Исследования по применению в качестве моторного топлива водно-топливных эмульсий (ВТЭ) проводятся очень давно. Использование ВТЭ позволит повысить экономичность двигателей и снизить токсичность отработавших газов. Удорожание топлива и возрастание нагрузки на окружающую среду продуктами сгорания приводит к необходимости поиска путей экономии и способов сжигания, обеспечивающих уменьшение выбросов вредных веществ. Одним из таких путей является применение в качестве моторного топлива водо-топливных эмульсий (ВТЭ).
По сравнению с обычным дизельным топливом использование гомогенизированной водно-топливной смеси позволяет повысить коэффициент сжигания топлива и значительно уменьшить вредные выбросы в атмосферу. Механизм этого эффекта объясняется следующим. Дизельное топливо в камеру сгорания распыляется форсункой. Дисперсность капель дизельного топлива составляет 0,03…0,1 мм. Если в таком топливе находятся включения более мелких капель воды с дисперсностью около 1…5 мкм, то, попадая в область высокой температуры в цилиндре двигателя, капли взрываются, разрывая частицы топлива на множество более мелких частиц, образуя «вторичный распыл». Это обусловлено разницей температур кипения топлива (200…360°С) и воды (100°С).
Описанное явление обусловливает высокую скорость испарения топлива в цилиндре двигателя и быстрое и полное выгорание его легких составляющих на первом этапе горения. На втором этапе горения, при достижении высокой температуры в цилиндре двигателя от горения легких фракций топлива, пары воды и топлива диссоциируют на активные радикалы. Эти радикалы, являющиеся катализаторами горения углерода, сокращают время горения тяжелых составляющих топлива, в первую очередь остатков сажи. На заключительной стадии горения топлива в цилиндре двигателя, время выгорания остатков сажи, составляющее до 40 % общего времени горения капли обычного топлива, у эмульгированных топлив существенно сокращается. При этом суммарная скорость и полнота сгорания в цилиндре двигателя вязких топлив в виде ВТЭ становится примерно равной скорости сгорания легких дизельных топлив. Как результат, вязкое топливо полностью успевает сгорать даже в цилиндрах высокооборотных дизелей, резко снижаются отложения нагаров на деталях ЦПГ.
Негативного воздействия на детали топливной аппаратуры частицы воды в эмульсии не оказывают, так как их размеры меньше зазоров в плунжерных парах и форсунках, а частицы воды окружены снаружи плотной пленкой топлива, предохраняющей от непосредственного контакта металла с водой.
Применение ВТЭ на двигателях малой мощности ( автомобили, трактора и т.п.) будет весьма проблематично. Смесь нужно где то изготавливать и хранить. К тому же значительно повышается температура замерзания такого топлива.
Наибольшего эффекта можно достигнуть при использовании ВТЭ на теплоходах, паровых котлах большой и т.п..
Ещё в советское время на судах применялись эмульгаторы кавитационного типа. Но широкого применения они не получили. Это было связано с быстрым износом установки и как следствие снижение качества ВТЭ со всеми вытекающими последствиями.
К преимуществам водо-топливных эмульсий можно отнести:
− Уменьшается нагарообразование, повышается надежность работы цилиндропоршневой группы, газо-выпускного тракта.
− С уменьшением температуры выпускных газов снижается тепло-напряженность деталей цилиндропоршневой группы, скорость загрязнения и старения смазочного масла.
− Снижается токсичность выхлопных газов.
К недостаткам водно-топливных эмульсий относят:
− Наличие в составе СЭУ специальной аппаратуры для приготовления эмульсий;
− низкая седиментационная устойчивость (недостаток устраняется при использовании специальных присадок или поверхностно-активных веществ).
Применение альтернативных топлив в судовых энергетических установках позволит снизить зависимость от нефтяных топлив и повысить экологическую эффективность судов.