Биотопливо (biofuel) — это горючее из био сырья, получаемое в итоге переработки каких или растений (кукуруза, рапс, соя и т.д.). Различается жидкое биотопливо (этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, трава, дальше пеллеты) и газообразное (биогаз, водород). Возрастающий спрос на биотопливо вынуждает сельхозпроизводителей сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных.

В последнее десятилетие за рубежом больший практический энтузиазм проявляется к водянистому био горючему, производимому из биомассы, семян и плодов пищевых и технических масличных культур, также отходов пищевых масел. Обширное применение это горючее получило в странах Евро союза (ЕС), на Украине, в Белоруссии, в Северной и Латинской Америке. Употребляется оно в главном в дизелях и котельных установках. В карбюраторных движках по ряду обстоятельств биотопливо пока не отыскало широкого внедрения.

Стоит отметить, что некие спецы относят к био горючему и топливные консистенции нефтяных углеводородов и горючих жидкостей, к примеру спиртов и эфиров, сделанных из растительного и животного сырья, что совсем неприемлимо. Эти консистенции составляют отдельный вид топлив, в каких био углеводороды являются всего только присадкой к классическому нефтяному горючему либо компонентом топливной консистенции, условия хранения, технологический цикл подготовки, также процесс горения (реакция окисления) которых имеют принципные отличия. Неведение этого часто приводит к нехорошим последствиям с пожарами, поломкой техники и смертью людей.

К био горючему следует относить только горючее растительного либо животного происхождения и топливные консистенции на их базе. Топливные же консистенции на базе нефтепродуктов и био присадок, вводимых, к примеру, с целью увеличения экологической чистоты, никакого дела к биогорючим не имеют, а являются нефтяными топливами с присадками. К таким топливным консистенциям в текущее время следует относить биобензин, биодизель, биомазут и бионефть.

Таким макаром, нужно различать классические нефтяные и био горючего, также топливные консистенции и био присадки.

Что еще нужно знать о биотопливе

Био горючее, вместе с явными преимуществами, обладает и целым рядом недочетов, присущих всем углеводородным горючим. Эти недочеты нужно не только лишь знать, да и учесть при хранении и использовании данного вида горючего.

Так, биотопливо имеет в собственном составе поверхностно-активные вещества, отлично поглощающие воду, которая, как понятно, вместе с другими негорючими хим субстанциями и соединениями представляет собой негорючий балласт, снижающий теплотворную способность горючего. Не считая того, составляющие биотопливо углеводороды имеют разную молекулярную структуру и размеры, неодинаковое строение молекул, разные типы углеводородных соединений, что при применении для биотоплива классической технологии подготовки горючего к сжиганию не позволяет достигнуть получения однородной по структуре, гомогенной горючей консистенции с хорошим соотношением компонент по всему объему горения. В связи с этим, невзирая на большее по сопоставлению с нефтяными углеводородами содержание в биотопливе кислорода, при его сжигании обязаны завышать коэффициент излишка воздуха, но и при всем этом процесс горения биотоплива может сопровождаться насыщенным образованием оксидов азота (NOX), выделением сажи (С) и возникновением копоти.

Внедрение био горючего, как указывает опыт эксплуатации топливосжигающих энергоустановок, впрямую находится в зависимости от температуры внешнего воздуха. Так, уже при температурах ниже +10°С по причине низкого давления насыщенных паров и высочайшей теплоты испарения пуск карбюраторных движков при использовании в их спиртов становится фактически неосуществимым. Пуск и работа дизелей на биотопливе, произведенном из маслянистых сельскохозяйственных культур, при маленьких температурах внешнего воздуха также невозможны изза значимого понижения текучести горючего. Более адаптированными к обработке био горючего и подготовке его к сжиганию оказались топливные системы котлов с механическими и паро-механическими форсунками.

Вместе с теплотворной способностью важными качествами хоть какого горючего являются стабильность и коррозионная активность. Стабильность горючего — это его способность данное время сохранять свои физическое состояние и физико-химические характеристики в разных критериях хранения и транспортировки. Для увеличения стабильности горючего в его состав обязаны вводить особые дорогостоящие присадки, что, в конечном итоге, существенно наращивает цена горючего. К огорчению, многие виды био горючего и топливные консистенции на их базе владеют низкой стабильностью (несколько часов), что также ограничивает область их практического внедрения.

Коррозионная активность горючего определяется наличием в его составе химически активных частей, соединений и веществ, а именно органических кислот, воды и кислорода, способных к хим реакциям с конструкционными материалами, используемыми в элементах топливной системы и узлах топливосжигающей установки. Биотопливо, обычно, имеет кислотную базу и завышенное содержание кислорода, а как следует, по сопоставлению с нефтяными углеводородами обладает более высочайшей коррозионной активностью. Сейчас известны случаи разрушения защитной оксидной пленки на поршнях и втулках цилиндров дизелей при использовании в их биотоплива.

В текущее время существует неверное мировоззрение, что био горючее более экологически безобидно для среды, чем нефтяные виды горючего. Но приставка «био» еще не значит, что биотопливо полностью экологически незапятнанное горючее. Экологичность биотоплива, как и хоть какого другого вида углеводородного горючего, проявляется в процессе его использования по прямому предназначению, другими словами конкретно при сжигании, при всем этом уровень экологической чистоты горючего зависит в большей степени от свойства организации процессов его подготовки и сжигания, ежели от вида горючего.

Одна из заморочек работы с биотопливом заключается в отсутствии единых требований к качеству данного вида горючего, что затрудняет его обширное внедрение. Препятствием широкого внедрения биотоплива служит и низкая энергетическая ценность начального сырья для его производства. Так, для получения 1 литра водянистого биотоплива требуется более 25 кг кукурузы, а из одной тонны рапсы можно произвести всего только около 6070 л. рапсового масла. Это означает, что для производства огромных (нужных для употребления) объемов биотоплива требуется переработка множества сырья, а как следует, и значимые посевные площади для его воспроизводства.

В поисках эталонов

Не тайна, что каждый завод-изготовитель советует использовать в сделанных им топливосжигающих установках углеводородное горючее либо спектр топлив, соответственных определенным техническим требованиям. Эти советы являются неотклонимыми, так как вызваны рядом беспристрастных обстоятельств. Во-1-х, для каждого типа топливосжигающей установки можно использовать определенный вид углеводородного горючего, так как универсального горючего для всех установок не существует. Во-2-х, в базу термического расчета хоть какой топливосжигающей установки положено значение теплотворной возможности планируемого к использованию горючего. В-3-х, конструкционные материалы для производства частей той либо другой топливосжигающей установки выбираются исходя из коррозионной активности предполагаемого к использованию горючего и товаров его сгорания. И в конце концов, эксплуатация хоть какой топливосжигающей установки становится неосуществимой без высочайшей стабильности горючего, то есть без сохранения в течение данного времени его высококачественных и количественных характеристик.

Практическое внедрение био горючего выдвинуло целый диапазон ранее неведомых эксплуатационных заморочек, связанных, до этого всего, с его физико-химическими качествами и недостающим познанием о их.

Таким макаром, внедрение биотоплива в имеющихся топливосжигающих установках вызывает необходимость решения ряда сложных эксплуатационных заморочек, без чего настоящая подмена нефтяных горючих биологическим топливом становится неосуществимой.

Как спаливать биотопливо

Эффективность использования биотоплива может быть достигнута созданием топливосжигающих установок, рассчитанных на внедрение определенного вида биотоплива, к примеру спиртов, эфиров, рапсового, пальмового масла и т. п., либо, другими словами, созданием принципно новых топливосжигающих установок. Но это просит значимого времени и огромных издержек.

Другой вариант — оборудование имеющихся топливосжигающих установок несколькими топливными системами (так именуемыми политопливными системами), способными обрабатывать и подавать на совместное либо раздельное сжигание каждый отдельный вид биотоплива, к примеру системой рапсового масла, системой метилового спирта и т. д. Аналоги схожих систем уже есть. Политопливные системы издавна используются на отдельных больших ТЭЦ (к примеру, в Англии для обработки и подачи на сжигание обычных видов углеводородного горючего). Хотя этот способ тоже не дешев.

В конце концов, на топливосжигающих установках может быть внедрение одной функциональной топливной системы для обработки и подачи на сжигание всех видов био горючего. Аналог схожей системы уже разработан и проверен создателями в реальных критериях эксплуатации на котле.

Эффективность сжигания биотоплива можно повысить

Понятно, что эффективность процесса сжигания хоть какого вида углеводородного горючего, включая и био, определяется, основным образом, высококачественными и количественными чертами приготавливаемой горючей консистенции, отражающими однородность топливной структуры, дисперсность углеводородных молекул, равномерность смешения горючего и воздуха, гомогенность подаваемой на горение консистенции, лучшую концентрацию участвующих в реакции горения компонент и др. Эти свойства, в свою очередь, зависят от метода подготовки и схемы подачи горючего и окислителя в зону горения. Исходя из произнесенного, одним из реальных направлений увеличения эффективности сжигания био горючего является улучшение процесса изготовления горючей консистенции и внедрение новых схем ее подачи в зону горения.

Более действенное сжигание углеводородов животного и растительного происхождения может быть достигнуто, к примеру, с помощью струйного насоса-распылителя, внедрение которого позволяет не только лишь убрать недочеты используемой сейчас раздельной схемы подачи горючего и воздуха, да и отвести позитивную роль имеющейся в составе горючего воде. Насос-распылитель сразу делает функции всасывания, смесителя, дозатора, диспергатора и распылителя, он реализует совместную схему подачи горючего и воздуха, при которой смешение горючего и окислителя происходит до зоны горения, а не в ней. В приемной камере насоса-распылителя молекулы био горючего подвергаются деструкции (расщеплению), образуя однородные молекулы наименьшей массы и углеводородные радикалы, которые, интенсивно соединяясь с водяными молекулами (при их наличии) и молекулярным кислородом, образуют мелкодисперсную, однородную насыщенную кислородом топливную смесь с данным соотношением компонент.

Струйный насос-распылитель прошел всеохватывающие тесты и опытную эксплуатацию, в том числе и на сырой нефти, характеристики и отдельные физико-химические характеристики которой очень близки аналогичным свойствам и показателям большинства углеводородных консистенций животного и растительного происхождения.

Опыт практического внедрения насоса-распылителя в реальных критериях показал его работоспособность, многофункциональность и универсальность, что дает основание гласить о способности его адаптации к работе с разными видами био горючего.

К. т. н. Игорь ДУБРОВИН, к. т. н. Евгений ДУБРОВИН

Как фактически поменять дизтопливо биогорючим

Спаливать жидкое биотопливо в имеющихся топливосжигающих установках, как обозначено ранее, целесообразнее в составе топливных консистенций, в связи с чем появляется необходимость подбора их компонент и расчета количественного соотношения., также определения вязкости и плотности консистенции.

Для примера определим содержание компонент био горючего из консистенции рапсового масла и метилового спирта, которое подразумевается использовать в дизеле заместо дизельного горючего (ГОСТ 474984).

Главным энергетическим показателем хоть какого горючего является его теплотворная способность, потому сначала рассчитывается содержание компонент для обеспечения требуемой теплоты сгорания биосмеси.

Теплота сгорания дизельного горючего составляет около 41310 кДж/кг (ГОСТ 474984), рапсового масла — 43930 кДж/кг (ГОСТ 89882002), а метилового спирта — 27000 кДж/кг. Для получения биосмеси данной калорийности (41310 кДж/кг) среднее содержание в ней рапсового масла должно составлять 84,5 процента, а метилового спирта соответственно — 15,5 процента.

Потом определяется температура вспышки биосмеси рационального состава. С учетом температур вспышки рапсового масла, равной +138˚С (ГОСТ 89882002), и метилового спирта — +17˚С температура вспышки биосмеси с хорошим соотношением компонент составит около +119˚С, что несколько больше температуры вспышки (+35˚С — +90˚С) дизельного горючего, соответственного ГОСТу 474984.

Дальше рассчитываются вязкость и плотность консистенции обозначенного состава при температуре +20˚С.

При обозначенной температуре плотность био консистенции составляет около 844 кг/м3, а вязкость — 5,54 сСт.

Сопоставление вязкости (2,88,0 сСт) и плотности (830860 кг/м3) дизельного горючего с подобными значениями характеристик.биосмеси указывает, что, невзирая на превышение температуры вспышки, биотопливо такового состава способно поменять дизельное горючее (ГОСТ 474984), так как температура вспышки охарактеризовывает способность горючего к самовоспламенению при хранении в топливных емкостях.

Смешение компонент и поддержание данных параметров биосмеси могут быть достигнуты с помощью, к примеру, реализации в технологическом цикле топливоподготовки процессов динамического хранения и струйно-кавитационной обработки консистенции.

Аналогичным образом можно высчитать содержание горючих консистенций для котельных и газотурбинных установок.

Таким макаром, к изготовлению того либо другого вида биотоплива нужно подходить не только лишь с учетом его физико-химических параметров, да и конструктивных особенностей и технических черт как определенной топливосжигающей установки, так и ее топливной системы.