CC BY
43
УДК 621.3.014
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
© 2009 г. ИА. Иванов , А.И. Озерский , М.Э. Шошиашвили , Ю.И. Бабенков
Ростовская государственная академия сельскохозяйственного машиностроения
Ростовский государственный университет путей сообщения
Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
Rostov Academy of Agricultural Engineering
"Rostov State Transport University
***South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Приводятся результаты исследований использования воды в качестве компонента топлива в теплоэнергетических установках. Делается вывод, что технологию применения воды в процессе горения в теплоэнергетических установках можно считать прорывной в области экономии топливно-энергетических ресурсов страны.
Ключевые слова: теплоэнергетические установки; использование воды в процессах горения.
The results of researches of use of water are resulted as fuel in heat power installations. Is judged, that it is possible to consider(count) technology of application of water in power system having dug in the field of economy fuel ofpower resources of the country.
Keywords: heat power installations; use of water during burning.
Одним из перспективных направлений развития теплоэнергетических установок, таких как двигатели внутреннего и внешнего сгорания (паровых котельных установок) является использование воды в виде пара, водотопливных эмульсий (ВТЭ) и суспензий в процессе горения [1-7].
Подачу воды (в виде её паров) во всасывающий тракт топливной системы использовали еще в первых карбюраторных двигателях [1].
Опыты сжигания углеводородных горючих в газовых трубах и бомбах (специальных устройствах для исследования процессов горения), показали, что смесь СО и воздуха в отсутствии паров воды не воспламеняется электрической искрой нормальной интенсивности, но легко воспламеняется при наличии ничтожного количества паров воды [1]. Легко проверить улуч-
шение качества горения фитиля в церковной лампаде, немного смоченного водой и отжатого.
К настоящему времени влияние воды на процесс горения ещё полностью не выяснено, однако установлено, что если, например, из бензина удалить всю имеющуюся там воду, а там всегда имеется определенное количество воды, то этот бензин гореть не будет. Это было известно химикам ещё в XIX в.
В последнее время научно установлено, что для любого горения необходимо хотя бы какое-то небольшое количество воды. Для теоретического обоснования того, что вода участвует в процессе горения, можно использовать данные табл. 1, в которой приведены сведения о степени диссоциации компонентов горения углеводородного горючего, воды и воздуха [2].
Степень диссоциации компонентов горючего, воды и воздуха
Соединение (радикал) Уравнение диссоциации (распада) Константа равновесия диссоциации (распада) Степень диссоциации (распада)
Углеводородное горючее (газойль) CBHm^ RI+R2+... 5,24-105 -
Вода H2O~OH+H H2O^H2+O 2,16-10-6 6,53-10-6 2,1-10-4 4,4-10-4
Гидроксил OH^H+O 2,57-10-10 1,610-5
Кислород O2^O+O 2,08-10-10 7,2-10-6
Азот n2~N+N 4,4-10-25 3,32-10-13
Поскольку способность к диссоциации углеводородного горючего значительно превосходит другие компоненты, то, в первую очередь, будет происходить распад углеводородных молекул с образованием радикалов. Кроме того, константа равновесия процесса диссоциации воды на четыре порядка выше, чем у кислорода и тем более азота. Поэтому очевидно, что в начале горения происходит реакция прямого взаимодействия продуктов диссоциации воды с радикалами углеводородов по схеме:
Я!+Н20^!0Н+Н;
R2+H2O^R2H+OH;
R3+OH^R3OH;
R4H+OH^R4+H2O.
Эффективное участие атомов молекулы воды в горении водотопливных смесей и суспензий объясняется следующим. Скорость диффузии атомов водорода (вследствие их малого молекулярного веса) во много раз больше, чем у молекул кислорода и углеводородных радикалов. Поэтому образующиеся в избытке атомы водорода воды будут быстро диффундировать в зону избытка кислорода воздуха и реакция их горения компенсирует затраты энергии на диссоциацию воды. Участием кислорода воды в горении можно объяснить также и выгорание частиц сажи при использовании паров воды и водотопливных эмульсий, которое происходит за счет того, что сажевые частицы, образованные в результате крекинга в зонах с дефицитом кислорода воздуха, взаимодействуют с кислородом воды и гидроксильными радикалами, и за счёт этого происходит их предварительное окисление. В результате предотвращается коагуляция сажевых частиц и происходит их быстрое дальнейшее выгорание.
В ходе экспериментальных исследований с водо-топливными эмульсиями на воде, приготовленной на основе изотопа кислорода18О, было установлено, что 60 % атомов кислорода воды водотопливной эмульсии участвовали в окислении углеводородов горючего [2]. Это указывает на то, что водотопливная эмульсия является не простой смесью «негорючей» воды и углеводородного горючего, а особым компонентом топлива, необходимым для горения и повышающим его эффективность.
Для усиления химического взаимодействия углеводородного горючего и воды немецкой фирмой «Лугсбург-Нюрнберг» предложен способ впрыска водотопливной эмульсии на нагретую до высокой температуры (1000 °С) поверхность катализатора, изготовленного из никеля, платины или гидроокиси алюминия [3]. Это обеспечивает эндотермическую реакцию
С„Нт + пН2О = пСО + (п + т/2)Н2.
Полученные при этом газообразные продукты СО и Н2 смешиваются с кислородом воздуха в камере
сгорания, воспламеняются и сгорают. Однако для реализации данного способа предлагается довольно сложная конструкция. Более простая реализация этого способа предлагается в конструкции изобретения [4].
В нашей стране подача паров воды во всасывающий тракт топливных систем карбюраторных двигателей впервые стала широко применяться на тракторных карбюраторных двигателях, что позволило использовать низкооктановые керосины при относительно высоких степенях сжатия. В автомобильных карбюраторных двигателях это дало возможность повысить их мощность и экономичность также за счёт увеличения степени сжатия. Широкое распространение использования воды в качестве компонентов топлива нашло в авиационных поршневых двигателях. Здесь при подаче воды и водоспиртовых смесей за счет увеличения наддува удалось повысить их мощность на 15-40 %. В годы Второй мировой войны многие американские, английские и немецкие самолёты были оборудованы системами подачи воды с целью форсирования мощности двигателей при взлёте самолётов и во время боя. Известно применение водо-спиртовых смесей для ракетных двигателей на немецких баллистических ракетах ФАУ-2.
В настоящее время известно, что главным фактором, препятствующим появлению детонации в бензинах с добавками паров воды, является физический фактор: охлаждение рабочей смеси и конструкции (деталей) двигателя за счёт скрытой теплоты парообразования воды, которая значительно больше, чем у бензина, а также действие водяного пара как химически инертного газа в качестве рабочего тела. Вода способствует замедлению холодно-пламенных процессов в части заряда, сгорающей в последнюю очередь, и, таким образом, предотвращает процесс образования детонации. Кроме значительного антидетонационного эффекта воды в карбюраторных двигателях уменьшается количество образованного нагара. При этом сам нагар становится мягче и легче поддаётся очистке. Это можно объяснить действием химического фактора воды: наличием кислорода воды в зоне реакции, который ускоряет процесс догорания частиц углерода, при этом значительно снижается образование нагара. Это уменьшает износ и способствует увеличению ресурса двигателя.
В настоящее время известно достаточно много работ, посвящённых исследованиям эффективности подачи воды в дизели [5, 6]. Разработано значительное количество устройств подачи воды как во всасывающую систему дизеля, так и непосредственно в камеру сгорания.
Использование воды в дизелях является более эффективным по воздействию на его экологические и экономические показатели, но и более сложным в осуществлении, чем для карбюраторных двигателей. Поэтому вначале большинство работ было направлено, аналогично исследованиям использования воды в
карбюраторных двигателях, на внедрение способов и устройств подачи воды во всасывающий тракт дизеля.
При подаче во всасывающий тракт дизеля вода, нагреваясь и испаряясь, охлаждает воздушный заряд и способствует внутреннему охлаждению двигателя. При этом значительно уменьшается теплонапряжён-ность деталей цилиндра и поршневой группы. Здесь, как и в карбюраторном двигателе, кроме снижения теплонапряжённости конструкций двигателя, происходит увеличение величины RT (здесь R, Дж/кг • К -газовая постоянная; Т, К - абсолютная температура), определяющей работоспособность смеси рабочих газов. Это объясняется тем, что здесь газовая постоянная R смеси рабочих газов растёт (из-за перегретых паров воды) в большей степени, чем уменьшается абсолютная температура Т смеси. При этом за счет кислорода воды растёт как коэффициент а избытка воздуха, так и его весовой заряд. Благодаря увеличению а происходит также улучшение эффективности процесса сгорания, что даёт возможность повысить мощность при увеличении подачи горючего. При всех испытаниях подачи воды во всасывающий тракт дизеля коррозии не наблюдалось.
Также как и для карбюраторных двигателей, подача воды во всасывающий тракт дизелей значительно снижает образование нагара, что снижает износ и способствует увеличению ресурса двигателя.
Недостатком способа подачи воды во всасывающий коллектор транспортных дизелей является то, что здесь положительный эффект наблюдается только при максимальной мощности. Поэтому этот способ может быть рекомендован для режима форсирования максимальной мощности указанных дизелей.
Подача воды во всасывающий тракт дизелей, работающих на генераторном газе с присадкой жидкого горючего, способствовала прекращению стуков в двигателе, которые появлялись при работе двигателя (без воды) на номинальной мощности. Эти стуки возникали в результате преждевременных вспышек горючей смеси и резкого увеличения скорости распространения пламени, превышающей предел нормального горения, т. е. в результате развития детонационного горения. Таким образом, эффект действия впрыска воды во всасывающий тракт дизелей, работающих на газе, аналогичен действию воды в двигателях с искровым зажиганием, хотя детонационное сгорание в дизеле возникает в начале процесса горения топлива, а в карбюраторном двигателе - в конце.
Подача воды непосредственно в камеру сгорания дизелей осуществляется в виде впрыска водотоплив-ных эмульсий через форсунки.
В тепловозных дизелях используются ВТЭ двух типов: прямые и обратные.
Исследования показали, что в тепловозных дизелях наиболее целесообразно использовать обратные эмульсии: вода - внутри капли горючего. При этом в
качестве эмульгатора может быть эффективно использован мазут. Это даёт возможность использовать тяжёлое горючее в качестве компонента ВТЭ и усилить эффект от микровзрывов воды в каплях эмульсии в камере сгорания.
Явления микровзрывов воды в каплях обратных эмульсий в высокотемпературной среде были теоретически обоснованы и экспериментально апробированы В.М. Ивановым [1]. В дальнейшем же эти явления были подтверждены О.Н. Лебедевым, который также экспериментально определил влияние водной фазы эмульсии на сокращение концентрации сажи [5].
В условиях дизеля эффект микровзрывов имеет свою специфику, так как здесь процессы распылива-ния, испарения, воспламенения и распространения пламени не следуют один за другим, а накладываются один на другой, кроме того, всё это происходит при переменном давлении. Поэтому расчёт процесса горения на основе микровзрывов для реального двигателя сделать весьма сложно, но для определения стратегии практического применения ВТЭ в тепловозных дизелях целесообразно оценить процесс горения при микровзрывах хотя бы качественно.
Для определения условий возникновения микровзрывов в камере сгорания дизеля процесс испарения капли обратной эмульсии рассматривался многими исследователями на основе методики расчета испарения горючего, разработанной Д.Н. Вырубовым [6]. Согласно этой методике, температура парообразования воды в капле рассчитывается соответственно давлению в камере сгорания в момент разрыва капли, а не согласно давлению паров воды внутри самой капли. Однако теоретические исследования Р.В. Малова показали, что такие допущения не совсем правомерны [7]. За счёт высокой (взрывной) скорости нагрева воды внутри капли (вследствие горения внешнего слоя горючего) будет происходить почти изохорный процесс испарения воды и перегрева её паров. При этом будет интенсивно расти внутреннее температурное давление паров воды, которое может быть более чем на порядок выше давления в камере сгорания. За счет разности этих давлений и будет происходить микровзрыв, который способствует интенсивности процесса смесеобразования. Бесспорно, данное положение необходимо еще проверить экспериментально, но оно во многом объясняет конечный результат повышения эффективности процесса горения обратных водотопливных эмульсий в дизелях.
Исследования впрыска эмульсии воды и мазута непосредственно в камеру сгорания тепловозных дизелей имеют более существенное значение для судовых дизелей, которые приспособлены для работы на тяжёлом горючем. Впрыск воды с мазутом в виде водотопливной эмульсии, кроме улучшения смесеобразования, способствует здесь (в высокотемпературных локальных зонах) реакции прямого химического взаимодействия воды с горючим.
