16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/107/8365.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 15-16 (107-108) август 2008 года

Морская вода как универсальная топливная присадка

Наука и новые технологии К. т. н. Игорь ДУБРОВИН, к. т. н. Евгений ДУБРОВИН

Топливные присадки – это специально подобранные химические соединения, вещества и элементы, вводимые в углеводородные топлива в заданном количестве и соотношении.

В последнее время интерес представляют топливные присадки, снижающие количественные и качественные показатели экологически вредных составляющих газообразных продуктов сгорания углеводородного топлива.



Экологические присадки: результаты применения

Сегодня экологическая направленность использования присадок получила признание среди отечественных и зарубежных специалистов как один из действенных способов уменьшения загрязнения атмосферы дымовыми газами. Элементы и соединения, содержащиеся в присадке, выбираются с учетом их химической, физической, термодинамической и другой активности по отношению к веществам продуктов сгорания топлива, которые необходимо подавить или снизить. Присадки получили распространение для всех видов углеводородного топлива. Однако эффективность их использоваания для различных видов углеводородного топлива неодинакова в связи с разным количественным и качественным составом продуктов сгорания.

При сжигании газообразного топлива основными экологически опасными загрязнителями атмосферы являются оксиды азота. Особенностью этих загрязнителей является их термодинамическая неустойчивость и низкая химическая активность по отношению к кислотам, щелочам и воде. С целью снижения количества их выбросов в атмосферу проводится восстановление оксидов азота до нетоксичного молекулярного азота (N2) или малотоксичной закиси азота (N2O). В этом случае в качестве топливной присадки к газообразному горючему используют, например, до 1 процента газообразного аммиака (NН3).

Для понижения количества серы и ее соединений в дымовых выбросах при сжигании сернистых и высокосернистых топлив у нас в стране и за рубежом широко применяют различные системы очистки или способы связывания серы и ее соединений различными реагентами. Например, веществами, содержащими кальций (известковым молоком СаСО3)производят очистку газов, а аммиачным, аммиачно-циклическим и магнезитовым методами связывают соединение серы в уходящих газах. Эти способы снижения серы и ее соединений в дымовых газах имеют невысокую эффективность и не изменяют механизмы образования сернистых соединений. Однако эффективность применяемых способов сегодня повышают путем ввода связывающих серу элементов в топливо в виде сухих и жидких присадок до его сжигания или их вводом непосредственно в зону горения. Так в США, Германии и Японии связывают серу и ее соединения до выхода газов в дымовую трубу, вдувая порошок доломита (СаСО3 Mg СО3) прямо в зону горения.

Из рассмотренного становится очевидным, что на сегодняшний день пока еще не разработана универсальная присадка к углеводородным топливам, но такая присадка существует в природе и носит название – морская вода.



Выход – морская вода

По мнению авторов, морскую воду уже сейчас можно использовать в качестве топливной присадки, обладающей перед другими видами присадок явными преимуществами, а именно:
- огромными запасами (около 1330 миллионов кубометров) и доступностью на Земле;
- наличием в ее составе практически всех химических элементов Периодической системы элементов;
- нетоксичностью и неядовитостью;
- относительным постоянством физико-химических свойств в широком диапазоне температур при атмосферном давлении;
- достаточной изученностью физических, химических, термодинамических и других свойств.

Очевидно, что эти преимущества морской воды делают ее самой дешевой, экологически чистой и самой доступной топливной присадкой.

Воздействие морской воды на процесс горения углеводородного топлива происходит на атомарном уровне. Морская вода, обладая слабощелочной основой, при попадании в зону горения преобразует газовую среду из окислительной в восстановительную. Наличие мелкодисперсных водяных частиц в зоне горения изменяет механизм протекания всех реакций, выравнивает температурное поле, поставляет атомарный кислород (О-2), снижая потребность в молекулярном кислороде атмосферного воздуха (а следовательно, уменьшает количество атмосферного воздуха, необходимого для организации процесса горения, и долю «воздушного» азота N), добавляет атомарный водород (Н+), гидроксильную группу (НО-) и другие ионы, катионы, радикалы, особенно в обедненные окислителем зоны горения. Кроме того, с морской водой в зону горения вводятся вещества и соединения, которые являются основой антидымных, антикоррозийных, антидетонационных, ингибиторных и других топливных присадок.

При наличии воды время подготовки топлива к сжиганию незначительно увеличивается, что вызвано необходимостью предварительной подготовки воды к реакциям. Внешним признаком повышения времени задержки горения является увеличение расстояния от среза форсунки или горелки до корня факела. В корневой части факела вода «подготавливается» к участию в физико-химических, термодинамических, теплообменных и других процессах и реакциях, происходящих в объеме горения. В условиях высоких температур объема горения (Т> +1000 °С) мелкодисперсные капли воды нагреваются, перегреваются, испаряются и «взрываются», при этом скорость этих происходящих с водой превращений тем быстрее, чем мельче водяные частицы.

Поскольку, как правило, водяные глобулы располагаются внутри (для жидкого топлива) или около (для газообразного и твердого топлив) топливных частиц, то взрывы водяных капель вызывают вторичное, третичное и т.д. дробление топливных углеводородных молекул, увеличивая суммарную площадь контакта горючего и окислителя. Малая часть (около 2 процентов) водяных капель диссоциирует (термически разлагается), образуя активные центры цепной реакции горения, которые активизируют и интенсифицируют процесс горения углеводородных топлив. Оставшиеся 98 процентов воды, нагреваясь, перегреваясь и превращаясь в пар, снижают и выравнивают температуры реакций окисления, пропаривают поверхности нагрева, меняют структуру отложений и характер их сцепления с поверхностями нагрева и газохода. Кроме того, при сжигании топлива с присадкой морской воды в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания вода, превратившись в пар (один объем воды образует тринадцать объемов водяного пара), совместно с газообразными продуктами сгорания топлива выполняет полезную работу в качестве рабочего тела.



Экологический эффект

Любое топливо с присадкой морской воды является более экологически чистым горючим по сравнению с углеводородным топливом, на основе которого оно изготовлено.

Качественное и количественное регулирование загрязнителей окружающей среды при сжигании топлива с присадкой морской воды производится путем изменения концентрации воды и размера водяных частиц.

Уменьшению газового и теплового загрязнения атмосферы при сжигании топлива с морской водой осуществляется за счет:
- принципиального изменения механизмов формирования экологически опасных выбросов и сокращения температуры дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу,
- уменьшения количества веществ, поставляемых в зону горения как воздухом, так и исходным топливом.
- обеспечения более полного выгорания топливных углеводородов в объеме горения,
- разбавления действующих концентраций вредных выбросов водяным паром на выходе из зоны горения,
- снижения температуры уходящих газов на выходе из зоны горения.

Проведенные авторами исследования показали, что при замещении нефтяного топлива десятью процентами морской воды суммарное содержание хлора в нем составило: в дизельном топливе – 0,25 процента, а в маловязком мазуте – 0,22 процента соответственно, что в 2,0-2,2 раза меньше предельного показателя. В целом при содержании присадки морской воды в топливе до 15 процентов не следует опасаться значительного увеличения скорости коррозионного износа конструкционных материалов.



Выводы

Авторы имеют большой опыт по использованию морской воды в качестве присадки к средним и тяжелым нефтяным топливам. Авторами разработан способ, выбрано и рассчитано устройство для ввода морской воды в топливо, а также создана методика расчета количества воды и сухих присадок к различным видам углеводородного топлива, подаваемого на сжигание.

Дозированный ввод морской воды в нефтяное топливо производился при помощи специально рассчитанного и изготовленного для этой цели самовсасывающего струйного аппарата. В качестве рабочей среды аппарата использовалось штатное нефтяное топливо, а всасываемой средой была морская вода. Струйный аппарат монтировался в существующую топливную систему дизеля или котла на трубопроводе подачи топлива к форсункам. Морская вода с температурой окружающей среды всасывалась из специальной емкости или трюма судна и равномерно в виде мелкодисперсных глобул (капель) размером от 5 до 10 мкм распределялась по всему объему топлива, образуя стойкую водо-топливную эмульсию, которая далее поступала на горение в топку котла или камеру сгорания дизеля.

Результаты проведенных исследований коррозионного износа конструкционных материалов, применяемых в котельных и дизельных установках, показали, что скорость коррозионного износа металла при сжигании топлива с присадкой морской воды до 10 процентов не превышает установленных норм.

Использование морской воды в качестве топливной присадки повышает эколого-экономические показатели работы топливосжигающих установок и дизельных двигателей.

Провод, Котельная, Топливо, Кабельная арматура

Отправить на Email

Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.