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2135G船用柴油机燃用掺水乳化油试验分析李向晖;王忠俊;陈恩博【摘要】在2135G型柴油机上进行掺水乳化油和0＃纯柴油对比试验，分析不同负荷、不同掺水率条件下掺水乳化油对柴油机燃烧性能、经济性能、排放性能的影响，讨论乳化油稳定性、着火延迟在实际应用中的影响因素。
试验结果表明：燃用掺水乳化油后，柴油机滞燃期延长、最高爆发压力增大、排温降低；当量比油耗略有下降，经济性得到一定程度改善；主要排放物NOx 和碳烟体积浓度均有下降，燃用掺水乳化油可以起到节油降污的作用。
%The contrast experimental analysis is carried out between using emulsified fuel and diesel on 2135G-diesel en-gine.The effects of emulsified on the features of combustion , economy and emission for diesel engine under various load and wa-ter content ratio are investigated , as well as the influence factors of stability and ignition delay of emulsified oil in practical appli -cation.The results show that the emulsified fuel can prolong ignition delay period and increase maximum combustion pressure .It can also decrease discharge temperature .The emulsified fuel can decrease fuel consumption rate , raise economic efficiency and reduce the emission of NOx and Soot obviously .In a word, emulsified fuel has functions of saving fuel and reducing pollution .【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2016(045)004【总页数】5页(P126-130)【关键词】乳化油;柴油机;掺水率;微爆理论;排放【作者】李向晖;王忠俊;陈恩博【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U664.121目前，全世界正面临能源短缺和环境恶化的双重威胁，而作为占世界贸易总运量2/3的海上运输，船舶对环境的影响不容小觑。
编号电前柴油碱渣乳化层160300260255336020404601585560134566010表1乳化与碱渣加入量的关系mL 1前言直馏柴油碱洗时极易发生乳化现象，乳化的程度一般与直馏柴油的性质及碱洗工艺有关。
济南分公司南常减压车间的常三线轻柴油碱洗时发生的乳化现象分两种：一种是经常发生的轻微乳化，即在油碱界面产生一薄层白色乳化物，其危害是造成微量柴油的损失；另一种是偶然发生的严重乳化，这种情况发生时往往在几小时内便会使碱洗沉降罐(容-7，约220m 3)全部充满白色乳化物，此时须停止注油注碱，将白色乳化物排空后才能恢复碱洗工艺，其危害是造成大量柴油损失。
济南分公司在1996年3月、1997年4月和1997年7月发生过3次上述异常严重的乳化现象，不仅造成柴油的大量跑损，还冲击了污水处理场，所以应采取措施，控制轻微乳化、杜绝严重乳化。
2直馏柴油碱洗发生严重乳化的原因及解决方法2.1发生原因造成柴油碱洗乳化的原因是多方面的，一般认为其影响因素有：柴油的酸度大、黏度高；碱液的浓度过大、碱洗温度偏低；混合强度太大、沉降条件较差；油碱温差较大等。
南常减压车间电化学精制前直馏柴油的酸度为12～17mgKOH/100mL ，黏度为4.66～5.23mm 2/s ，碱液浓度为3%～5%(质量分数)，碱洗温度为40～50℃。
虽然上述条件均在合理范围内，但在上述条件保持恒定期间，却会突然发生严重乳化现象。
为此须在上述常规的致乳因素之外查找导致严重乳化的原因。
直馏柴油碱洗所生成的碱渣中含有大量的乳化剂———环烷酸钠，当其在油碱界面达到一定浓度时，遇到合适的条件就会发生严重乳化现象。
根据南常减压车间的碱洗条件，进行了下述模拟乳化试验，考察了其影响因素并提出了整改措施。
2.2模拟乳化试验及整改措施模拟乳化试验采用的原料油为南常减压电化学精制前的直馏柴油(简称电前柴油)，乳化剂为南常减压直馏柴油碱洗罐(容-7)的碱渣，试验容器为100mL 量筒。