Кроме перечисленных положительных факторов подачи воды непосредственно в камеру сгорания дизелей, можно отметить ещё один важный фактор -экологический. В выхлопных газах ДВС дизеля содержатся три основных вредных компонента: окислы азота (N0*), сажа и твёрдый углеводород - бензапи-рен (С20Н12). Улучшение качества смесеобразования, достигаемое различными методами, снижает выбросы сажи и других твёрдых углеводородов, но увеличивает количество N0* за счёт повышения средней температуры процесса горения. При подаче воды в камеру сгорания одновременно снижается количество сажи и N0*. Это достигается тем, что вода, попадая в камеру сгорания, выполняет следующие положительные функции:
1. В зонах с дефицитом кислорода и высокой локальной температурой предотвращает крекинг горючего.
2. Экологическую (способствует более интенсивному выгоранию сажи в процессе горения и снижению N0* за счет уменьшения средней температуры в камере сгорания).
3. Улучшает процесс смесеобразования за счёт микровзрывов воды (взрывного превращения воды в перегретый пар в каплях обратной эмульсии).
4. Ресурсосберегающую (увеличивает срок эксплуатации двигателей вследствие снижения нагара и теплонапряжённости двигателя, вызванного уменьшения средней температуры цикла за счёт потребления тепловой энергии на её нагрев, парообразование и диссоциацию).
5. Экономическую и энергетическую (увеличение КПД и мощность двигателя из-за роста весового заряда рабочих газов, давления и их работоспособности за счёт перегретых паров воды. Последнее объясняется тем, что величина RT для воды выше, чем у всех компонентов горения).
В качестве отрицательного действия воды следует отметить:
- затруднение самовоспламенения смеси за счёт понижения температуры в период впрыска горючего;
- увеличение времени испарения крупных капель прямой эмульсии;
- коррозию топливной аппаратуры.
С целью уменьшения загрязнения окружающей среды городов проводятся экспериментальные исследования перевода дизельных двигателей на природный газ. Однако последний в дизелях трудно самовоспламеняется от сжатия. Поэтому в них вместе с природным газом через форсунки необходимо подавать запальное дизельное горючее (около 10 %).
Экспериментальные исследования тепловозных дизелей с природным газом, проведенные во ВНИИЖТе, показали, что в этом случае распылители форсунок при работе в газодизельном режиме перегреваются и часто выходят из строя. Это обусловлено тем, что через распылители подаётся малое количество охлаждающего их жидкого горючего при высокой температуре горения газа. В этом случае для обеспечения работоспособности форсунок применяют сис-
тему охлаждения распылителей, что, к сожалению, значительно усложняет конструкцию и снижает надёжность форсунок.
В мировой практике известны способы применения водотопливной эмульсии в качестве запального горючего для газодизельного процесса с биогазом [8]. Опыты показали, что если здесь применить в качестве запального горючего водотопливную эмульсию, содержащую 80 % воды и 20 % дизельного горючего, то температура распылителя форсунки снижается на 100 °С. Впрыск эмульсии оказывает положительное влияние на снижение СО, СпНт и сажи в отработавших газах. С ростом доли воды в эмульсии по массе происходит уменьшение дымности отработавших газов более чем на единицу по шкале Боша. Выбросы N0* при содержании газа в топливе до 60 % и впрыске эмульсии в качестве запального горючего уменьшаются, так как за счёт воды в эмульсии здесь происходит охлаждение воздушного заряда. Когда доля газа превышает 60 %, процесс горения протекает быстрее и, вследствие повышения температуры и давления в камере сгорания, увеличивается эмиссия N0*. При этом с увеличением воды в эмульсии возрастает скорость сгорания. Это объясняется тем, что увеличивается период задержки самовоспламенения. При содержании газа 60 % (без воды) период задержки самовоспламенения составляет 10° поворота кривошипа, а при увеличении содержания воды в эмульсии он может увеличиваться до 18-19°. В результате запальное топливо больше времени распространяется по камере сгорания с образованием очагов самовоспламенения. При этом после самовоспламенения сгорание протекает быстрее, что приводит к повышению выгорания топлива на 1-2 %. Однако в это же время возрастает максимальное давление сгорания и скорость нарастания давления, в результате увеличивается уровень шума дизеля и растут нагрузки на детали его криво-шипно-шатунного механизма.
