燃油均質(zhì)機(jī)在船舶節(jié)能減排中的應(yīng)用

宋 波

（寧波海運(yùn)股份有限公司 浙江寧波 315020）

1 燃油均質(zhì)機(jī)在船舶營(yíng)運(yùn)中的必要性

重質(zhì)燃油（以下簡(jiǎn)稱重油）具有高發(fā)熱值，安全的儲(chǔ)運(yùn)性能，無(wú)后處理排放的特征，對(duì)于船舶航運(yùn)業(yè)來(lái)說(shuō)，隨著船舶體量越來(lái)越龐大，燃油消耗成本在船舶營(yíng)運(yùn)成本中占比已經(jīng)超過(guò)了50%，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的航運(yùn)業(yè)，為降低能耗成本，重油在船舶中的使用越來(lái)越廣泛，重油已經(jīng)成為中低轉(zhuǎn)速船舶柴油機(jī)和燃油鍋爐的主要燃料。

重油是以原油提煉而剩下的殘留油為主，再添加適量輕質(zhì)油調(diào)配達(dá)到所需要的黏度，所以不僅瀝青等大分子結(jié)團(tuán)含量特別高，而且雜質(zhì)多。隨著煉油技術(shù)的日益進(jìn)步，船用重油的品質(zhì)卻是越來(lái)越差，船舶燃用這種密度高、瀝青多、油泥多的重油，正面臨著越來(lái)越多的棘手的問(wèn)題：

1.1 重油預(yù)處理和凈化處理困難

船用重油的預(yù)處理和凈化處理主要通過(guò)沉降、離心分離和過(guò)濾等方法脫除燃油中的水分和固態(tài)物質(zhì)，燃油的高密度以及大量存在的瀝青、雜質(zhì)等給船舶分油機(jī)的凈化分離帶來(lái)越來(lái)越多的困難，不僅使雜質(zhì)、淤渣未能有效分離，還大大提高分油機(jī)的故障率，增加濾器負(fù)擔(dān)；同時(shí)重油在船舶儲(chǔ)油柜沉積形成大量的油泥沉淀，并使分油機(jī)、過(guò)濾器等處產(chǎn)生大量污垢，甚至堵塞，造成燃油駁運(yùn)困難。

1.2 燃油燃燒不完全影響柴油機(jī)工況

重油中存在大量瀝青質(zhì)等絮凝物質(zhì)，不利于燃油霧化，且因黏度不一使得霧化程度不一致，造成燃燒不完全。未完全燃燒的碳顆粒常常是引起有關(guān)機(jī)件發(fā)生異常磨損的原因，尤其是殘留在油品中的催化劑微粒細(xì)小，既硬又脆，進(jìn)入燃油系統(tǒng)后會(huì)對(duì)高壓油泵柱塞和套筒造成異常磨損甚至咬死，還會(huì)使噴油器異常磨損，造成噴油霧化不良，缸套、活塞環(huán)等磨損加劇。同時(shí)不完全燃燒的熱效率低，增加船舶能耗，造成資源浪費(fèi)。

1.3 船舶廢氣排放污染嚴(yán)重

船舶柴油機(jī)燃燒的重油由于存在著大量的瀝青質(zhì)而產(chǎn)生了大量的CO2，同時(shí)為了改善柴油機(jī)燃燒工況而加大空氣供給量，又增大氮氧化物的排放，這些廢氣的排放對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。根據(jù)IMO73/78防污染公約附則Ⅵ防止船舶造成空氣污染規(guī)則要求，船舶必須節(jié)能減排。

為了解決船舶燃用密度高、瀝青多、油泥多的重油帶來(lái)的以上種種問(wèn)題，燃油均質(zhì)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱均質(zhì)機(jī)）這種在重油凈化處理系統(tǒng)中的輔助設(shè)備，其作用日益突顯。

2 均質(zhì)機(jī)的工作原理及其實(shí)船應(yīng)用

2.1 工作原理

以目前應(yīng)用比較廣泛的葉輪式均質(zhì)機(jī)為例，其工作原理是：通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)其腔體內(nèi)的DS葉輪和HT葉輪高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生高線速度和高頻機(jī)械效應(yīng)，對(duì)流經(jīng)的重油進(jìn)行處理，使重油在兩片葉輪的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，受到強(qiáng)烈的切割、攪拌、研磨、離心撞擊等綜合作用，并在腔體內(nèi)的某些區(qū)域形成極大地真空，通過(guò)渦空能量的作用把瀝青質(zhì)等大分子軟性淤渣均勻乳化、分散，降低燃油表面張力，使燃油更加細(xì)微均勻，如此循環(huán)往復(fù)，最終得到高品質(zhì)的燃油。

2.2 船舶實(shí)船安裝位置

均質(zhì)機(jī)根據(jù)其安裝的位置不同，所起的作用也有所差別，一般船舶都選擇安裝在如下兩個(gè)位置：

2.1.1 安裝在燃油凈化系統(tǒng)中，即燃油沉淀柜與分油機(jī)之間，有利于提高分油機(jī)的分離效率，降低排渣量。

分油機(jī)主要是通過(guò)離心力的作用，將燃油中密度大于油的固體顆粒、水等成分進(jìn)行分離去除。重油經(jīng)過(guò)均質(zhì)機(jī)處理后，機(jī)械顆粒等雜質(zhì)迅速?gòu)囊云錇榻Y(jié)晶核心的淤渣團(tuán)中剝離出來(lái)，使分油機(jī)更容易將其分離，提高了分油機(jī)的分離效果，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)部件的磨損和故障。另一方面瀝青質(zhì)等可燃燒的大分子淤渣團(tuán)因其比重較大而被分油機(jī)分離出來(lái)形成油渣，均質(zhì)機(jī)能有效的將這些大分子淤渣研磨至小于5μm并均勻乳化，避免分油機(jī)將其分離，從而降低了分油機(jī)的排渣量，大大提高了燃油的利用效率，從而有效地降低船舶能耗。

2.1.2 安裝在燃油供應(yīng)系統(tǒng)中，即進(jìn)柴油機(jī)（主機(jī)、副機(jī)）前，有利于改善燃燒工況，降低排放。

經(jīng)過(guò)分油機(jī)分離后的燃油進(jìn)入燃油日用柜后，由于燃油的不穩(wěn)定性，被粉碎的瀝青質(zhì)等大分子淤渣團(tuán)，一段時(shí)間后可能重新凝聚，產(chǎn)生“二次淤渣”。在燃油日用柜后進(jìn)柴油機(jī)前安裝均質(zhì)機(jī)能將燃油中的“二次淤渣”進(jìn)一步被粉碎、溶解，使燃油更加細(xì)化均勻，提高柴油機(jī)的噴油霧化程度，使燃油燃燒更加充分，減少CO2、NOX等有害氣體和固體顆粒物排放，減少了環(huán)境污染。同時(shí)也減少了柴油機(jī)相關(guān)零部件磨損，使其使用壽命延長(zhǎng)，降低了柴油機(jī)的維護(hù)成本。

3 均質(zhì)機(jī)實(shí)船使用效果分析

船舶安裝均質(zhì)機(jī)后能從多個(gè)方面提高經(jīng)濟(jì)效益并減少對(duì)環(huán)境的污染。

某54500DWT散貨船，國(guó)內(nèi)南北航線，2013年6月安裝了3臺(tái)均質(zhì)機(jī)：處理量為8m3/h的均質(zhì)機(jī)2臺(tái)，分別安裝在分油機(jī)前以及主機(jī)供油單元燃油循環(huán)泵后（進(jìn)主機(jī)前）；處理量為4m3/h的均質(zhì)機(jī)1臺(tái)安裝在副機(jī)供油單元燃油循環(huán)泵后（進(jìn)副機(jī)前）。通過(guò)兩年多實(shí)船使用證明，在以下幾個(gè)方面得到了較為明顯的改善：

3.1 對(duì)比安裝均質(zhì)機(jī)前后的分油機(jī)拆洗情況，發(fā)現(xiàn)原有的膠質(zhì)垃圾基本不見(jiàn)，人工清洗時(shí)間由2天延長(zhǎng)至一個(gè)航次；同時(shí)分油機(jī)出渣率由1%降低為0.5%，排渣量每航次約減少2m3，一定程度上降低了船舶能耗。

3.2 對(duì)比船舶煙囪排煙情況，原先排煙煙色發(fā)黑，偶有火花、碳粒，船舶后甲板處有明顯的黑色煙灰痕跡。安裝均質(zhì)機(jī)后排煙煙色變淡，無(wú)明顯黑煙，后甲板處黑色煙灰痕跡消失。

3.3 對(duì)比各管路燃油濾器拆洗情況，原先打開(kāi)濾器時(shí)濾芯表面幾乎全部是又黑又粘的垃圾，安裝均質(zhì)機(jī)后，濾器打開(kāi)時(shí)濾芯表面是相對(duì)干凈的，金屬的本色能看到，只有燃油中的顆粒垃圾。

3.4 主機(jī)燃油反沖濾器和應(yīng)急濾器內(nèi)壁垃圾、雜質(zhì)極少，反沖濾器沖洗時(shí)間設(shè)定由30min調(diào)至1h，延長(zhǎng)一倍；油排及高壓油泵活絡(luò)無(wú)卡阻，燃油黏度計(jì)使用正常，清洗次數(shù)明顯減少。

3.5 通過(guò)吊缸對(duì)比均質(zhì)機(jī)安裝前后的柴油機(jī)工況，發(fā)現(xiàn)缸套磨損明顯減少，預(yù)計(jì)可以延長(zhǎng)缸套的使用壽命，降低缸套更換的頻率；同時(shí)燃油系統(tǒng)部件，如高壓油泵、油頭等磨損情況也有所減少，提高了設(shè)備的可靠性。