полнотой сгорания угля, долговечностью двигателя и токсичностью
выхлопных газов.
:
'
На пути широкого промышленного внедрения надёжных и
экономически выгодных дизелей на угольном топливе за рубежом (в
России эти работы находятся пока в зачаточном состоянии) имеются
определенные технологические препятствия. Однако технологическая
база современных исследований чрезвычайно расширилась, и
достигнутые успехи свидетельствуют о возможности использования таких
двигателей в промышленности уже в ближайшие годы.
Следует отметить, что большой практический опыт работы с
водоугольным топливом (ВУТ) накоплен в США (фирмы Cooper
Bessemer, General Electric), Юго-Западный исследовательский институт
(штат Техас) и др.
Горение угольной суспензии, содержащей мелкодисперсный кокс и
водную эмульсию, представляет чрезвычайно сложный физико-
химический процесс. Наиболее подходящим для приготовления
водоугольной суспензии (ВУС) являются частицы угля размером 5 -20
мкм. Массовая доля угля в суспензии должна лежать в пределах 50 - 60. В
состав суспензии входят присадки, уменьшающие её вязкость и
препятствующие быстрому осаждению частиц угля. Правильный выбор
размера частиц угля, применение впрыска с перегревом, исключающего
агломерацию частиц, а также высокий уровень турбулентности в
предкамере позволяют добиться размеров твёрдых частиц в камере
сгорания, не превышающих толщину масляной пленки, что
предотвращает чрезмерный износ деталей при условии дополнительной
фильтрации масла.
Для получения ВУС уголь вначале измельчают в мельнице крупного
дробления, а затем подают в конусную дробилку через бункер в шаровую
мельницу, куда подаётся также вода. Далее суспензия центробежным
насосом перекачивается в цильпебсную мельницу, затем в ёмкость с
мешалкой и далее насосом по трубопроводной линии в бассейн.
По предложенной технологии выход тонкодисперсной фракции <50
мкм составлял 70 -80%, выход наиболее крупной фракции > 0,2 мм -
4,6%. При этом структурная вязкость ВУС при содержании 42% твёрдой
фазы составляла 0,5 Па при динамическом напряжении 27 Па.
Экологический аспект
Основываясь на имеющихся данных в настоящее время, можно
предположить, что наибольшую роль среди выбросов дизеля при работе
на ВУС будут играть SO* и твёрдые частицы. Окислы азота будут играть
66
второстепенную роль и, согласно предварительным данным, не повлекут
за собой серьезных проблем. Монооксид угля и некоторые углеводороды
могут образовываться при пуске и при сбоях в работе, но в процессе
горения их содержание будет сокращаться, по-видимому, ниже уровня
чем при работе на дизельном топливе.
Окисш серы. Остаточное количество серы в ВУС зависит от
количества органической серы в исходном угле. В углях испытанных к
настоящему времени, после сухой очистки содержание серы становиться
меньше 1%. При сжигании угля сера переходит в окислы серы SO
x
.
Способы снижения содержания SO* включают как обработку топлива до
сжигания, так и очистку продуктов сгорания.
Твёрдые выбросы. Выбросы твёрдых частиц прямо коррелируют с
содержанием золы в угле. Твёрдые частицы состоят из минеральной части
топлива, а также из несгоревшего углерода, прошедшего через двигатель.
Полагая, что уголь содержит 1% золы, можно считать, что количество
золы в выхлопе будет составлять 0,3 r/МДж, это количество предполагает
100%-ю полноту сгорания. Если сгорает лишь 96% топлива, летучая зола
будет содержать «80% углерода и -20% минеральной золы. Таким
образом, содержание углерода в летучей золе составит ~ 1,2 г/Дж, а общий
выброс твёрдых частиц составит 1,5 г/Дж. Поэтому необходимо снижать
уровень выбросов и добиваться полноты сжигания.
Окислы азота NO
s
образуются при горении в результате
термической фиксации азота воздуха и при окислении азота,
содержащегося в топливе. Кроме того, в случае угольного топлива можно
ожидать дополнительного образования NOx за счет содержания в топливе
азота. Однако, содержащаяся в ВУС вода подавляет образование NO
x
.
Снижение содержания NO
x
при использовании ВУС достигает 50%.
9.4.1. Способы снижения вредных выбросов дизелей, работающих на
ВУС
Борьба с выбросами SO
x
Наиболее удобно извлекать серу перед турбонагнетателем.
Приемлемым в дизеле способом снижения содержания SO
x
является
впрыск сорбента, содержащего кальций на входе в экономайзер,
работающий в диапазоне температур, характерном для газов на выходе из
цилиндров 500 - 550 °С.
Борьба с выбросами твёрдых частиц
Необходимо извлечь твёрдые частицы из трубопровода до входа в
турбонагнетатель. Температура на этом участке равна ~ 540 °С, поэтому
67