Топливные смеси с водой для котельных и мини-ТЭС/И. Трохин
Опубликовано: 21 февраля 2017 г.
149
Во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) изобрели устройства, с помощью которых можно будет приготавливать водоуглеводородные жидкие топливные смеси для тепло- и электроэнергетических установок. При использовании таких смесей экономятся углеводородные топлива и повышается экологическая эффективность работающего на них оборудования.
Стребков Дмитрий Семенович - доктор технических наук, академик РАСХН, директор Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства
Попадание воды в дизельное топливо или мазут – явление неблагоприятное. Поэтому, как известно, ее допустимое содержание в горючем регламентируется соответствующими нормативными документами в области качества топливной продукции. Однако академик РАН Дмитрий Семенович Стребков и канд. техн. наук Владимир Григорьевич Чирков с коллегами сумели обратить негативное явление в позитивное (рис. 1).
Рис. 1. Спектр патентных документов по тематике приготовления водоуглеводородных топливных смесей
Композиционное жидкое топливо представляет собой смесь углеводородного горючего и воды, соединенных на молекулярном уровне. Это принципиально новый вид жидкого топлива, отличающийся от исходного углеводородного особенностями выгорания и теплообмена. В процессе соединения воды и углеводородов на молекулярном уровне вода становится своеобразным катализатором, улучшающим процесс сгорания топлива в бензиновых либо дизельных двигателях или топочных устройствах котлов.
Технологический комплекс имеет в своем составе: вихревой кавитатор, блок диспергации, центробежные насосы с электрическим приводом, узел смешения, загрузочную и приемную емкости, соединительные трубопроводы с запорной арматурой, контрольно-измерительные приборы, блок управления. Оборудование позволяет потребителю производить недорогие и качественные смесевые (композиционные) топлива (рис. 2) на основе жидких горючих. Реализуется возможность увеличения объема исходного топлива за счет разбавления его водой. Получаемая топливная композиция обладает лучшими характеристиками в отношении полноты сгорания и образования при сгораниии вредных веществ, а ее использование не требует изменения системы подачи топлива и не приводит к ухудшению его распыления. А оборудование для приготовления смесевых жидких топлив может эксплуатироваться принципиально на любых объектах, где осуществляется процесс горения в промышленных масштабах (см. рис. 2).
Рис. 2. Экспресс-информация о водоуглеводородных топливных смесях
Существующие технологии получения углеводородных топлив основываются на реализации высокотемпературного крекинг-процесса с применением катализаторов. Он представляет собой процесс расщепления высших углеводородов на углеводороды с меньшим молекулярным весом, вследствие разрыва углеродных связей этих веществ в газовой фазе. При этом образуются высоколетучие метильные и этильные радикалы, которые не могут использоваться в производных топливах. Технологии являются многостадийными, длительными по времени и характеризуются низким выходом бензиновых фракций.
Снижение потребительских качеств углеводородных жидких топлив также связано с организацией самого процесса их горения в двигателях внутреннего сгорания и топочных устройствах котлов – возникают побочные продукты неполного сгорания и снижается теплота сгорания топлива. Это связано с тем, что процесс горения требует наличия водной фазы для своего инициирования и поддержания свободных радикалов. Вода является практически единственным их источником. Водная фаза забирается из воздуха или содержится в виде примесей в самих топливах. Экспериментально и теоретически доказано, что процесс горения углеводородов без воды не происходит!
Для повышения концентрации ион-радикалов предназначается установка, с помощью которой обеспечивается специальная обработка топлив, называемая активацией. При последней происходит не только увеличение содержания ион-радикалов, но также изменяются свойства исходного жидкого топлива (вязкость, текучесть и прочие). В воде и углеводородах возникают новые фазы вещества, стабилизируемые электростатическими силами от связанных зарядов. В этом случае концентрация свободных радикалов может существенно возрастать, что позволяет реализовать низкотемпературное горение, более полное использование топлива, резкое снижение в выхлопе концентрации продуктов неполного сгорания, увеличение срока службы и коэффициента полезного действия двигателя либо топочного устройства котла.
При определенных условиях можно вызывать гидродинамическую кавитацию «срывного типа», при которой кавитационные пузырьки схлопываются в жидкости, а не на стенках каналов, что позволяет использовать разрушительный эффект кавитации для интенсивной обработки жидких составов без разрушения рабочих органов оборудования. По сравнению с кавитацией, создаваемой в ультразвуковых аппаратах, гидродинамическая кавитация имеет ряд преимуществ, выражающихся в меньших удельных затратах энергии, более низкой стоимости, простоте конструкции и эксплуатации технологической установки.
Использование оборудования для подготовки композиционного жидкого топлива обеспечивает увеличение количества исходного горючего после обработки до 50 %! Теплота сгорания смесевого топлива оказывается не ниже или даже выше, чем у исходного, а вязкость композиционного топлива – ниже, чем у исходного. Расход получаемой топливной смеси в системах подачи и количество вредных выбросов в атмосферу уменьшаются и не приводят к ухудшению работы двигателей или горелочных устройств.
Количество структурно измененной воды, вводимой в топливо, может доходить до 70 %. Допустимо вводить обводненные мазуты и загрязненные мазутом сточные воды. Даже при наличии в емкостях хранения исходного топлива «водяных линз» больших размеров, после обработки в технологической установке по подготовке композиционного топлива получается горючее весьма высокого качества. Таким образом, реализация предлагаемых изобретений (см. рис. 1) позволит потребителю снизить или совсем исключить затраты на обезвоживание исходного жидкого топлива. Наибольшие экономический и экологический эффекты достигаются при добавлении в исходное жидкое топливо 10–15 % воды.
Производство моторных и котельных смесевых водоуглеводородных топлив с помощью рассмотренного оборудования рационально осуществлять в непосредственной близости от потребляющих жидкое топливо источников тепловой и (или) электрической энергии. Это позволит снизить расходы на приобретение дорогого привозного дизельного топлива, где оно используется для обеспечения работы основных источников энергии в негазифицированных регионах России, и повысить экологические показатели функционирования энергетических установок. Перспективно было бы внедрять данное топливоприготовительное оборудование и на транспорте.
Статья из журнала "Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ"№6-2016
