ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАЗУТА И ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНЫХ ЭМУЛЬСИЙ НА УСТАНОВКЕ ВКИ
Исследование проводили на компаундированном высоковязком сверхтяжелом топливе (мазуте) класса RML 45 по международному стандарту ISO-8217, что соответствует топливу высоковязкому судовому СВС. Данное топливо используется для энергетических установок судов с крейцкопфными малооборотными ДВС, обеспечивающими подготовку топлива в дизеле (основная марка) и в главных паровых котлах судов [1].
Топливо подвергалось гомогенизации на установке ВКИ 1Б (гомогенизированное топливо) и на его основе приготавливались на установке ВКИ-1Б водотопливные эмульсии. Образцы исходного топлива (ИТ), гомогенизированного топлива (ГТ) и водотопливные эмульсии (ВТЭ) исследовались в сертифицированной лаборатории на основные характеристики.
Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Из сравнений результатов испытаний, представленных в таблице 1, можно сделать вывод, что после обработки в установке ВКИ (гомогенизации мазута) высшая теплота сгорания увеличилась на 1,6%, коксуемость (характеристика показывающая нагарообразование и связанную с этим неполноту сгорания топлива) уменьшилась на 0,7 %, вязкость в среднем увеличилась на 1,5%.
Это показывает, что установка ВКИ эффективно обрабатывает коллоидную структуру самого мазута. Подтверждением глубокого воздействия на молекулярном уровне может служить снижение содержания серы на 1,8% и после гидродинамической обработки, что может быть объяснено разрушением непрочных связей серы с выделением сероводорода, который выделился в газовую фазу.
Эффективность обработки мазута (гомогенизации) на установке ВКИ подтверждается также результатами стендовых испытаний (на двигателе) в лаборатории ЦНИИ морского флота. После обработки флотского мазута Ф-5 на установке ВКИ 2В мощность двигателя (в режиме постоянной подачи топлива) возросла с 2,4 кВт до 2,8 кВт, то есть увеличилась на 16 %. Это соответствует, при работе двигателя в режиме постоянной мощности, снижению расхода топлива на 6 %.
Для выявления влияния исходной структуры топлива на результаты гидродинамической обработки на установке ВКИ-1 для сравнения были приготовлены образцы топлива и эмульсии на основе топочного мазута М-100. Результаты определения вязкости данных образцов представлены в таблице 2. Отношение вязкости гомогенизированного мазута к вязкости исходного мазута 0,85 показывает, что гомогенизация для мазута М-100 снижает вязкость на 15 %, в отличие от гомогенизации компаундированного топлива СВС для которого вязкость практически не изменилась (таблица 3).
Добавление в топливо 10 % воды увеличивает вязкость мазута М-100 на 4 % и компаундированного топлива СВС на 40%.
Дальнейшее увеличение содержания воды в ВТЭ с 10 % до 15% , то есть на 5% привело к увеличению вязкости эмульсии мазута М-100 на 44% и вязкости компаундированного топлива СВС на 22%.
Это показывает, что при использовании установок ВКИ невозможно применять принцип повышения вязкости пропорционально содержанию воды [2], так как при гидродинамической обработке топлива в этих установках сильно изменяется структура топлива. Этим может быть объяснена высокая стабильность эмульсий и эффективность горения гомогенизированного топлива в двигателе. При этом различия в природе топлива может сильно влиять на вязкость получаемых ВТЭ.
Таблица 1.
Зависимость характеристик топлива СВС
от содержания воды в эмульсии и гидродинамической обработки
№ |
Показатель |
Метод |
Вид образца |
|||
ИТ |
ГТ |
ВТЭ |
ВТЭ |
|||
Результат испытаний |
||||||
1 |
вязкость кинематическая при 50°С, сСт |
ASTM D 445 |
562,12 |
572,14 |
766,19 |
976,96 |
2 |
вязкость кинематическая при 80°С, сСт |
ASTM D 445 |
95,30 |
96,58 |
124,99 |
166,05 |
3 |
Массовая доля воды, % |
ГОСТ 20287 |
0,06 |
0,24 |
8,0 |
17,0 |
4 |
Температура застывания, °С |
ГОСТ 20287 |
+6 |
+9 |
+9 |
+9 |
5 |
Температура вспышки в закрытом тигле, °С |
ASTM D 93 |
73 |
74 |
75 |
75 |
6 |
плотность при 20°С, кг/м3 |
ГОСТ 3900 |
1000,4 |
1000,2 |
1001,4 |
1001,9 |
7 |
Массовая доля серы, % |
ISO 10370 |
3,90 |
3,83 |
3,53 |
3,32 |
8 |
коксуемость, % |
ISO 10370 |
19,19 |
19,06 |
17,48 |
14,81 |
9 |
теплота сгорания высшая, кДж/кг |
ГОСТ 21261 |
41440 |
42119 |
38610 |
35323 |
10 |
теплота сгорания высшая в пересчете на сухое топливо, кДж/кг |
|
41465 |
42199 |
41967 |
42557 |
11 |
теплота сгорания низшая, кДж/кг |
ГОСТ 21261 |
39501 |
40054 |
36517 |
33076 |
12 |
теплота сгорания низшая в пересчете на сухое топливо, кДж/кг |
ГОСТ 21261 |
39526 |
40157 |
39905 |
40352 |
Таблица 2.
Зависимость вязкости мазута М-100 при 80°С от содержания воды в
эмульсии и гидродинамической обработки на установке ВКИ-1Б
|
Исходный мазут |
Гомогенизированный |
Содержание воды в эмульсии |
|
10% |
15% |
|||
Вязкость, Па·с |
0,082 |
0,070 |
0,086 |
0,122 |
Относительная вязкость |
1,0 |
0,85 |
1,05 |
1,49 |
Таблица 3.
Зависимость относительной вязкости топлива СВС от содержания воды в
эмульсии и гидродинамической обработки на установке ВКИ
Температура, °С |
Исходный мазут |
Мазут после обработки |
Эмульсия |
|
Содержание |
Содержание |
|||
Вязкость относительная |
||||
50 |
1,0 |
1,02 |
1,45 |
1,65 |
80 |
1,0 |
1,01 |
1,41 |
1,65 |
среднее |
1,0 |
1,015 |
1,43 |
1,65 |
Выводы:
- Установка ВКИ эффективно обрабатывает структуру топлива при гидродинамической обработке (гомогенизации) улучшая основные характеристики топлива, в том числе повышает теплоту сгорания топлива и снижает коксуемость и содержание серы.
- При приготовлении водотопливных эмульсий на вязкость эмульсий сильно влияет гидродинамическая обработка (гомогенизация) структуры топлива, вызывая большое отклонение от пропорционального закона изменения вязкости ВТЭ с увеличением содержания воды.
Список литературы.
1.Нормативный документ РД 31.27.03-95. Топлива, масла, смазки и специальные жидкости для судов морского транспорта. Номенклатура и область применения. Министерство транспорта Российской Федерации. Департамент морского транспорта. Санкт-Петербург. 1995.
2. В.А.Корягин. Сжигание водотопливных эмульсий и снижение вредных выбросов.- СПб.: Недра, 1995.-304с.
