摻水燃料燃油摻水的技術方法

燃油摻水形成乳化油。即添入一定的乳化劑(有的不添)的條件下，通過外力作用，使油和水充分混合，油水之間的分界面消失，形成乳狀液，這種已成乳狀的油水混合物，就稱作乳化油。

如何制備乳化油，目前一般采用這樣的方法:燃料油、水、乳化劑(有些不用)，按比例混合調配，進入靜態(tài)混合器充分混合，然后進入乳化裝置，通過攪拌或高頻振蕩形成乳化油。全部過程中，要使乳化油達到足夠的穩(wěn)定，關鍵在于性能良好的乳化劑及工作可靠的乳化裝置。

性能良好的乳化劑，是指既能夠在較大地降低油—水界面張力，又能夠在水微粒周圍建立起一層堅固保護膜的這樣一種添加劑。目前，國內乳化劑研究已取得較大成果，我國現已研制的部分乳化劑已有報導。工作可靠，工藝先進的乳化裝置也是制備乳化油的關鍵所在。根據采用方法不同，乳化裝置一般分為二類：一類是機械攪拌式乳化裝置，它的制造簡單，操作方便，但操作時間長，油水乳化效果差。第二類是超生乳化裝置和簧片哨乳化裝置，即油水混合后，通過電超聲或簧片哨高頻振蕩達到較好乳化效果。這一類乳化裝置的主要部件是超聲發(fā)聲器式簧片乳化器，與壓油泵配合，可以安在特制乳化罐入口處，也可以直接裝配在燃油管道內，并可以多級乳化。由于簧片哺乳化器,結構簡單緊湊,維修容易，處理能力大，可在0.2,一0.78maP范圍內工作。是目前配制乳化油的常用設備。我國現已研制了部分乳化器。

柴油機中的燃燒過程是決定其燃燒效率與排放物生成的關鍵過程。摻水燃料技術是一種有著廣泛應用前景的技術。水的加入可以同時降低NOx與碳煙顆粒的生成,有著其它方法無法取代的優(yōu)勢。但該技術要做到真正的實用尚面臨很多實際的問題。例如，由于摻水后滯燃期變長而導致機器工作粗暴與運行的不穩(wěn)定；摻水后氣缸的腐蝕與油嘴的堵塞；油水分層等問題。解決這些技術上的不足關鍵是要從原理上認清摻水燃料燃燒的特點。

水對燃燒功率的影響可以從兩方面考慮：一方面，水的蒸發(fā)潛熱很大，會吸收燃料燃燒放出的熱而降低功率；另一方面,水的蒸發(fā)可以產生水蒸汽而推動活塞做功，同時還可以降低排氣溫度，減小損失能量。另外隨著工作環(huán)境的變化，如加大負荷、改變霧化特性時，燃燒狀況會出現變化。通過計算與對物理機理的分析，并結合試驗的觀察，能夠認清這一綜合效果。

不摻水的純柴油，其放熱過程持續(xù)時間長，放熱緩慢。這樣，純柴油在燃燒過程中有部分沒有發(fā)生氧化放熱反應的可燃物可能排出氣缸，影響效率；由放熱速率曲線可知，由于純油易著火，所以著火、燃燒都提前進行，因此在上止點前已釋放了相當一部分能量，使其壓縮功增加，這就影響了循環(huán)功。

相反，摻水30%的放熱速率曲線，由于其著火延遲時間增加，因此其放熱率曲線往上止點靠近，壓縮功減小了。但更重要的是，由于水的加入，水比油易蒸發(fā)，所以使油珠變得更細，對于純柴油來說，直至著火前，其直徑變化不大，可見在上止點前，純柴油主要在加熱、升溫而很少蒸發(fā)。但對乳化油來說，則情況大不一樣，由于水易蒸發(fā)，所以其直徑大大減小，其效果與微爆相似，即大顆粒變成了小顆粒。其蒸發(fā)與燃燒速度都較快。所以其熱量是在過上止點后，持續(xù)地以高速率釋放，這不僅使燃燒過程的等容度增加了，即循環(huán)功增加了，而且使燃燒提前結束，燃燒效率也比純柴油高，盡管其熱釋放的起始點要比純柴油晚。在計算過程中，氧的濃度并沒有變，這是由于噴嘴的開啟壓力沒有變，因此液霧射流的速度也不變,這樣,被卷吸入液霧射流中的空氣量也不變。但在摻水的情況下，每個乳化油珠中的純柴油量要比無水時的純柴油量少,即其單位質量的純柴油的供氧量增加了(其效果與微爆相似)，這就不僅使油珠的燃燒速度加快，而且易燃盡，使燃燒提前于純柴油結束。

