№ 2 (20) – 2023

ВИКОРИСТАННЯ ВОДНИХ ЕМУЛЬСІЙ ВІДПРАЦЬОВАНИХ МОТОРНИХ МАСТИЛ В ЯКОСТІ ВИСОКОЕФЕКТИВНОГО ГОРЮЧОГО 

 
https://doi.org/10.37129/2313-7509.2023.20.139-148
 
завантаження  В. Г. Шевчук, д-р фіз.-мат. наук, проф.

 
завантаження  А. В. Німич
завантаження  О. С. Черненко, д-р фіз.-мат. наук, проф.
завантаження  О. Є. Сидоров, канд. фіз.-мат. наук, доц.
завантаження  М. О. Іванов
 
 

Цитувати (ДСТУ 8302:2015)
Шевчук В. Г., Німич А. В., Черненко О. С., Сидоров О. Є., Іванов М. О. Використання водних емульсій відпрацьованих моторних мастил в якості високоефективного горючого. Збірник наукових праць Військової академії (м. Одеса). 2023. № 2 (20). С. 139-148. https://doi.org/10.37129/2313-7509.2023.20.139-148
 

Анотація
В даній роботі наведено методику використання відпрацьованих мастил в якості високоефективного пального шляхом приготування водопаливних емульсій, що містять до 70% води, і подальшого їх спалювання в пальниках в умовах викосочастотних стриметних електричних розрядів.
Показано, що в’язкість водо масляної емульсії з високим вмістом води (більше 50%) переважає в’язкість чистого мастила. При невеликій кількість води (10-20 %) емульсія є найбільш стійкою. При збільшенні вмісту води час напіврозшарування зменшується. Тому і спалювання емульсії потрібно здійснювати поблизу місця її створення.
Приведені результати натурних дослідів і перспективи запропонованої методики. Горіння водомасляної емульсії з об’ємним вмістом води 50-70% можливе за наявності розряду високочастотних сигналів. Самостійне горіння емульсії без підтримки невеликого факела дизельного палива можливе при достатньому розігріві камери згоряння. Для реалізації горіння був модернізований пальник для рідких палив шляхом додавання форкамери між пальником і соплом чи котлом.
Для організації ефективного спалювання ВПЕ з великим вмістом води (до 70%) необхідно забезпечити достатній розігрів емульсії у трубопроводах. По-перше, при цьому знижується її в’язкість, що полегшує прокачування емульсії через системи подачі пристрою спалювання. По-друге, необхідно подавати під тиском, щоб вода за високої температури (вище 100 °С) залишалася рідкою. При виході з форсунки під час падіння тиску вода «скипає» («мікровибух» капель емульсії), що додатково розпорошує паливо.
Особливістю даного пальника є дія високочастотного стримеру в зоні розпилювання крапель емульсій всередині форкамери. Використання водопаливних емульсій дозволяє знижувати викиди окислів азоту та чадного газу, зменшувати її пожежно-вибухонебезпечність при транспортуванні і зберігання. Оцінка ефективності даного комплексу показала, що енергетичні витрати можуть становити відсотки від загального корисного тепловиділення. Таким чином, показано можливість використання таких водо-масляних емульсій в якості альтернативних палив.

Ключові слова
водомасляна емульсія, восокочастотний електричний розряд, горіння, факел.
 
 
 

