Luận án Nghiên cứu sử dụng khí tổng hợp từ sinh khối cho động cơ diesel phát điện cỡ nhỏ

Tên luận án:

Nghiên cứu sử dụng khí tổng hợp từ sinh khối cho động cơ diesel phát điện cỡ nhỏ

Ngành:

Cơ khí động lực, Năng lượng

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu sử dụng khí tổng hợp từ sinh khối cho động cơ diesel phát điện cỡ nhỏ" giải quyết nhu cầu cấp thiết về nguồn năng lượng sạch, rẻ, và dồi dào tại Việt Nam, nhằm thay thế nhiên liệu hóa thạch và tận dụng sinh khối từ phụ phẩm nông lâm nghiệp. Đề tài tập trung vào việc đánh giá khả năng sử dụng syngas làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel - máy phát điện cỡ nhỏ, đồng thời phân tích ảnh hưởng của việc sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ. Đối tượng nghiên cứu chính là động cơ Mitsubishi S3L2.

Nghiên cứu áp dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng lý thuyết (sử dụng phần mềm CFD Fluent và AVL-Boost) và thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Hệ thống Năng lượng nhiệt và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Các kết quả mô phỏng được kiểm chứng bằng thực nghiệm để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

Các phát hiện chính cho thấy syngas có tiềm năng lớn trong việc thay thế nhiên liệu diesel truyền thống. Khi sử dụng lượng syngas thay thế thấp (2.1-3.4 g/s), mức tiêu thụ diesel có thể giảm 12-20% trong khi công suất động cơ vẫn duy trì đến 90% tải. Với lượng syngas cao hơn (5.1-6.9 g/s), mức giảm diesel đạt 33-50%, nhưng công suất duy trì giảm xuống còn 80% và 60% tải tương ứng. Về phát thải, NOx có xu hướng giảm đáng kể (8-90%) khi tăng lưu lượng syngas, trong khi CO và CO2 có xu hướng tăng. Phát thải HC và khói đen có xu hướng biến đổi phức tạp tùy thuộc vào chế độ tải và lượng syngas thay thế. Luận án cũng đề xuất góc phun sớm tối ưu cho động cơ Mitsubishi S3L2 là 10 độ trục khuỷu để đạt hiệu quả công suất chỉ thị. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi của việc sử dụng syngas từ sinh khối, góp phần giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, giảm ô nhiễm môi trường và cung cấp điện cho các vùng sâu, vùng xa.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

• i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

  • *) Mục đích nghiên cứu
  • *) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• ii. Phương pháp nghiên cứu

• iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

• iv. Tính mới của Luận án

• V. Các nội dung chính trong đề tài

  • CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

    • 1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học
      • 1.1.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu sinh học
      • 1.1.2. Chiến lược phát triển sử dụng NLSH ở Việt Nam
    • 1.2. Khái quát chung, ưu, nhược điểm của syngas
      • 1.2.1. Khái quát chung về syngas
      • 1.2.2. Tính chất lý hóa của syngas
      • 1.2.3. Ưu, nhược điểm của syngas
    • 1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu sản xuất syngas từ sinh khối
      • 1.3.1. Nghiên cứu sản xuất syngas trên thế giới
      • 1.3.2. Nghiên cứu sản xuất syngas tại Việt Nam
    • 1.4. Tình hình nghiên cứu sử dụng syngas cho ĐCĐT
      • 1.4.1. Trên thế giới
        • 1.4.1.1. Sử dụng syngas cho động cơ xăng
        • 1.4.1.2. Sử dụng syngas cho động cơ diesel
      • 1.4.2. Tại Việt Nam
    • 1.5. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
    • 1.6. Kết luận chương 1

