船用燃油均質(zhì)機的使用功效及特點

宋鳳杰

珠海中遠(yuǎn)海陸機電有限公司， 廣東珠海 519000

0 引言

隨著油價的不斷上漲，使得燃油占航運企業(yè)運輸總成本的比例越來越高。水運企業(yè)運輸船舶燃油成本已占運輸總成本的50%～60%。節(jié)約燃料費用已成為航運企業(yè)降低成本、提高經(jīng)濟效益的重要手段，越來越多的船舶使用價格更低的劣質(zhì)燃料油。然而，重油中存在大量以瀝青質(zhì)為主的油渣，油渣量增多對船舶產(chǎn)生了諸多不利因素，如柴油機積碳增加，噴油部件磨損加劇，燃油濾器堵塞等等。 瀝青質(zhì)與燃油具有相近的熱值， 因此簡單地將瀝青質(zhì)作為油渣處理是一種浪費，而使用燃油均質(zhì)機能夠很好地解決這些問題。

1 使用劣質(zhì)燃料油存在的問題

目前所使用的劣質(zhì)燃料油主要指180cSt，380cSt，500cSt，700cSt 的燃料油，這種油是工業(yè)煉油FCC（催化裂化）剩余產(chǎn)物，其中存在大量油渣和催化劑殘留物，（1）油渣中約80%是瀝青質(zhì)，瀝青質(zhì)以平均直徑30-40 微米結(jié)團的方式懸浮在油中，結(jié)團之間會聚合成更大團塊，燃油瀝青質(zhì)增多時柴油機容易發(fā)生以下故障：

1）燃燒時間延遲使缸套表面的氣缸油蒸發(fā)，燃燒，油膜被破壞或變??；

2）由于可燃性差，部分瀝青結(jié)團來不及燃燒產(chǎn)生的未燃燒碳和煙灰會導(dǎo)致活塞環(huán)和缸套過度磨損，嚴(yán)重影響柴油機的工作狀況和產(chǎn)生排放污染；

3）活塞環(huán)咬死、斷裂；增加燃燒室沉積物；

4）發(fā)火延遲；噴油泵、器咬死、噴嘴積碳；

5）油渣量的增加不但增加了燃油費用，而且增加了油渣處理費和工作量。

另一方面，催化裂化中產(chǎn)生的催化劑殘留物主要是氧化鋁及氧化硅等固體顆粒狀物質(zhì)，直徑約在15-18 微米范圍內(nèi)，燃油中殘留物顆粒硬度很高，在燃油通過柴油機噴油系統(tǒng)時對噴油器，高壓油泵偶件等造成非正常磨損，大大縮短零件使用壽命。

柴油機通常使用孔徑10 微米的精細(xì)濾器來濾除催化劑殘留物，但是使用劣質(zhì)燃料油時大量瀝青質(zhì)結(jié)團會堵塞濾器，使柴油機無法工作，很多船東不得不改用較大孔徑的濾網(wǎng)，當(dāng)濾網(wǎng)孔徑大于20 微米時，催化劑殘留物和油一同進入柴油機，造成相關(guān)燃油部件急劇磨損。

2 燃油均質(zhì)機的原理及功能

均質(zhì)機是定子-轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，燃油流入轉(zhuǎn)子及定子之間的間隙時在離心、剪切、擠壓及超聲波力累積成的高頻震動波作用下， 將燃油中高分子瀝青結(jié)團、水分、膠質(zhì)等破碎均化成平均直徑3μm-5μm 的顆粒， 成為穩(wěn)定細(xì)致的均質(zhì)燃油。（2）均質(zhì)后的燃油進入分油機可以增強其分離效果，減少分油機的排渣量，使燃油結(jié)構(gòu)更加均勻易于燃燒，所有礦物質(zhì)及其催化劑殘留顆粒在均化過程中被分離出并很容易的用10 微米精細(xì)濾器濾出，從而有效地減少了固體顆粒對機器的磨損。通常一個60μm 直徑的瀝青質(zhì)結(jié)團被破碎分離成12，960 個直徑3μm的微粒，其表面積增加了23.5 倍，在氣缸中更容易完全燃燒，把原來廢棄的油渣加工成有效燃燒的燃料。

利用定子-轉(zhuǎn)子特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的高頻震動波，均質(zhì)機可生產(chǎn)乳化燃料油，在燃油中加入1-20%淡水，經(jīng)過均質(zhì)機處理后成為“油包水”狀態(tài)，柴油機燃用穩(wěn)定的乳化油可降有效降低氮氧化物（NOx）的生成。

下圖是未經(jīng)過均質(zhì)處理的180#船用燃料油，瀝青結(jié)團直徑集中分布在30μm～40μm 區(qū)間

下圖是經(jīng)過均質(zhì)處理的180#船用燃料油，瀝青結(jié)團直徑集中分布在2μm～4μm 區(qū)間

3 均質(zhì)機的使用方法

均質(zhì)機在船舶上使用時通常有四種不同安裝方式，根據(jù)均質(zhì)機安裝位置的不同，其發(fā)揮的功效也有所區(qū)別，

1）減少油渣功能：

均質(zhì)機安裝在沉淀油柜與分油機之間，燃油從沉淀油柜出來后先經(jīng)過均質(zhì)機均質(zhì)處理，油渣被處理成3μm～5μm 的微粒，均質(zhì)油經(jīng)過分油機時出渣量減少約80%。

安裝示意圖如下：

2）改善燃燒功能

均質(zhì)機安裝在日用油柜后，具體位置在燃油加熱器與精細(xì)濾器之間，使用380cSt，500cSt 或 700cSt 重燃油時，進機前燃油加熱溫度通常超過130Co，由于瀝青質(zhì)加熱后的不穩(wěn)定特性，少量瀝青質(zhì)會在高溫時再聚集，影響柴油機工作狀況并堵塞精細(xì)濾器，均質(zhì)機對高溫燃油再次均質(zhì)處理能有效地改善燃燒功能并使得10μm 孔徑的精細(xì)濾器正常工作。

