重质油的乳化燃烧工程
重质油乳化技术及乳化重质油燃烧技术，其发展过程随着石化燃料的丰缺和环保问题的轻重而不时大起大落。但在技术上现确已近成熟，只是在节约能源、降低污染上效果参差不齐，对乳化油燃烧机理的认识深浅不一。
重质油的乳化燃烧工程泛指重质油乳化技术和乳化重质油燃烧技术。重质油乳化技术包含两大内容：一是乳化设备，二是乳化添加剂。乳化重质油燃烧技术也包含两大内容：一是燃烧装置，包括现场调试；二是乳化油的品质，如乳化细度、粘度和热值等，这也和乳化技术的乳化设备和乳化添加剂有关。
重质油乳化设备目前也分为两类：一是机械式的；二是超声波式的。机械式的乳化设备主要有静态混合器、胶体磨、均质机、动态乳化器等。超声波式乳化设备又有压电式和液筒式两类。压电式的处理量小，适于实验室使用。液筒式实际上也属于机械式一种，处理量大小视泵源而定。理论上，机械式是靠高速剪切紊流乳化、高压射流湍流掺混，据报道最小粒度可达05微米；超声式是靠邻居间振动乳化，最小粒度亦可达05微米左右。
近年来迅速发展的表面化学、胶体化学和催化化学，随着表面活性剂，胶体和凝集、催化剂的应用而日新月异。表面活性剂和胶体结构，为适应液体燃料的商品过程提供了依据。催化剂为进一步节能创造了条件。目前，添加剂的种类繁多，虽然各有各的特点。其实，对于不同种类和型号的重质油，不同的燃烧装置和工况，还应有不同的调整后的添加剂，以求最高的节油率和最低的污染排放。
乳化油的制造目前也分为两种方式：一种是预制式，如反应釜法；一种是在供油管线上的直接乳化，即在线式。反应釜法投资大，但乳化油的质量可直接观测；在线式要求改造供油管控制系统，且乳化效果不好掌握。在实际应用中，要求乳化油有一定的稳定性，如为便于储运不能分层，为便于燃烧，高温即150℃下不破乳。而只有作出了这样热稳定性能好的乳化油，才具有工程价值。
在有了乳化油的基础上，我们应正确认识掺水燃烧的节能机理。
一是物理上的“微爆”学说，许多文章多有论及；实际上，油类这样的液体燃料，在气液两相流的燃烧中，液体的雾化蒸发，是着火的速率控制过程。乳化油中水分子的蒸发汽化，使油滴产生了二次雾化，加快了油滴雾化蒸发的传质过程，从而使燃烧反应进行得更迅速彻底。
二是水是三原子分子，它的热辐射能力强。由于乳化后雾化的改善，局部燃烧的增强，火焰的亮度增加。辐射发热量加强。在火焰对外放热的三种方式即对流换热、导热、辐射换热中，辐射换热量和温度的四次方成正比，从而使辐射换热量大大加强。因此，在一些掺水适中的燃烧装置中，有时乳化油的油耗和纯油没有太大的差异。
三是水在乳化油燃烧时，在富油区可发生水煤气反应，而不至于造成积炭粒子的生成。实际上燃油装置的排放中有烟，都可以用乳化燃烧的方式加以解决。
工程中任何燃烧装置，都不可能是一均匀燃烧反应器。它总是由层流火焰、紊流火焰、紊流射流火焰等构成。燃气本身是由水、二氧化碳、氮组成的一透明气溶胶体。实际的燃烧中，微观上燃油总是一些小分子先燃烧，接着是大分子燃烧，而有的小分子产物又可能裂解。而大分子的燃烧首先是发生胶体溶解，变成碎片再进行燃烧。因此，水分子的参与燃烧，在过程中可看作是一阻尼因子。焰烽前的防胶化和焰烽后的防裂解，都可以达到完全燃烧和节油的目的。
水的掺入燃烧，要吸收掉一部分蒸发潜热，这是不利的一面。但由于上述水的强化燃烧作用，大大减小了炭粒子的生成。同时由于燃烧进行的更完全，也减少或杜绝了碳氢化合物的排放。另外，水的掺入燃烧，还有均温固氮，减少氮氧化物生成的作用，从而大大减少了污染的排放。
在乳化添加剂中有目的加入碱、胶性原料，还可以有目的地把燃气中的硫、钒化合物除掉。
综上所述，乳化油的燃烧技术，具有双重意义：即一是节能，二是降污染。
乳化油的节能，原则上是靠乳化油的质量即水滴细化粒度，水分散越细，乳化油胶体越稳定，强化燃烧作用越强。当然，对于具体的燃烧装置，还有个调节问题，即现场调试。
乳化油的降污，效果上也和乳化油质量细度有关。同时，炭黑粒子、碳氢化合物及氮氧化物与燃烧工况有关，而硫、钒化合物则和添加剂有关。
总之，重质油的乳化燃烧工程是一项综合的系统工程。它的结果怎样，不但和水质、水量的大小、乳化设备、添加剂等有关，也和燃烧装置的现场调试，环保要求等有关、其内容涉及到化学(有机、胶体、表面、量子)、热物理、燃烧学和燃烧设备原理、机械、流体等多门学科。
乳化燃烧工程的经济效益是巨大的。以平均节油5％计，全国每年有近十几亿元的节油市场。乳化燃烧工程其社会效益是巨大的，它减轻了污染，还给了我们更清洁的蓝天。对于重质油的燃烧来说，目前而言，乳化燃烧的方法可能是唯一的降污方法。
（周雁 清华大学力学系，北京100084）
