燃油均质机在船舶节能减排中的应用

宋 波

（宁波海运股份有限公司 浙江宁波 315020）

1 燃油均质机在船舶营运中的必要性

重质燃油（以下简称重油）具有高发热值，安全的储运性能，无后处理排放的特征，对于船舶航运业来说，随着船舶体量越来越庞大，燃油消耗成本在船舶营运成本中占比已经超过了50%，在竞争激烈的航运业，为降低能耗成本，重油在船舶中的使用越来越广泛，重油已经成为中低转速船舶柴油机和燃油锅炉的主要燃料。

重油是以原油提炼而剩下的残留油为主，再添加适量轻质油调配达到所需要的黏度，所以不仅沥青等大分子结团含量特别高，而且杂质多。随着炼油技术的日益进步，船用重油的品质却是越来越差，船舶燃用这种密度高、沥青多、油泥多的重油，正面临着越来越多的棘手的问题：

1.1 重油预处理和净化处理困难

船用重油的预处理和净化处理主要通过沉降、离心分离和过滤等方法脱除燃油中的水分和固态物质，燃油的高密度以及大量存在的沥青、杂质等给船舶分油机的净化分离带来越来越多的困难，不仅使杂质、淤渣未能有效分离，还大大提高分油机的故障率，增加滤器负担；同时重油在船舶储油柜沉积形成大量的油泥沉淀，并使分油机、过滤器等处产生大量污垢，甚至堵塞，造成燃油驳运困难。

1.2 燃油燃烧不完全影响柴油机工况

重油中存在大量沥青质等絮凝物质，不利于燃油雾化，且因黏度不一使得雾化程度不一致，造成燃烧不完全。未完全燃烧的碳颗粒常常是引起有关机件发生异常磨损的原因，尤其是残留在油品中的催化剂微粒细小，既硬又脆，进入燃油系统后会对高压油泵柱塞和套筒造成异常磨损甚至咬死，还会使喷油器异常磨损，造成喷油雾化不良，缸套、活塞环等磨损加剧。同时不完全燃烧的热效率低，增加船舶能耗，造成资源浪费。

1.3 船舶废气排放污染严重

船舶柴油机燃烧的重油由于存在着大量的沥青质而产生了大量的CO2，同时为了改善柴油机燃烧工况而加大空气供给量，又增大氮氧化物的排放，这些废气的排放对环境造成了严重的污染。根据IMO73/78防污染公约附则Ⅵ防止船舶造成空气污染规则要求，船舶必须节能减排。

为了解决船舶燃用密度高、沥青多、油泥多的重油带来的以上种种问题，燃油均质机（以下简称均质机）这种在重油净化处理系统中的辅助设备，其作用日益突显。

2 均质机的工作原理及其实船应用

2.1 工作原理

以目前应用比较广泛的叶轮式均质机为例，其工作原理是：通过电机带动其腔体内的DS叶轮和HT叶轮高速旋转，产生高线速度和高频机械效应，对流经的重油进行处理，使重油在两片叶轮的高速相对运动中，受到强烈的切割、搅拌、研磨、离心撞击等综合作用，并在腔体内的某些区域形成极大地真空，通过涡空能量的作用把沥青质等大分子软性淤渣均匀乳化、分散，降低燃油表面张力，使燃油更加细微均匀，如此循环往复，最终得到高品质的燃油。

2.2 船舶实船安装位置

均质机根据其安装的位置不同，所起的作用也有所差别，一般船舶都选择安装在如下两个位置：

2.1.1 安装在燃油净化系统中，即燃油沉淀柜与分油机之间，有利于提高分油机的分离效率，降低排渣量。

分油机主要是通过离心力的作用，将燃油中密度大于油的固体颗粒、水等成分进行分离去除。重油经过均质机处理后，机械颗粒等杂质迅速从以其为结晶核心的淤渣团中剥离出来，使分油机更容易将其分离，提高了分油机的分离效果，从而减少发动机部件的磨损和故障。另一方面沥青质等可燃烧的大分子淤渣团因其比重较大而被分油机分离出来形成油渣，均质机能有效的将这些大分子淤渣研磨至小于5μm并均匀乳化，避免分油机将其分离，从而降低了分油机的排渣量，大大提高了燃油的利用效率，从而有效地降低船舶能耗。

2.1.2 安装在燃油供应系统中，即进柴油机（主机、副机）前，有利于改善燃烧工况，降低排放。

经过分油机分离后的燃油进入燃油日用柜后，由于燃油的不稳定性，被粉碎的沥青质等大分子淤渣团，一段时间后可能重新凝聚，产生“二次淤渣”。在燃油日用柜后进柴油机前安装均质机能将燃油中的“二次淤渣”进一步被粉碎、溶解，使燃油更加细化均匀，提高柴油机的喷油雾化程度，使燃油燃烧更加充分，减少CO2、NOX等有害气体和固体颗粒物排放，减少了环境污染。同时也减少了柴油机相关零部件磨损，使其使用寿命延长，降低了柴油机的维护成本。

3 均质机实船使用效果分析

船舶安装均质机后能从多个方面提高经济效益并减少对环境的污染。

某54500DWT散货船，国内南北航线，2013年6月安装了3台均质机：处理量为8m3/h的均质机2台，分别安装在分油机前以及主机供油单元燃油循环泵后（进主机前）；处理量为4m3/h的均质机1台安装在副机供油单元燃油循环泵后（进副机前）。通过两年多实船使用证明，在以下几个方面得到了较为明显的改善：

3.1 对比安装均质机前后的分油机拆洗情况，发现原有的胶质垃圾基本不见，人工清洗时间由2天延长至一个航次；同时分油机出渣率由1%降低为0.5%，排渣量每航次约减少2m3，一定程度上降低了船舶能耗。

3.2 对比船舶烟囱排烟情况，原先排烟烟色发黑，偶有火花、碳粒，船舶后甲板处有明显的黑色烟灰痕迹。安装均质机后排烟烟色变淡，无明显黑烟，后甲板处黑色烟灰痕迹消失。

3.3 对比各管路燃油滤器拆洗情况，原先打开滤器时滤芯表面几乎全部是又黑又粘的垃圾，安装均质机后，滤器打开时滤芯表面是相对干净的，金属的本色能看到，只有燃油中的颗粒垃圾。

3.4 主机燃油反冲滤器和应急滤器内壁垃圾、杂质极少，反冲滤器冲洗时间设定由30min调至1h，延长一倍；油排及高压油泵活络无卡阻，燃油黏度计使用正常，清洗次数明显减少。

3.5 通过吊缸对比均质机安装前后的柴油机工况，发现缸套磨损明显减少，预计可以延长缸套的使用寿命，降低缸套更换的频率；同时燃油系统部件，如高压油泵、油头等磨损情况也有所减少，提高了设备的可靠性。