在燃油中摻入適量的水，制成乳化油，是節(jié)油的可行方法之一，也是改善環(huán)境污染的一項有效措施。早在1791年就有人提出了燃油摻水有助于燃燒的觀點。自從世界發(fā)生了石油危機后，燃油摻水技術在國外獲得迅速發(fā)展。在我國，因國家重視，也取得了可喜成果。從國家下達的燃油摻水的大型課題，到熱機所屬單位的燃油摻水的小改革、小試驗，使這項技術的研制工作日益廣泛、深人?，F在國內外的大量研究、試驗已充分表明：乳化油作為一種新型燃料，它的燃燒更充分、污染更小。

燃油摻水乳化技術作為一種有效的節(jié)油技術措施具有減輕環(huán)境污染，減少設備磨損，減緩噴嘴積炭現象，提高爐膛使用壽命等優(yōu)點，受到了廣泛的重視。但自“水變油”的騙局被揭露后，很多單位對燃油摻水燃燒提出了質疑，特別是隨著原油加工技術水平越來越高，重油(渣油)的質量進一步下降，且夾有少量水，一些企業(yè)對燃油摻水燃燒持否定態(tài)度。

現在，國內、國外宏觀地看,燃油摻水技術還處在試驗和局部范圍內使用階段。它的應用，主要在以下幾個方面：

摻水燃料重油摻水—乳化重油的應用

由于工藝生產上的特殊需要，對某些企業(yè)的工業(yè)窯爐和鍋爐用燃料，國家還是許可使用石油及其制從；又因為外燃用重油較粘、霧化、燃燒質量差，摻水乳化節(jié)油效果明顯。因此，對燃油設備的摻水節(jié)能技術，多數單位紛紛重視，紛紛投資研究、制造適合本單位使用的乳化裝置。這項技術在企業(yè)單位推廣較快,尤其是在耗油較多的企業(yè)單位，如：冶金、機械、搪瓷、玻璃等,主要用于鍋爐、熱處理爐。

摻水后對鍋爐效率的影響也是不同的,它取決于多項因素,諸如燃燒特性、霧化噴嘴形式、爐膛布置、運行操作以及乳化質量等條件。但總的來說，重油摻水的燃燒效果，關鍵在于油水的乳化質量。

摻水燃料柴油摻水—乳化柴油的應用

柴油摻水是節(jié)約能源消耗、減少環(huán)境污染的重要措施之一。同時，摻水柴油抗暴性強，是一種良好的安全燃料，它主要被使用在固定和移動的柴油機上。

相對移動柴油機來看，固定柴油機的柴油摻水技術較為簡單，成本低；嗜至可以自己動手制作，這對于縣鄉(xiāng)一級農機站都可以作到。因此節(jié)油效果明顯，對于緩解農用柴油緊張狀況有很大幫助。下面就介紹一種適用、簡單的柴油摻水方法。在油箱旁，高于油箱的位置上裝一只水箱和塑料輸水管，直通油泵。在輸水管末端和油泵的相接處，用一只空心束結螺絲連接控制。在輸水管的上部裝一節(jié)透明滴管，在滴管下面用一只鐵夾控制輸水滴數。

在柴油機工作時，水箱中水經過輸水管進入油泵后，通過震動形成乳化油，再噴入氣缸燃燒。全部器件制作簡便，造價只有十幾天左右，對我們國家農機行業(yè),具有很大的推廣價值。

對于車、船用柴油機,燃油摻水技術就略復雜一些了?，F在,大多數采用兩種方式,一是提前制備好乳化柴油,直接往車、船油箱注入即可；二是隨車、船攜帶乳化裝置，邊乳化、邊燃燒。國內的研制工作傾向于前者。目前，國內研制的乳化柴油在常溫下存放期有的以達三個月以上，摻水率15%，乳化劑用量0.8%，水微粒為0.1一2微米，有的甚至靜置半年多，油水無分離現象，說明穩(wěn)定性很好，但隨車乳化裝置可上市的太少，最近有消息報導。國內某科研單位已研制出方便適用的隨車乳化器，摻水率為18%國外在研制乳化劑的同時，隨車乳化器的研制也作了較多的工作。

摻水燃料汽油摻水—乳化汽油的應用

目前，國內局部范圍使用的都是配制好的乳化汽油，試用效果較好乳化汽油系列產品以開始問市。多項試驗表明，在多數類型的汽車上使用是可行的：乳化汽油除粘度較純汽油略大一些以外，其它性質均優(yōu)于純汽油。尤其是辛烷值增加幅度大，這對提高乳化汽油的抗爆性及發(fā)動機壓縮比很有利。

摻水燃料乳化油現存的主要問題

由于存在一些不完善因素，距乳化油的商品化仍然有一段距離一存在的主要問題是：

1. 宣傳、推廣不夠，全國范圍重視不夠。

2. 乳化油的系列化、標準化不健全,相應熱機乳化油選擇應該立法。

3.乳化劑的制作成術，有些較高平均每7公斤元左右、容易出現省油不省錢現象。

4.隨機乳化器性能不完善，不能隨負荷變化自動調聲摻水本。

綜觀國內外的燃油摻水技術的研制、發(fā)展狀況，我國燃油摻水技長的發(fā)展應著重在以下四個方面：

摻水燃料進一步發(fā)展加油站式乳化工藝

穩(wěn)定的乳化油可代替純燃油使用，在熱機旁不用安裝乳化裝置，在操作上(尤其是司機)不增加任何負擔，功力機的負荷變化也不會出現熄滅現象，這種乳化油的制作，叫作加油站成乳化工藝，即乳化油在加油站制備好，然后加到車、船的油箱里，或直接應用干窯爐,這樣使用起來是很方便的，研制重點主要是乳化劑的原料配方及成木價格。

摻水燃料進一步開發(fā)隨車攜帶乳化器

小型、實用、乳化效果好，成本低廉的隨車乳化器的研制開發(fā)不容忽視。汽車上的汽化器、柴油車上的噴油嘴是很好的借鑒實物。我國這方面發(fā)展較慢，不妨按照國產車的特點，借鑒一些國外乳化器的長處。爭取在生產廠家解決問題。并且可以試驗能否把乳化系統(tǒng)與汽車的冷卻系統(tǒng)相互聯(lián)系起來。燃油直接摻用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的熱水。這樣從能量利用角度看，收回了一些散失熱能。

摻水燃料對于市內公共汽車應首先推廣使用乳化汽油

完善現有乳化汽油,建立相應固定的汽油配合站。市內分布廣，車輛最多的公交汽車應該是乳化油推廣使用的首批對象。

摻水燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)的完備

國內、國外的車輛研究者，都在研究開發(fā)車輛的電控系統(tǒng)。可以研制一種用電控制的與柴油機調油泵相類似的調節(jié)系統(tǒng)，根據負荷的變化情況，隨時自動調節(jié)動調節(jié)隨車乳化器的燃油摻水比例。

綜上所述，燃用乳化油,是一個投資少，見效快的，解決節(jié)能和環(huán)保雙重作用的措施。

水不能燃燒是眾所周知的事實。水的汽化需要吸收熱量，所以許多人認為燃油摻水不但不節(jié)油，反而耗能。作一個粗略的估算，以重油為例，重油的低位發(fā)熱量Q低= 9500～ 10000kcal kg，而水的吸熱主要在于汽化，汽化熱為539kcal kg，若摻水率為10%，則汽化所耗熱量僅為0.57%，而摻水后有改善燃燒條件，強化傳熱表面等一系列有利影響，因此摻水的節(jié)能效果是肯定的。

