תחליבים על-קוליים לבעירת מים בדיזל

גנרטורים חשמליים, מנועי ספינות ומנועי רכבת, המונעים בדיזל, יכולים להיות מופעלים ביעילות רבה יותר כאשר משתמשים באמולסיות מים בדיזל. דלקי תחליב מים-דיזל מפחיתים את צריכת הדלק, מורידים את טמפרטורת הבעירה, שורפים חומר נקי יותר ומפחיתים פליטות, כגון תחמוצות חנקן ופיח. תחליב קולי הוא שיטה אמינה, פשוטה ויעילה לייצור דלקי מים בדיזל באיכות גבוהה.

תחליב קולי של מים בדיזל

תחליב מים בדיזל (WiDE; W/D אמולסיה דלק) הם חלופה שונה סולר, אשר מכיל עד 15% של מים. ידוע גם בשם דלק מים, בתחליבים דיזל מים, טיפות מים מתחלבות אולטרה-סאונד לשלב דיזל רציף. סוניקציה אינטנסיבית של נוזלים יוצרת קוויטציה אקוסטית. כוחות גזירה קוויטציוניים משבשים את הטיפות ומייצרים תחליב הומוגני של פאזות המים והדיזל שאחרת לא ניתן היה לערבב אותן.

תחליב מים בדיזל

WiDE (תחליב W/D) מוגדר כתערובת של נוזלים טבעיים בלתי ניתנים לערבוב של טיפות מים (פאזה מפוזרת/פנימית) בדיזל (פאזה רציפה/חיצונית). חומר מתחלב מתווסף בריכוזים נמוכים על מנת לשפר את יציבות התחליב ולהפחית את דרישת אנרגיית הערבוב.

תחליב דו-פאזי

תחליב דו-פאזי מתאר את תערובת המים בדיזל ללא שימוש בחומרים פעילי שטח. עבור WiDE דו-פאזי, זרמי הזנת המים והדיזל מתחלבים באולטרסאונד ממש מול המנוע. תחליב המים בדיזל הדו-פאזי העל-קולי עובר ישירות מהכור העל-קולי של תאי זרימה למנוע הבעירה. ללא חומרים פעילי שטח, התחליב אינו מיועד לאחסון, אלא לבעירה ישירה.

מקרה בוחן של דלק תחליב מים-דיזל

ההתקנה

Ithnin et al. (2018) חקרו את ההשפעה של דלק תחליב מים בדיזל (WiDE) על צילינדר יחיד, מנוע דיזל הזרקה ישירה. מים וסולר אוחסנו ביחידות שונות, מהן הועברו כמותית למערכת ערבוב. מערכת הערבוב כללה שילוב של מיקסר גזירה גבוהה והומוגנייזר קולי. מערבל הגזירה סיפק ערבוב מקדים גס של מים ודיזל, ואילו הסוניקציה שימשה לתחליב אחיד בגודל עדין. תחליב מים-דיזל הוכן עם 5% מים. דלק ה-WiDE ההומוגני הועבר ישירות ממערכת הערבוב לתוך המנוע. דלק WiDE שהוכן לא הכיל חומרים פעילי שטח, ולכן הוגדר כדלק תחליב בלתי יציב לטווח ארוך (UW/D). מנוע הדיזל נבדק בארבעה תנאי עומס שונים (1 קילוואט (25%), 2 קילוואט (50%), 3 קילוואט (74%), 4 קילוואט (100%)) ובמהירות קבועה של 3000 סל"ד. על מנת להשוות את ההשפעות כגון ביצועי דלק ופליטת מזהמים, דלק תחליב מיוצב פעילי שטח (תחליב יציב (SW/D)) וסולר מסודר (D2) נבדקו גם על אותו מנוע. 5% מהמים משמשים הן לתחליב לא יציב והן לתחליב יציב.

התוצאות

בדיקת המנוע מראה כי דלק אמולסיה מים-דיזל ללא חומרים פעילי שטח (UW/D) מביא לשיפור משמעותי של המנוע עם עלייה של 3.59% ביעילות התרמית של הבלמים (BTE) והפחתה של 3.89% בצריכת דלק ספציפית לבלמים (BSFC) בהשוואה לסולר מסודר. דלקי האמולסיה, הן מיוצבים (SW/D) והן בלתי מיוצבים (UW/D), הגבירו את היעילות התרמית של המנוע עקב תופעת המיקרו-פיצוץ. תופעת המיקרו-פיצוץ גורמת לאידוי מהיר של טיפות מים מתחלבות. מכיוון שברגע שטיפות המים מוקפות בשמן, תהליך האידוי האינטנסיבי משבש את הטיפות באלימות לחלקיקים עדינים מאוד, מה שמעודד ערבוב של אוויר ודלק. ההפרעה הטיפתית והערבוב עם האוויר מגדילים את יעילות הבעירה באופן משמעותי.
התוצאות מראות כי הרעיון של ייצור והעברת דלק תחליב מים-דיזל בזמן אמת לתוך המנוע ללא שימוש בחומרים פעילי שטח עובד טוב מאוד. העברה מיידית של תערובת מים-דיזל מוכנה באולטרסאונד מבטלת את בעיית הייצוב של דלק תחליב מאוחסן כמו גם את התלות בסורפקטנט. דלק תחליב מים-דיזל לא יציב (UW/D) שמר באופן אמין על צורת התחליב שלו מבלי להגיע לשלב השקיעה תוך 25 שניות (ראה תמונה למטה).

התנהגות טיפתית של דלק תחליב אטר-בסולר אולטרה-סאונד לאורך זמן א) 10 שניות, ב) 25 שניות, ג) 50 שניות וד) 132 שניות (הגדלה 1000×) – אית'נין ואח' 2018

בהשוואה לסולר מסודר, לדלק תחליב מים בסולר יש פליטת פליטה מופחתת משמעותית של תחמוצות חנקן (NOx) וחומר חלקיקי (PM) עם הפחתה ממוצעת של 31.66% ו -16.33% בהתאמה.

בסך הכל, תחליבים מוכנים אולטרה-סאונד – רטוב לא יציב או מיוצב על ידי פעילי שטח – לעזור לחסוך סולר, ולהפחית את פליטת הפליטה.
פליטה ירוקה יותר וחיסכון בדלק עם Ultrasonics!

אטומיזציה ראשונית ומשנית בלהבת ריסוס של דלק מתחלב.

תחליב שלב טרינרי

תחליב שלב טרינרי, הידוע גם בשם תחליב תלת פאזי, מורכב ממים, שמן וחומרים פעילי שטח. במהלך תחליב קולי של המים לשלב דיזל מתווסף חומר פעילי שטח. החומר המתחלב מאריך את יציבות התחליב ומאפשר אחסון מים בסולר. יציבות תחליב W/D תלויה במתחלב, בפרמטרים של התהליך העל-קולי ובטמפרטורה. עם השילוב הנכון של פרמטרים פעילי שטח וסוניקציה, ניתן להשיג יציבות משמעותית לטווח ארוך של WiDE.

ההתקנה ואת רטרו התאמה של מערכת תחליב קולי הוא פשוט, בטוח וזול. ניתן להשתמש בדלקים עם תחליב W/D בשילוב עם כל מנועי דיזל קונבנציונליים (למשל, גנרטורים חשמליים, מנועי רכבת, מנועי ספינות) ללא שינוי.

מה הופך דלקי WiDE ליעילים יותר? – תופעת המיקרו-פיצוץ

דלקי תחליב מים בדיזל מורכבים מחלקיקי מים מרחפים בשלב דיזל רציף. בעת הבעירה, טיפות המים בגודל עדין בדלק האמולסיה מגיעות לשלב המחומם שלהן מהר יותר מהדיזל ויוצרות התפרקות התפשטות אדים (פיצוץ ספונטני) במהלך הבעירה, מה שיוצר חלקיקים עדינים מאוד. בשל שטח הפנים המוגדל של החלקיקים הזעירים בשילוב עם אוויר היניקה, ערבוב האוויר והדלק משופר משמעותית ומגדיל ובכך את יעילות הבעירה. (איבנוב, נבדוב 1965)

מערכות תחליב אולטראסוניות בעלות ביצועים גבוהים

Hielscher Ultrasonics מספקת מעבדים קוליים בעלי ביצועים גבוהים לייצור מתמשך של תחליבים באיכות גבוהה (ננו). ביצועים על-קוליים מעולים, חוסן וטביעת רגל קטנה הופכים את Hielscher Ultrasonicators למערכת הערבוב האידיאלית עבור דלקי תחליב מים בדיזל. אם אתה רוצה לייצר דלקים תחליב עבור הזרקה ישירה לתוך מנוע בעירה או דלקים תחליב יציב לאחסון ולאחר מכן בעירה, Hielscher Ultrasonics יש את ההתקנה המתאימה ביותר עבור היישום שלך. החל ממערכות תחליב על-קוליות קטנות יותר לשילוב בקטרי רכבת וכלי שיט ימיים יבשתיים ועד לייצור נפחי דלק מים גדולים עבור תחנות כוח וכלי שיט ימיים ענקיים – אשכולות המעבדים העל-קוליים שלנו מאפשרים עיבוד דלק תחליב בכל נפח.
מלבד פלט קולי גבוה, אמינות וחוסן, Hielscher Ultrasonics’ מעבדים קוליים תעשייתיים ניתן לשלוט במדויק ולפקח. חיישני טמפרטורה ולחץ משדרים את הנתונים לגנרטור, שם נרשמים כל פרמטרי התהליך החשובים כגון משרעת, אנרגיה נטו וסך אנרגיה, טמפרטורה ולחץ על כרטיס SD מובנה. בקרת התוכנה החכמה מאפשרת לקבוע ולהגדיר פרמטרים מדויקים של תהליך עבור דלק תחליב סטנדרטי באיכות גבוהה ברציפות. ניתן לקרר ביעילות את כור הזרימה העל-קולי ולאפשר לעבד את התחליב בטמפרטורות מוגדרות. החוסן של הציוד העל-קולי שלנו מאפשר פעולה 24/7 בעומסים כבדים ובסביבות תובעניות.
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: