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燃烧装置:乳化油及其燃烧

添加时间:2017/6/7 8:55:13 浏览次数:550

当前,燃烧科技工作者面临着两方面的挑战:一是提高燃烧效率,节约燃料;二是降价污染物的排放,保护环境。为了强化油的燃烧过程,节约燃料,将一部分水加入油中,或是油中本来含有较多的水分(如因为蒸汽直接加热油所造成),经强烈搅拌,使之成为油水乳状液,然后经过油烧嘴燃烧的乳化油燃烧技术是解决上述问题的重要技术途径,在各类锅炉中、工业窑炉、燃气轮机和内燃机等装置中已有实际应用。

1.乳化技术

实践证明,为了使油掺水后能有良好的燃烧性能,必须试水在油中散成细小的(几个微米的数量级)粒子,呈乳化状。一般形成油包水型(w/o型),其中水为分散相,油为连续相。

制造乳化油的方法很多,主要可归纳为三类,即

(1)机械法 最简单的是在油泵前加水,通过油泵几次循环可被乳化。为了保证乳化质量,可采用专门的搅拌机,搅拌机中的搅拌器有两叶片式、三叶片式或涡轮机式。也可用碾压原理的“均质器”。常用的还有乳化管,可使油水混合物通过细孔曲折流路而达到乳化。

(2)气动法 将高压空气或蒸汽通过水油混合物进行搅拌,也是工业中常用的办法。但是这种办法产生的水的粒度较大,且不够均匀,气体由流体中排出时可能带出一些轻质的碳氢化合物,且该法消耗的能量比机械法要大。

(3)超声波法 近年来,超声波的应用越来越广泛,在乳化方法中占有较重要的地位。我过曾推广过簧片哨超声乳化器,在正确使用的条件下可得到良好效果。

乳化燃料除要求其中分散相(水)尽可能地均匀且微细外,还应具有一定的稳定性。通常w/o型的乳化液的稳定性常用油水不分层,变形和破乳的搁置时间的长短来表征。为了提高乳化油的稳定性,广泛采用加入表面活性剂(或称乳化剂)的办法。

乳化剂一般有四种类型,即:

(1)阴离子型 如羧酸盐类、硫酸盐类、磺酸盐类、磷酸盐类。

(2)阳离子型 如简单铵盐、秀铵盐类。

(3)非离子型 包括脂类,如脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸山梨醇酯;醚类,如脂肪醇聚氧乙烯醚、玩基本分聚氧乙烯醚、脂肪醇山梨醇脂聚氧乙烯醚;如烷基醇酰胺。

(4)两性离子型 如羧酸类、硫磺类、磺酸类。

     乳化剂分子结构上存在亲油亲水两种基团,利用两种基团保持平衡的性质以达到稳定乳化液的目的。上述各类乳化剂,亲油亲水的性能强弱不同。W/o型乳化液要求亲油性强的乳化剂。

关于乳化剂应用的研究重点是集中在汽油、煤油、柴油的乳化方面,因为对这些燃料的乳化若不加入乳化剂,其稳定性不能满足使用的要求。有的研究表明,重油中的焦油质和沥青质本身便可作为乳化剂。实际上,对稳定性的要求是相对的,它与燃烧前的搁置时间有关。乳化剂一般都是比较贵的,因此应降低乳化剂的成本,减少乳化剂的用量。一些研究对采用乳化剂的经济效益分析指出,乳化剂用量过多,其增加的成本将会抵消节油到来的经济效益,或者反言之,在乳化剂耗量一定时,必须达到一定节油率,才能在经济上有实际收益。

2.乳化油燃烧机理

油水乳化燃料的燃烧过程可以得到强化,对其机理有多种解释,其中比较成熟的主要一下理论。

1.“微爆”理论

比较早的发现并研究乳化油燃烧“微爆”现象的是前苏联人。他们通过大量系统地对单液滴燃烧的高速摄影,可以明显看出,w/o型乳化液在燃烧时每个液滴中包含的水滴,当液滴表面的油尚未完全蒸发而温度急剧升高时,其包含的水滴温度升高到沸点以上,水蒸气压力超过油壳表面张力和环境压力之和时,水蒸气向外突然逸出,使液滴发生“微爆”,碎裂为更微小的微粒。

2.“水煤气反应”理论

用化学动力学观点解释乳化中水的作用是难度较大的,因为这种机理性的实验不是一般的实验手段所能胜任的,但在实践中,确实发现乳化油燃烧的废气中油烟含量减少,燃烧室中积碳减少,no?减少等,在某些条件下仅靠“微爆”理论难以解释,而可用化学反应动力学加以解释。根据化学动力学的研究结果,水可以参加碳氢燃料的燃烧反应。

3.燃烧技术

油水乳化液中,水必须呈极小的颗粒均匀分布,水的颗粒越细,分布越均匀,不但乳化液越稳定,并且也越有利于燃烧。

油水乳化液的性质和原来油的性质已有变化,这些变化主要是:

(1)黏度增加 油掺水乳化后,黏度增加,这是因为两相之间产生了新的内摩擦力。黏度增加的程度和水含量、原来油的黏度、温度等因素有关。含水越多,黏度越大;和不掺水相比,在低温区黏度相差较大,而在高温区(90~100℃)则相差较小。

(2)凝固点提高,一般可高11~25℃。

(3)相对密度增大。乳化液的密度相当于油、水按一定比例混合物的密度。

(4)表面张力增加。

(5)比热增加,导热系数增大。