Kolbasenko O. Improving the technical, economic, environmental efficiency and reliability of boiler installations by means of activating the combustion of water-fuel emulsions

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0825U000983

Applicant for

Specialization

  • 144 - Теплоенергетика

09-05-2025

Specialized Academic Board

PhD 8118

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Essay

The results of research into the combustion of water-fuel emulsion are presented in the dissertation, as well as practical recommendations for improving the technology of its use in combustion chambers of boiler installations that have been developed. The object of the study is the physicochemical processes that occur during the combustion of water-fuel emulsions in the combustion chambers of boiler installations. The subject of the study is the patterns that characterize the process of burning water-fuel emulsions and their influence on the efficiency, environmental friendliness and reliability of the operation of boiler installations. The objective of the dissertation is scientific development of the theoretical basis and practical solutions to improve the technical, economic, environmental performance and reliability of boiler installations when using water-fuel emulsions. The introduction demonstrates the relevance of the topic of the dissertation, defines the research objectives, provides data on its scientific originality, practical significance, testing of the results, and publications made on the topic of the work. The first chapter presents an analysis of sources of information on the use of water-fuel emulsions in engines, gas turbines, and boiler installations. Factors affecting the combustion process of water-fuel emulsions are analyzed in comparison with traditional methods of improving the quality of combustion, such as injecting steam or introducing water into the combustion zone. The influence of water quality on the efficiency of power generating installations and methods of its preparation are analyzed, and the need for additional measures to activate work processes, including cavitation processing at the stage of preparation of the water-fuel emulsions, is shown. The lack of complete information on determining water quality requirements for water-fuel emulsions and work processes parameters when burning emulsion under conditions of different water content is pointed out. In the second chapter, the processes of vibrational combustion and their influence on the combustion of water-fuel emulsion are examined. Different types of vibrational combustion and their mathematical description are considered. The conditions under which a positive effect of such combustion mode on the intensification of heat transfer and the reduction of harmful emissions into the environment is observed are determined. Various processes of transformation of the water phase of the water-fuel emulsions are analyzed, each of which is accompanied by different patterns of fragmentation of the initial fuel droplets. The third chapter is devoted to the study of the phenomenon of high- and low-temperature corrosion during the combustion of water-fuel emulsions. A description of the experimental setup and the results of studies of the influence of the mineral part of the fuel and water during the combustion of water-fuel emulsions, as well as of the metal surface temperature and the excess air coefficient at different water salinity for steel 20 and 1X18N10T, are presented. A comparative analysis of the consumption of water-fuel emulsions and heavy fuel oil was conducted, and the dependences of the rate of high-temperature and low-temperature corrosion at different salt content and excess air coefficient were obtained. On the basis of processing the results of experimental studies, regression equations were obtained that allow predicting the intensity of corrosion when using water-fuel emulsions and pure fuels, and an assessment of the errors of the obtained equations was carried out. In the fourth chapter design solutions for industrial and waste-to-energy boilers equipped with the condensing heating surfaces made of various materials are proposed. The use of scrubber technologies that envision condensation surfaces with a nozzle made of non-corrosive materials is proposed. For ship boiler installations, the use of electrodialysis technologies for water preparation is substantiated, and the advantage of their use is shown. A scheme of the technology for the integrated use of fuel, energy and water resources has been developed, the feature of which is the use of cavitation processing of various levels of intensity at all stages of preliminary preparation of fresh water and fuel. An analysis of the influence of water vapor injection on the emission of harmful substances during the combustion of water-fuel emulsions in comparison with pure fuel was carried out. Using statistical data processing methods, multivariate regression equations were obtained, which allows determining the rate of increase in pollutants for the combustion of water-fuel emulsions with a sulfur content of up to 30%. In the conclusions, the main results of the scientific work regarding the solution of the scientific problems set in the research are presented.

Research papers

1. Колбасенко О.В., Димо Б.В., Горячкін А.В., Корнієнко В.С. Результати досліджень низькотемпературної корозії при спалюванні водопаливних емульсій. Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія : «Технічні науки». Маріуполь: ПДТУ, 2018. № 37. С. 44-52. (Б)

2. Філіпщук О.М., Колбасенко О.В. Теплові і шкідливі викиди димових газів при спалюванні водопаливних емульсій. Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. Миколаїв: НУК, 2019. № 3 (477). С. 10-17. (Б)

3. Колбасенко О.В. Вплив способів вводу води в полум’я на ефективність горіння і викиди оксидів азоту. Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія : «Технічні науки». Маріуполь: ПДТУ, 2020. № 40. С. 150-158. (Б)

4. Філіпщук О.М., Колбасенко О.В. Підвищення техніко-економічної ефективності суднових котельних установок при спалюванні водопаливних емульсій. Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. Миколаїв: НУК, 2020. № 1 (479). С. 51-60. (Б)

5. Горячкін В. Ю., Горячкін А. В., Колбасенко О. В. Переваги спалювання кавітаційних водопаливних емульсій. Проблеми енергоресурсозбереження в промисловому регіоні. Наука і практика : Тези доповідей III Всеукр. науково-практ. конф. молодих вчених, фахівців, аспірантів, м. Маріуполь, 11-12 травня 2017 р. Маріуполь: Приазовський державний технічний університет, 2017. – С. 102-103.

6. Горячкін А. В., Колбасенко О. В. Доцільність і переваги використання скруберних технологій. Проблеми енергоресурсозбереження в промисловому регіоні. Наука і практика : Тези доповідей III Всеукр. науково-практ. конф. молодих вчених, фахівців, аспірантів, м. Маріуполь, 11–12 травня 2017 р. Маріуполь: Приазовський державний технічний університет, 2017. – С. 104-105.

7. Колбасенко О. В., Горячкін А. В., Дем'яненко В. С. Ефективність спалювання водопаливних емульсій в ДВЗ. Сучасний стан та проблеми двигунобудування : Матеріали V Міжнар. науково-техн. конф. присвяченої 160-річчю з дня народження Рудольфа Дизеля, м. Миколаїв, 21–22 листопада 2018 р. Миколаїв : Видавець Торубара В.В., 2018. – С. 80-82.

8. Димо Б.В., Колбасенко О.В., Горячкін А.В., Язловецький А.В. Підвищення екологічних, техніко-економічних показників та надійності роботи елементів СЕУ при спалюванні водопаливних емульсій. Сучасні енергетичні установки на транспорті, технології та обладнання для їх обслуговування : Матеріали X-ї Міжнар. науково-практ. конф., м. Херсон, 12–13 вересня 2019 р. Херсон : Херсонська державна морська академія, 2019. – С. 110-112.

9. Kolbasenko O., Kundenko M., Vakhonina L., Rudenko A., Mardziavko V. Improving the reliability of elements of energy installations when combustion of different quality fuel. IEEE 5th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES) (м. Кременчук, 27-30 вересня 2023 р.). Kremenchuk, Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, 2023. – P. 1-6 (Scopus).

10. Kolbasenko O., Kundenko M., Sadovoy O., Rudenko A., Mardziavko V. Research of the vibration mode of combustion of water-fuel emulsion for improving the efficiency indicators of the power plant. IEEE 5th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES) (м. Кременчук, 27-30 вересня 2023 р.). Kremenchuk, Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, 2023. – P. 1-7 (Scopus).

11. Колбасенко О.В., Димо Б.В., Анастасенко С.М., Стельмах О.І. Підвищення ефективністі спалювання водопаливних емульсій в ДВЗ. Суднова енергетика: стан та проблеми : Матеріали ХІ Міжнар. наук.-техн. конф., м. Миколаїв, 07-08 листопада 2023 р. Миколаїв : Видавець Торубара В.В., 2023. – С.181-188.

12. Kolbasenko O., Dymo B., Anastasenko S., Stelmakh O. Increasing the efficiency of combustion of water fuel emulsions in internal combustion engines. Сучасні енергетичні установки на транспорті і технології та обладнання для їх обслуговування : Матеріали 15-ої Міжнар. наук.-практ. конф., м. Херсон, 13-15 березня 2024 р. Херсон: Херсонська державна морська академія, 2024. – С.42-45.

13. Kolbasenko O., Dymo B. Efficiency of water input into the flame on combustion quality and nitrogen oxide emissions. Інновації в суднобудуванні та океанотехніці : Матеріали ХV Міжнар. наук.-техн. конф., м. Миколаїв, 26–27 вересня 2024 р. Миколаїв : НУК, 2024. – С.172-175.

Similar theses