Список бібліографічних посилань
  1. Калейников Г.Е. Отработанные масла в качестве энергоресурса. AQUATherm. 2015. №3. С.50–54.
  2. Arumugam K., Veeraraja S., Esakkimuthu P. Combustion of waste/ used oil by using specialized burner. International Journal of Applied Engineering Research. 2013. Vol. 8(15). P. 1839–1845.
  3. Zhao N., Li B., Chen D., Ahmad R., Zhu Y., Li G. and ets. Direct combustion of waste oil in domestic stove by an internal heat re-circulation atomization technology: Emission and performance analysis. Waste Management. 2020. Vol.104. P. 20–32. URL: https://doi:10.1016/j.wasman.2020.01.007.
  4. Деякі питання збирання, перевезення, зберігання, оброблення (перероблення), утилізації та/або знешкодження відпрацьованих мастил (олив): Постанова Каб. Міністрів України від 17.12.2012р. №1221: станом на 17верес. 2020р. URL:https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1221-2012-п#Text(дата звернення: 09.09.2023).
  5. Yiguang Ju. Plasma assisted combustion: Dynamics and chemistry. Progress in Energy and Combustion Science. 2015. Vol.48. P.21–83.
  6. Li M., Wang Z., Xu R., Zhang X., Chen Z., Wang Q. Advances in plasma-assisted ignition and combustion for combustors of aerospace engines. Aerospace Science and Technology. 2021. Vol. 117. P. 106952. URL: https://doi.org/10.1016/j.ast.2021.106952.
  7. Bityurin V. A., Klimov A. I., Korshunov O. V., Chinnov V. F. Kinetic model of aluminum oxidation by water vapor in heterogeneous plasma: Gas-phase kinetics. High Temperature. 2014. Vol.52. P. 621–626. URL: https://doi.org/10.1134/S0018151X14050034.
  8. Alekseenko S. V., Anufriev I. S., Vigriyanov M. S., Kopyev E. P., Sharypov O. V. Characteristics of diesel fuel combustion in a burner with injection of a superheated steam jet.Combustion, Explosion, and Shock Waves.2016. Vol. 52 P.286–293. https://doi.org/10.1134/S0010508216030059.
  9. Решетников А.В., Бусов К.А., Мажейко Н.А., Скоков В.Н., Коверда В.П. Переходные режимы вскипания струй перегретой воды.Теплофизика и аэромеханика. 2012. Т. 19, № 3. С. 359–367.
  10. Pei X., Guida P., AlAhmadi K. M., Al Ghamdi I. A., Saxena S., Roberts W. L. Cenosphere formation of heavy fuel oil/water emulsion combustion in a swirling flame. Fuel Processing Technology. 2021. Vol. 216. P. 106800. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.106800.
  11. Jinkyu Park, Jungmo Oh Study on the characteristics of performance, combustion, and emissions for a diesel water emulsion fuel on a combustion visualization engine and a commercial diesel engine.Fuel. 2022. Vol. 311. P. 122520. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122520.
  12. Kichatov B., Korshunov A., Gubernov V., Kiverin A., Yakovenko I. Combustion of heptane-in-water emulsion foamed with hydrogen-oxygen mixture. Fuel Processing Technology. 2020. Vol.198. P. 106230. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2019.106230.
  13. Kichatov B., Korshunov A., Kiverin A., Medvetskaya N. Combustion of foamed emulsion prepared via bubbling of oxygen-nitrogen gaseous mixture through the oil-in-water emulsion.Fuel Processing Technology.2019. Vol. 186. P. 25–34. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2018.12.019.
  14. Kichatov B., Korshunov A., Kiverin A., Ivanov M. Effect of ultrasonic emulsification on the combustion of foamed emulsions. Fuel Processing Technology. 2018. Vol. 169. P. 178–190. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.10.001.
  15. Стариков М. А., Хлебникова М. Е., Буланин Ф. К., Сидоров А. Е., Полетаев Н. И., Шевчук В. Г. Горение диспергированного жидкого и твердого топлива в присутствии электрических разрядов. Фізика аеродисперсних систем. 2018. № 55. С. 59–70.
 
 
 

References
  1. Kaleynikov, G. E. (2015). Used oils as an energy resource. AQUATherm, 3, 50–54. [in Russian].
  2. Arumugam, K, Veeraraja, S., & Esakkimuthu, P. (2013). Combustion of waste/ used oil by using specialized burner. International Journal of Applied Engineering Research, 8(15), 1839–1845.
  3. Zhao, N., Li, B., Chen, D., Ahmad, R., Zhu, Y., Li, G., Yu, Z., Li, J., Wang, E., Yun, S., Yoon, H., Yoon, I., Zhou, Y., Dong, R., Wang, H., Cao, J., He, J., & Ju, X. (2020). Direct combustion of waste oil in domestic stove by an internal heat re-circulation atomization technology: Emission and performance analysis. Waste Management, 104, 20–32. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.01.007.
  4. Some issues of collection, removal, disposal and disposal of used lubricants (oils), Postanova Kabinet Ministry Ukraine № 1221 (2020) (Ukraine). https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1221-2012-п#Text [in Ukrainian].
  5. Yiguang, Ju. (2015). Plasma assisted combustion: Dynamics and chemistry. Progress in Energy and Combustion Science, 48, 21–83.
  6. Li, M., Wang, Z., Xu, R., Zhang, X., Chen, Z., & Wang, Q. (2021). Advances in plasma-assisted ignition and combustion for combustors of aerospace engines. Aerospace Science and Technology, 117, 106952. https://doi.org/10.1016/j.ast.2021.106952.
  7. Bityurin, V. A., Klimov, A. I., Korshunov, O. V., & Chinnov, V. F. (2014). Kinetic model of aluminum oxidation by water vapor in heterogeneous plasma: Gas-phase kinetics. High Temperature, 52(5), 621–626. https://doi.org/10.1134/s0018151x14050034.
  8. Alekseenko, S. V., Anufriev, I. S., Vigriyanov, M. S., Kopyev, E. P., & Sharypov, O. V. (2016b). Characteristics of diesel fuel combustion in a burner with injection of a superheated steam jet. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 52(3), 286–293. https://doi.org/10.1134/s0010508216030059.
  9. Reshetnikov, A. V., Busov, K. A., Mageyko, N. A., Skopov, V. N., & Koverda, V. P. (2012). Transitional regimes of boiling jets of superheated water. Thermophysics and aeromechanics, 19, 3, 359–367. [in Russian].
  10. Pei, X., Guida, P., Al Ahmadi, K. M., Al Ghamdi, I. A., Saxena, S., & Roberts, W. L. (2021). Cenosphere formation of heavy fuel oil/water emulsion combustion in a swirling flame. Fuel Processing Technology, 216, 106800. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.106800.
  11. Park, J., & Oh, J. (2022). Study on the characteristics of performance, combustion, and emissions for a diesel water emulsion fuel on a combustion visualization engine and a commercial diesel engine. Fuel, 311, 122520. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122520.
  12. Kichatov, B., Korshunov, A., Gubernov, V., Kiverin, A., & Yakovenko, I. (2020). Combustion of heptane-in-water emulsion foamed with hydrogen-oxygen mixture. Fuel Processing Technology, 198, 106230. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2019.106230.
  13. Kichatov, B., Korshunov, A., Kiverin, A., & Medvetskaya, N. (2019). Combustion of foamed emulsion prepared via bubbling of oxygen-nitrogen gaseous mixture through the oil-in-water emulsion. Fuel Processing Technology, 186, 25–34. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2018.12.019.
  14. Kichatov, B., Korshunov, A., Kiverin, A., & Ivanov, M. (2018). Effect of ultrasonic emulsification on the combustion of foamed emulsions. Fuel Processing Technology, 169, 178–190. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2017.10.001.
  15. Starikov, M. A., Khlebnikova, M. E., Bulanin, F. K., Sidorov, A. E., Poletaev, N. I., & Shevchuk, V. G. (2018). Combustion of dispersed liquid and solid fuel in the presence of electrical discharges. Physics of aerodisperse systems, 55, 59–70. [in Russian].
Copyright 2014 20.139-148 (укр) А. Розроблено ІОЦ ВА
Templates Joomla 1.7 by Wordpress themes free