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[摘 要]： 1903年英国剑桥大学的Hopkinson提出在发动机中掺水燃烧的思路，1906年Hetbert J.B等人将泥碳、碳氢燃料和水混合研制成一种乳化燃料。此后，乳化燃料的研究在各国得到迅速开展。我国上世纪六十年代初开始对乳化燃料进行试验研究，上世纪八十年代，引进外国先进的乳化燃料技术进行推广。目前，各色各样的乳化燃料在全国各个领域得到推广和应用。掺水乳化柴油在船舶柴油主机上也得到推广和应用，但仍未能全面铺开。究其原因有三，其一，企业主对掺水乳化柴油的认识不足，恐机器磨损加剧从而增加修理成本。其二，顾虑节油率低，不能给企业带来经济效益。其三，柴油乳化装置达不到完全自动化，管理者工作量大，轮机管理人员难于接受。
[关键词]：乳化剂 乳化柴油 乳化装置
1、掺水乳化柴油是用柴油的基理
掺水乳化柴油是用柴油、水和一种乳化剂，按一定比例，经过特殊设备搅拌而配制的。
1.1 柴油机在气缸中的燃烧原理
要认识掺水乳化柴油，首先要了解柴油和水的化学成份。柴油是一种碳氢化合物，由10至22个碳原子的链烷、环烷或芳烃组成，是可燃物。燃烧的三要素是：具有可燃物、助燃物（如氧气）、温度达到燃点。柴油机的活塞将进入燃烧室中的空气与雾化了的柴油进行压缩（压缩能使气体的温度随压力的增加而升高），柴油的温度达到燃点，柴油与氧气产生反应，发生了燃烧，从而达到作功的目的。但将从柴油机排出的烟气进行化学分析，发现烟气中含有一氧化碳（CO）和碳（C）。在柴油机的修理过程中也发现燃烧室内、排气管道中等处积碳，说明柴油燃烧不够充分。要使柴油燃烧更充分，掺入水与柴油一起燃烧是一种有效的途径。掺水乳化柴油在柴油机上应用，经过科学的测试，已被证实能减少一氧化碳的排量，也减少柴油机燃烧室等处的积碳，从而说明柴油燃烧得更充分。从化学原理的角度进行分析，容易理解。水（H2O）在燃烧的过程中，在高温和高压的作用下：
1）能分解成H、O、OH：
2）H2O和H的反应，生成氢气（H2），氢气为易燃易爆物质：
3）H2O和O的反应也能生成氢气：
4）水（H2O）在柴油机的燃烧室中与柴油中未燃烧的碳粒（C）反应，能生成二氧化碳（CO2）和氢气，使柴油燃烧更充分，使柴油机的气缸套、活塞、活塞环上积碳减少，从而减少机器的磨损：
5）由水产生的氧气（O2）能使一氧化碳（CO）转化为二氧化碳（CO2），减少一氧化碳在尾气中的含量：
6）掺水的乳化柴油是以油包水的形式组成的，在柴油机压缩冲程的过程中，柴油机燃烧室中的油包水微粒和空气受到压缩，温度不断升高，水的沸点比柴油的沸点低，水先达到沸点而膨胀蒸发，使包在油包水微粒外面的油膜破裂，变成更多、更细的油包水微粒，从而使气缸中的柴油雾化更细，使柴油燃烧更充分。
1.2 掺水乳化柴油比不掺水的柴油的优点
从上分析，可见，在柴油机上使用同样份额的柴油，掺水乳化柴油比不掺水的柴油的能量大是不可置疑的。有关报道称，掺水乳化柴油的节油率在10～20%之间。本人曾主持用“RS-82A”柴油乳化剂，按一定比例手搅拌几分钟配制的掺水乳化柴油，在火力发电厂发电机组上的柴油机及船舶主机上进行试用。
1.3 试用
1.3.1 “RS-82A”乳化剂配制的乳化柴油在6250型柴油机上的试用报告