乳化柴油实验摘要: 本文首先研究了近期国内外能源和燃油紧缺问题，其后介绍了柴油乳化的基本原理和技术。
实验主要讨论柴油掺水的乳化柴油技术，讨论的重点在于筛选乳化柴油的工艺，并进行在单一搅拌速率的工艺条件下控制W/O型乳化柴油配制中水和乳化剂用量和搅拌时间的试验。
然后对W/O型乳化柴油进行对稳定性、黏度和燃烧性能进行了研究，并采用乙醇对W/O 型乳化柴油性能进行改进并对实验结果进行了分析讨论。
关键词: 乳化剂；柴油；乳化；乳化柴油Research of Emulsion of Diesel OilAbstract This paper is about the latest problem of the energy in home and abroad and the recent shortage of diesel oil. And then the basic principles and technology of diesel emulsion was summarized.The experiment mainly discussed the diesel technology stable water , the core of discussions is the screening techniques of emulsified diesel, stirring in a single rate and under the conditions of controlling the consumption of water and emulsifier and stirring time to obtain the influences to the W/O type emulsified diesel . Then studied the stability, viscosity and combustion properties of the W/O type emulsified diesel, and then analyzed and discussed the experimental results, about W/O type emulsified diesel performance improvement after the use of alcohol in the experiment.Key words：emulsifier；diesel oil；emulsion；emulsifying diesel oil1引言1.1 乳化柴油的现状在二十一世纪初期，随着国民和国际经济的快速增长，国内和国际对能源的需求正以惊人的速度激增，尤其是柴油需求更是与日巨增，如此巨大需求对日益枯竭的石油资源带来了巨大的压力。
乳化柴油喷入气缸后，由于乳化油液滴中的水分先达到沸点，气化而发生“微爆”现象，可使得油滴进一步微粒化，雾滴的“2次雾化”大大改进了燃油的燃烧过程，更加快了燃烧速率，使油分子燃烧趋近完全，达到节油的目的。
一般柴油机中产生碳氢化合物的主要原因是混合不均匀，以及在燃烧过程后期低速离开喷油器的燃油混合及燃烧不良所致;一氧化碳是一种不完全燃烧产物;柴油机碳烟的生成机理，概括地说是由烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。
与纯柴油相比，乳化柴油能发生“2次雾化”，其雾化质量是任何柴油机喷嘴都难以达到的，它使柴油分子与高温空气的混合更均匀，使油分子的燃烧更加完全，避免了柴油在瞬时间由于雾化不好，油滴直径过大，表面积小，不能与氧充分接触，而生成较多的碳烟、CO和碳氢化合物造成油耗高及环境污染。
大量研究和实践证明，乳化柴油的燃烧环境能显著减少烟尘排放。
NO X是柴油机的主要污染物，其生成过程为:在温度大于1600℃的条件下，O2→2ON2+O→N+NON+O2→N+NONO进一步氧化生成NO2。
可见温度、氧浓度在NO X生成过程中起着重要作用，一般认为，当温度高于1600℃时，NO X的生成才比较明显，并且温度越高越容易生成。
乳化柴油中水的存在降低了燃烧温度和烟气温度，不利于NO X的生成，从而使NO X排放显著下降;另外，与纯柴油相比，乳化柴油能更充分的燃烧，使得烟气中未反应的氧大大降低，也减少了NO X的生成机会。
柴油乳化技术早在100多年前就有人提出，50年代末由于环境保护及石油危机等原因受到重视，70年代末达到实用性发展阶段，目前工业发达国家柴油掺水技术已达到广泛应用[4]并已有多项专利发表。
我国柴油掺水乳化技术起步较晚，八十年代初才有突破性进展，最近几年发展比较迅速，并有初步应用与少量乳化柴油专利申请。
由于对乳化柴油在燃烧过程中的物理、化学现象缺乏研究以及乳化技术的不完善使得内燃机锈蚀、节油效果不明显。
同时由于乳化柴油为热力学不稳定体系，存储时间短、易破乳分层，导致内燃机运行不正常。
浅谈柴油乳化与试验研究的分析
自从进入21世纪以来，世界汽车保有量的快速上升，不仅带来了化石燃料的短缺问题，严重污染人类赖以生存的大气环境，因此开发更为经济实用，对环境污染不太严重的新型汽车代用清洁性燃料对社会的可持续发展和环境的保护有着重要的作用。
随着汽车工业的发展和环保要求不断提高，以后对汽车使用的燃油质量也会逐步提出新的要求[1]。
因此，本文选择对柴油机燃用乳化柴油进行研究。
标签：柴油乳化实验研究
一、乳化柴油
1.乳化柴油特点
配制乳化柴油只需简单的设备，操作方便，使用乳化柴油具有能耗低、节省燃油等优点[1]，由于乳化柴油燃烧过程中存在微爆现象，有助于燃料的完全燃烧，并且水煤气具有助燃作用，因此乳化柴油燃烧效率较高，能耗降低，燃烧后废气中烟度降低、污染物减少，有效降低了尾气中的HC、NOx含量和碳烟值，有效减少排放废气对环境的污染，还节省了一部分的燃油。
2.乳化柴油节能减排机理
2.1微爆作用因为乳化柴油是以小水滴高度分散在油中的形式存在的，由于水的沸点为100℃而柴油的沸点为200-350℃，当乳化柴油燃烧时，在高温的燃油室中，每一个包裹在柴油里的小水滴，都比柴油先达到汽化温度，水滴汽化时，使得外面包裹的油膜炸裂分解成无数小油片，每一小油片又在自身表面张力的作用下，重新凝结为一个个更小的小油珠。
在这种微爆作用下，乳化柴油的油包水粒子进行了第二次雾化，大幅度增加了柴油与空气的接触面，使燃油分散更好，与空气混合更加均匀，燃烧更加充分，从而改善了柴油机存在的容易燃烧不完全问题，提高了燃烧效率。
2.2加速燃烧反应
油的燃烧主要是其中的C—C键和C—H与O2反应的过程，O2、OH等活性物质的含量以及燃料与其接触面积大小，对碳氢元素是否完全燃烧有着重大的影响。
NOx的生成条件主要是高温和富氧，发动机工作时，会吸入至气缸的空气中，主要含有氮气和氧气，两者在气缸里受到高温，经过化学反应生成NOx。
乳化柴油中由于含有水，燃烧时油气的混合比例得到了改善[1]，使氧气最大程度参与与柴油的燃烧，而不是和氮气的化学反应，达到充分燃烧的效果，减少了氧气的剩余量[1]；并且油包水粒子里的水汽化会吸收热量，降低了气缸里的温度，防止了火焰出现局部高温，破坏了NOx生成的高温条件，NOx的生成量减少了，因此减少了环境污染。
3.乳化机理
乳化柴油是把水、柴油通过乳化剂、助乳化剂混合在一起，经过乳化设备的乳化而形成的油包水（W/O）型的乳液态燃油。
油和水本来是两个不相溶的相，当两者混合在一起后，通过搅拌或超声波震荡后，会形成细小的微粒，油相和水相都存在表面张力，会造成微粒的不稳定，当加入合适的亲水亲油双重性质的乳化剂包裹在两相的界面上后，会降低其表面张力，提高分散微粒的稳定性，从而达到乳化的效果。
二、乳化油国内外发展历史及现状
目前在国外已经开始投入使用了技术比较成熟的乳化油，并获得了良好的效果。
许多国家为了支持掺水乳化燃料，都给予了含水乳化燃料不同程度的的税率优惠。
燃油乳化技术在我国的的研究起步较晚，在80年代，此技术的研究进入了低迷时期，到了90年代甚至还出现了“水变油”的闹剧[2]，严重阻碍了乳化油技术在我国的研究，但近几年发展比较迅速，也有许多文献专利发表，张泽斌公开了一种可行的乳化油的乳化剂配方，并成功配制出乳化油；夏百根等对HQ-I型柴油乳化剂进行了柴油乳化工艺条件的筛选实验，最终得到了比较好的的乳化工艺。
三、研究目的与意义
我国对柴油乳化技术研究起步较晚，目前还未开发出稳定性较好、含水量较高的乳化柴油，面对日益严峻的能源危机和严重的环境污染，因此加快研究乳化柴油技术，研究燃用乳化柴油的燃烧特性，分析乳化油的可行性前景，对指导乳化柴油的应有推广具有重大的现实意义[31]。
乳化柴油是一种可以改善环境污染和节能的绿色燃料[4]。
乳化柴油的技术在我国还尚处于研究阶段，目前还未作为代用燃料用于柴油發动机。
石油燃料燃烧时产生大量的对环境和人体有害的物质，现如今人们的环保意识越来越高，研究新的对环境污染少的绿色可再生能源显得尤为重要。
发展乳化柴油，能缓解一部分柴油供应压力，改善汽车尾气排放状况。
四、展望
如今石油资源短缺越来越紧张，环境污染问题也越来越严重，人们的环保意识日益提高，因此发展可替代绿色能源刻不容缓。
乳化柴油热值比普通柴油低，要达到相同功率的条件下，乳化柴油的燃油消耗率要比普通柴油高，但配制合理的乳化柴油的排放性能和节能方面表现比较优越，动力性也稳定，能满足汽车内燃机的需要，经济性也好，是一种可行的绿色石油替代燃料。
柴油虽然目前还处于研究发展阶段，但在综合排放性能方面，乳化柴油具有很大的潜力。
想要大规模的推广乳化柴油，还需要进一步的研究。
参考文献
[1]李科宇，蒋剑春宇，李翔宇.《乳化柴油的研究进展》[J]. 生物质化学工程.2010年1月15日.
[2]刘春雨.《柴油机燃用生物柴油的实验研究-排放性能》[D].天津职业技术师范大学.2014年5月19日.
[3]熊云，刘晓，赖蓉.小型发动机使用乳化柴油试验研究[J].后勤工程学院学报；2009年05期.
[4]韩大明，王猛.微乳化柴油的动力经济性及排放试验[J].东北林业大学报.2009年02期.。
