Đánh giá ảnh hưởng của việc tuần hoàn khí thải (EGR) đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel tàu thủy 6S185L-ST

Đối với động cơ diesel tàu thủy việc áp dụng các giải pháp làm giảm mức phát thải NOx có trong khí thải của động cơ nhằm đáp ứng các yêu cầu được quy định trong phụ lục VI Công ước MARPOL 73/78 đang là yêu cầu bức thiết hiện nay. Có nhiều cách để giảm mức phát thải NOx ngay tại nguồn phát sinh như: giảm góc phun sớm, tuần hoàn khí thải, phun nước vào xy lanh,... Bài báo trình bày kết quả đánh giá ảnh hưởng của việc tuần hoàn khí thải đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel tàu thủy 6S185L-ST thông qua mô hình mô phỏng chu trình công tác được xây dựng trong phần mềm chuyên dụng AVL-Boost.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá ảnh hưởng của việc tuần hoàn khí thải (EGR) đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel tàu thủy 6S185L-ST THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Đánh giá ảnh hưởng của việc tuần hoàn khí thải (EGR) đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel tàu thủy 6S185L-ST Assessment on the impact of exhaust gas recirculation (EGR) on economic, energy and environment criteria of marine diesel engine 6S185L-ST Vũ Ngọc Khiêm Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, khiemvungoc@gmail.com Tóm tắt Đối với động cơ diesel tàu thủy việc áp dụng các giải pháp làm giảm mức phát thải NOx có trong khí thải của động cơ nhằm đáp ứng các yêu cầu được quy định trong phụ lục VI Công ước MARPOL 73/78 đang là yêu cầu bức thiết hiện nay. Có nhiều cách để giảm mức phát thải NOx ngay tại nguồn phát sinh như: giảm góc phun sớm, tuần hoàn khí thải, phun nước vào xy lanh,... Bài báo trình bày kết quả đánh giá ảnh hưởng của việc tuần hoàn khí thải đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel tàu thủy 6S185L-ST thông qua mô hình mô phỏng chu trình công tác được xây dựng trong phần mềm chuyên dụng AVL-Boost. Từ khóa: Tuần hoàn khí thải, tỷ lệ EGR, chu trình công tác, mức phát thải NOx, động cơ diesel 6S185L-ST. Abstract For marine diesel engines, applying solutions NOx emission in the exhaust gas of the engine to meet the requirements set forth in Annex VI of MARPOL 73/78 are required. There are several methods to reduce NOx emission at source including: reducing early spray angle, recirculating exhaust gas, spraying water into the cylinder. This paper presents assessment on the impact of EGR on economic, energy and environment criteria by specialized software AVL-Boost. Keywords: Exhaust gas recirculation, EGR rate, NOx Emissions, diesel engine 6S185L-ST. 1. Đặt vấn đề Nhằm kiểm soát tốt khí xả từ tàu trong hoạt động hàng hải trên toàn thế giới ở mức độ cho phép, tháng 9/1997, Tổ chức Hàng hải Quốc tế IMO đã bổ sung vào Công ước MARPOL 73/78 Phụ lục VI - Các quy định về ngăn ngừa ô nhiễm không khí do tàu gây ra và bắt đầu có hiệu lực từ ngày 19/05/2005. Mục đích của Phụ lục VI là kiểm soát việc phát thải các chất làm suy giảm tầng ô zôn, ô xít ni tơ (NOx), ô xít lưu huỳnh (SOx), các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và việc đốt chất thải trên tàu biển [5]. Hiện nay ở Việt Nam, các tàu cỡ vừa và nhỏ chiếm số lượng lớn [11]. Các phương tiện này thường lắp các động cơ diesel thế hệ cũ (hệ thống nhiên liệu truyền thống kiểu Bosch, chưa có bộ xử lý khí xả...) có mức độ phát thải các chất độc hại trong khí xả cao, gây ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên và con người [8]. Trước tình hình trên, rất cần các nhóm giải pháp hiệu quả nhằm xử lý các chất độc hại có trong khí xả của động cơ diesel lắp trên các tàu cỡ vừa và nhỏ. Đối với động cơ diesel có hai nhóm giải pháp xử lý khí thải: xử lý ngay tại nguồn phát sinh (bên trong động cơ) hoặc trên đường thải của động cơ. Một trong những biện pháp hữu hiệu giảm phát thải NOx ngay tại nguồn phát sinh cho động diesel đó là áp dụng phương pháp tuần hoàn khí thải EGR (Exhaust Gas Recirculation). Trên thế giới đã có các công trình nghiên cứu kết hợp giữa việc mô phỏng chu trình công tác của động cơ trên phần mềm chuyên dụng với nghiên cứu thực nghiệm trên bệ thử động cơ. Kết quả đã đánh giá được ảnh hưởng của EGR đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 83 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 động cơ và việc lựa chọn tỷ lệ EGR hợp lý sẽ đáp ứng việc đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động cơ đồng thời thỏa mãn các tiêu chuẩn về môi trường liên quan đến mức phát thải NOx [6, 7, 10]. Nhìn chung việc nghiên cứu và ứng dụng phương pháp tuần hoàn khí thải nhằm xử lý NOx có trong khí xả của động cơ diesel ở Việt Nam còn khá mới mẻ (đặc biệt các công trình nghiên cứu dành cho động cơ diesel lắp trên tàu thủy gần như chưa có). Các động cơ diesel lắp trên tàu thủy có điều kiện và chế độ hoạt động mang đặc thù riêng (nhiên liệu, kết cấu các hệ thống, chế độ làm việc,…). Vì vậy, cần thiết phải có những nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của EGR đến mức phát thải NOx của động cơ diesel lắp trên các tàu thủy. Kết quả của quá trình nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho việc áp dụng giải pháp tuần hoàn khí thải cho các động cơ diesel tàu thủy trước khi nước ta chính thức tham gia Phụ lục VI của Công ước MARPOL 73/78. 2. Đối tượng và phần mềm phục vụ nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu Động cơ 6S185L-ST là động cơ diesel 4 kỳ, 6 xy lanh bố trí một hàng thẳng đứng, không tự đảo chiều, thứ tự làm việc là: 1-5-3-6-2-4, khởi động bằng khí nén, tăng áp bằng tuabin khí thải có làm mát khí tăng áp, hệ thống làm mát cưỡng bức 2 vòng tuần hoàn, bơm nước tuần hoàn kiểu li tâm, cơ cấu phối khí xu páp treo, trục cam đặt trong thân máy và biên dạng cam là loại cam lồi ba cung. Các thông số cơ bản của động cơ 6S185L-ST được trình bày trong bảng 1. Bảng 1. Các thông số cơ bản của động cơ 6S185L-ST STT Thông số/ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Thứ tự công tác 1-3-3-6-2-4 2 Thể tích công tác 37,09 dm3 3 Đường kính xy lanh (D) 185 mm 4 Hành trình piston (S) 230 mm 5 Tỷ số nén () 13.6 6 Công suất định mức Nemax 442 kW 7 Vòng quay ứng với ...