Основные параметры водотопливных эмульсий и их влияние на работу судовых дизелей и парогенераторов

Наиболее важные свойства ВТЭ:

- дисперсность. Определяет степень раздробленности воды и равномерность распределения ее в топливе. Чем меньше размер капель воды и выше однородность (меньше их отличие по размерам друг от друга), тем устойчивее эмульсия и выше качество ее как топлива.

Для эффективной работы дизеля на ВТЭ средний размер капель воды в эмульсии должен составлять 1...10 мкм с преобладаемым количеством глобул воды до 5 мкм. Такая степень дисперсности должна быть обеспечена на выходе эмульсии из диспергатора и готовая ВТЭ должна подаваться непосредственно в топливную систему дизеля;

- стабильность (устойчивость). Кинетическая стабильность является устойчивостью частиц воды к осаждению и зависит от степени дисперсности и разности плотности топлива и воды. Агрегативная стабильность характеризуется устойчивостью частиц воды к слиянию.

Особенно высокой стабильностью обладают ВТЭ на основе мазутов (расслоение не наблюдается в течение нескольких месяцев);

- вязкость. Определяется вязкостью исходного топлива, водосодержанием ВТЭ (количеством содержащейся в ВТЭ воды) и температурой эмульсии.

В диапазоне 70...95 °С вязкость ВТЭ ненамного выше вязкости исходного топлива, поэтому температура подогрева ВТЭ перед дизелем должна превышать температуру подогрева топлива примерно на 5 °С;

- вспенивание. Возникает при подогреве ВТЭ до температуры свыше 90 °С (температура начала вспенивания зависит от марки топлива и водосодержания ВТЭ). Это свойство следует учитывать при назначении предельной температуры подогрева ВТЭ с целью понижения вязкости эмульсии перед ТНВД.

При повышенном давлении топлива, создаваемом топливоподкачивающим насосом, явление вспенивания не наблюдается. Однако, следует считаться с тем, что в современных системах топливоподготовки значительная часть топлива, подаваемого топливоподкачивающим насосом к дизелю, возвращается в деаэратор, поэтому (если в систему возврата ВТЭ включен деаэратор) там может наблюдаться вспенивание при указанных выше значениях температур. Во избежание вспенивания необходимо подогрев ВТЭ до более высокой температуры осуществлять в конечном подогревателе перед дизелем;

- плотность. При теплотехническом контроле дизелей плотность ВТЭ следует определять по формуле

,

где - плотность соответственно ВТЭ, топлива и воды при данной температуре;

W_в - водосодержание (в относительных единицах).

При расчете плотности ВТЭ рекомендуется учитывать изменение плотности воды, содержащейся в эмульсии, от температуры.

- температура вспышки. Определяет степень пожаробезопасности ВТЭ. Поскольку ВТЭ не является стандартным топливом, температура вспышки для нее не нормируется. С увеличением водосодержания ВТЭ ее температура вспышки возрастает по сравнению с температурой вспышки исходного топлива, поэтому при использовании ВТЭ дополнительных пожарных мероприятий не требуется.

Общее признание получил тот факт, что пресная вода в топливе, даже если ее содержится до 50%, при равном распределении в массе топлива в виде микроскопических капель не только не препятствует воспламенению и сгоранию топлива, но наоборот, улучшает процесс их протекания, не вызывая при этом негативных последствий при работе дизеля.

При использовании в дизелях ВТЭ очень важно установить оптимальное содержание воды. Оно зависит от многих факторов: конструктивных особенностей дизеля, его технического состояния и режима работы, вида используемого топлива, качества ВТЭ.

Для судовых МОД оптимальное содержание воды в ВТЭ составляет (10...20)%, для СОД (4...24)%.

Максимальное давление цикла при переводе судовых дизелей на ВТЭ возрастает на (0,05...0,5) МПа, причем более интенсивный рост наблюдается на долевых нагрузках дизелей.

В рабочем диапазоне мощности (60...90% от номинальной) в большинстве случаев экономия топлива составляет (3...7)%.

Снижение температуры выпускных газов в рабочем диапазоне мощности составляет у большинства дизелей (6... 15) °С, а у некоторых среднеоборотных дизелей (20...30) °С. Следовательно, снижается тепловая напряженность дизеля. Результаты эксплуатации некоторых судовых дизелей на ВТЭ приведены в таблице 1.

Таблица 5.1 - Результаты эксплуатации судовых дизелей на ВТЭ

При распылении в топку котельного агрегата через форсунку эмульсии топлива (мазута), содержащей 25% воды, полученной ультразвуковым диспергатором - установкой РАФ-14, было установлено:

- существенное увеличение КПД сгорания топлива в топке;

- возрастание более чем на порядок эффективности распыления частиц топлива;

- исключение образования на трубах экранов топки и пароперегревателей отложения несгоревших составляющих топлива;

- размер капли эмульсии составляет 0,7 -1,0 мкм.

Концентрации и выбросы всех контролируемых загрязняющих веществ при сжигании водотопливной эмульсии, полученной на установке РАФ-14, ниже, чем при сжигании мазута и составляют:

- по саже (взвешенные вещества) - в 1,2 раза;

- по оксиду углерода - в 23,4 раза;

- по диоксиду серы - в 2,8 раза;

- по окислам азота - в 4,3 раза.

Экономия мазута составляет 18% без потери теплотворности.