АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЇ ПРИГОТУВАННЯ ВОДО ПАЛИВНОЇ ЕМУЛЬСІЇ ТА ЇЇ ВИКОРИСТАННЯ ДЛЯ СУДНОВИХ ДИЗЕЛІВ ТА КОТЕЛЬНИХ АГРЕГАТІВ - Наукові конференції

Вас вітає Інтернет конференція!

Вітаємо на нашому сайті

Рік заснування видання - 2011

АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЇ ПРИГОТУВАННЯ ВОДО ПАЛИВНОЇ ЕМУЛЬСІЇ ТА ЇЇ ВИКОРИСТАННЯ ДЛЯ СУДНОВИХ ДИЗЕЛІВ ТА КОТЕЛЬНИХ АГРЕГАТІВ

03.09.2021 19:32

[3. Технічні науки]

Автор: Липенков І.В., старший викладач, кафедра інженерних дисциплін, Дунайський інститут Національного університету «Одеська морська академія»


Процеси, що відбуваються в циліндрі дизеля при роботі на водопаливної емульсії (ВПЕ), до кінця не вивчені. На цей рахунок існує кілька робочих гіпотез.

Гіпотеза мікровибуху була запропонована В.М. Івановим, розвинена О.Н. Лебедєвим, В.Н. Марченко та ін. Суть того, що відбувається полягає в тому, що при нагріванні краплі палива з вкрапленням води через їх різної теплоємності вода прогрівається швидше і закипає, пари що утворилися розривають краплю палива і відбувається мікровибух. Подібний механізм випаровування палива в струмені або факелі збільшує дисперсність струменя за рахунок додаткового дроблення крапель палива. Прогрів крапель обводненого палива в камері згорання дизеля відбувається при тиску (4 … 7) МПа. Такий тиск є за критичним для дизельних палив. Критичний тиск кипіння рідких вуглеводнів становить (1,5 … 2,5) МПа, значить, крапля палива буде прогріватися до критичної температури без випаровування, після чого вона миттєво розпадається. На відміну від палива вода має критичний тиск 8 МПа, тому в умовах камери згорання вона буде випаровуватися монотонно в міру прогріву. Отже, всередині краплі палива при випаровуванні води тиск буде рости до значення, що перевищує сили поверхневого натягу, після чого крапля палива розривається.

Гіпотеза каталітичного впливу води на механізм займання і горіння палива розроблена рядом авторів. За цією гіпотезою підвищений вміст парів води в горючій суміші і в продуктах згорання позитивно впливає на процес і швидкість поширення полум’я в циліндрі дизеля. У збезводненої суміші вигорання окису вуглецю практично не відбувається, але при підвищенні вологості в 1 % відбувається майже повне її вигорання. У полум’ї при високій температурі вода діє як каталізатор і частково розкладається на водень, кисень і гідроксильну групу. Механізм каталітичної дії води можна представити в наступному вигляді. Молекули води і кисню мають приблизно однакову резонансну частоту коливання, тобто енергія, що передається однією молекулою, буде легко сприйматися іншою. Крім того, молекула води полярна, а це означає, що присутність води буде додатково поляризувати середу, де відбувається горіння.

На швидкість протікання реакції окислення істотно впливає орієнтація активних частинок при їх зіткненні. Якщо дві розірвані молекули зіткнуться стороною з зайнятими валентними зв’язками, то об’єднання таких частинок не відбудеться, після зіткнення вони розділяться. Якщо вони зіткнуться стороною з відкритими зв’язками, то відбудеться об’єднання. Припустимо, що в полум’ї всі частки (активні радикали) орієнтовані хаотично. Очевидно, роль води в полум’ї полягає в тому, що полярна молекула H₂O сприяє поліпшенню орієнтації розірваних або порушених молекул вуглеводнів. Це істотно прискорює процес окислення. Експериментально встановлено, що присутність водяної пари прискорює процес горіння від (3 … 4) раз до (5 … 6) раз.

Крім каталітичної дії вода впливає на дожигання палива в останньому періоді згорання, тобто на стадії розширення. В період інтенсивного горіння окремі мікрозони розігріті  до температури (3000 … 4000)°С. У них відбувається дисоціація води і окислення азоту. Факт такого окислення підтверджується тим, що в ВГ завжди присутні оксиди азоту, крім цього дисоціація води доведена експериментально. У циліндр двигуна разом з робочим тілом вводилася важка вода H₂O¹⁸ . При аналізі ВГ спостерігалося виділення до 45 % ізотопу кисню в з’єднанні з вуглецем у вигляді СО₂¹⁸, що походив із-за дисоціації води і її вступу в реакцію з вуглеводнями. Отже, в перший період горіння, коли температура полум’я висока, частина води дисоціює. У другий період горіння підвищена концентрація активних радикалів сприяє доокісленню осколків молекул вуглеводнів.