  • CHƯƠNG 2. HÌNH THÀNH HỖN HỢP VÀ CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ LƯỠNG NHIÊN LIỆU DIESEL/SYNGAS

    • 2.1. Đặc điểm quá trình cháy của lưỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động cơ diesel
    • 2.2. Cơ chế hình thành hỗn hợp và cháy khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động cơ diesel
      • 2.2.1. Quá trình hình thành hỗn hợp
      • 2.2.2. Quá trình cháy
    • 2.3. Cơ sở tính toán quá trình cấp syngas
      • 2.3.1. Yêu cầu của quá trình cấp syngas trên đường nạp động cơ
      • 2.3.2. Cơ sở lý thuyết phần mềm mô phỏng CFD Fluent
    • 2.4. Cơ sở lý thuyết tính toán quá trình cháy lưỡng nhiên liệu diesel/syngas cho động cơ diesel
      • 2.4.1. Cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình cháy
      • 2.4.2. Quy luật cháy và mô hình cháy
      • 2.4.3. Mô hình tính toán các thành phần phát thải
      • 2.4.4. Kết luận chương 2

  • CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG CUNG CẤP SYNGAS VÀ CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ MITSUBISHI S3L2 SỬ DỤNG DIESEL/SYNGAS

    • 3.1. Giới thiệu chung
    • 3.2. Đối tượng nghiên cứu mô phỏng
    • 3.3. Chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas
      • 3.3.1. Động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu
      • 3.3.2. Cơ sở tính toán đường ống cấp syngas trên đường nạp của động cơ
    • 3.4. Nghiên cứu mô phỏng quá trình cháy của động cơ diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/syngas
      • 3.4.1. Nghiên cứu mô phỏng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel/syngas
      • 3.4.2. Trình tự tính toán mô phỏng
        • 3.4.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của lượng syngas thay thế
        • 3.4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm
        • 3.4.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu diesel
        • 3.4.2.4. Đánh giá ảnh hưởng của thành phần syngas
      • 3.4.3. Kết quả và thảo luận
        • 3.4.3.1. Kết quả ảnh hưởng của lượng syngas thay thế
        • 3.4.3.2. Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của góc phun sớm
        • 3.4.3.3. Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu diesel
        • 3.4.3.4. Kết quả mô phỏng đánh giá ảnh hưởng của thành phân syngas
    • 3.5. Kết luận Chương 3

  • CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

    • 4.1. Mục tiêu và phạm vi thực nghiệm
      • a) Mục tiêu thực nghiệm
      • b) Phạm vi thực nghiệm
      • c) Vị trí thực nghiệm
    • 4.2. Thiết bị và chế độ thực nghiệm
      • 4.2.1. Động cơ thực nghiệm
      • 4.2.2. Máy phát điện DT12-MS
      • 4.2.3. Nhiên liệu thực nghiệm
      • 4.2.4. Sơ đồ hệ thống thực nghiệm
      • 4.2.5. Thiết kế và chế tạo đường cấp syngas trên đường nạp động cơ
      • 4.2.6. Thiết kế và chế tạo đường ống xả cho động cơ và lắp đặt các đầu cảm biến
      • 4.2.7. Thiết bị phân tích phát thải khí
      • 4.2.8. Bộ điều khiển tải và bộ nhiệt điện trở
      • 4.2.9. Thiết bị đo công suất điện
      • 4.2.10. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu diesel
      • 4.2.11. Các thiết bị đo khác
      • 4.2.12. Chế độ thực nghiệm
    • 4.3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận
      • 4.3.1. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas đến hệ số dư lượng không khí
      • 4.3.2. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas đến công suất động cơ
      • 4.3.3. Ảnh hưởng của lưu lượng syngas đến tính năng kinh tế
      • 4.3.4. Đánh giá về thành phần khí thải của động cơ
      • 4.3.5. Lượng diesel thay thế ứng với các lưu lượng syngas khác nhau
    • 4.4. So sánh kết quả tính toán mô phỏng với kết quả thực nghiệm
    • 4.5. Kết luận chương 4

  • KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

    • Kết luận chung
    • Hướng phát triển của đề tài