船用燃油均質機的使用功效及特點

宋鳳杰

珠海中遠海陸機電有限公司， 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運輸總成本的比例越來越高。水運企業運輸船舶燃油成本已占運輸總成本的50%～60%。節約燃料費用已成為航運企業降低成本、提高經濟效益的重要手段，越來越多的船舶使用價格更低的劣質燃料油。然而，重油中存在大量以瀝青質為主的油渣，油渣量增多對船舶產生了諸多不利因素，如柴油機積碳增加，噴油部件磨損加劇，燃油濾器堵塞等等。 瀝青質與燃油具有相近的熱值， 因此簡單地將瀝青質作為油渣處理是一種浪費，而使用燃油均質機能夠很好地解決這些問題。

1 使用劣質燃料油存在的問題

目前所使用的劣質燃料油主要指180cSt，380cSt，500cSt，700cSt 的燃料油，這種油是工業煉油FCC（催化裂化）剩余產物，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，瀝青質以平均直徑30-40 微米結團的方式懸浮在油中，結團之間會聚合成更大團塊，燃油瀝青質增多時柴油機容易發生以下故障：

1）燃燒時間延遲使缸套表面的氣缸油蒸發，燃燒，油膜被破壞或變??；

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

3）活塞環咬死、斷裂；增加燃燒室沉積物；

4）發火延遲；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，直徑約在15-18 微米范圍內，燃油中殘留物顆粒硬度很高，在燃油通過柴油機噴油系統時對噴油器，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 微米的精細濾器來濾除催化劑殘留物，但是使用劣質燃料油時大量瀝青質結團會堵塞濾器，使柴油機無法工作，很多船東不得不改用較大孔徑的濾網，當濾網孔徑大于20 微米時，催化劑殘留物和油一同進入柴油機，造成相關燃油部件急劇磨損。

2 燃油均質機的原理及功能

均質機是定子-轉子結構，燃油流入轉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團、水分、膠質等破碎均化成平均直徑3μm-5μm 的顆粒， 成為穩定細致的均質燃油。（2）均質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，使燃油結構更加均勻易于燃燒，所有礦物質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 直徑的瀝青質結團被破碎分離成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-轉子特殊結構產生的高頻震動波，均質機可生產乳化燃料油，在燃油中加入1-20%淡水，經過均質機處理后成為“油包水”狀態，柴油機燃用穩定的乳化油可降有效降低氮氧化物（NOx）的生成。

下圖是未經過均質處理的180#船用燃料油，瀝青結團直徑集中分布在30μm～40μm 區間

下圖是經過均質處理的180#船用燃料油，瀝青結團直徑集中分布在2μm～4μm 區間

3 均質機的使用方法

均質機在船舶上使用時通常有四種不同安裝方式，根據均質機安裝位置的不同，其發揮的功效也有所區別，

1）減少油渣功能：

均質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過均質機均質處理，油渣被處理成3μm～5μm 的微粒，均質油經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

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

3）廢油再生功能

使用燃油均質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，用均質機反復循環可使廢油再生成均質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 規則對船舶廢氣中的NOx 排放量提出了嚴格限制，均質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 排放標準的船舶和柴油機，可考慮安裝均質機乳化裝置，與其它各種減少NOx 方法相比均質機乳化系統的優點是投入低、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 的實際排放值和標準值是否相差在20%以內。

4 船舶使用燃油均質機的效果分析

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 油節省0.8t～1.2t 油。以中海海盛船務公司的“建華嶺”輪為例，該輪主機使用180cSt 燃料油，安裝均質機前分油機每天（24h）清渣6 次，每次出渣約5.4kg，每天出渣32.4kg，2007 年安裝均質機后每天清渣1 次，出渣量3kg，根據該船的輪機記錄，安裝均質機后節省了91%油渣，該輪安裝均質機后主機改用380cSt 燃料油，機器運轉一直良好。上海博敦船務公司“金?！陛啠鳈C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均質機，可進行廢油再生，均質后的廢油可供鍋爐使用，達到船舶沒有廢油產生的“綠色船舶”。

在燃油中加入一定比例的水，用均質機加工成性能穩定的乳化油，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（4）。

5 船舶安裝燃油均質機的經濟效益

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

根據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/噸的標準收取污油處理費，使用燃油均質機后每年利用油渣116t，從而節省油渣處理費17 325 美元/年。

6 建議與結論

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，廢油柜自循環一臺，安裝均質機后節能效果顯著，船舶成為不產生廢油的“綠色船舶”。對于因NOx 排放不達標而未簽發EIAPP證書的船舶和柴油機，可根據實際情況選配NOx 減少裝置。選擇均質機時應充分考慮其結構的安全性，建議使用磁力驅動結構以避免燃油泄漏。船舶安裝燃油均質機后，要將均質機制造商的產品合格證及船級社形式認可證書與油類記錄簿保存在一起，在國外港口遇到相關檢查時，根據IMO 規則，可減免油渣及污油處理量。

[1]孫耀華，等.重質燃油改質器及其應用.機電設備，1999(5).

[2]宋鳳杰.燃油微化機.發明專利 ZL2006 1 0122523.9.

[3]李永鵬.船舶燃油均質器的節能效果分析.技術前沿，2005(13).

[4]賈萍穩.柴油機燃用乳化油的研究.內燃機學報，1996(1).