Исследования показали, что для работы с водото-пливными эмульсиями наиболее приспособлены тепловозные дизели типа Д100 с противоположно движущимися поршнями. Особенностью работы этих дизелей является то, что они более 35 % времени работают на холостом ходе. У таких дизелей на режиме холостого хода работает одна сторона топливных насосов и форсунок и на указанном режиме целесообразно применять дизельное горючее без ВТЭ. Исследования одного из авторов статьи [6] показали, что для повышения эффективности работы дизеля на указанном режиме необходимо дизельное горючее без ВТЭ подавать через форсунку в виде концентрированной струи, направленной навстречу потоку завихренного воздуха под углом 50...80 ° к оси цилиндра. В отличие от холостого хода при режимах с нагрузкой ВТЭ наиболее эффективно подавать через другую форсунку против топливного факела форсунки, работающей на горючем без ВТЭ. Впрыск ВТЭ следует начинать позже впрыска горючего на 5.15 ° угла поворота кривошипа коленчатого вала [9]. Направление подачи ВТЭ против факела горючего будет спо-
собствовать предотвращению крекинга горючего. Это объясняется тем, что в этом случае вода контактирует с горючим в заключительный период впрыска в зоне наибольшего дефицита кислорода - в центре факела при высокой температуре и малой скорости истечения струи горючего. Подача ВТЭ через 5...15° по углу поворота коленчатого вала позже начала впрыска дизельного горючего обеспечивает начало подачи ВТЭ после начала воспламенения топлива и прекращение подачи ВТЭ до начала интенсивного снижения температуры в камере сгорания. При этом основная порция ВТЭ попадает в камеру сгорания при максимальной температуре, что обеспечивает максимальный эффект от её сгорания. Описанный выше процесс очень эффективен, тем более что его легко организовать изменением положения одной шестерни в отсеке управления.
Предлагаемый способ, в первую очередь, необходимо применять при обкатке дизелей после ремонта в локомотивных депо и на тепловозоремонтных заводах, так как здесь не следует модернизировать топливный бак. При этом значительно возрастает экологический эффект работы дизелей тепловозов, так как их ремонтные базы расположены в крупных населённых пунктах.
Триботехнические исследования, проведенные новосибирскими учеными [6], показали, что при работе на ВТЭ в отсутствие контактов водной фазы с кислородом воздуха снижается износ плунжерных пар. При использовании ВТЭ во время реостатных испытаний дизелей 10Д100 на Оренбургском тепловозоре-монтном заводе было выявлено снижение удельного расхода горючего до 10 % и снижение СО в отработавших газах в два раза. При этом отмечено высокое качество приработки основных узлов дизеля, что позволило сократить время обкаточных испытаний на 30 %.
Несмотря на конструктивные различия дизелей, многие закономерности конечного результата подачи воды имеют общий характер для всех их видов: автомобильных, тракторных, тепловозных, судовых и стационарных. Так, по расходу горючего оптимальное содержание воды (15-20 %), полученное для автомобильных дизелей, оказалось таким же, как и для тихоходных судовых дизелей. При этом оптимальное относительное содержание воды, с точки зрения уменьшения теплонапряжённости поршня, также оказалось равным 15-16 %. Применение водотопливных эмульсий в судовых дизелях позволило уменьшить минимальные устойчивые обороты двигателя (при 20 % эмульсии) с 500 до 300 мин-1 и за счёт этого снизить расход горючего на 26 %. Проблема практического массового применения водотопливных эмульсий в ДВС ещё в большей степени касается тепловозных дизелей, которые по условиям эксплуатации (особенно дизели маневровых тепловозов) значительный период рабочего времени работают на холостом ходе.
Отметим, наконец, что применение в дизелях прямых водотопливных эмульсий для впрыска их
непосредственно в камеру сгорания двигателей не приводит к микровзрывам капель со всеми вытекающими отсюда последствиями. Это значительно снижает положительный эффект их применения. Кроме того, наличие открытой водной фазы в ВТЭ может способствовать коррозии деталей топливной аппаратуры. В то же время устойчивость прямых эмульсий легко обеспечить с помощью применения сравнительно недорогих серийно выпускаемых поверхностно-активных веществ (ПАВ). Поэтому такие эмульсии могут использоваться в дизелях, которые длительное время работают на одном режиме, например, при реостатных испытаниях тепловозных дизелей после ремонта или для некоторых специально модернизированных дизелей маневровых тепловозов.
В настоящее время в связи с широким применением в теплоэнергетических установках газотурбинных двигателей (ГТД), проводятся широкие исследования эффективности методов использования водяного пара с целью повышения КПД и сроков службы, а также улучшения экологических показателей этих двигателей [10]. Здесь водяной пар подается в различные области потока рабочих тел газотурбинной установки: в камеру сгорания, перед турбиной низкого давления (турбокомпрессором) и перед силовой турбиной. Здесь среди известных методов наиболее эффективным является метод, основанный на парогазовом цикле ^ТЮ- процесс). На газотурбинных электростанциях типа «Водолей» (г. Николаев, Украина) за счет использования £ТЮ-процесса КПД увеличился на 5,9 ^ 13 %, а мощность выросла на 43 ^ 130 % (для ГТД разных модификаций и мощностей).
При использовании газовых турбин на тепловозах известные методы парогазового цикла применить практически невозможно из-за малых размеров тепловоза, поэтому для этой цели предлагаются иные способы, например:
- использование ВТЭ в качестве горючего;
- использование малогабаритной парогазовой газотурбинной установки с частичной рециркуляцией отработавших газов;
- комбинация приведенных выше способов (систем).
Учитывая отмеченное выше, нами предлагается
новая технология £ТЮ-процесса, основанная на применении водяного пара, получаемого (путём его сепарации в турбине центробежными силами) из отработавших газов при минимальных металлоёмкости и гидравлическом сопротивлении в выхлопном тракте.
При этом осуществляется эффективное использование тепловой энергии частично рециркулируемых отработавших газов для нагрева и парообразования магистральной воды и атмосферного воздуха, подаваемого (путём его эжекции и после дополнительного увлажнения парами воды отработавших газов) во всасывающую топливную систему теплоэнергетической установки [11].
Для использования отработавших газов с целью их частичной рециркуляции и дополнительной генерации паров воды (путём их сепарации центробежными силами) разработана система организации парогазового цикла газотурбинного ДВС, которая может применяться как на тепловозных ДВС, так и на других теплоэнергетических установках (рисунок) [11].
гических требований, возникает важное для экономики страны стратегическое направление практического внедрения этих исследований.
Широкое применение воды в теплоэнергетических установках задерживается отсутствием эффективной технологии приготовления устойчивых водо-топливных эмульсий и суспензий.
20 35 6
26 25 24
25 33
Газотурбинная теплоэнергетическая установка с парогазовым циклом: 1 - турбокомпрессор; 2 - камера сгорания; 3 - силовая газовая турбина; 4 - генератор электрической энергии; 5 - паровой котел; 6 - цилиндрический корпус котла; 7 - конусообразная стенка котла; 8 - верхний торцевой упор; 9 - цилиндрический кожух паровой полости; 10 - нижний торцевой упор; 11 - труба для подачи воздуха; 12 - патрубок для подачи атмосферного воздуха; 13 - торцевая перегородка котла; 14 - тангенциальный подвод отработавших газов; 15 - полость для отработавших газов; 16 - пространство для входа воды в водопаровую полость котла; 17 -паровая зона; 18 - пароперегревательный трубопровод; 19 - теплоизоляция; 20 - труба для отвода отработавших газов; 21 - патрубок для подачи в компрессор атмосферного воздуха с парами воды и компонентами отработавших газов; 22 - емкость для горячей воды; 23 - водяной насос; 24 - клапан обратный; 25 - вентиль регулируемый; 26 - фильтр. Компоненты энергетического процесса: 27 - горючее; 28 - воздух; 29 - воздух с парами воды и компонентами отработавших газов; 30 - пар воды; 31 - подача магистральной воды; 32 - отвод магистральной воды; 33 - холодная магистральная вода; 34 - горячая магистральная вода;
35 - пар для потребления
Таким образом, применение воды в теплоэнергетических установках даёт возможность:
- повысить КПД установок на 7...15 %;
- увеличить мощность:
- дизелей на 10.15 %;
- двигателей с искровым зажиганием на 10.20 %;
- газотурбинных двигателей на 20.60 %;
- тепловых котельных установок на 10.20 %;
- уменьшить токсичность отработавших газов по всем компонентам;
- увеличить сроки службы теплоэнергетических установок.
Несмотря на положительные опыты и исследования эффективности применения водотопливных эмульсий в автомобильных и тепловозных дизелях, проведенные отечественными учёными, практического внедрения их результатов пока нет [6].
В настоящее время в связи с увеличением стоимости углеводородного горючего и повышением эколо-
Используя накопленный опыт в исследуемой области, авторы считают возможным решить указанную проблему на основе использования нанотехнологий получения устойчивых и высококачественных микродисперсных структур водотопливных эмульсий и суспензий.
Описанную выше технологическую стратегию можно считать прорывной в области экономии топливно-энергетических ресурсов страны.
Литература
1. Иванов В.М. Топливные эмульсии. М., 1962.
2. Гладков О.А., Бернштейн Е.В., Виноградов Д.П. Характер воздействия водотопливной эмульсии на процесс сгорания топлива в дизеле // Двигателестроение. 1989. № 10. С. 10-12, 33.
3. Verbrennungsmotorisches Arbeitsverfahren mit Rückgewinnung der anfallenden Verlustwarme und Brennkraftmaschine
zur Durchführung des Verfahrens. Германский пат. № 1115518. Мкл. F02B МКИ 46а63 / Siegfried Meurer и Erhaard Muhlberg. Заявл. 17.11.56; Опубл. 19.04.62
4. А.с. №757755 СССР МКИ F02B19/12. Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления / И.А. Иванов. № 2580280/25-06. Заявл. 14.02.78; Опубл. 23.08.80. Бюл. № 31 // С. 141.
5. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Сисин В.Д. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях. Л., 1988. 108 с.
6. Иванов И.А. Стратегия снижения затрат на топливно-энергетические ресурсы магистральных тепловозов : дис. ... д-ра техн. наук. Самара, 2006. С. 120-147.
7. Малов Р.В. К вопросу о механизме внутрикапельного распыливания эмульсий // Двигателестроение. 1991. № 4. С. 12-13.
Поступила в редакцию
8. А.с. № 1090903 СССР, МКИ F02B15/00. Способ работы двигателя внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями / И.А. Иванов. № 3459435/25-06; Заяв. 24.05.82; Опубл. 07.05.84. Бюл. № 17. С. 121.
9. Nutzung von Biogas in Gaszunds trahlmotoren / Karl Schmillen, Franz-Martin Dubel, Hans-Josef Sckiffgens, Frans Pischinder // MTZ: Motortechn. Z., 1989. 50. № 7-8. Р. 351-357.
10. Современные методы снижения вредных выбросов с отработавшими газами автотранспорта / В.Л. Гапонов [и др.] // Технологии техносферной безопасности. 2008. Вып. 6. С. 2-15. То же: URL://ipp.mos.ru/ttb/2008-6.html (дата обращения 10.09.2009).
11. Пат. РФ №2288363. Способ работы парогазовой установки и устройство для его осуществления / И.А.Иванов. Опубл. 27.11.2006. Бюл. № 33.
10 сентября 2009 г.
Иванов Игорь Алексеевич - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Экономика и менеджмент в машиностроении», Ростовская-на-Дону государственная академия сельскохозяйственного машиностроения (РГАСХМ). Тел. (863 2)589184.
Озерский Анатолий Иванович- канд. техн. наук, доцент, кафедра «Безопасность жизнедеятельности», Ростов-ский-на-Дону государственный университет путей сообщения. Тел. (863 2)726368.
Шошиашвили Михаил Элгуджевич- д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Гидропневмоавтоматика и гидропривод», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)25-56-42.
Бабенков Юрий Иванович- канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Теплотехника и гидравлика», Ростовская-на-Дону академия сельскохозяйственного машиностроения. Тел. (863 2)521414.
Ivanov Igor Alekseevich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Economy and management in mechanical engineering», Rostov an Don Academy of Agricultural mechanical Engineering. Рк (863 2) 589184.
Ozerskii Anatoliy Ivanovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Safety of vital ac-tivitó», Rostov-on-Don State Transport University. Ph. (863 2) 726368.
Shoshiashvili Mikhail Elgudgevish - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Hydro-gasautomatic and hydrodrive», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)25-56-42.
Babenkov Yuriy Ivanovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, head of department «Termaltechni-cal and hydraulics», Rostov an Don Academy of Agricultural Mechanical Engineering. Ph. (863 2) 521414.