很多技術人員認為乳化油的粘度因摻水稀釋而降低，而一些生產廠家也說燃油摻水能降低粘度，其實這是不正確的，相反摻水后乳化油粘度略有增加，乳化油中水珠直徑越小，粘度增加越多。關于乳化油粘度的計算有很多經驗公式。這是一個比較復雜的問題。乳化油直徑太大，容易破乳出現油水分離現象；直徑太小，乳化油的粘度增加很多流動困難，因此摻水燃燒時，選擇水珠的直徑在3～ 7μm。同時摻水要有一定的溫度。對于重油水溫在80～ 90℃之間比較合適，因為重油的使用溫度一般在100℃以上，而摻入的水若為涼水或低溫水，則在水的摻入處對重油產生冷凝作用，如果摻入處距燒嘴距離短，可能會在重油中形成極少量的凝塊，無法在到達燒嘴前熔化，容易引起燒嘴堵塞，這是應該避免的。

有人認為，由于水的摻入對機械設備有腐蝕，容易損壞輸油泵，對待這個問題應具體分析。組織均勻(呈魚子狀分布)的WO型(油包水型)乳化油，油是連續(xù)相，水是分散相，具有純油的性質，對輸送設備及管道毫無腐蝕，添加劑中的少量元素能減緩腐蝕及磨損，對燒嘴及爐子還有減少結焦積炭，清潔表面，延長壽命等功效。

一直有人認為摻水越多越好，其實，從大量的應用實踐看來,摻水率太高，反而會降低爐子的熱效率，煙氣可燃氣體已沒有。也說明一般的燃油爐中，摻水率最好不超過16%，為此摻水對重油而言控制在12%～ 15%為最佳。1992年在武漢油脂化學廠對柴油(輕油)摻水進行了試驗，最佳摻水率為10%～ 12%。為此，在推廣摻水乳化技術時，摻水率一般定為13%為最佳摻水率，取得了較好的節(jié)油效益。

目前關于燃油摻水乳化技術的應用實例及理論分析越來越多，節(jié)油量3%～ 30%的報道均有。以目前的技術水平，很高的節(jié)油率是難達到的，可能由于試用的情況不同，測試的方法有誤差，所以短時間的試用有可能產生高的節(jié)油率，但長期使用時的穩(wěn)定節(jié)油率才是企業(yè)真正關心的。一個企業(yè)能長期堅持使用這項技術并且有一定的節(jié)油率，這樣的產品才算是成功的。在試驗過程中，在有條件的情況下要對產品的穩(wěn)定性等項目進行分析，不能僅局限于短時間的節(jié)油率對比，長期使用的條件下，應以年節(jié)油多少作為衡量評價節(jié)油效果的標準,而不應以節(jié)油率推算出節(jié)油效果，同時在人工操作管理上面亦有潛力節(jié)油。

隨著燃油摻水乳化技術的不斷發(fā)展和應用，各燃油企業(yè)一定能使用此技術取得良好的社會經濟效益。

發(fā)電用燃料大致可以分為三類，即固體燃料、液體燃料和氣體燃料。火力發(fā)電廠的蒸汽鍋爐一般采用固體燃料，只在鍋爐起動點火或低負荷時為了維持穩(wěn)定燃燒才燃用極少量的液體燃料。缺煤、缺水地區(qū)，個別有條件的地方，或需采用內燃機等發(fā)電時，則亦有燃用液體或氣體燃料的 。

發(fā)電用燃料固體燃料

固體燃料主要是煤炭。煤炭根據炭化程度的不同，大致可以分為無煙煤、煙煤、褐煤和油頁巖等幾種。當前發(fā)電燃用最多的是煙煤。固體燃料中，除含有水分(W)和灰分(A)等不可燃物質外，主要是由碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)構成的燃質，其中碳、氫和揮發(fā)性硫是可燃成分。對于煤來說，含有揮發(fā)分(V)，也是一個重要特性。

煤炭中的水分分為二種，經30~35℃干燥而發(fā)散的稱之為表面水分，經100℃以上干燥而蒸發(fā)的稱之為固有水分。在與空氣隔離的情況下采用高溫加熱后，其中水分和揮發(fā)分析出，殘留下來的是固定炭素和灰分。固定炭素、揮發(fā)分以及灰分的比率是衡量煤炭品質的主要指標。含灰多，含揮發(fā)分和固定炭素少，每單位重量的發(fā)熱量比較低的稱為劣質煤。

灰分中主要是二氧化硅(SiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、三氧化二鐵(Fe₂O₃)以及生石灰(CaO)等。隨著這些成分的含量不同，灰熔點將發(fā)生變化。低灰熔點的煤在燃燒時往往導致爐內結渣，受熱面粘污，甚至影響鍋爐出力。 發(fā)電用煤的灰熔點一般在1100～1500℃之間。

硫分在燃燒時將生成亞硫酸(SO₂)，與煙氣中的水分結合可以生成硫酸，是造成鍋爐受熱面腐蝕的主要原因 。

發(fā)電用燃料液體燃料

液體燃料主要為地下取出來的石油，或稱原油。原油經過加熱精煉加工后，分餾成為汽油、煤油、柴油，最后在300℃以上分餾出以重碳氫化合物為主要成分的黑褐色重油， 重油的發(fā)熱量高達10000kcal/kg,含灰量極少，是很好的燃料油。

重油與煤炭相比，同樣發(fā)熱量的重油容積僅為煤炭的一半，它具有可以利用油泵和油管輸送，勿需排灰處理，貯藏設備和燃燒裝置都比較簡單以及燃燒效率高、對負荷適應性較強等優(yōu)點。但是，由于含硫量較大，有大氣污染和低溫腐蝕等問題。 特別是在重油中即使有極微量的釩時，由于高溫燃燒生成五氧化二釩(V₂O₅)，與鍋爐的過熱器或再熱器的高溫（約600℃以上）金屬表面接觸后，將引起所謂“高溫腐蝕”。此外，重油還易于著火爆炸，輸送和貯藏時要特別注意安全 。

發(fā)電用燃料氣體燃料

氣體燃料有高爐煤氣、焦爐煤氣和天然氣三種。發(fā)電用的氣體燃料主要是天然氣。

天然氣是一種天然產出的可燃性氣體，主要成分是碳氫化合物，大致又可以分為天然煤氣、油田煤氣、煤田煤氣和水溶性煤氣四種。后三種煤氣都是伴生性質，是油田或煤田地帶的背斜構造所形成的構造性煤氣。

天然煤氣幾乎能以理論空氣量達到完全燃燒。由于含灰極少，排煙清潔。 氣態(tài)形式的燃燒便于控制，可以盡快地調節(jié)燃燒溫度，且點火和滅火過程均比較簡單。同時，發(fā)熱量高，熱量的利用系數亦比其它形式的燃料高，燃燒時可以獲得極大的鍋爐效率。

氣體燃料的貯藏一般比較困難，又受地理條件的限制，燃料價格往往比其它形式的貴。 同時有在裝卸、使用和運輸過程中由于泄漏而引起爆炸等缺點 。

在選用代用燃料時，對替代燃料的主要物化性能參數須進行仔細分析，并和汽油或柴油進行對比，從而對原發(fā)動機進行必要的技術改造，特別重要的參數有：

（1）替代燃料的氧含量、自燃溫度、辛烷值（火花點火發(fā)動機）、十六烷值（壓燃式發(fā)動機）、與汽油或柴油的互溶性和穩(wěn)定性（作混合燃料使用時）。

（2）低熱值，化學計量空燃比。

（3）燃料的粘度與潤滑性。

（4）與彈性密封材料的兼容性。

（5）燃料本身即燃料排放物的毒性。

（6）燃料本身的生物降解性 。

燃料是指1.燃燒時能產生熱能或動力和光能的可燃物質，主要是含碳物質或碳氫化合物。按形態(tài)可以分成固體燃料（如煤、炭、木材）；

液體燃料（如汽油、煤油、石油）；

氣體燃料（如天然氣、煤氣、沼氣）；

2.按類型可以分成化石燃料（如石油、煤、油頁巖、甲烷、油砂等）；

生物燃料（如乙醇【酒精】、生物柴油等）；

核燃料（如鈾235、鈾233、鈾238、钚239、釷232等）

3.指能產生核能的物質，如鈾、钚等。

一些氣體燃料可壓縮為液體，如液化石油氣