Цель обзора — подведение итогов разработок водотопливной эмульсии, в том числе в Тамбовском государственном техническом университете.
Задачи энергосбережения и экологической безопасности в топливно-энергетических установках еще актуальны. Для их решения целесообразны водотопливные эмульсии (ВТЭ), например мазут + вода моторное топливо + вода [1–4].
ВТЭ из мазута, дизельного (ДТ), 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 вызывает затраты 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, но немного снижает приемистость;
- ускоряет превращение CO в CO2 ;
- уменьшает в отработавших газах (содержание сажи, NOx, SOх в 2–3 раза, а значительно — канцерогенного бензапирена С20Н12 (рис. [1];
- очищает камеру сгорания от нагара, обеспечивает работу ДВС в щадящем режиме, уменьшает износ, вибрацию, шум.
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, сгорает дольше и неполно. При ВТЭ же с равномерным распределением дисперсной воды размер частиц топлива снижается в 1,5–2,5 раза, настолько же улучшаются условия и эффективность горения, уменьшается недожог топлива, объем дутья до показателя 1,0 и теплопотери с ним. Понижается температура точки росы уходящих газов до 100 ºС, что существенно уменьшает сернокислотную коррозию и увеличивает КПД энерготеплоагрегатов.