Yêu cầu mới về hệ thống làm mát cho máy phát điện lai HVO/diesel sinh học

Việc chuyển một bộ máy phát điện sang sử dụng dầu diesel sinh học gốc HVO, FAME hoặc hỗn hợp cả hai loại này thường được mô tả là một quá trình chuyển đổi "thả vào" đơn giản. Đối với hệ thống nhiên liệu, mô tả đó phần lớn là chính xác. Đối với hệ thống làm mát thì điều đó chỉ đúng một phần. Hoạt động sử dụng nhiên liệu sinh học đưa ra một loạt các cân nhắc cụ thể về khả năng tương thích nhiệt, hóa học và vật liệu - nếu bị bỏ qua - có thể làm giảm tuổi thọ sử dụng của bộ tản nhiệt, ảnh hưởng đến hiệu suất của chất làm mát và tạo ra các hiện tượng quá nhiệt không mong muốn vào thời điểm tồi tệ nhất có thể.

HVO và Diesel sinh học thay đổi đặc tính nhiệt của động cơ như thế nào

HVO (Dầu thực vật được xử lý bằng hydro) và dầu diesel thông thường có cấu trúc hydrocarbon rất giống nhau. Về mặt thực tiễn, một máy phát điện chạy bằng 100% HVO tạo ra tải thải nhiệt trong khoảng 2–3% so với mức cơ sở diesel của nó - sự khác biệt quá nhỏ để yêu cầu thay đổi kích thước bộ tản nhiệt trong hầu hết các cài đặt. Lý do chính là mật độ năng lượng của HVO thấp hơn một chút (khoảng 34,4 MJ/L so với 35,7 MJ/L đối với động cơ diesel), khiến mức tiêu thụ nhiên liệu trên mỗi kWh được tạo ra tăng nhẹ và do đó tổng lượng nhiệt thải ra mạch làm mát tăng nhẹ.

Dầu diesel sinh học gốc FAME (Fatty Acid Methyl Ester) hoạt động khác. Cấu trúc phân tử chứa oxy của nó làm thay đổi đặc tính đốt cháy theo những cách quan trọng đối với các kỹ sư hệ thống làm mát:

• Nhiệt độ đốt cao hơn ở mức tải trung bình: Hàm lượng oxy trong các phân tử FAME hỗ trợ quá trình đốt cháy hoàn toàn hơn, có thể làm tăng nhiệt độ đỉnh trong xi-lanh và chuyển một phần nhiệt lớn hơn vào mạch làm mát thay vì dòng khí thải.
• Tăng mức tiêu thụ nhiên liệu ở hỗn hợp FAME cao: Hỗn hợp B20 (20% FAME) thường làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu từ 1–2%. B100 có thể tăng từ 8–12%, tỷ lệ thuận với tải thải nhiệt bổ sung đặt lên bộ tản nhiệt.
• Sự mất ổn định của tỷ lệ pha trộn trong hoạt động lai: Các máy phát điện chạy bằng hỗn hợp HVO/FAME có thể thay đổi - trong đó tỷ lệ pha trộn thay đổi giữa các lần cung cấp nhiên liệu - sẽ chịu tải nhiệt dao động. Bộ tản nhiệt có công suất cố định có kích thước dành cho động cơ diesel có thể hoạt động gần với mức lợi nhuận của chúng hơn những gì người vận hành nhận ra.

Kết luận thực tế: Hoạt động chỉ với HVO không yêu cầu thay đổi kích thước hệ thống làm mát. FAME pha trộn trên B20, đặc biệt là trong các ứng dụng năng lượng chính chạy ở mức tải cao liên tục, đảm bảo tính toán lại lượng thải nhiệt chính thức trước khi thực hiện chuyển đổi nhiên liệu.

Khả năng tương thích chất làm mát: Những thay đổi khi vận hành nhiên liệu sinh học

Bản thân chất làm mát là khía cạnh thường bị bỏ qua nhất trong quá trình chuyển đổi nhiên liệu sinh học. Hầu hết các máy phát điện đều được xuất xưởng từ nhà máy chứa đầy chất làm mát công nghệ phụ gia vô cơ thông thường (IAT), sử dụng chất ức chế silicat và phốt phát để bảo vệ bề mặt kim loại. Những chất ức chế này được thiết kế cho quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa học diesel - và chúng tương tác kém với ô nhiễm dầu diesel sinh học FAME.

Dầu diesel sinh học FAME có tính hút ẩm: nó hấp thụ độ ẩm từ khí quyển trong quá trình bảo quản và vận hành. Trong động cơ có bất kỳ đường dẫn đốt cháy nào đến mạch làm mát, một lượng nhỏ các sản phẩm oxy hóa FAME - chủ yếu là axit hữu cơ chuỗi ngắn - có thể đi vào chất làm mát. Các axit này đẩy nhanh quá trình cạn kiệt chất ức chế silicat, làm giảm độ pH của chất làm mát và biến chất lỏng bảo vệ thành chất ăn mòn nhẹ.

Đối với bất kỳ máy phát điện nào hoạt động trên hỗn hợp FAME trên B10, hãy nâng cấp thông số chất làm mát lên OAT (Công nghệ axit hữu cơ) hoặc HOAT (OAT lai) trước khi thực hiện chuyển đổi nhiên liệu. Chất làm mát OAT sử dụng chất ức chế carboxylate có khả năng chống ô nhiễm axit hữu cơ về mặt hóa học, duy trì độ pH ổn định trong nhiều điều kiện hơn và mang lại khả năng bảo vệ lâu dài vượt trội cho các bề mặt trao đổi nhiệt bằng nhôm. Họ cũng kéo dài khoảng thời gian bảo trì từ chu kỳ IAT 2 năm thông thường lên 4–5 năm, giảm chi phí bảo trì.

Đối với hoạt động chỉ sử dụng HVO, thông số kỹ thuật chất làm mát hiện tại nhìn chung là đầy đủ, nhưng quá trình chuyển đổi là cơ hội tốt để xác minh tình trạng chất làm mát - kiểm tra độ pH, nồng độ chất ức chế và điểm đóng băng - và thay thế nếu chất lỏng đã hơn hai năm.

Lựa chọn vật liệu tản nhiệt cho môi trường nhiên liệu sinh học

Không phải tất cả vật liệu lõi tản nhiệt đều phản ứng như nhau với các điều kiện vận hành nhiên liệu sinh học. Sự khác biệt quan trọng nhất khi dầu diesel sinh học FAME là một phần của hỗn hợp nhiên liệu.

Lõi tản nhiệt bằng đồng-đồng truyền thống sử dụng chất hàn mềm (hợp kim thiếc-chì) để nối ống với đầu cắm. Quá trình đốt cháy FAME tạo ra một lượng nhỏ axit formic và axit axetic dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa. Sau hàng nghìn giờ hoạt động, các hợp chất này — thậm chí ở nồng độ rất nhỏ trong chất làm mát — có thể tấn công các mối hàn mềm, gây ra sự thoái hóa dần dần của mối nối và cuối cùng là rò rỉ chất làm mát ở các đường nối giữa ống với đầu ống. Chế độ lỗi này diễn ra chậm và thường không bị phát hiện cho đến khi xuất hiện rò rỉ rõ ràng.

Cấu trúc lõi hàn hoàn toàn bằng nhôm là lựa chọn vật liệu ưu tiên cho máy phát điện chạy bằng nhiên liệu chứa FAME. Các mối nối hàn nhôm sử dụng hợp kim nhôm-silicon có khả năng kháng hóa học với môi trường axit hữu cơ liên quan đến hoạt động diesel sinh học. Lõi nhôm cũng mang lại tỷ lệ cường độ trên trọng lượng tốt hơn và độ dẫn nhiệt vượt trội so với các thiết kế đồng-đồng ở thể tích lõi tương đương. Đối với các cơ sở lập kế hoạch chiến lược nhiên liệu sinh học dài hạn, chỉ định một bộ tản nhiệt máy phát điện hoàn toàn bằng nhôm ngay từ đầu đã loại bỏ hoàn toàn nguy cơ ăn mòn mối hàn.

Đối với các máy phát điện có bộ tản nhiệt lai nhôm-nhựa hiện có - trong đó lõi nhôm được kết hợp với các thùng chứa cuối bằng polyme - mối quan tâm hàng đầu chuyển sang vật liệu đệm từ thùng đến lõi và vòng chữ O. Phớt EPDM tiêu chuẩn tương thích với cả HVO và FAME. Tuy nhiên, gioăng cao su tổng hợp hoặc nitrile có thể phồng lên và mềm ra khi tiếp xúc với hỗn hợp có hàm lượng FAME cao trong thời gian dài. Trước khi cam kết sử dụng hỗn hợp B20 hoặc cao hơn trên bộ tản nhiệt bằng nhôm-nhựa, hãy xác minh thông số kỹ thuật vật liệu bịt kín với nhà sản xuất bộ tản nhiệt. Để biết thông tin chi tiết về kết cấu nhôm-nhựa và đặc tính ăn mòn của nó trong các môi trường nhiên liệu khác nhau, hãy tham khảo tài liệu của chúng tôi. hướng dẫn ăn mòn tản nhiệt nhôm-nhựa .

Kích thước loại bỏ nhiệt: Bạn có cần bộ tản nhiệt lớn hơn không?

Đây là câu hỏi mà hầu hết các nhà khai thác đều hỏi đầu tiên và câu trả lời phụ thuộc hoàn toàn vào loại nhiên liệu, tỷ lệ pha trộn và đặc tính tải vận hành.

Ngưỡng thay đổi kích thước không chỉ đơn giản là tải trung bình — mà còn là tải tối đa được duy trì liên tục. Một máy phát điện chạy ở mức tải trung bình 70% thỉnh thoảng tăng vọt đến công suất định mức tối đa có thể hoạt động an toàn trên B20 với bộ tản nhiệt hiện có của nó. Cùng một thiết bị đóng vai trò nguồn điện chính liên tục ở mức tải 85–100% sẽ có biên nhiệt hẹp hơn và lượng nhiệt thải bổ sung từ hỗn hợp B20 có thể đẩy nhiệt độ chất làm mát vào vùng cảnh báo vào những ngày xung quanh nóng.

Đối với các hệ thống lắp đặt nguồn điện chính có kế hoạch vận hành bằng hỗn hợp FAME trên B20, phép tính nhiệt chuyên dụng sử dụng dữ liệu thải nhiệt của nhà sản xuất động cơ ở thông số kỹ thuật nhiên liệu mục tiêu là phương pháp đáng tin cậy duy nhất. Xây dựng có mục đích bộ tản nhiệt máy phát điện chính được thiết kế với độ sâu lõi cao hơn và mật độ vây tăng lên để xử lý chính xác các tải thải nhiệt hoạt động liên tục nâng cao này.

Danh sách kiểm tra thích ứng thực tế cho các máy phát điện hiện có

Trước khi đưa thùng chứa HVO hoặc hỗn hợp diesel sinh học đầu tiên vào sử dụng, hãy thực hiện các bước sau để xác nhận hệ thống làm mát đã sẵn sàng:

1. Xác định vật liệu lõi tản nhiệt của bạn. Các lõi đồng-đồng có mối hàn mềm phải được kiểm tra xem có bị ăn mòn hay không và xem xét thay thế nếu máy phát điện chạy lâu dài trên hỗn hợp FAME trên B10. Lõi hàn hoàn toàn bằng nhôm không cần sửa đổi.
2. Kiểm tra vật liệu con dấu và miếng đệm. Kiểm tra các vòng bịt kín của bình chứa cuối bộ tản nhiệt và tất cả các kết nối ống nước làm mát. Thay thế mọi thành phần cao su tổng hợp hoặc nitrile bằng chất tương đương EPDM trước khi chuyển sang nhiên liệu chứa FAME.
3. Nâng cấp thông số kỹ thuật chất làm mát nếu cần. Xả và xả chất làm mát hiện có nếu chuyển từ IAT sang OAT/HOAT. Đừng chỉ bổ sung thêm - việc trộn các chất ức chế có thể gây ra hiện tượng thải chất ức chế và hình thành bùn.
4. Tính toán lại lượng nhiệt thải ra nếu sử dụng hỗn hợp B20 hoặc cao hơn. Sử dụng số liệu thải nhiệt trong bảng dữ liệu động cơ được điều chỉnh để phù hợp với mật độ năng lượng thấp hơn của nhiên liệu và mức tiêu thụ nhiên liệu cao hơn. So sánh kết quả với công suất làm mát định mức của bộ tản nhiệt ở nhiệt độ môi trường tối đa.
5. Giám sát chặt chẽ trong 250 giờ hoạt động đầu tiên. Sau khi thay nhiên liệu, hãy theo dõi nhiệt độ chất làm mát ở mức đầy tải, kiểm tra xem có vết rò rỉ mới nào ở các khớp nối bộ tản nhiệt và các đầu nối ống mềm hay không, đồng thời kiểm tra lại độ pH của chất làm mát ở mốc 250 giờ. Cửa sổ giám sát ban đầu này phát hiện phần lớn các vấn đề tương thích trước khi chúng phát triển thành lỗi nghiêm trọng.