Предыдущая страница реферата | 1  2  3 | Следующая страница реферата

Наконец, целесообразна утилизация отработавших паров и их "бесплатного" конденсационного тепла (1000С) на растворении и подогреве порций рабочего раствора во встречном теплообменнике труба-в-трубе. Это позволит загружать топливный бак кристаллизованными порциями топлива (шары, цилиндры, эллипсоиды) с содержанием "балластной" воды-растворителя ~3-5% и независимо от температуры окружающей среды. Аккумуляция "бесплатного" конденсационного тепла и пара (1000С) отработавших газов на растворении и подогреве раствора – повысит энергонасыщенность топлива на 10-15%, с выделением ~850-900 ккал/кг тепла и ~1000 л/кг газовых продуктов, что соответствует показателям бездымных пироксилиновых порохов.

…Оказывается, что энергонасыщенность топлива-раствора может быть как у бездымного пороха.

Оценим экономические показатели применения легкоплавкой смеси АС/карбамид 80:20 в сравнении с горючим-бензином.

Исходные данные для унитарного топлива-ВНС:

1. Теплота сгорания безводной смеси АС/карбамид 80/20 составляет 760 ккал/кг (вода – пар). Растворитель – "бесплатная" вода (пар) из отработавших газов, и в цикле растворение-сгорание-растворение не учитывается. Аккумуляция тепла при растворении 1 кг сухой смеси в "оборотном" растворителе – 60 ккал, аккумуляция тепла при подогреве 1 кг 85%-ого раствора ВНС до 1000С "бесплатным" теплом отработавших газов – 50 ккал. Таким образом, энергонасыщенность горячего топлива-раствора в процессе его подготовки возрастает на 60+50=110 ккал/кг, а теплота сгорания горячего раствора в пересчёте на сухие компоненты, загружаемые в топливный бак, составит 760+110 = 870 ккал/кг.

2. Термодинамический КПД цикла адиабатного расширения рабочего тела в ε =V2/V1~50 раз составляет 68%, в ε =V2/V1~100 раз – 74%. Система жидкостного охлаждения отсутствует, потери в тактах сжатия-продувки-зарядки – отсутствуют. Для расчёта примем значение КПД h =65%.

3. Стоимость растворов синтеза АС с концентрацией ~95% перед стадией грануляции в цикле существующих азотных предприятий на европейском рынке составляет менее 80 долл./т (ориентировочно ~50 долл./т). Стоимость плавов карбамида перед стадией грануляции примем 100 долл./т. Средневзвешенную отпускную цену топлива-смеси АС/карбамид 80:20 (с влажностью до ~5%) примем 85 долл./т, или 0,085 долл./кг.

Отношение показателей экономической эффективности для топлива-ВНС и горючего-бензина Квнс/Кб = {h внс Qвнс/Свнс} : {h б Qб/Сб} составляет:

Квнс/Кб = {(870 * 65) / 0,085} : {(9500* 35) / 1,33} = 2,7

Таким образом, эквивалентные затраты "на топливо" для топлива-ВНС будут ниже в 2,7 раза. При этом массовый расход дешёвого топлива-ВНС по сравнению с дорогим бензином возрастёт в (9500ккал/кг * 35%) : (870ккал/кг * 65%) = 5,9 раз. При плотности ВНС r внс=1,45г/см3 (что в 2 раза выше плотности бензина r б~0,75г/см3), объём бака увеличится в 3 раза. В экономическом смысле: замена сжигаемых в ДВС углеводородных горючих (~1,2 млрд. т.) на эквивалентное количество (7 млрд. т.) топлива-раствора в паровых "сверхкритических" двигателях дало бы экономию ~1 триллион долларов в год. В дальнейшем, по мере уничтожения нефтяного сырья, эффективность ВНС-топлива будет только увеличиваться (Квнс/Кб > 2,7).

…Но оказывается, что цикл "чистого расширения" топлива-пороха уже сегодня в 2,7 раза экономичнее циклов атмосферных нефтяных ДВС.

Дополнительные преимущества топлива-раствора:

1. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ВРЕДНОСТЬ продуктов сгорания ВНС-топлив на 2-3 порядка ниже опасности отработавших газов бензиновых ДВС и газов детонирующих аммиачно-селитренных ВВ. Экспериментальное определение СО и NOx в газовой фазе сгорающего плава АС/карбамид 80:25 (+5% катализатора) обнаруживает снижение концентрации СО по сравнению с бензиновым выхлопом на 3 порядка, а по NOx – на ~2 порядка – по сравнению с дизельным. Резкое снижение выхода ядовитых газов известно и для водонаполненных детонирующих ВВ [6]. Сгорание горючих веществ в жидком окислителе-NH4NO3 (35%N2, 20%О2, 45%Н2О) сравнимо с горением в жидком воздухе (76%N2, 23%О2). Доля углерода в ВНС-топливе составляет 4,0-5,5% (0% - для горючего-аммиака NH3), что в ~20 раз ниже "углеродистости" бензина и дизтоплива. Молекулярная гомогенизация со-растворимых ингредиентов ВНС – способствует полноте экзотермических реакций уже в конденсированной фазе. ВНС-топлива – как способ аккумуляции и хранения малоуглеродных энергоносителей – неизвестная разновидность водородной энергетики. Сырьевая база и весь азото-водородный цикл ВНС – естественным образом вписаны в кругооборот азота и воды и тепловой баланс планеты. Полная замена бензина и дизтоплива на топливо-ВНС снизит выбросы в атмосферу Земли: СО2 – на ~2 млрд. тонн, СО – на ~80 млн. тонн, NOx – на ~30 млн. тонн, СНх – на ~50 млн. тонн ежегодно.

…Но оказывается, что топливо-раствор может быть водородным топливом.

2. ДОСТИЖИМАЯ МОЩНОСТЬ "пороховых" машин – многократно превышает показатели атмосферных ДВС и ограничена лишь конструкционной прочностью газо-/гидро/расширительного механизма. Независимость "пороховой" мощности от "оборотистости" вала двигателя – резко упрощает привод к движителю (колесу, винту, водомёту, гидроцилиндру, гидромотору и т.п.). Снижение "механических" потерь мощности в трансмиссии на 50% – по аналогии с приводом паровых машин – эквивалентно дополнительному увеличению эффективности ВНС-цикла в сравнении с атмосферными ДВС в ~1,5 раза, т.е. Квнс/Кб ³ 4.

…Но оказывается, что "пороховой" двигатель – много проще атмосферных ДВС.

Оказывается, что аммиачно-селитренные смеси, используемые сначала как удобрения, а последние ½ века – как самый дешёвый источник энергии взрыва, в газо-механическом эквиваленте топлива-раствора – наиболее дешёвый источник механической работы. Цикл прямого преобразования химической энергии в механическую работу – эффективнее разрабатываемых технологий электротопливных элементов, "биотоплив" и электромобилей с миллиардными ассигнованиями.

…Но оказывается, что возможны инновации с мировой эффективностью ~1трлн. долларов в год, полезные для окружающей среды, а не уничтожающие её.

3. Газо-тепловые двигатели на унитарном топливе-растворе могут работать независимо от окружающей среды: под водой, в шахтах, в стратосфере, на Луне. По сравнению с известными "оборонными" ДВС на взрывоопасных, токсичных и дефицитных топливах-ВВ (нитрометан СН3NO2, перекись водорода Н2О2, производные гидразина N2H4, органические нитраты RONO2) стоимость ВНС-топлив ниже на ~2 порядка, а безопасность в обращении с водосодержащими смесями и плавами – ниже опасности гранулированной аммиачной селитры-удобрения (мировое производство ~20 млн.т в год) и ниже бензина.

В настоящее время азотная промышленность – одна из ведущих отраслей во всех индустриально развитых странах [7]. Необходимый водород для синтеза аммиака получают конверсией природного газа с водяным паром по схеме: СН4 + Н2О « СО + 3Н2, при этом доля стоимости природного газа на азотных производствах достигает до 50-70%. В то же время, в рамках водородной энергетики известны различные способы получения первичного водорода из воды, в т.ч. конкурентоспособные с природным газом [3, 8]. Удешевление первичного сырья-Н2 – означает дополнительное удешевление синтетических ВНС-топлив – дешёвых и технологичных аккумуляторов энергии идеального – водородного – топлива.

В настоящее время мировая азотная промышленность производит около 200 млн.т аммиака в год. Полная замена углеводородных горючих на топлива-ВНС потребует увеличение мощностей мировой азотной промышленности почти на 2 порядка. Однако, ВНС-топлива конкурентны с бензином уже сегодня, когда запасы дешёвого нефтяного сырья ещё не уничтожены. Очевидно, что через 15-20 лет на рынке транспортных и силовых технологий будут востребованы самые дешёвые, эффективные и безопасные технические решения. Контроль топливных технологий – возможность мирового контроля.

Список литературы

"Поиск", № 12 (774) 26.03.2004г., с.7.

Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей.-Киев: Наукова думка, 1984.

Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П., Кулешов Г.Г. Введение в водородную энергетику. –М.: Энергоатомиздат, 1984.

Андреев К.К. Беляев А.Ф. Теория взрывчатых веществ. –М.: Оборонгиз, 1960, с. 449-453.

Ваншейдт В.А. Дизели. Справочное пособие конструктора. М.-Л., 1957.

Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. –М.: Недра, 1980, с. 13, 425-434.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: рефераты по психологии, реферат по труду.



Предыдущая страница реферата | 1  2  3 | Следующая страница реферата

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки