần đây nhất, hội nghị lần thứ 18
Công ước Khung LHQ về biến đổi khí hậu (COP-18) tổ chức tại thủ đô Doha của
Qatar tưởng chùng bế tắc nhưng cuối cùng đã thông qua được việc tiếp tục gia hạn
Nghị định thư Kyoto đến năm 2020.
• Nguyên nhân làm gia tăng nhiệt độ trái đất
Các báo cáo của IPCC và nhiều trung tâm nghiên cứu có uy tín hàng đầu
trên thế giới công bố trong thời gian gần đây cung cấp cho chúng ta nhiều thông tin
và dự báo quan trọng. Theo đó, nhiệt độ trung bình trên bề mặt địa cầu ấm lên gần
1°C trong vòng 80 năm (từ 1920 đến 2005) và tăng rất nhanh trong khoảng 25 năm
nay (từ 1980 đến 2005). Báo cáo cho rằng nếu không thực hiện được chương trình
hành động giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính theo Nghị định thư Kyoto, đến năm
2035 nhiệt độ bề mặt địa cầu sẽ tăng thêm 2°C. Về dài hạn, có hơn 50% khả năng
nhiệt độ tăng thêm 5°C.
3
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ


Hình 1-1 Hiểm họa của sự gia tăng nhiệt độ của trái đất.
Hiện tại, Trái đất đang từng ngày từng giờ nóng lên, với tốc độ như vậy thì
chiều hướng có thể còn nhanh hơn nữa trong tương lai.
1.1.2. Thực trạng ô nhiễm không khí ở một số nơi trên thế giới
1.1.2.1. Hồng Kông (Trung Quốc) báo động vì màn “mây khói độc”
Mức độ ô nhiễm không khí ở Hồng Kông đã tăng cao kỷ lục, với Cơ quan
bảo vệ môi trường cảnh báo màn “mây khói độc” bao phủ thành phố là một hiểm
họa đối với dân chúng.
Chính quyền Hồng Kông cho
hay chỉ số ô nhiễm không khí (API)

hiện nay đã tăng gấp đôi và dân chúng
được khuyên ở trong nhà hoặc tránh
tiếp xúc lâu với những khu vực đông xe
cộ. Chỉ số API hiện nay đang ở mức cao
kỷ lục”, người phát ngôn của cơ quan
Bảo vệ môi trường cho hay.
Đường chân trời cùng vịnh nổi tiếng của Hồng Kông thường xuyên bị phủ
trong màn sương mờ khói bụi, được cho là thảm họa đối với sức khỏe của dân
chúng và khiến một số người tránh xa khỏi trung tâm tài chính quốc tế này.
Tháng 7/2008, cơ quan môi trường thành phố đo được mức ô nhiễm không
4

Hình 1-2 Mây khói độc che khuất đường
chân trời nhìn ra quận WanChai.
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
khí là 202, thấp hơn nhiều so với con số kỷ lục 413 hiện nay ở một nhà ga ven
đường.
Dựa trên chỉ số API, những người có vấn đề về tim mạch và hô hấp được
khuyên ở trong nhà, khi chỉ số xuống còn hơn 100. Công chúng được khuyên ở
trong nhà, tránh tiếp xúc lâu với khu vực nhiều xe cộ, khu vực có chỉ số API hơn
200.
1.1.2.2. London (Anh) đứng đầu châu Âu về ô nhiễm không khí
London đã trở thành thủ đô ô nhiễm nhất châu Âu, và Anh có thể sẽ phải
chịu án phạt của Liên minh châu Âu (EU) do mức độ ô nhiễm không khí đạt mức
nguy hiểm, vượt mức quy định của EU. Kỷ lục "thành phố ô nhiễm nhất châu Âu"
được thiết lập sau khi thiết bị kiểm soát chất lượng không khí cho thấy số ngày có
mức độ ô nhiễm không khí tại thủ đô London chạm mức nguy hiểm đã lên tới con
số 36 ngày kể từ đầu năm nay.
Theo quy định của EU, trong một năm, Anh chỉ được phép có tối đa 35 ngày
khi chất lượng không khí "được phép" ở mức độ "nguy hiểm."

Việc phá vỡ quy định của EU chỉ trong nửa năm là điều rất đáng lo ngại đối
với chính phủ Anh, bởi nước này vừa nhận cảnh báo cuối cùng từ Ủy ban châu Âu
cách đây ba tuần về việc phải cải thiện chất lượng không khí.
1.1.2.3. Moscow khói bụi mịt mờ
Tại Kremlin và Nhà thờ St. Basil, đường chân trời đã biến mất do màn khói
bụi dày đặc và độc hại bao trùm khắp thủ đô Moscow, khiến rất nhiều trong số 10
triệu cư dân của thành phố này bị đau mắt, rát họng.
5
Hình 1-3 Người dân đi bộ tại trung tâm
Moscow trong làn khói dày đặc.
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Hôm 6/8/2010, Tổng thống Dmitry Medvedev cùng các quan chức y tế Nga đã
tới thăm một trạm cứu thương Moscow. Ông được báo cáo rằng số lượng các cuộc
gọi khẩn cấp trong thời gian gần đây tăng 10%, liên quan tới nắng nóng và khói mù.
Khói bụi từ hàng trăm đám cháy rừng đã khiến cho lượng carbon monoxide ở
Moscow tăng gấp 5 lần mức được cho là an toàn, theo Bộ Y tế Nga. Người dân
thành phố được khuyến khích ở yên trong nhà.
Trả lời phỏng vấn báo RIA Novosti, các quan chức y tế so sánh mức độ ô
nhiễm không khí hiện nay tương đương với hút vài bao thuốc mỗi ngày. Một số
chuyến bay tới Moscow phải chuyển hướng do tầm nhìn kém.
Percy von Lipinski, một khách du lịch ở Nga, miêu tả mặt trời trông “chỉ như
trái cam nhỏ xíu đang cố gắng thắp sáng bầu trời”.
1.1.3. Thực trạng ô nhiễm không khí tại Việt Nam
1.1.3.1. Ô nhiễm bụi
Ở hầu hết các đô thị nước ta đều bị ô nhiễm bụi, nhiều nơi bị ô nhiễm bụi
trầm trọng, tới mức báo động. Các khu dân cư ở cạnh đường giao thông lớn và ở
gần các nhà máy, xí nghiệp cũng bị ô nhiễm bụi rất lớn.Nồng độ bụi trong các khu
dân cư ở xa đường giao thông, xa các cơ sở sản xuất hay trong các khu công viên
cũng đạt tới xấp xỉ trị số tiêu chuẩn cho phép.
So sánh với tiêu chuẩn Việt Nam, tại hầu hết các khu vực của Hà Nội và Tp.

Hồ Chí Minh, nồng độ bụi PM
10
các năm gần đây đều vượt quy chuẩn cho phép (50
µg/m
3
).
6
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Hình 1-4 Diễn biến nồng độ bụi PM
10
trung bình năm trong không khí xung quanh
một số đô thị từ năm 2005 đến 2009.
Ghi chú : Tp. Hồ Chí Minh: số liệu trung bình của 9 trạm tự động liên tục trong
thành phố Hà Nội, Đà Nẵng: số liệu từ một trạm tự động liên tục tại 1 vị trí của mỗi
thành phố (Nguồn: TTKTTV Quốc gia, 2010; Chi cục BVMT Tp. Hồ Chí Minh,
2010)
Nồng độ bụi trong không khí ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ
Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng trung bình lớn hơn trị số tiêu chuẩn cho phép từ 2
đến 3 lần, ở các nút giao thông thuộc các đô thị này nồng độ bụi lớn hơn tiêu chuẩn
cho phép từ 2 đến 5 lần, ở các khu đô thị mới đang diễn ra quá trình thi công xây
dựng nhà cửa, đường sá và hạ tầng kỹ thuật thì nồng độ bụi thường vượt tiêu chuẩn
cho phép từ 10 - 20 lần.
1.1.3.2. Ô nhiễm khí SO
2
:
Nói chung, nồng độ khí SO
2
trung bình ở các đô thị và khu công nghiệp nước
ta còn thấp hơn trị số tiêu chuẩn cho phép.Trong các thành phố, thị xã đã quan trắc
thì ở các thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Biên Hoà, Thủ Dầu Một, Vũng Tàu,

Long An có nồng độ khí SO2 lớn nhất, nhưng vẫn thấp hơn trị số tiêu chuẩn cho
phép tới 2 lần, ở các thành phố khác còn lại, như Hà Nội, Hải Phòng, Hạ Long,
Thanh Hoá, Vinh, Huế, Cần Thơ, Cà Mau, Mỹ Tho, nồng độ khí SO
2
trung bình
ngày đều dưới 0,1 mg/m3, tức là thấp hơn trị số tiêu chuẩn cho phép tới 3 lần.
7
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Hình 1-5 Diễn biến nồng độ khí SO
2
xung quanh gần các khu công nghiệp trong cả
nước từ năm 2008 đến năm 2012.
Nguồn: Trạm QT & PTMT đất liền 3, 2008-2012
1.1.3.3. Ô nhiễm các khí CO, NO
2
:
Ở các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng,
nồng độ khí CO trung bình ngày dao động từ 2 - 5 mg/m
3
, nồng độ khí NO
2
trung
bình ngày dao động từ 0,04 - 0,09mg/m
3
, chúng đều nhỏ hơn trị số tiêu chuẩn cho
phép, tức là ở các đô thị và khu công nghiệp Việt Nam, nói chung chưa có hiện
tượng ô nhiễm khí CO và khí NO
2
. Tuy vậy, ở một số nút giao thông lớn trong đô
thị nồng độ khí CO và khí NO

2
đã vượt trị số tiêu chuẩn cho phép, như ở ngã tư
Đinh Tiên Hoàng - Điện Biên Phủ (thành phố Hồ Chí Minh) trị số trung bình ngày
của năm 2001: 0,19, gấp 1,9 lần trị số tiêu chuẩn cho phép, nồng độ CO năm 2001:
15,48 gấp 3,1 lần trị số tiêu chuẩn cho phép; tương tự, năm 2002 nồng độ khí NO
2
=
0,191mg/m
3
và khí CO = 12,67mg/m
3
. [15]
Trong hơn hai thập kỷ qua, với sự phát triển nền kinh tế đất nước, nguồn khí thải
do động cơ đốt trong của phương tiện xe cơ giới, động cơ dẫn động máy phát điện
và động cơ dẫn động các máy công tác khác đã ngày càng trở thành tình trạng báo
8
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
động cho môi trường không khí.
Hình 1-6 Diễn biến nồng độ CO tại các tuyến đường phố của một số đô thị
2002-2006.
(Nguồn: Chi cục BVMT TP. Hồ Chí Minh, Cục BVMT, 2007)
Cùng với sự phát triển của hệ thống cơ sở hạ tầng giao thông, tăng trưởng các
phương tiện cơ giới và khối lượng vận tải hàng hóa, hành khách là sự phát thải các
chất gây ô nhiễm môi trường không khí.
Các chất gây ô nhiễm không khí chủ yếu sinh ra do khí thải từ quá trình đốt
nhiên liệu động cơ bao gồm CO, NOx, SO2, hơi xăng dầu (CnHm, VOCs), PM10
và bụi do đất cát cuốn bay lên từ mặt đường phố trong quá trình di chuyển (TSP).
Hình 1.6. cho thấy tỷ lệ phát thải các khí ô nhiễm của các loại phương tiện khác
nhau.
Bảng 1-1 Ước tính thải lượng các chất gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính của Việt

Nam năm 2005 (Đơn vị: tấn/năm)
Nguồn: Cục BVMT, 2006
TT Ngành sản xuất CO NO2 SO2 VOCs
9
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
1 Nhiệt điện 4.562 57.263 123.665 1.389
3
Sản xuất công nghiệp, dịch vụ,
sinh hoạt
54,004 151,031 272,497 854
4 Giao thông vận tải 301.779 92.728 18.928 47.462
5 Cộng 360.345 301.022 415.090 49.705
Hình 1-7. Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện giao thông cơ giới
đường bộ của Việt Nam năm 2011.
Nguồn: Trung tâm quan trắc môi trường – Tổng cục môi trường,2013
1.1.3.4. Nhiễm chì (Pb) trong không khí đô thị
Thực hiện chỉ thị 24/2000/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ, ở nước ta đã
sử dụng xăng không pha chì từ ngày 1-7-2001. Số liệu quan trắc ô nhiễm giao thông
cho thấy nồng độ chì trong không khí Hà Nội trung bình năm 2002 giảm đi khoảng
40 -45% so với cùng thời kỳ năm trước; tương tự, ở thành phố Hồ Chí Minh nồng
độ chì giảm đi khoảng 50%.
1.1.3.5. Nguồn ô nhiễm không khí do hoạt động xây dựng.
10
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Hình 1-8. Diễn biến các thông số PM
10
, PM
2,5
và PM
1

trong ngày ở trạm Nguyễn
Văn Cừ, Hà Nội (minh họa số liệu một tháng trong năm 2012).
Nguồn: Tổng cục môi trường, 2013
Hình 1-9. Bụi mờ mịt trên tuyến đường Phạm Hùng (Hà Nội) năm 2010 – một
trong những tuyến đường có công trình xây dựng và mật độ các phương tiện giao
thông lưu thông cao.
Nguồn: Tổng cục môi trường,2013
Ngoài ra ở nước ta hiện nay hoạt động xây dựng nhà cửa, đường sá, cầu cống,
rất mạnh và diễn ra ở khắp nơi, đặc biệt là ở các đô thị. Các hoạt động xây dựng
như đào lấp đất, đập phá công trình cũ, vật liệu xây dựng bị rơi vãi trong quá trình
vận chuyển, thường gây ô nhiễm bụi rất trầm trọng đối với môi trường không khí
xung quanh, đặc biệt là ô nhiễm bụi, nồng độ bụi trong không khí ở các nơi có hoạt
động xây dựng vượt trị số tiêu chuẩn cho phép tới 10 - 20 lần.
 Hiểm họa đã và đang xảy ra tại Việt Nam
11
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Như chúng ta đã biết một trong những tác hại của biến đổi khí hậu đó là sự gia
tăng của mực nước biển, khiến cho nhiều vùng đất sẽ bị ngập sâu trong nước. Việt
Nam là một nước có bờ biển dài, nằm ngay sát biển Đông một trong những biển lớn
của thế giới, vì vậy, Việt Nam được xếp vào một trong những nước có nguy cơ chịu
tác động rất nhiều của việc biến đổi khí hậu, cụ thể là sự gia tăng của mực nước
biển.
Theo dự báo của Tổ chức Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu IPCC thì khu
vực Đông Dương nhiệt độ sẽ gia tăng +1°C vào giai đoạn 2010-2039, và +3° đến
+4°C vào 2070-2099; lượng mưa sẽ giảm 20 mm vào 2010-2039, rồi sau đó tăng
+60 mm vào 2070-2099; mực nước biển dâng cao 6 cm/năm, đạt mức 20 cm vào
2030, và 88 cm vào 2100. Còn tại Việt Nam, nhiệt độ sẽ tăng từ 0,3 - 0,5 độ C năm
2010, từ 1- 2 độ C vào năm 2020, từ 1,5 - 2 độ C vào năm 2070. Những khu vực có
nhiệt độ tăng cao nhất là Tây Bắc và Việt Bắc.
Cùng với sự gia tăng của nhiệt độ thì trong những năm gần đây hiện tượng bão

lũ cũng xảy ra với tần suất và cường độ mạnh hơn ở Việt Nam. Hiện tượng bão lũ
này xảy ra đặc biệt nghiêm trọng ở hai vùng miền là miền Trung và đồng bằng sông
Cửu Long. Sự tác động của biến đổi khí hậu mà cụ thể là sự gia tăng của mực nước
biển đang có xu hướng làm thu hẹp dần diện tích đất nông nghiệp của nước ta, đặc
biệt là các vùng đất ven biển. Với trên 3.000km bờ biển, Việt Nam được coi là quốc
gia có mức độ dễ bị tổn thương cao hơn trước sự biến đổi khí hậu.
1.1.4 Vấn đề ô nhiễm môi trường do nguồn năng lượng hóa thạch gây ra
Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ
không của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt
và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Việc khai thác và sử dụng hàng
tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng
lớn các chất thải khác nhau như: rác thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí
nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng. Nó còn tạo ra
các cơn mưa axít làm huỷ diệt các khu rừng và các cánh đồng. Điều đáng lo ngại
nhất là con người thải vào không khí các loại khí độc như: CO
2
đã gây hiệu ứng nhà
kính. Theo nghiên cứu thì chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO
2
nó
đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH
4
là 13%, Nitơ 5%, CFC là 22%,
hơi nước ở tầng bình lưu là 3% Có nhiều khả năng lượng CO
2
sẽ tăng gấp đôi vào
nửa đầu thế kỷ sau. Điều này sẽ thúc đẩy quá trình nóng lên của Trái Đất diễn ra
nhanh chóng.
12
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ

Hình 1-10 Ô nhiễm do khí thải từ các loại phương tiện giao thông đến môi trường và
sức khỏe con người.
Nguồn: Cơ quan Quản lý Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ
Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ
Trái đất tăng 0.4 °C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các
nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái
đất sẽ tăng thêm 1.5 ÷ 4.5 °C nếu như con người không có biện pháp hữu hiệu để
khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính.
Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn. Khí
CFC là "kẻ phá hoại" chính của tầng ôzôn. Sau khi chịu tác động của khí CFC và
một số loại chất độc hại khác thì tầng ôzôn sẽ bị mỏng dần rồi thủng.
1.1.5. Tính cấp thiết của việc tìm nguồn năng lượng sạch thay thế cho
nhiên liệu truyền thống và một số giải pháp đã được ứng dụng hiện nay
1.1.5.1. Vấn đề an ninh năng lượng của thế giới và các nước trong khu vực
Sự gia tăng ồ ạt của nhu cầu sử dụng ô-tô trên thế giới : Người ta đã thống kê
rằng từ năm 1938 đến năm 2000, thị trường ô-tô từ 43 triệu chiếc ban đầu tăng lên
700 triệu chiếc. Dự báo rằng đến năm 2060 số ô-tô trên thế giới là 2,5 tỉ chiếc, trong
đó 70% là từ những nước mà trước đây thị trường ô-tô được coi là yếu (các nước
vùng hạ Sahara, Ấn Độ, Trung Quốc…). Các chuyên gia kinh tế năng lượng cho
rằng nếu không phát hiện thêm trữ lượng mới, nguồn dầu mỏ khai thác cũng chỉ đủ
dùng trong vòng 40 - 50 năm nữa. Trong những năm gần đây, khoảng cách cung và
cầu dầu mỏ ngày càng thu hẹp. Hiệu suất của động cơ không được cải thiện thêm
thì điều tất yếu sẽ xảy ra là một khủng hoảng lớn về nhiên liệu. Mặc dù, sản xuất
khí hóa lỏng tăng nhưng bị hạn chế về mặt kỹ thuật về khai thác và sử dụng.
13
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Như vậy, năng lượng nói chung và nhiên liệu dùng cho giao thông vận tải nói
riêng có vai trò quan trọng đối với sự phát triến kinh tế - xã hội của một quốc gia.
An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh năng lượng. Vì vậy,
chính sách năng lượng luôn được đặt lên hàng đầu của mỗi quốc gia trong chiến

lược phát triển kinh tế - xã hội bền vững.
Hình 1-11 Tình hình tiêu thụ xăng dầu trên thế giới.
Nguồn: Số liệu của ngân hàng thế giới WB(11/09/2014)
Thời điểm 2014, mỗi ngày thế giới cần đến 95.5 triệu thùng dầu thô, nhưng
trong vòng 20 năm nữa, nhu cầu này sẽ tăng lên 118 triệu thùng/ngày. Như chúng ta
đã biết, 2/3 lượng dầu mỏ thế giới tập trung ở vùng Trung cận đông. Nhu cầu tiêu
thụ dầu tăng, có nghĩa sẽ phải đẩy mạnh sự cung cấp dầu từ khu vực này. Bốn nước
sở hữu dầu mỏ nhiều nhất là Arab Saudi, Iran, Iraq và Kuweit.
14
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Hình 1-12 Trữ lượng dầu mỏ (triệu thùng) của các quốc gia trên thế giới (%).
1.1.5.2. Nguy cơ về cuộc khủng hoảng dầu mỏ mới ( lần 03)
Cuộc khủng hoảng dầu mỏ lần thứ nhất xảy ra năm 1973 khi giá dầu tăng lên
đột ngột từ 20 USD/thùng lên 45-50 USD/thùng và cuộc khủng hoảng dầu mỏ
lần thứ hai xảy ra năm 1979 khi giá dầu tăng lên gấp đôi từ 50 USD/thùng lên trên
dưới 100 USD/thùng. Giá dầu sau đó hạ dần và tương đối ổn định từ sau 1985 ở
mức 20 - 30 USD/thùng. Tháng 9/2007, giá dầu tăng trên 80 USD/thùng, đến tháng
10/2007, giá dầu tăng vọt lên 98,62 USD/thùng và hiện nay đang giữ mức trên 99
USD/thùng. Điều đáng quan tâm là giá dầu có thể tăng lên đến 100 USD/thùng
trong tháng 12/2007, ngang với giá dầu xảy ra khủng hoảng năng lượng lần thứ hai
trước đây và có thể giá dầu sẽ không trở về mức cũ mà vẫn ở mức cao. Điều này đã
làm cho thế giới lo ngại sắp tới sẽ có thể xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng lần
thứ ba kéo dài hơn, trầm trọng hơn hai lần trước.
Nhu cầu dầu thô ngày càng lớn trong khi đó trữ lượng ngày càng hạn chế cộng
với những bất ổn chính trị tại một số nước nước sản xuất dầu mỏ đang là những tác
nhân đẩy giá dầu lên cao. Để đối phó với tình hình đó, cần phải có một thứ nhiên
liệu khác thay thế loại nhiên liệu dầu khoáng đang trên đà cạn kiệt.
1.1.5.3. Viễn cảnh về nguồn dầu mỏ tại Việt Nam
Tài nguyên dầu khí của nước ta phong phú có trữ lượng dầu mỏ xếp thứ 28
của thế giới với 4400 triệu thùng với thời gian khai thác 40 năm. Hầu hết các diện

