Features of combustion of water-fuel emulsions with different methods of introducing water into the combustion zone

Abstract

The main purpose of the article is to conduct research on combustion quality and determine nitrogen oxide concentrations for various methods of introducing water into the combustion chamber zone. To achieve the goal, the experimental study of combustion features was carried out on a combustion chamber model when supplying unwatered fuel oil of the M40 type, fuel oil, and water vapour in the amount equivalent to 30% of the mass of the fuel mixture, and two types of water-fuel emulsion with a water content of 15% and 30%. Values of gas temperature, concentration CO2,H2 та CH4, as well as nitrogen oxides and (NO2:NO) ratio were measured along the length of the combustion chamber. Studies have shown a reduction in nitrogen oxide emissions and an increase in the (NO2:NO) ratio to 0,330 when supplying a water-fuel emulsion with a water content of up to 30%. This increases absorption properties of sulfuric acid in flue gases and reduces the intensity of low-temperature corrosion. When using a water-fuel emulsion of such a composition, it becomes possible to use condensation surfaces of boilers with a significant increase in their efficiency of up to 5…9% Experimental studies have also shown that additional generation Н2, significant thermal decomposition effect NOx NOx, generation of acoustic vibrations and microexplosions take place. This indicates that water-fuel emulsions are a special type of fuel, qualitatively and quantitatively changing the physicochemical processes of combustion. The most important results, constituting the significance of the research, are the experimental proofs of the advantage of using an innovative technology for preparing water-fuel emulsion, based on intense cavitation treatment of the fuel mixed with water obtained from an electrodialysis unit. This achieves better emulsion combustion performance compared to other methods of its preparation and the introduction of water into the combustion zone.

Scopul principal al articolului este de a efectua cercetări privind calitatea arderii și de a determina concentrațiile de oxid de azot pentru diferite metode de introducere a apei în zona camerei de ardere. Pentru a atinge obiectivul, studiul experimental al caracteristicilor de ardere a fost efectuat pe un model de cameră de ardere atunci când se furnizează păcură neadăpată de tip M40, păcură și vapori de apă în cantitate echivalentă cu 30% din masa amestecului de combustibil și două tipuri de emulsie apă-combustibil cu un conținut de apă de 15% și 30%. Valorile temperaturii gazului, concentrația СО, Н2 та СН4, precum și oxizii de azot și raportul (NO2:NO) au fost măsurate pe lungimea camerei de ardere. Cercetările au arătat că la furnizarea emulsiei apă-combustibil cu un conținut de apă de 30% se obțin cei mai buni indicatori de calitate a arderii în ceea ce privește valorile concentrației СО, Н2 și suma acestora în zona de ardere. Se stabilește reducerea nivelului de emisii de oxizi de azot și creșterea raportului (NO2:NO) la 0,33. Aceasta mărește proprietățile de absorbție ale acidului sulfuric în gazele de ardere și reduce intensitatea coroziunii la temperatură joasă. Atunci când se utilizează o emulsie apă-combustibil dintr-o astfel de compoziție, devine posibilă utilizarea suprafețelor de condensare ale cazanelor cu o creștere semnificativă a eficienței lor de până la 5...9%. Studiile experimentale au mai arătat că are loc generarea suplimentară Н2, efect semnificativ de descompunere termică NОx , generarea de vibrații acustice și microexplozii. Aceasta indică faptul că emulsiile apă-combustibil sunt un tip special de combustibil, modificând calitativ și cantitativ procesele fizico-chimice de ardere.

Основной целью работы было проведение исследования качества сгорания и определение показателей концентраций окислов азота для различных методов ввода воды в зону камеры горения. Для достижения поставленной цели на модели камеры сгорания выполнено экспериментальное исследование особенностей горения при подаче необводненного мазута типа М40, мазута и водяного пара в количестве, эквивалентном 30% массы топливной смеси, и двух типов водотопливной эмульсии с водосодержащим 15% и 30%. Измерялись по длине камеры сгорания значения температуры газов, концентраций CO2,H2 та CH4, а также оксиды азота и соотношение (NO2:NO). Исследованиями установлено снижение уровня выбросов окислов азота и повышение соотношения (NO2:NO) до 0,33 при подаче водотопливной эмульсии водосодержанием до 30%. Это повышает абсорбционные свойства серной кислоты в дымовых газах и снижает интенсивность низкотемпературной коррозии. При использовании водотопливной эмульсии такого состава возникает возможность использования конденсационных поверхностей котлов со значительным до 5...9% повышением их КПД. Экспериментальные исследования также показали, что имеет место дополнительная генерация Н2, значительный эффект термического разложения NОx, генерация акустических колебаний и микровзрывов. Наиболее важными результатами, составляющими значимость проведенных исследований, являются экспериментальные доказательства преимущества использования инновационной технологии приготовления водотопливной эмульсии, основанной на жесткой кавитационной обработке топлива в смеси с водой, полученной в электродиализной установке. При этом достигаются лучшие показатели сгорания эмульсии по сравнению с другими способами её приготовления и введения воды в зону горения.