交流发电机额定功率：200kw；柴油机额定功率：243kw、额定转速：600r/min；电度表系数：80；计量仪：XSJ-09型流量数字积算仪；大气温度：26℃；0#柴油比重取0.83。
掺水的乳化柴油稳定性差，一般只能存放15天。时间一长，油水就会自动分离，造成油水分层，不能正常使用。因此，要在船舶主机上应用掺水乳化柴油，首先要解决的是即时配制即时使用。这样，每艘船必须安装一部掺水柴油乳化装置。而且这部装置自动化程度要高，操作要方便，体积要小，才能受到轮机人员的欢迎。要达到以上要求，本人认为该装置应由多个容器组成，如下图所示：
为了节省成本，该装置的主要元件应由0.2千瓦以下的马达、接触器、时间继电器、电磁单向阀和液位控制器等组成。其装置的工作原理大致如下；当乳化柴油储存箱的液面降到一定位置时，装在乳化柴油储存箱上方的液位控制器，控制接触器，使装在柴油驳运泵与搅拌箱之间管路上的电磁单向阀打开，延时1-2s后，受接触器控制的柴油驳运泵马 达获得电源工作，柴油驳运泵将柴油送入搅拌箱；当柴油液面达到一定高度时，装在搅拌箱上的高位液位控制器，通过接触器，使柴油驳运泵马达失电和使柴油驳运泵与搅拌箱之间管路上的电磁单向阀关闭，柴油停止进入搅拌箱。同时将装在压力水柜与水计量容器之间管路上的电磁单向阀和装在乳化剂储存柜与乳化剂计量容器之间的电磁单向阀打开，水进入水计量容器，和乳化剂靠自重（乳化剂储存柜安装比乳化剂计量剂容器高）进入乳化剂计量容器；当乳化剂计量容器中的液面达到一定高度时，装在乳化剂计量容器上的液位控制器动作，通过接触器，关闭乳化剂储存柜与乳化剂计量容器之间管路上的电磁单向阀，乳化剂停止进入乳化剂计量容器；当进入水计量容器的水液面达到一定高度时，装在水计量容器上的高位液位控制器，通过接触器，将装在压力水柜与水计量容器之间管路上的电磁单向阀关闭，水停止进入水计量容器。同时，使装在搅拌箱与水计量容器之间和装在搅拌箱与乳化剂计量容器之间管路上的电磁单向阀打开，水计量容器中的水和乳化剂计量容器中的乳化剂，靠自重流入搅拌箱；当水容器中的水排完时，装在水计量容器上的低位液位控制器动作，通过接触器，关闭装在搅拌箱与水计量容器之间和装在搅拌箱与乳化剂计量容器之间管路上的电磁单向阀，同时使装在搅拌箱上的搅拌马达工作，开始搅拌。几分钟后，通过延时继电器，使搅拌马达失电，停止搅拌，同时通过接触器，将装在搅拌箱与乳化柴油储存箱之间管路上的电磁单向阀打开，搅拌箱中的乳化柴油靠自重，流进乳化柴油储存箱；当搅拌箱中的乳化柴油排完后，装在搅拌箱上的低位液位控制器动作，使受控制的接触器失电，使装在搅拌箱与乳化柴油储存箱之间管路上的电磁单向阀关闭等，系统复原；当使用乳化柴油储存箱的乳化柴油的液面降到一定位置时或从搅拌箱进入乳化柴油储存箱的乳化柴油液面未达到一定高度时，装在乳化柴油储存箱上方的液位控制器动作，乳化装置重复上述工作。从而达到完全自动化。 为了船舶的安全，防止乳化柴油不稳定，造成事故，可向船舶主机提供两路燃油，一路为纯净柴油，靠离港、狭小水道和大风大浪等特殊情况下使用，一路为乳化柴油平常情况下使用。为了操作方便，两路燃油的转换可用电磁阀来实现。可两路燃油同时使用。为了防止停航时间过长，乳化柴油分离，可在乳化柴油储存箱上装一套搅拌机，临时搅拌用。用延时继电器控制，只需按启动按钮便可启动，搅拌几分钟后自动停止。船舶进港前，提前切断乳化柴油储存箱上方的液位控制器电源，停止再配制乳化柴油；当乳化柴油储存箱里的乳化柴油将使用完时，乳化柴油储存箱的下方液位控制器动作，转换用纯柴油，也可按控制启用纯柴油的启动按钮两路燃油同时使用，乳化柴油用完后，自动切断乳化柴油管路。船舶航行过程中，管理人员只需及时向乳化剂储存柜中补充乳化剂，和增加操作电开关及按钮外，其余管理工作和使用纯柴油时一样。