tích chứa dầu đều nằm trên thềm lục địa với độ sâu không lớn. Đây là những điều
kiện thuận lợi trong công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí Việt Nam.
15
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Kết quả công tác tìm kiếm thăm dò trong thời gian qua đã xác định ở vùng
thềm lục địa nước ta có 8 bể trầm tích Đệ tam (có thời gian cách ngày nay khoảng
23 triệu năm): Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Thổ Chu – Mã
lai, Tư Chính – Vũng Mây, Hoàng Sa và nhóm bể Trường Sa, với diện tích gần 1
triệu km
2
. Trong số này, công tác tìm kiếm, thăm dò mới chỉ tập trung ở các bể Cửu
Long, Nam Côn Sơn, Thổ Chu – Mã Lai, Sông Hồng. Dầu mỏ là “vàng đen” của Tổ
quốc. Dầu mỏ ngoài khả năng sinh nhiệt lớn (10.000 đến 11.500 kcal/kg), dầu mỏ
rất tiện sử dụng và vận chuyển, dễ dàng cơ khí hóa việc nạp nhiên liệu vào động cơ.
Nhiên liệu cháy hoàn toàn và không tạo thành tro. Từ dầu mỏ, sản xuất ra nhiều loại
hóa phẩm, dược phẩm.
Nhà máy lọc dầu Dung Quất đi vào hoạt động giai đoạn 2009-2010 với công
suất dầu thô khoảng 7 triệu tấn/năm, sản lượng xăng dầu sản xuất được trong nước
chỉ được khoảng 5 triệu tấn/năm, như vậy vẫn chưa đủ thoả mãn cho nhu cầu của
nền kinh tế, vì hiện nay nhu cầu xăng dầu đã là 12 triệu tấn/năm, và theo dự báo đến
năm 2020 khoảng 26,3 ÷28,6 triệu tấn/năm, giai đoạn 2050 con số này sẽ lên đến
90÷98 triệu tấn/năm. Tuy nhiên, mức tiêu thụ xăng dầu theo các tính toán cho các
thập kỷ tới chỉ lấy bình quân hằng năm tăng trên dưới 10% để tính toán, chưa phải
đã là mức có tính đến sự bùng nổ trong phát triển và tiêu dùng xăng dầu ở nước ta
trong giai đoạn hội nhập kinh tế quốc tế, gia nhập WTO, đi vào công nghiệp hóa,
hiện đại hóa.
Nằm trong chiến lược phát triển của Ngành Dầu khí dự án Liên hợp lọc hóa
dầu Nghi Sơn là một trong những dự án trọng điểm quốc gia, kết hợp giữa lọc dầu
và hóa dầu đang được Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam tích cực triển khai.
Theo kế hoạch dự án sẽ đi vào hoạt động giai đoạn 2012 - 2015, nếu có đối tác tham

gia. Cũng trong thời gian này có thể có thêm các nhà máy lọc dầu của nước ngoài
triển khai tại Qui Nhơn, Phú Yên và Cần Thơ. Khi có thêm sản phẩm xăng dầu từ
Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn - Thanh Hoá, khu vực Bắc bộ và Bắc Trung bộ sẽ
nhận dầu chủ yếu từ Nghi Sơn và ngoại nhập. Trong khi đó nhà máy lọc đầu Dung
Quất sẽ cung ứng chủ yếu cho Duyên hải Nam Trung bộ và Đông Nam bộ. Lượng
còn thiêu hụt sẽ nhập ngoại chủ yểu nhập vào khu vực Nam Bộ. Sản phẩm xăng dầu
tại Việt Nam hiện nay chủ yếu nhập khẩu từ nước ngoài (trên 96%). Tại Bà Rịa
-Vũng Tàu chỉ có Nhà máy Chế biến Condensate pha chế xăng từ condensate (sản
phẩm ngưng tụ của quá trình sản xuất LPG ở Dinh Cố) trực thuộc Công ty TNHH 1
thành viên Chế biến và Kinh doanh các sản phẩm dầu (PVPDC) với công suất hạn
chế 270.000 tấn/năm. Công ty TNHH MTV Dầu khí thành phố Hồ Chí Minh
16
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
(Saigon Petro) có nhà máy lọc dầu Cát Lái với hệ thống chưng cất khí quyển sử
dụng nguyên liệu condensate (từ Nam Côn Sơn, nhập khẩu) công suất sau khi nâng
cấp là 350.000 tấn/năm. Như vậy hầu như toàn bộ xăng dầu tiêu thụ trong nước phải
nhập ngoại. Tính đến hết tháng 5/2014, cả nước nhập khẩu 3,59 triệu tấn, tăng
13,7%. Xăng dầu các loại nhập khẩu vào Việt Nam trong 5 tháng qua chủ yếu có
xuất xứ từ: Xingapo với gần 1,24 triệu tấn, tăng 33,2%; Đài Loan: 669 nghìn tấn,
tăng 37,3%; Trung Quốc: 612 nghìn tấn, tăng 21,7%; Hàn Quốc: 344 nghìn tấn,
tăng 26,1% so với 5 tháng/2013,[26].
Trước bối cảnh ấy, nhà nước đã chủ động xây dựng chiến lược về nguồn điện
cho quốc gia giai đoạn 2020 tầm nhìn 2050 để bảo đảm an ninh năng lượng điện
những thập kỷ tới, với nhiều giải pháp tích cực và đồng bộ bên cạnh tăng cường tiết
kiệm và hiệu quả sử dụng điện: đồng bộ các nguồn năng lượng nhiệt điện từ khí, từ
than, thủy điện trên các sông lớn, nhỏ, khuyến khích điện gió và kể cả điện nguyên
tử theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia, nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I
và II sẽ được khởi công vào tháng 12 năm 2014 và hoàn thành vào năm 2022.
Tuy vậy, nhà nước chưa có một chiến lược chủ động và toàn diện các giải
pháp bảo đảm an ninh cung ứng xăng dầu, một mảng rất quan trọng về an ninh năng

lượng quốc gia trong khi dầu mỏ ở nước ta được khai thác từ những năm 80 với sản
lượng đạt khoảng 16÷17 triệu tấn/năm. Vấn đề đáng quan tâm là ở chỗ, toàn bộ sản
phẩm xăng dầu cho nền kinh tế và cho hoạt động các phương tiện giao thông vận tải
đường bộ, đường thủy, đường không, lại lệ thuộc vào nhập khẩu với giá cao và bị
động theo giá thị trường xăng dầu thế giới.
1.2. KHÍ DẦU MỎ HÓA LỎNG LPG
1.2.1. Nguồn gốc và thành phần
LPG (khí dầu mỏ hóa lỏng) thu được bằng cách hóa lỏng khí đồng hành ở áp suất
khoảng 4 - 18kG/cm
2
, bao gồm hai thành phần cơ bản là propan và butan.
*Propane:
*Propane:
Có công thức cấu tao ở dạng mạch thẳng do vậy mà khả năng chống kích nổ kém.
Có công thức cấu tao ở dạng mạch thẳng do vậy mà khả năng chống kích nổ kém.
H
H
H
H
H
H
H – C – C – C – H
H – C – C – C – H
Propan
Propan
H
H
H
H
H

