Использование биотоплива в современных двигателях

Энергетика К.т.н. Игорь ДУБРОВИН, К.т.н. Евгений ДУБРОВИН

Энергетическая безопасность является одной из важнейших составляющих национальной безопасности любого государства. Уровень обеспечения энергобезопасности определяется не только наличием, качеством и количеством энергоресурсов, но и эффективностью их использования по прямому назначению. Одно из направлений повышения эффективности использования энергоресурсов – совершенствование методов топливоподготовки.

Главным функциональным назначением углеводородного топлива, как известно, является поддержание качественного процесса горения (цепной реакции окисления) и получение заданного количества тепловой энергии, в связи с чем основным эксплуатационным показателем любого углеводородного горючего служит его теплота сгорания.

При всех прочих равных условиях тепловая эффективность использования углеводородного топлива, в конечном итоге, определяется качеством технологического цикла его топливоподготовки (или подготовкой топлива к сжиганию).

Следует отметить, что численное значение теплотворной способности сжигаемого топлива положено в основу теплового расчета каждого теплового двигателя или топливосжигающей установки.

Опыт практического использования жидкого биологического топлива, например рапсового масла, в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) показывает, что конструкция ДВС не предусматривает использования данного вида углеводородного горючего, поскольку биологическое топливо является нерасчетным для этого типа топливосжигающих установок, а его применение вызывает ряд серьезных эксплуатационных проблем, таких, как потеря мощности двигателя; невозможность запуска двигателя из холодного состояния; сбои в работе выпускных клапанов двигателя; снижение срока службы топливной аппаратуры (ТПН, ТНВД и распылителей форсунок); нарушение условий организации процесса сжигания топлива в камере сгорания.

Выявленные эксплуатационные проблемы пытаются решать путем придания биотопливу комплекса свойств, соответствующих свойствам традиционного нефтяного горючего, вводя в его состав различные присадки и добавки, например спирты (метиловый, этиловый и др.) и эфиры (метил-трет-бутиловый и др.). Авторы считают это направление малоперспективным, поскольку стоимость таких биотоплив значительно увеличивается за счет наличия в них дорогостоящих присадок, кроме того, биологические топлива с улучшаемыми качество присадками требуют особых условий хранения и использования.

Другим направлением решения возникших при использовании биотоплива эксплуатационных проблем в настоящее время является изменение конструкции тепловых двигателей и топливосжигающих установок. Проектирование и разработка ДВС, газовых турбин и котлов должны осуществляться под конкретный вид биологического топлива, например под рапсовое, сурепное, репейное или льняное масло и т. д. Реализация мероприятий данного направления имеет перспективу, однако их практическое осуществление потребует длительного времени и значительных финансовых вложений.

По мнению авторов, в настоящее время существует два перспективных и быстро окупаемых направления использования биотоплива в качестве горючего для эксплуатируемых тепловых двигателей и топливосжигающих установок. Первое направление – сжигание биологического топлива в составе топливных углеводородных смесей, включающих в качестве основных компонентов 50‑70 процентов нефтяного топлива и 30‑50 процентов горючих животного или растительного происхождения, или биологическое топливо.

Другим перспективным направлением использования биотоплива является придание биологическому топливу свойств молекулярного строения и структуры, аналогичных штатному нефтяному топливу. Оба эти направления можно реализовать путем совершенствования цикла топливоподготовки. Поскольку топливоподготовка реализуется в топливной системе, становится очевидным, что необходимо изменять конструкцию и вводить в ее состав новые устройства и механизмы. Говоря иначе, разрабатывать и внедрять топливные системы нового поколения, реализующие ранее не применяемые технологические процессы подготовки топлива к сжиганию.

Авторами разработана и внедрена новая технология обработки и подготовки к сжиганию углеводородных жидкостей промышленного, животного и растительного происхождения, а также технология получения, хранения и сжигания в котлах и дизелях углеводородных смесей нефтяного горючего, биологического топлива, спиртов, эфиров, масел. Новая технология позволяет придавать сжигаемому топливу требуемые для эффективного использования физико-химические свойства и таким образом управлять организацией процесса его сгорания. Разработанная технология реализуется в конструкции «Системы топливоподготовки унифицированной» (СТУ).

На сегодняшний день СТУ оборудованы топливные системы ряда энергообъектов России и стран СНГ. Так, система топливоподготовки унифицированная для приготовления топливных смесей на основе штатного нефтяного топлива и масел животного или растительного происхождения внедрена и используется с 2001 года на топливной системе энергокомплекса Бельского масложирового комбината
(г. Бельцы, Республика Молдова). Применение СТУ позволило заменить 30‑35% штатного нефтяного топлива – топочного мазута М-100 биологическим топливом (для данного предприятия – отходы масложирового производства), при этом значительно снизить тепловое и газовое загрязнение окружающей природной среды.

Новые технологические процессы подготовки биологического топлива к сжиганию возможно осуществить посредством его струйно‑кавитационной и (или) роторно-пульсационной обработки, перераспределения направлений топливных потоков, снижения вязкости биотоплива без подвода тепла от внешнего источника, а также струйно‑кавитационным смешением биологического и нефтяного топлив и т. д.

С целью практической реализации предлагаемых процессов необходимо:

1. Использовать двухтопливную систему, включающую топливоподающую систему нефтяного топлива и топливоподающую систему биологического топлива.

2. Использовать штатное нефтяное топливо в качестве пускового и резервного топлива.

3. Использовать предварительно обработанное и подготовленное биологическое топливо в качестве основного топлива.

4. Обрабатывать и готовить нефтяное топливо к сжиганию по традиционной технологии.

5. Обрабатывать и готовить биологическое топливо к сжиганию в системе топливоподготовки.

Для более эффективной обработки и подготовки биотоплива к сжиганию следует применять многоступенчатую СТУ, включающую одну, две и более ступени обработки. При этом одна ступень реализует постоянную циркуляцию в процессе хранения, так называемое динамическое хранение топлива; другая – многократное дробление (измельчение и расщепление) высокомолекулярных углеводородных соединений на углеводородные радикалы; а третья – снижение и поддержание заданной вязкости биотоплива непосредственно перед форсунками теплового двигателя или топливосжигающей установки и т. п.

Кратчайший путь к широкому использованию жидкого биотоплива в качестве горючего в существующих топливосжигающих установках без изменения их конструкции – совершенствование их топливных систем на основе внедрения и использовании новых процессов технологического цикла топливоподготовки.

СРО, Биотопливо, Мощность, Топливо, Турбины, Энергия , Кабельная арматура

Логин:
Пароль:
Запомнить меня
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь: