Сегодня нашей компанией уже поставлены и работают в Приморье десятки установок для приготовления водномазутных эмульсий (УПВМЭ). Установки типа УПВМЭ – это аппараты нового поколения, последнее слово в области энергосберегающих технологий. В ряде случаев их использование – это способ решения экологических и социальных проблем.
О новых возможностях уменьшения выброса экологически вредных продуктов сгорания
Настоящее изобретение относится к областям гидроударного способа получения кавитационных явлений, эмульгирования жидкостей, создания топливно-водных эмульсий в качестве жидкого топлива.
Потребность во взаимном перемешивании двух несмешивающихся жидкостей (а это, как правило, разнополярные жидкости) в последнее время появилась в области медицины, парфюмерии, энергетики и других. Например, в области энергетики применение эмульсии топливо-вода в топках котлов позволяет существенно повысить полноту сгорания топлива. При этом, чем меньше частиц в системе топливо-вода, тем выше полнота сгорания топлива. В таких системах на границе раздела капель полярной жидкости от неполярной жидкости происходит уменьшение поверхностного натяжения полярной жидкости, что позволяет при дроблении значительно уменьшить размер частиц в эмульсии, а значит существенно увеличить поверхность испарения топлива.
Вероятность дробления капель взаимно нерастворимых жидкостей определяется в зависимости от числа We – критерия Вебера (см., например, И.Л. Повх Техническая гидромеханика. Издательство «Машиностроение», Ленинград, 1969 г., стр. 263, 110-111):
We = p • v2 • d/а Где:
р – плотность сталкивающейся частицы жидкости,
v – скорость частицы относительно другой с которой сталкивается,
d – диаметр сталкивающейся частицы,
а – межфазное поверхностное натяжение.
Как следует из критерия Вебера, для дробления капель взаимно не растворяющихся жидкостей необходимо их сталкивать. Сталкивать эти капли можно разогнанной до определенной скорости, твердой поверхностью, как это происходит, например, в ультразвуковых аппаратах, где поверхности твердого тела придают ультразвуковые колебания определенной амплитуды, с которой и сталкиваются перемешиваемые жидкости. Можно просто столкнуть две или более струи жидкости, разогнанные навстречу друг к другу. Такой процесс наблюдается, например, при схлопывании кавитационного пузыря в жидкости. Поэтому в существующих аппаратах гидроударного действия две несмешивающиеся жидкости предварительно перемешиваются, разгоняются до больших скоростей и резко затормаживаются до образования гидроудара. Такой принцип действия заложен в роторных аппаратах с модуляцией потока жидкой среды путем изменения площади проходного сечения каналов. В этом случае возникают импульсы гидроударного давления жидкости от насоса, в поле которых развивается импульсная кавитация с импульсами давления, уже в сотни и тысячи раз превышающими перепад давления жидкости на модуляторе.
Для создания водно-топливных эмульсий нашей фирмой разработаны промышленные установки ИСУ-7, ИСУ-15. На этих установках получена водно-мазутная эмульсия с содержанием воды до 48% и диаметром водяных частиц менее 1 мкм. Нами проводятся работы и по созданию аппаратов для получения водных эмульсий дизельного топлива, бензина и др. Кроме того, проводятся работы по созданию малогабаритных эмульгаторов для установки на транспортных средствах – так называемый подкапотный эмульгатор. Подкапотным он назван потому, что без конструктивной доработки двигателя его можно будет установить на любое транспортное средство, в том числе на корабли и тепловозы.
Возможность уменьшения размера частиц топлива, а значит и существенное увеличение поверхности испарения топлива путем распыления водно-топливной эмульсии, в открытой печати не рассматривалась. Поэтому для нас представла интерес экспериментальная проверка особенности горения водно-мазутной эмульсии в топках паровых котлов. Увеличение степени распыления водно-мазутной эмульсии автоматически приводило бы к увеличению полноты сгорания мазутного топлива в топках паровых котлов. Экспериментальные работы проводились в котлах и форсунках различных типов. Содержание воды в водно-мазутной эмульсии составляло
10-38%, перепад давления на форсунке поддерживался равным 10,5-25 кгс/см в кв.
Проведенные эксперименты показали следующее.
- Измерения расходов мазута и водно-мазутной эмульсии при одной и той же теплопроизводительности котла показали, что с водно-мазутной эмульсией мазута расходуется на 12-25% меньше, чем при сжигании чистого мазута.
- Коэффициент избытка воздуха за котлом при максимальной производительности котла составил для мазута 1,51 и для водно-мазутной эмульсии 1,33.
- Оптимальная температура эмульсии перед впрыском составляет 90-100° С.
- Визуально выброс сажи через трубку котла не наблюдался, при этом содержание СО снизилось в 23,4 раза, диоксида серы в 2,8 раза, а окислов азота Nox – в 4,3 раза. Замеры проводились специализированной лабораторией аналитического контроля по Уральскому региону Челябинского филиала Федерального Государственного учреждения.
- На внутренних поверхностях котла и амбразуры шлакования не установлено, отсутствовали отложения и на трубах.
Результаты экспериментов однозначно подтверждают существенное увеличение площади испарения капель топлива в топке котла за счет распыления водно-мазутной эмульсии, приготовленной установкой ИСУ-7. Подтверждением этого являются, прежде всего, возрастание полноты сгорания топлива, увеличение эффективности перемешивания паров топлива с воздухом (о чем свидетельствует уменьшение коэффициента «а» до величины, равной 1,33).
Таким образом, применение топливно-водных эмульсий меняет традиционное представление о процессах, происходящих в топке или в камере сгорания двигателя, позволяет иначе оценить роль воды, ее влияние на процессы горения. Многим еще предстоит понять, что в составе эмульсии вода, равномерно распределенная по всему объему, оказывает совершенно другое воздействие, нежели просто вода как однородное вещество в своем нормальном физическом состоянии.
Мутаев Александр Александрович
Для получения контактных данных
(email, телефон и адрес),
зарегистрируйтесь