H
17
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Propan không có đồng vị của một iso Ankan.
Propan không có đồng vị của một iso Ankan.
*Butan:
*Butan:
Có công thức cấu tạo mạch thẳng và mạch nhánh:
Có công thức cấu tạo mạch thẳng và mạch nhánh:
H H H H
H H H H
H – C – C – C – C – H
H – C – C – C – C – H
n - Butan
n - Butan
H H H H
H H H H
H H H
H H H


H – C – C – C – H
H – C – C – C – H
Iso – Butan
Iso – Butan


H CH
H CH
3

3
H
H

Trong LPG có thành phần iso Butan càng cao thì nhiên liệu có tính chống
kích nổ càng lớn, tính kích nổ giảm dần từ iso-Butan, n-Butane và Propan. Thường
iso Butan chiếm khoảng 25% có trong hỗn hợp (iso Butan - n Butan). Ngoài ra
trong LPG còn chứa etan (1÷3%mol) và pentan (không quá 1,5%mol).
1.2.2 Những tính chất cơ bản
- Không màu, không mùi, trong suốt.
- Tỉ trọng khí hóa lỏng nhẹ hơn nước: 0,54 ÷ 0,56kg/lít.
- Nhiệt trị thấp: Q
H
= 12000 kcal/kg (hoặc 46 MJ/kg) là loại chất đốt có nhiệt
lượng cao (gần 12000 kcal).
- Nhiệt độ ngọn lửa cao:
+ Butan = 1900
o
C
+ Propan = 1935
0
C
- Tỉ lệ hóa hơi của khí hóa lỏng này trong không khí thể tích tăng lên 250
lần. Là loại chất đốt sạch do hàm lượng lưu huỳnh gần như không đáng kể (<
0,02%) và cũng không chứa các chất độc khác như: chì, cacbuahyđro (chứa trong
18
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
sản vật cháy còn độc hơn cả CO) do đặc tính cháy hết nên không tạo muội than,
khói, khí CO.
*Tính độc hại:

LPG không độc hại, tuy nhiên không nên hít vào với lượng lớn vì có thể làm
say hay bị ngạt thở và cũng không nên bước vào nơi có đầy hơi LPG vì ngoài nguy
hiểm do tính dễ cháy còn có thể gây ngạt thở do thiếu oxy.
Ðặc tính của chùm tia phun ở nhiệt độ 200C, áp suất phun 12kG/cm2 của các
loại khí :
+ Propan: Khi phun là một chùm tia nếu góc phun gần 400, chiều dài tia
phun ngắn hơn.
+ Butan: Khi phun là một chùm tia mảnh, với góc phun khoảng 30, với chiều
dài kim phun dài hơn so với Propane.
+ LPG: Khi phun cũng là một chùm tia với góc phun khoảng 200, tia phun
càng về phần ngọn càng rộng, so với tia phun xăng thì ngắn hơn.
Hỗn hợp Propan - Butan: Ðều là những hydrocacbon no (Ankan) chúng có
Hỗn hợp Propan - Butan: Ðều là những hydrocacbon no (Ankan) chúng có


thể là mạch thẳng (Ankan thường) hay mạch nhánh (iso ankan).
thể là mạch thẳng (Ankan thường) hay mạch nhánh (iso ankan). LPG có chỉ số
Octan nghiên cứu (RON) cao, dễ dàng đạt đến trị số 98. Chỉ số Octan động cơ
(MON) cũng cao hơn xăng.
Bảng 1-2 Thành phần LPG
THÀNH PHẦN RON MON
Propan > 100 100
n-Butan 95 92
Iso-Butan >100 99
Butan 98 80
1.2.3. Phạm vi sử dụng và chỉ tiêu chất lượng
19
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Trên thực tế LPG có thành phần butan rất khác nhau tuỳ theo nhu cầu và thói
quen sử dụng. Ở nhều nước LPG có thể sản xuất dưới dạng 100% Propan hay 100%

butan. LPG 100% propan thích hợp với người tiêu dùng xứ lạnh, nhằm bảo đảm
được tính bốc hơi tốt. LPG 100% butan thích hợp được sử dụng trong các ngành
công nghiệp, vì dễ vận chuyển dễ tồn chứa và trong điều kiện sản xuất có thể và lắp
đặt thêm bộ phận hâm nóng LPG khiến sự bốc hơi được hoàn toàn hơn.
Bảng 1-3 Chỉ tiêu chất lượng của LPG.
Tên chỉ tiêu Phương pháp
thử
Mức quy định
1. Tỷ trọng (d
60
o
/
60
o
F
) ASTM D 1657 min 0,500
2. Áp suất hơi (37,8
o
C, at) ASTM D 1267 480 – 820
3. Thành phần hydrocacbon (%
mol)
- Etan C
2
H
6
- Propan C
3
H
8

- Butan C
4
H
10
- Pentan C
5
H
12
ASTM D 2163
1 – 3
20 – 40
60 – 70
max 1,5
4. ăn mòn mãnh đồng (1h/37,8
o
C) ASTM D 1838 N
o
1
5. Nước tự do (%V) không
6. Nhiệt trị (MJ/kg) ASTM D 2598 40 – 55
7. Hàm lượng lưu huỳnh (ppm) ASTM D 2784 max 170
1.3. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU BIOGAS
1.3.1. Ưu điểm của nhiên liệu biogas
* Về mặt môi trường:
20
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
+ Giảm lượng khí phát thải CO
2
, do đó giảm được lượng khí thải là nguyên
nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính, tránh được các thảm họa về môi trường.

+ Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến
0,2% trong dầu diesel).
+ Không chứa HC thơm nên không gây ung thư.
+ Khí thiên nhiên biogas không chứa chì gây tác hại đến sức khỏe con người,
gây ô nhiễm môi trường không khí.
+ Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn diesel 4 lần,
phân huỷ từ 85 - 88% trong nước sau 28 ngày).
+ Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.
+ Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.
* Về mặt kỹ thuật:
+ Biogas rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào.
* Về mặt kinh tế:
+ Sử dụng nhiên liệu biogas ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó
còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành
nông nghiệp như thúc đẩy phát triển chăn nuôi trang trại, tận dụng các nguồn rác
thải sẵn có.
+ Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp và tăng thu nhập ở vùng miền
nông thôn.
+ Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu chế biến từ dầu mỏ, góp phần tiết kiệm cho quốc
gia một khoảng ngoại tệ lớn.
1.3.2. Thành phần của khí biogas
Biogas từ các nguồn khác nhau thì có chất lượng tương đối khác nhau và phụ
thuộc vào một số yếu tố nhất định. Thành phần của biogas phụ thuộc vào loại chất thải
bị phân huỷ, độ dài của thời gian lưu trong đó chất thải trải qua quá trình phân huỷ.
Biogas là kết quả phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí là hỗn
hợp của nhiều loại khí. Biogas chứa chủ yếu CH
4
(40 ÷ 80%) và CO
2
(25 ÷ 50%) còn

lại là các chất khác như N
2
(0 ÷ 10%), O
2
(0 ÷ 2%), H
2
S (0 ÷ 3%), H
2
(0 ÷ 1%), …Các
chất hữu cơ như: cây cối, rơm rạ, xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chế biến
thực phẩm, các chất thải từ quá trình chăn nuôi
1.3.3. Những tính chất cơ bản của biogas
1.3.3.1. Tính chất vật lý
Bảng 1-4 Các tính chất của các thành phần biogas
21
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Các tính chất vật lý CH
4
CO
2
Trọng lượng phân tử 16 44
Tỷ trọng 0,554 1,52
Điểm sôi 259,0
0
F (=144
0
C) 60,8
0
C
Điểm đông -296,6

0
F(-164,8
0
C) -69,9
0
F (-38,83
0
C)
Khối lượng riêng 0,66 [kg/m
3
] 1,82 [kg/m
3
]
Nhiệt độ nguy hiểm 116,0
0
F (=64,44
0
C) 88,0
0
F (=48,89
0
C)
Áp suất nguy hiểm 45,8 at 72,97 at
Nhiệt cháy 55,403 [J/kg]
Giới hạn cháy 5-15% Thể tích
Tỷ lệ cháy hoàn toàn trong không
khí
0,0947 Thể tích
0,0581 Khối lượng
1.3.3.2. Nhiệt trị của nhiên liệu biogas

CH
4
được mệnh danh là nhiên liệu “sạch”, có nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp của
CH
4
là 1012 Btu/ft3 (35,8.10
3
KJ/m
3
). Do biogas chứa khoảng (40 ÷ 80%) CH
4
nên
biogas có nhiệt trị tương đối cao, 1m
3
biogas có nhiệt lượng (4.700 – 6.500)kcal,
tương đương với (0,5 ÷ 0,7) lít dầu diesel.
1.3.4. Yêu cầu của biogas khi sử dụng trong động cơ đốt trong
Vấn đề đáng quan tâm và cần được nghiên cứu tiếp là làm sao có thể nâng
cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải động gây ra. Ta
biết rằng trong biogas có một lượng đáng kể hydrogen sulfide H
2
S (khoảng
10.000ppm thậm chí sau khi qua các thiết bị xử lý vẫn còn khoảng (200 ÷ 400)ppm
H
2
S) là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí biogas được sử dụng
làm nhiên liệu, khí H
2
S có thể ăn mòn các chi tiết của động cơ, sản phẩm cháy của
nó là SO

x
cũng là một khí rất độc cho con người (TCVN cho phép là 0,3mg/m
3
). Vì
thế, hoàn thiện quá trình cháy trong động cơ sử dụng nhiên liệu biogas là vấn đề đặt
ra để có thể vừa kéo dài tuổi thọ động cơ vừa giảm thiểu ô nhiễm trong khí thải
động cơ. Hàm lượng của các chất này không được vượt quá mức cho phép.
Mặc dù không phải là chất chiếm nhiều trong biogas như CO
2
, nhưng hơi nước
có thể có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng của quá trình cháy biogas. Dù hàm
lượng nhỏ nhưng hơi nước đã ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn
cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của biogas. Ngoài ra nó làm tăng
nguy cơ ăn mòn thiết bị, do đó cần thiết phải giảm lượng hơi nước có trong biogas.
1.3.5. Tình hình sử dụng biogas hiện nay
22
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Hiện nay, khi nhiên liệu thay thế đã trở thành đề tài nghiên cứu được nhiều
nhà quan tâm thì những lựa chọn để sử dụng nguồn năng lượng này càng trở nên
phong phú. Các xu hướng chính sử dụng nhiên liệu biogas trên thế giới như sau:
+ Đốt trực tiếp.
+ Làm nhiên liệu cho các loại động cơ.
+ Bán cho các nhà cung cấp khí tự nhiên.
.
Hình 1-13 Sơ đồ các ứng dụng của biogas.

1.3.6. Tình hình sản xuất và sử dụng biogas ở Việt Nam
Từ khoảng hơn mươi năm nay, việc sử dụng biogas đã trở nên quen thuộc đối
với người dân Việt Nam. Thông thường hầm Biogas xây bằng gạch, bằng bê tông.
Nhược điểm của các loại hầm này là dễ bị lún nứt, nhất là hầm bê tông hay bị axit

23
Nguồn
biogas
Đốt trực
tiếp
Động cơ
Bán cho
nhà cung
cấp
Tạo
năng
lượng
Công suất
trên trục
Vận tải
Cấp nhiệt,
làm lạnh
Sấy
Quạt,
bơm, máy
nén
Turbin lỏng Tur bin khí
Phát điện
Máy phát
thuỷ lực
Xe
khách,
Xe tải,
Máy kéo
Phát

nhiệt
điện
Điều
hoà
hay
đun
nước
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
ăn mòn gây rò khí ga ra ngoài không khắc phục được, không có khả năng tự phá
váng. Hầm gạch, hầm bê tông đòi hỏi phải nạp nguyên liệu (phân súc vật) nhiều và
liên tục, vì vậy việc lên men kỵ khí không đạt mức tối ưu, áp lực khí gas thường chỉ
đạt 5cm cột nước không có khả năng tự điều tiết áp lực, phải có túi chứa khí rất
cồng kềnh. Túi này cũng rất hay sinh rò rỉ do bị thủng vì những tác dụng bên ngoài,
thường phải kèm theo thiết bị van bảo vệ. Cũng do áp suất khí ga không đủ nên
không thể lắp thêm các thiết bị và phụ kiện trong khu bếp. Đặc biệt việc xây một
hầm Biogas bằng gạch hay bằng bê tông rất lâu
Đến nay, 27.000 công trình biogas đã được xây dựng tại 24 tỉnh ở Việt Nam.
Dự kiến, đến 2010, dự án sẽ đạt mục tiêu khoảng 167.000 công trình tại 50 tỉnh,
thay thế khoảng 200.000 tấn củi hoặc phế thải nông nghiệp mỗi năm bằng nguồn
năng lượng sạch. Nếu dự án thành công, sẽ đưa ra một phương thức tiếp cận mới:
ngành khí sinh học - nguồn năng lượng bền vững cho các hộ gia đình. Nhờ đó, hàng
triệu hộ dân được dùng nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo để đun nấu và
thắp sáng. Bất kỳ hộ gia đình nào có 2 con bò, trâu hoặc 4 con lợn đều có thể xây
dựng công trình khí sinh học. Điều quan trọng, với kết cấu khép kín và sử dụng triệt
để nguồn chất thải trong chăn nuôi, sinh hoạt, công trình biogas đã góp phần giải
quyết một trong những vấn đề bức xúc hiện nay ở nông thôn là tình trạng ô nhiễm
môi trường.
Một hầm biogas tiết kiệm được khoảng 2,3 tấn củi đun, tương đương với
0,03ha rừng mỗi năm. Việc sử dụng bã thải sinh học góp phần làm tăng sản lượng
cây trồng và rau xanh. Một hầm khí sinh học mỗi năm sản sinh ra 30 tấn bã thải.

Các công trình biogas hiện nay đã góp phần giảm thiểu 107.000 tấn CO
2
, tiết kiệm
13.000 tấn than, gần 3.300 tấn dầu lửa và 208.022 bình gas loại 13kg, đáp ứng nhu
cầu năng lượng cho 160.000 người chủ yếu ở vùng nông thôn nghèo khó.
1.3.7. Tình hình ứng dụng biogas để chạy động cơ đốt trong
- Các nghiên cứu đã thực hiện ở Việt Nam: Đã cải tạo động cơ kéo máy phát
điện chạy xăng sang chạy bằng biogas; cải tạo động cơ xăng kéo máy phát điện
sang chạy bằng biogas dùng để chiếu sáng cho sinh hoạt gia đình; đã thiết kế xây
dựng như hệ thống hầm biogas gồm ống dẫn chất thải hữu cơ vào bể nạp, hố gas, hố
xả, ống dẫn khí ra. Đầu ra khí sinh học có thể đun nấu bình thường, nhưng để làm
nhiên liệu chạy máy phát điện cần phải qua quy trình công nghệ lọc chất độc hại và
điều áp, tạo kết cấu áp lực đầu vào của gas thấp. Máy phát điện chạy bằng khí sinh
học có cấu tạo như máy phát điện chạy bằng xăng nhưng có thay đổi ở hệ thống
đánh lửa và có lắp đặt thêm một bộ phối trộn với khí sinh học vào bộ chế hoà khí.
24
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu khí cho máy phát điện cỡ nhỏ
Động cơ máy phát điện chạy khí sinh học là loại động cơ 4 thì, có công suất 1,5kW
với vòng quay khoảng 3000 vòng/phút và đường kính xi lanh 60mm, hành trình
pitton 46mm. Động cơ chạy khí sinh học đã vận hành ổn định với công suất 650W
và nghiên cứu chuyển đổi động cơ máy phát điện chạy bằng xăng sang chạy bằng
khí biogas đã qua xử lý nhằm khai thác nguồn nhiên liệu sẵn có, giá rẻ và không
bao giờ cạn kiệt ở nông thôn.
- Các nhóm nghiên cứu trên chỉ thực hiện chuyển đổi nhiên liệu trên những
động cơ riêng lẻ dựa trên kinh nghiệm cá nhân, chưa thực hiện nghiên cứu một cách
có hệ thống cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm nhằm thiết lập những nguyên lý cơ bản
của việc cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ để trên cơ sở đó chế tạo các bộ phụ
kiện chuyển đổi nhiên liệu biogas/nhiên liệu lỏng cho động cơ tĩnh tại. Tồn tại quan
trọng của các nghiên cứu trên đây là chưa xử lý được bộ điều tốc, đặc biệt là bộ
điều tốc của động cơ dual-fuel được chuyển đổi từ động cơ diesel sang chạy bằng

biogas. Vì vậy các kết quả nghiên cứu trên đây chưa được ứng dụng rộng rãi trong
thực tế.
1.4 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT XĂNG PHA ETHANOL
Để có luận chứng khoa học trong việc đánh giá các tính năng kinh tế kỹ thuật
của động cơ sử dụng nhiên liệu xăng sinh học thì cần thiết phải nghiên cứu lý thuyết
về các tính chất lý hóa của thành phần nhiên liệu dùng trong thực nghiệm. Đồng
thời làm nền tảng khoa học trong việc xây dựng các bài thực nghiệm có tính đúng
đắn hơn.
1.4.1. Tính chất lý hóa của xăng pha ethanol
Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng
cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như ngô, lúa
mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn… Ethanol còn được sản xuất từ các loại cây cỏ
có chứa cellulose…
Bảng 1-5 Yêu cầu kỹ thuật đối với Ethanol nhiên liệu biến tính
Tên chỉ tiêu Giới hạn
25