Influence of surfactant addition to emulsion fuels on the hot section of turbine engines

• Autorzy: Niszczota Paweł , Gieras Marian

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.1752

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku środka powierzchniowo-czynnego do paliw emulsyjnych na gorącą sekcję silników

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Due to the growing awareness of ecological threats, more and more attention is paid to the emission problem of undesirable substances into the atmosphere, the source of which is transport and energy. The impact of these factors on the environment can be reduced by using alternative fuels, which are non-fossil fuels, or by modifying these fuels to ensure lower emissions. One of the methods for reducing emissions from engines is the use of water fuel emulsion as fuel, which has a particularly positive effect on the emission of nitrogen oxides at high loads of drive and power units. An important issue affecting the possibility of using this fuel type is the impact of their use on the elements of the units in contact with fuel containing water and, optionally, an emulsifier. This paper presents inspection results of the hot section of a miniature gas turbine powered by Jet-A1 aviation fuel with the emulsifier addition. On the basis of these observations, the components of emulsion fuels were determined, which are the cause of the characteristic deposits occurring on the hot sections of the units after using emulsion fuels.

PL

Ze względu na rosnącą świadomość zagrożeń ekologicznych przykłada się coraz większą wagę do problemu emisji do atmosfery substancji niepożądanych, których źródłem jest transport i energetyka. Jedną z dróg prowadzących do zmniejszenia wpływu tych czynników na środowisko jest wykorzystanie paliw alternatywnych, będących paliwami niekopalnymi, bądź modyfikacja tych paliw zapewniająca mniejszą emisję. Jedną z metod obniżenia emisji z silników jest zastosowanie, jako paliwa, emulsji paliwowo-wodnej, która wpływa szczególnie pozytywnie na emisję tlenków azotu przy dużych obciążeniach jednostek napędowych i energetycznych. Ważną kwestią wpływającą na możliwość zastosowania tego typu paliw jest wpływ ich stosowania na elementy jednostek będące w kontakcie z paliwem zawierającym wodę oraz opcjonalnie emulgator. W niniejszej pracy zostały przedstawione wyniki inspekcji gorącej sekcji miniaturowej turbiny gazowej, która była zasilana paliwem lotniczym Jet-A1 z dodatkiem emulgatora. Na podstawie tych obserwacji określono składniki paliw emulsyjnych będących przyczyną występowania charakterystycznych osadów występujących na gorących sekcjach jednostek po zastosowaniu paliw emulsyjnych.

Słowa kluczowe

EN

engine; hot section; alternative fuel; surfactant; emulsifier; emulsion fuel; fuel-water emulsion

PL

silnik; sekcja gorąca; paliwo alternatywne; surfaktant; emulgator; paliwo emulsyjne; emulsja paliwowo-wodna

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONBiN
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 53, iss. 4
• Strony: 13--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Niszczota Paweł

• Air Force Institute of Technology (Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych), Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1370-3528

autor

Gieras Marian

• Warsaw University of Technology (Politechnika Warszawska), Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0219-561X

Bibliografia

• 1. A. Jhalani, D. Sharma, S. L. Soni, P. K. Sharma and S. Sharma, “A comprehensive review on water-emulsified diesel fuel: chemistry, engine performance and exhaust emissions,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 25, no. 5, pp. 4570-4587, 2019. DOI 10.1007/s11356-018-3958-y.
• 2. M. Yahaya Khan, Z. A. Abdul Karim, F. Y. Hagos, A. R. A. Aziz and I. M. Tan, “Current Trends in Water-in-Diesel Emulsion as a Fuel,” The Scientific world journal, 2014. DOI 10.1155/2014/527472.
• 3. M. Fingas and B. Fieldhouse, “Formation of water-in-oil emulsions and application to oil spill modelling,” Journal of hazardous materials, vol. 107, no. 1-2, pp. 37-50, 2004. DOI 10.1016/j.jhazmat.2003.11.008.
• 4. C. Basilicata, G. Cerri, L. Chennaoui, A. Giovannelli and M. Miglioli, “Dynamics of a Prescribed Mixing Ratio Variable Fuel Flow Valve,” Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, vol. 43963, pp. 527-536, 2010. DOI 10.1115/GT2010-22045.
• 5. L. J. Spadaccini and J. Pelmas, “Evaluation of oil/water emulsions for gas turbine engines,” Advances in Chemistry, vol. 166, pp. 232-244, 1978. DOI 10.1021/ba-1978-0166.ch016.
• 6. C. Y. Lin i L. W. Chen, „Comparison of fuel properties and emission characteristics of two-and three-phase emulsions prepared by ultrasonically vibrating and mechanically homogenizing emulsification methods,”
• 7. G. Chen and D. Tao, “An experimental study of stability of oil–water emulsion,” Fuel processing technology, vol. 86, no. 5, pp. 499-508, 2005. DOI 10.1016/j.fuproc.2004.03.010.
• 8. P. Niszczota, M. Chmielewski and M. Gieras, “Fuel-Water Emulsion as an Alternative Fuel for Gas Turbines in the Context of Combustion Process Properties—A Review,” Energies, vol. 15, no. 23, 2022. DOI 10.3390/en15238979.
• 9. M. Molière, M. Colas and M. Freimark, “Des émulsions eau-fuel pour réduire les émissions de NOx de turbines à gaz,” Revue Générale de Thermique, no. 330-331, pp. 428-435, 1989.
• 10. J. Meisl, G. Lauer and S. Hoffmann, “Low NOx emission technology for the VX4. 3A gas turbine series in fuel oil operation,” in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, Amsterdam, The Netherlands, 2002. DOI 10.1115/GT2002-30104.
• 11. B. Prade, J. R. Meisl, P. Berenbrink, H. Streb and S. Hoffmann, “Burner development for flexible engine operation of the newest Siemens gas turbines,” in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, Atlanta, Georgia, USA, 2003. DOI 10.1115/GT2003-38442.
• 12. A. Zucca, S. Khayrulin, N. Vyazemskaya, B. Shershnyov and G. Myers, “Development of a liquid fuel system for GE MS5002E gas turbine: Rig test validation of the combustor performance,” in Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, Düsseldorf, Germany, 2014. DOI 10.1115/GT2014-26046.
• 13. E. Tzirakis, G. Karavalakis, P. Schinas, D. Korres, D. Karonis, S. Stournas and F. Zannikos, “Diesel-water emulsion emissions and performance evaluation in public buses in Attica Basin,” SAE Technical Paper, no. 2006-01-3398, 2006. DOI 10.4271/2006-01-3398.
• 14. K. Park, I. Kwak and S. Oh, “The effect of water emulsified fuel on a motorway-bus diesel engine,” KSME International Journal, vol. 18, no. 11, pp. 2049-2057, 2004. DOI 10.1007/BF02990447.
• 15. P. Niszczota and M. Gieras, “Photographic data on the influence of the composition, preparation method, time and fuel system on the size of water droplets in a fuel-water emulsion,” Data in Brief, vol. 43, p. 108406, 2022. DOI 10.1016/j.dib.2022.108406.
• 16. A. Sartomo, B. Santoso i O. Muraza, „Recent progress on mixing technology for water-emulsion fuel: A review,” Energy Conversion and Management, tom 213, p. 112817. DOI 10.1016/j.enconman.2020.112817.
• 17. H. Kim and S. W. Baek, “Combustion of a single emulsion fuel droplet in a rapid compression machine,” Energy, vol. 106, pp. 422-430, 2016. DOI 10.1016/j.energy.2016.03.006.
• 18. Y. Gan and L. Qiao, “Combustion characteristics of fuel droplets with addition of nano and micron-sized aluminum particles,” Combustion and Flame, vol. 158, no. 2, 2011. DOI 10.1016/j.combustflame.2010.09.005.
• 19. P. Niszczota and M. Gieras, “Effect of Adding Emulsifier to Fuel on Work Efficiency and Gas Turbine Emissions,” Energies, vol. 14, no. 11, p. 5255, 2021. DOI 10.3390/en14175255.
• 20. M. Chmielewski, P. Niszczota and M. Gieras, “Combustion efficiency of fuel-water emulsion in a small gas turbine,” Energy, vol. 211, p. 118961, 2020. DOI 10.1016/j.energy.2020.118961.
• 21. P. Niszczota and M. Gieras, “Impact of the Application of Fuel and Water Emulsion on CO and NOx Emission and Fuel Consumption in a Miniature Gas Turbine,” Energies, vol. 14, no. 8, p. 2224, 2021. DOI 10.3390/en14082224.
• 22. S. S. Reham, H. H. Masjuki, M. A. Kalam, I. Shancita, I. R. Fattah and A. M. Ruhul, “Study on stability, fuel properties, engine combustion, performance and emission characteristics of biofuel emulsion,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 52, pp. 1566-1579, 2015. DOI 10.1016/j.rser.2015.08.013.
• 23. D. W. Naegeli, G. E. Fodor and C. A. Moses, “Fuel microemulsions for jet engine smoke reduction,” Air Force Engineering and Services Center Tydall Air Force Base, 1980.
• 24. M. Gieras, Miniaturowe silniki turboodrzutowe, Warsaw: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2016.
• 25. M. Chmielewski and M. Gieras, “Small gas turbine GTM-120 bench testing with emission measurements,” Journal of KONES Powertrain and Transport, vol. 22, no. 1, pp. 47-54, 2015. DOI 10.5604/12314005.1161610.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).