宋凤杰

珠海中远海陆机电有限公司， 广东珠海 519000

0 引言

随着油价的不断上涨，使得燃油占航运企业运输总成本的比例越来越高。水运企业运输船舶燃油成本已占运输总成本的50%～60%。节约燃料费用已成为航运企业降低成本、提高经济效益的重要手段，越来越多的船舶使用价格更低的劣质燃料油。然而，重油中存在大量以沥青质为主的油渣，油渣量增多对船舶产生了诸多不利因素，如柴油机积碳增加，喷油部件磨损加剧，燃油滤器堵塞等等。 沥青质与燃油具有相近的热值， 因此简单地将沥青质作为油渣处理是一种浪费，而使用燃油均质机能够很好地解决这些问题。

1 使用劣质燃料油存在的问题

目前所使用的劣质燃料油主要指180cSt，380cSt，500cSt，700cSt 的燃料油，这种油是工业炼油FCC（催化裂化）剩余产物，其中存在大量油渣和催化剂残留物，（1）油渣中约80%是沥青质，沥青质以平均直径30-40 微米结团的方式悬浮在油中，结团之间会聚合成更大团块，燃油沥青质增多时柴油机容易发生以下故障：

1）燃烧时间延迟使缸套表面的气缸油蒸发，燃烧，油膜被破坏或变薄；

2）由于可燃性差，部分沥青结团来不及燃烧产生的未燃烧碳和烟灰会导致活塞环和缸套过度磨损，严重影响柴油机的工作状况和产生排放污染；

3）活塞环咬死、断裂；增加燃烧室沉积物；

4）发火延迟；喷油泵、器咬死、喷嘴积碳；

5）油渣量的增加不但增加了燃油费用，而且增加了油渣处理费和工作量。

另一方面，催化裂化中产生的催化剂残留物主要是氧化铝及氧化硅等固体颗粒状物质，直径约在15-18 微米范围内，燃油中残留物颗粒硬度很高，在燃油通过柴油机喷油系统时对喷油器，高压油泵偶件等造成非正常磨损，大大缩短零件使用寿命。

柴油机通常使用孔径10 微米的精细滤器来滤除催化剂残留物，但是使用劣质燃料油时大量沥青质结团会堵塞滤器，使柴油机无法工作，很多船东不得不改用较大孔径的滤网，当滤网孔径大于20 微米时，催化剂残留物和油一同进入柴油机，造成相关燃油部件急剧磨损。

2 燃油均质机的原理及功能

均质机是定子-转子结构，燃油流入转子及定子之间的间隙时在离心、剪切、挤压及超声波力累积成的高频震动波作用下， 将燃油中高分子沥青结团、水分、胶质等破碎均化成平均直径3μm-5μm 的颗粒， 成为稳定细致的均质燃油。（2）均质后的燃油进入分油机可以增强其分离效果，减少分油机的排渣量，使燃油结构更加均匀易于燃烧，所有矿物质及其催化剂残留颗粒在均化过程中被分离出并很容易的用10 微米精细滤器滤出，从而有效地减少了固体颗粒对机器的磨损。通常一个60μm 直径的沥青质结团被破碎分离成12，960 个直径3μm的微粒，其表面积增加了23.5 倍，在气缸中更容易完全燃烧，把原来废弃的油渣加工成有效燃烧的燃料。

利用定子-转子特殊结构产生的高频震动波，均质机可生产乳化燃料油，在燃油中加入1-20%淡水，经过均质机处理后成为“油包水”状态，柴油机燃用稳定的乳化油可降有效降低氮氧化物（NOx）的生成。

下图是未经过均质处理的180#船用燃料油，沥青结团直径集中分布在30μm～40μm 区间

下图是经过均质处理的180#船用燃料油，沥青结团直径集中分布在2μm～4μm 区间

3 均质机的使用方法

均质机在船舶上使用时通常有四种不同安装方式，根据均质机安装位置的不同，其发挥的功效也有所区别，

1）减少油渣功能：

均质机安装在沉淀油柜与分油机之间，燃油从沉淀油柜出来后先经过均质机均质处理，油渣被处理成3μm～5μm 的微粒，均质油经过分油机时出渣量减少约80%。

安装示意图如下：

2）改善燃烧功能

均质机安装在日用油柜后，具体位置在燃油加热器与精细滤器之间，使用380cSt，500cSt 或 700cSt 重燃油时，进机前燃油加热温度通常超过130Co，由于沥青质加热后的不稳定特性，少量沥青质会在高温时再聚集，影响柴油机工作状况并堵塞精细滤器，均质机对高温燃油再次均质处理能有效地改善燃烧功能并使得10μm 孔径的精细滤器正常工作。

3）废油再生功能

使用燃油均质机可将废油及油渣再生成混合燃料，通常废润滑油及重油渣都收集在油渣柜中，废油柜中包含了舱底污油，废柴油及分油机排出的废机油和油渣，将废油柜中水份蒸发，用均质机反复循环可使废油再生成均质混合燃料供锅炉使用，混合燃料与通常燃料具有相同燃烧效率。

4）减少NOx 排放功能

IMO 规则对船舶废气中的NOx 排放量提出了严格限制，均质机和智能加水单元集成后组成NOx 减少装置，安装位置在日用油柜和集油筒之间，这种装置属于NOx 前置处理方法，燃油在进入柴油机之前被加工成性能稳定的乳化油，使用乳化油可有效降低柴油机的NOx 排放值，对于NOx 排放未达到TierI 及TierII 排放标准的船舶和柴油机，可考虑安装均质机乳化装置，与其它各种减少NOx 方法相比均质机乳化系统的优点是投入低、安装空间小、不需对柴油机做任何改动。值得注意的是乳化油最多只能减少柴油机NOx 排放值20%。在决定安装前要确定柴油机目前NOx 的实际排放值和标准值是否相差在20%以内。

4 船舶使用燃油均质机的效果分析

通常每100 吨重燃料油中存在1t～1.5t 油渣，使用均质机后80%油渣被粉碎成5μm 以下的颗粒，进入柴油机燃烧，每100t 油节省0.8t～1.2t 油。以中海海盛船务公司的“建华岭”轮为例，该轮主机使用180cSt 燃料油，安装均质机前分油机每天（24h）清渣6 次，每次出渣约5.4kg，每天出渣32.4kg，2007 年安装均质机后每天清渣1 次，出渣量3kg，根据该船的轮机记录，安装均质机后节省了91%油渣，该轮安装均质机后主机改用380cSt 燃料油，机器运转一直良好。上海博敦船务公司“金海”轮，主机使用120cSt 燃料油，喷油嘴偶件工作寿命只有3 000h～4 000h，2005 年安装了燃油均质机，喷油嘴及高压油泵偶件的使用寿命均大于6 000h。此后该轮改用更低价的180cSt 燃料油，主机工作正常。

废油柜安装一台自循环均质机，可进行废油再生，均质后的废油可供锅炉使用，达到船舶没有废油产生的“绿色船舶”。

在燃油中加入一定比例的水，用均质机加工成性能稳定的乳化油，柴油机燃用乳化油能使燃料和空气充分混合，减少后燃，减低温度，能有效地防止碳烟形成及减少NOx 化物及CO等有害物质（4）。

5 船舶安装燃油均质机的经济效益

以每天耗油35 吨的船舶为例；正常出渣量为1.5%，分油机年工作天数约350 天，未使用均质机时出渣0.5t/天，使用均质机后0.17t/天，有效利用油渣0.33t/天，节省92，400 美元/年。

根据国际防止船舶造成污染公约（MARPOL）欧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/吨的标准收取污油处理费，使用燃油均质机后每年利用油渣116t，从而节省油渣处理费17 325 美元/年。

6 建议与结论

对于耗油量大于30t/天，燃用重油的船舶可考虑配置燃油均质机， 配置方式首选分油机前一台，供油单元后一台，废油柜自循环一台，安装均质机后节能效果显著，船舶成为不产生废油的“绿色船舶”。对于因NOx 排放不达标而未签发EIAPP证书的船舶和柴油机，可根据实际情况选配NOx 减少装置。选择均质机时应充分考虑其结构的安全性，建议使用磁力驱动结构以避免燃油泄漏。船舶安装燃油均质机后，要将均质机制造商的产品合格证及船级社形式认可证书与油类记录簿保存在一起，在国外港口遇到相关检查时，根据IMO 规则，可减免油渣及污油处理量。

[1]孙耀华，等.重质燃油改质器及其应用.机电设备，1999(5).

[2]宋凤杰.燃油微化机.发明专利 ZL2006 1 0122523.9.

[3]李永鹏.船舶燃油均质器的节能效果分析.技术前沿，2005(13).

[4]贾萍稳.柴油机燃用乳化油的研究.内燃机学报，1996(1).