Використання гомогенизированной ВПЕ в котлоагрегатах, також як і в ДВС, дозволяє підвищити ступінь згорання палива, заощадити мазут і зменшити шкідливі викиди NOₓ і СОₓ в атмосферу при їх спалюванні. Механізм цього ефекту полягає в наступному. Мазут, надходячи в пальник, розпорошується форсункою, при цьому дисперсність мазуту становить порядку (0,1 … 1) мм. Якщо в такий краплі палива перебувають включення більше дрібних крапель води (з дисперсністю близько 1 мкм), то при нагріванні відбувається їх кипіння з утворенням водяної пари. У високотемпературної зоні камери згорання крапля емульсії вибухає і відбувається вторинне диспергування палива.

В результаті таких мікровибухів в топці виникають вогнища турбулентних пульсацій і збільшується число елементарних крапель палива, завдяки чому факел збільшується в об’ємі і більш рівномірно заповнює топкову камеру, що призводить до вирівнювання температурного поля топки зі зменшенням локальних максимальних температур і збільшенням середньої температури в топці. Крім цього, істотно знижується недопал палива, що дозволяє знизити кількість повітря, що подається і зменшити пов’язані з ним тепловтрати. Також важливо помітити, що при спалюванні ВПЕ для живлення котлів, при якому досягається найбільший економічний ефект і одночасне зниження токсичних складових у ВГ, становить (10 … 40)%.

Можливість зниження кількості повітря, що подається при спалюванні ВПЕ вельми важлива, оскільки ККД котельного агрегату при зменшенні коефіцієнта надлишку повітря на 0,1% збільшується на 1 %. Час перебування крапель в реакційному обсязі топки зростає за рахунок подовження їх траєкторії в процесі турбулентного перемішування, збільшується питома реакційна поверхня крапель палива. Швидкість згорання палива в вигляді дрібних крапель збільшується і супроводжується виділенням меншої кількості твердих продуктів, ніж у великих крапель мазуту, руйнуються смолисто-асфальтенові структури.

Що знаходиться в складі палива водна фаза може бути частково дисоціована в ході окислення палива в передпламенних процесах. Потім, у міру підвищення температури у фазі активного згорання, реакція дисоціації води прискорюється. Утворений при дисоціації надлишок атомів водню швидко дифундує в область з надлишком кисню, де їх реакція компенсує витрати енергії на дисоціацію води. Участь в реакції горіння додаткової кількості водню призводить до збільшення кількості продуктів згорання. Молекули води прискорюють хід реакцій в окисних процесах і суттєво покращують орієнтацію частинок активних радикалів палива, внаслідок виникнення полярного ефекту.

Ще одним важливим фактором, що характеризує ефективність використання ВПЕ, є підвищення ефективності і довговічності топкового обладнання. За деякими даними перевитрата палива через забруднення поверхонь нагріву в котлах Сажістими  і коксовими частинками може перевищити (30 … 35)%. При спалюванні емульсії частина крапель долітає до поверхонь нагріву і вибухає на них, що сприяє не тільки запобіганню відкладень, а й очищення цих поверхонь від старих сажістих утворень.

Однією з серйозних проблем, що виникають при спалюванні топкового мазуту, є великий вміст в них сірки. Сполуки сірки несуться з ВГ, забруднюючи атмосферу. Для запобігання цьому використовують присадки, що дозволяють пов’язати сірку. Введення цих присадок здійснюють в димові гази або в мазут. Оскільки велика частина присадок водорозчинні, то додавання в воду недорогих компонентів в кількості 1 кг/1т мазуту дозволяє найбільш простим шляхом пов’язувати сірку і використовувати низькоякісні мазути.

Список літератури:

1. Регістр судноплавства України,2002. Видавництво УДМТУ. 54002, м. Миколаїв,   вул. Скороходова, 5.

2. Б. М. Іванов, М.О. Колегаєв, Ю.І. Касилов, О.І. Іванов. Основи охорони праці на морському транспорті : Підручник для студентів вищих начальних закладів. /Керівник авторського колективу – Б.М. Іванов – Одеса : КОМПАС, 2003. – 416с. 

3. Половинка Е.М. Розрахунки судових дизелів. Начальний посібник. – Одеса : ОНМА, 2007, 132с.

4. Колегвєв М.О., Іванов Б.М., Басанець М.Г. піл редакцією В.В. Пономаренка. Безпека життєдіяльності і виживання на морі : навч. посібн./Одеська нац.. морська академія. – Одеса, 2007. – 352с.

5. Ржепецький К.Л., сударева Е.А. Р48 Судові двигуни внутрішнього згорання : Підручник. – Л.: Суднобудування, 1984 – 168 с., іл.

6. Двигуни внутрішнього згорання морських судов. В. И. Самсонов., Н.И. Худов.

7. Правила технічної експлуатації судових техничних засобів. РД 31.21.30-83.-М:В/О «Моптехінформреклама», 1984.-388с.

8. InternationalJournaljfAutomotsveTechnology, Theeffectsofegrandsplstfuelsnjectsjnjndseselengsneemission Vol.2, No.4, pp. 123-133(2001)

9. FromEngsneSelectionGuideTwo – Stroke MC/MC-C Engsnes, Internet address www. Manbw.dk under’Lsbraries’.

10. Manual MAN B&W – Operation, maintanence, broken, damage.

11. SOLAS - 74



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Конференції

Конференції 2022

Конференції 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення