Задачи энергосбережения и экологической безопасности в топливных энергетических установках еще актуальны. Для их решения целесообразны водотопливные эмульсии (ВТЭ), например мазут + вода, моторное топливо + вода [1–4].
ВТЭ из мазута, моторного, печного топлива, газа дает значительную их экономию, заметное повышение ресурса агрегатов, их КПД на 2–3 %, кратное уменьшение вредных выбросов. Кардинальная же очистка ОГ от NОx (на 90 %) каталитическими регенераторами требует 40–70 долл/кВт мощности дизеля [2]. Таковы же они и при подаче в дизель пара при снижении выброса NОx лишь до 70 %.
В целом вода в топливе ДВС оказывает следующие действия:
- снижает температуру и предотвращает взрывное сгорание топлив;
- сглаживает динамику давления газов в цилиндре;
- повышает среднее давление в цилиндрах;
- увеличивает полноту сгорания топлива;
- повышает КПД, не снижает мощность и приемистость;
- ускоряет превращение СО в СО2 ;
- уменьшает в отработавших газах (Осодержание сажи, NOx, SOх в 2–3 раза; значительно канцерогенного бензапирена С20Н12 (рис. [1];
- очищает камеру сгорания от нагара;
- создает щадящий режим работы ДВС, уменьшает износ, вибрацию и шум.
- Использование ВТЭ без изменения системы топливоподачи обусловливает и следующее [1–4]: увеличение объема топлива на 15–50 % и, таким образом, его экономию;
- уменьшение вязкости ниже, чем у исходного топлива;
- сохранение качества распыливания топлива во всех режимах работы ДВС;
- повышение надежности, КПД и ресурса дизелей и котлов;
- хранение некоторых ВТЭ при 60– 90 ºС там же, где и исходное топливо;
- обеспечение структурно измененной воды в топливе до 60–70 %;
- исключение затрат на обезвоживание топлива.
Современная технология создает ВТЭ, как топливо высокого качества, даже при наличии в емкостях хранения мазута и дизельного топлива (ДТ) водяных линз.
Завгородним Б. В. описан такой механизм горения ВТЭ [2]: мазут из форсунок имеет размер капель 0,1–1 мм. Если в них включены капли воды 1–7 мкм, то при нагревании они дают пар. Он разрывает каплю топлива, увеличивая ее дисперсность, поверхность контакта с воздухом. В высокотемпературной зоне горения капля ВТЭ взрывается, капля топлива диспергируется вторично, факел горения увеличивается и уменьшает в камере локальные максимумы температур. Понятно, что в сравнении с диспергированной каплей у крупной частицы площадь излучения и тепловой поток меньше, горит она дольше. В ВТЭ же с равномерным распределением дисперсной воды размер частиц топлива снижается в 1,5–2,5 раза, настолько же улучшаются условия и эффективность горения, снижается недожог топлива, объем дутья до показателя 1,0 и теплопотери с ним. А малый избыток воздуха понижает температуру точки росы уходящих газов до 100 ºС, что существенно уменьшает сернокислотную коррозию и увеличивает КПД теплоагрегата.