2 、结语
综上所述，使用掺水的乳化柴油，能使柴油机减少一氧化碳的排放，能减少柴油机燃烧系统中的积碳，从而减少机器的磨损，延长气缸套、活塞和活塞环等零部件的使用周期；掺水的乳化柴油节油率为10%以上。配100公斤柴油需用乳化剂的费用为20元左右，因上述乳化装置结构简单，元件简单，每小时耗电不超过1Κw。以0#柴油为例，目前价格每公斤8.5元，按使用100㎏计算，能节约10㎏0#柴油，计人民币85元，减去乳化剂和耗电成本，可节约60元；以一艘船主机年用油400吨计，每年可节约人民币24万元。这种乳化装置，包括安装费不超过8万元。应该说在船舶主机上使用掺水乳化柴油是有利可图的；乳化装置达到自动化后是会受到轮机人员欢迎的。
掺水柒油的可用前景很大，只要摸索出一套减少可延长油水分离设备的成本及缩小油水分离设备的体积，其可用性前景更大。此文目的在于抛砖引玉，我在拟写此文时，就听前辈说过，此技术，早在二十世纪五六十年代就试验过，那时因乳化剂未生产，前辈们都用振动乳化，现代振动技术已高度发展，能否在搅拌器加上一个高频振动器（不能高振， 以防止破乳）呢？ 另外也要对比， 柴油机零部件埙耗成本与柴油节约成本，请各位同行斟酌。
参考文献：
1. 庞宏磊等 乳化燃料油在船舶柴油机上的应用研究 《热能动力工程》2012年第2期
2. 孙瑞河 李国祥 柴油乳化技术国内外发展现状分析 《内蒙古石油化工》 2011年第10期
3. 王立达等 柴油微乳化设备研究进展 《当代化工》 2009年第38卷第1期
4. 黄风林 黄勇 微乳化柴油的研究与发展前景 《内蒙古石油化工》 2008年第21期
5. 陈登龙 丁以钿等 乳化柴油的研究 《化工科技》 2002年第10卷第1期
6. 李铁臻等 柴油乳化的进展 《化工时刊》 2002年第11期
7. 陈雪松等 油包水型乳化柴油试验研究 《柴油机》 2004年第5期
[关键词]：乳化剂 乳化柴油 乳化装置
1、掺水乳化柴油是用柴油的基理
掺水乳化柴油是用柴油、水和一种乳化剂，按一定比例，经过特殊设备搅拌而配制的。
1.1 柴油机在气缸中的燃烧原理
要认识掺水乳化柴油，首先要了解柴油和水的化学成份。柴油是一种碳氢化合物，由10至22个碳原子的链烷、环烷或芳烃组成，是可燃物。燃烧的三要素是：具有可燃物、助燃物（如氧气）、温度达到燃点。柴油机的活塞将进入燃烧室中的空气与雾化了的柴油进行压缩（压缩能使气体的温度随压力的增加而升高），柴油的温度达到燃点，柴油与氧气产生反应，发生了燃烧，从而达到作功的目的。但将从柴油机排出的烟气进行化学分析，发现烟气中含有一氧化碳（CO）和碳（C）。在柴油机的修理过程中也发现燃烧室内、排气管道中等处积碳，说明柴油燃烧不够充分。要使柴油燃烧更充分，掺入水与柴油一起燃烧是一种有效的途径。掺水乳化柴油在柴油机上应用，经过科学的测试，已被证实能减少一氧化碳的排量，也减少柴油机燃烧室等处的积碳，从而说明柴油燃烧得更充分。从化学原理的角度进行分析，容易理解。水（H2O）在燃烧的过程中，在高温和高压的作用下：
1）能分解成H、O、OH：
2）H2O和H的反应，生成氢气（H2），氢气为易燃易爆物质：
3）H2O和O的反应也能生成氢气：
4）水（H2O）在柴油机的燃烧室中与柴油中未燃烧的碳粒（C）反应，能生成二氧化碳（CO2）和氢气，使柴油燃烧更充分，使柴油机的气缸套、活塞、活塞环上积碳减少，从而减少机器的磨损：
5）由水产生的氧气（O2）能使一氧化碳（CO）转化为二氧化碳（CO2），减少一氧化碳在尾气中的含量：
6）掺水的乳化柴油是以油包水的形式组成的，在柴油机压缩冲程的过程中，柴油机燃烧室中的油包水微粒和空气受到压缩，温度不断升高，水的沸点比柴油的沸点低，水先达到沸点而膨胀蒸发，使包在油包水微粒外面的油膜破裂，变成更多、更细的油包水微粒，从而使气缸中的柴油雾化更细，使柴油燃烧更充分。
1.2 掺水乳化柴油比不掺水的柴油的优点
从上分析，可见，在柴油机上使用同样份额的柴油，掺水乳化柴油比不掺水的柴油的能量大是不可置疑的。有关报道称，掺水乳化柴油的节油率在10～20%之间。本人曾主持用“RS-82A”柴油乳化剂，按一定比例手搅拌几分钟配制的掺水乳化柴油，在火力发电厂发电机组上的柴油机及船舶主机上进行试用。
1.3 试用
1.3.1 “RS-82A”乳化剂配制的乳化柴油在6250型柴油机上的试用报告
交流发电机额定功率：200kw；柴油机额定功率：243kw、额定转速：600r/min；电度表系数：80；计量仪：XSJ-09型流量数字积算仪；大气温度：26℃；0#柴油比重取0.83。
掺水的乳化柴油稳定性差，一般只能存放15天。时间一长，油水就会自动分离，造成油水分层，不能正常使用。因此，要在船舶主机上应用掺水乳化柴油，首先要解决的是即时配制即时使用。这样，每艘船必须安装一部掺水柴油乳化装置。而且这部装置自动化程度要高，操作要方便，体积要小，才能受到轮机人员的欢迎。要达到以上要求，本人认为该装置应由多个容器组成，如下图所示：
为了节省成本，该装置的主要元件应由0.2千瓦以下的马达、接触器、时间继电器、电磁单向阀和液位控制器等组成。其装置的工作原理大致如下；当乳化柴油储存箱的液面降到一定位置时，装在乳化柴油储存箱上方的液位控制器，控制接触器，使装在柴油驳运泵与搅拌箱之间管路上的电磁单向阀打开，延时1-2s后，受接触器控制的柴油驳运泵马 达获得电源工作，柴油驳运泵将柴油送入搅拌箱；当柴油液面达到一定高度时，装在搅拌箱上的高位液位控制器，通过接触器，使柴油驳运泵马达失电和使柴油驳运泵与搅拌箱之间管路上的电磁单向阀关闭，柴油停止进入搅拌箱。同时将装在压力水柜与水计量容器之间管路上的电磁单向阀和装在乳化剂储存柜与乳化剂计量容器之间的电磁单向阀打开，水进入水计量容器，和乳化剂靠自重（乳化剂储存柜安装比乳化剂计量剂容器高）进入乳化剂计量容器；当乳化剂计量容器中的液面达到一定高度时，装在乳化剂计量容器上的液位控制器动作，通过接触器，关闭乳化剂储存柜与乳化剂计量容器之间管路上的电磁单向阀，乳化剂停止进入乳化剂计量容器；当进入水计量容器的水液面达到一定高度时，装在水计量容器上的高位液位控制器，通过接触器，将装在压力水柜与水计量容器之间管路上的电磁单向阀关闭，水停止进入水计量容器。同时，使装在搅拌箱与水计量容器之间和装在搅拌箱与乳化剂计量容器之间管路上的电磁单向阀打开，水计量容器中的水和乳化剂计量容器中的乳化剂，靠自重流入搅拌箱；当水容器中的水排完时，装在水计量容器上的低位液位控制器动作，通过接触器，关闭装在搅拌箱与水计量容器之间和装在搅拌箱与乳化剂计量容器之间管路上的电磁单向阀，同时使装在搅拌箱上的搅拌马达工作，开始搅拌。