3）廢油再生功能

使用燃油均質(zhì)機可將廢油及油渣再生成混合燃料，通常廢潤滑油及重油渣都收集在油渣柜中，廢油柜中包含了艙底污油，廢柴油及分油機排出的廢機油和油渣，將廢油柜中水份蒸發(fā)，用均質(zhì)機反復(fù)循環(huán)可使廢油再生成均質(zhì)混合燃料供鍋爐使用，混合燃料與通常燃料具有相同燃燒效率。

4）減少NOx 排放功能

IMO 規(guī)則對船舶廢氣中的NOx 排放量提出了嚴(yán)格限制，均質(zhì)機和智能加水單元集成后組成NOx 減少裝置，安裝位置在日用油柜和集油筒之間，這種裝置屬于NOx 前置處理方法，燃油在進入柴油機之前被加工成性能穩(wěn)定的乳化油，使用乳化油可有效降低柴油機的NOx 排放值，對于NOx 排放未達到TierI 及TierII 排放標(biāo)準(zhǔn)的船舶和柴油機，可考慮安裝均質(zhì)機乳化裝置，與其它各種減少NOx 方法相比均質(zhì)機乳化系統(tǒng)的優(yōu)點是投入低、安裝空間小、不需對柴油機做任何改動。值得注意的是乳化油最多只能減少柴油機NOx 排放值20%。在決定安裝前要確定柴油機目前NOx 的實際排放值和標(biāo)準(zhǔn)值是否相差在20%以內(nèi)。

4 船舶使用燃油均質(zhì)機的效果分析

通常每100 噸重燃料油中存在1t～1.5t 油渣，使用均質(zhì)機后80%油渣被粉碎成5μm 以下的顆粒，進入柴油機燃燒，每100t 油節(jié)省0.8t～1.2t 油。以中海海盛船務(wù)公司的“建華嶺”輪為例，該輪主機使用180cSt 燃料油，安裝均質(zhì)機前分油機每天（24h）清渣6 次，每次出渣約5.4kg，每天出渣32.4kg，2007 年安裝均質(zhì)機后每天清渣1 次，出渣量3kg，根據(jù)該船的輪機記錄，安裝均質(zhì)機后節(jié)省了91%油渣，該輪安裝均質(zhì)機后主機改用380cSt 燃料油，機器運轉(zhuǎn)一直良好。上海博敦船務(wù)公司“金海”輪，主機使用120cSt 燃料油，噴油嘴偶件工作壽命只有3 000h～4 000h，2005 年安裝了燃油均質(zhì)機，噴油嘴及高壓油泵偶件的使用壽命均大于6 000h。此后該輪改用更低價的180cSt 燃料油，主機工作正常。

廢油柜安裝一臺自循環(huán)均質(zhì)機，可進行廢油再生，均質(zhì)后的廢油可供鍋爐使用，達到船舶沒有廢油產(chǎn)生的“綠色船舶”。

在燃油中加入一定比例的水，用均質(zhì)機加工成性能穩(wěn)定的乳化油，柴油機燃用乳化油能使燃料和空氣充分混合，減少后燃，減低溫度，能有效地防止碳煙形成及減少NOx 化物及CO等有害物質(zhì)（4）。

5 船舶安裝燃油均質(zhì)機的經(jīng)濟效益

以每天耗油35 噸的船舶為例；正常出渣量為1.5%，分油機年工作天數(shù)約350 天，未使用均質(zhì)機時出渣0.5t/天，使用均質(zhì)機后0.17t/天，有效利用油渣0.33t/天，節(jié)省92，400 美元/年。

根據(jù)國際防止船舶造成污染公約（MARPOL）歐洲各港口按照船舶每日油耗的1%～2%估算油渣重量并以100 美元/t～200 美元/噸的標(biāo)準(zhǔn)收取污油處理費，使用燃油均質(zhì)機后每年利用油渣116t，從而節(jié)省油渣處理費17 325 美元/年。

6 建議與結(jié)論

對于耗油量大于30t/天，燃用重油的船舶可考慮配置燃油均質(zhì)機， 配置方式首選分油機前一臺，供油單元后一臺，廢油柜自循環(huán)一臺，安裝均質(zhì)機后節(jié)能效果顯著，船舶成為不產(chǎn)生廢油的“綠色船舶”。對于因NOx 排放不達標(biāo)而未簽發(fā)EIAPP證書的船舶和柴油機，可根據(jù)實際情況選配NOx 減少裝置。選擇均質(zhì)機時應(yīng)充分考慮其結(jié)構(gòu)的安全性，建議使用磁力驅(qū)動結(jié)構(gòu)以避免燃油泄漏。船舶安裝燃油均質(zhì)機后，要將均質(zhì)機制造商的產(chǎn)品合格證及船級社形式認(rèn)可證書與油類記錄簿保存在一起，在國外港口遇到相關(guān)檢查時，根據(jù)IMO 規(guī)則，可減免油渣及污油處理量。

[1]孫耀華，等.重質(zhì)燃油改質(zhì)器及其應(yīng)用.機電設(shè)備，1999(5).

[2]宋鳳杰.燃油微化機.發(fā)明專利 ZL2006 1 0122523.9.

[3]李永鵬.船舶燃油均質(zhì)器的節(jié)能效果分析.技術(shù)前沿，2005(13).

[4]賈萍穩(wěn).柴油機燃用乳化油的研究.內(nèi)燃機學(xué)報，1996(1).