几分钟后，通过延时继电器，使搅拌马达失电，停止搅拌，同时通过接触器，将装在搅拌箱与乳化柴油储存箱之间管路上的电磁单向阀打开，搅拌箱中的乳化柴油靠自重，流进乳化柴油储存箱；当搅拌箱中的乳化柴油排完后，装在搅拌箱上的低位液位控制器动作，使受控制的接触器失电，使装在搅拌箱与乳化柴油储存箱之间管路上的电磁单向阀关闭等，系统复原；当使用乳化柴油储存箱的乳化柴油的液面降到一定位置时或从搅拌箱进入乳化柴油储存箱的乳化柴油液面未达到一定高度时，装在乳化柴油储存箱上方的液位控制器动作，乳化装置重复上述工作。从而达到完全自动化。 为了船舶的安全，防止乳化柴油不稳定，造成事故，可向船舶主机提供两路燃油，一路为纯净柴油，靠离港、狭小水道和大风大浪等特殊情况下使用，一路为乳化柴油平常情况下使用。为了操作方便，两路燃油的转换可用电磁阀来实现。可两路燃油同时使用。为了防止停航时间过长，乳化柴油分离，可在乳化柴油储存箱上装一套搅拌机，临时搅拌用。用延时继电器控制，只需按启动按钮便可启动，搅拌几分钟后自动停止。船舶进港前，提前切断乳化柴油储存箱上方的液位控制器电源，停止再配制乳化柴油；当乳化柴油储存箱里的乳化柴油将使用完时，乳化柴油储存箱的下方液位控制器动作，转换用纯柴油，也可按控制启用纯柴油的启动按钮两路燃油同时使用，乳化柴油用完后，自动切断乳化柴油管路。船舶航行过程中，管理人员只需及时向乳化剂储存柜中补充乳化剂，和增加操作电开关及按钮外，其余管理工作和使用纯柴油时一样。
2 、结语
综上所述，使用掺水的乳化柴油，能使柴油机减少一氧化碳的排放，能减少柴油机燃烧系统中的积碳，从而减少机器的磨损，延长气缸套、活塞和活塞环等零部件的使用周期；掺水的乳化柴油节油率为10%以上。配100公斤柴油需用乳化剂的费用为20元左右，因上述乳化装置结构简单，元件简单，每小时耗电不超过1Κw。以0#柴油为例，目前价格每公斤8.5元，按使用100㎏计算，能节约10㎏0#柴油，计人民币85元，减去乳化剂和耗电成本，可节约60元；以一艘船主机年用油400吨计，每年可节约人民币24万元。这种乳化装置，包括安装费不超过8万元。应该说在船舶主机上使用掺水乳化柴油是有利可图的；乳化装置达到自动化后是会受到轮机人员欢迎的。
掺水柒油的可用前景很大，只要摸索出一套减少可延长油水分离设备的成本及缩小油水分离设备的体积，其可用性前景更大。此文目的在于抛砖引玉，我在拟写此文时，就听前辈说过，此技术，早在二十世纪五六十年代就试验过，那时因乳化剂未生产，前辈们都用振动乳化，现代振动技术已高度发展，能否在搅拌器加上一个高频振动器（不能高振， 以防止破乳）呢？ 另外也要对比， 柴油机零部件埙耗成本与柴油节约成本，请各位同行斟酌。
参考文献：
1. 庞宏磊等 乳化燃料油在船舶柴油机上的应用研究 《热能动力工程》2012年第2期
2. 孙瑞河 李国祥 柴油乳化技术国内外发展现状分析 《内蒙古石油化工》 2011年第10期
3. 王立达等 柴油微乳化设备研究进展 《当代化工》 2009年第38卷第1期
4. 黄风林 黄勇 微乳化柴油的研究与发展前景 《内蒙古石油化工》 2008年第21期
5. 陈登龙 丁以钿等 乳化柴油的研究 《化工科技》 2002年第10卷第1期
6. 李铁臻等 柴油乳化的进展 《化工时刊》 2002年第11期
7. 陈雪松等 油包水型乳化柴油试验研究 《柴油机》 2004年第5期