乳化燃料的稳定性影响气缸内燃烧及环保

乳化燃料是指汽油与柴油等燃油与水相混合并经特殊处理后形成的一种相对稳定的乳化液。使用乳化燃料不仅能减少发动机排放中氮氧化合物（NOx）等有害成分的含量，而且能有效地降低燃料的消耗。所以使用乳化燃料是节约能源和降低污染的良好措施之一。

1.乳化燃料节能降污的原理

乳化燃料的燃烧是个非常复杂的过程，其节能降污的原理，目前尚在研究之中，常见的有两种解释理论：微爆理论和燃烧化学反应动力学理论。

1）微爆理论

微爆理论认为：乳化燃料中含有油包水型分子基团，在乳化燃料受热汽化形成可燃混合气的过程中，由于水的沸点低于油，所以油包水型分子基团中的水会先于油蒸发，汽化压力冲破油膜的阻力使油滴发生爆炸，爆炸的结果是使油滴变得更加细小，与空气混合得更加均匀，因此，这种情况下形成的可燃混合气品质良好，可实现较完全的快速燃烧，从而达到节约能源和降低排放污染的双重目的。总之，微爆理论的实质是由于水的存在，使燃料雾化蒸发过程中产生了二次雾化，使混合气形成的物理准备过程准备得更加充分。

图6-3　甲醇内燃机的特性（发动机转速2000 r/min，空气流量5.4 g/s）

2）燃烧化学反应动力学理论

燃烧化学反应动力学理论认为：在高温条件下，水蒸气分解时可产生OH-根，而OH-根的化学活性很强，可和烃在燃烧过程中形成的中间产物或不完全燃烧产物发生反应，推进烃类物质的燃烧进程，使燃料能在上止点附近完成燃烧，把全部热能及时释放，使发动机热效率提高，从而达到节能降污的目的。同时，由于乳化燃料中水分的蒸发需吸收热量，也会降低气缸内燃烧时的温度，使NOx的排放量降低。

2.燃料乳化的方法

燃料由烃类物质组成，烃类物质是非极性化合物，而水是极性化合物，所以两者的混溶性很差。要使两者混合形成均匀、稳定的乳化液，配制上有一定的难度，这需借助乳化添加剂并采用适当的配制方法才能完成。(www.xing528.com)

乳化添加剂是一种具有乳化作用的活化剂，其化学结构由极性基和非极性基两部分构成。极性基具有亲水作用，非极性基具有亲油作用。所以，在乳化添加剂存在的条件下，油与水的混合变得相对容易，并且可保证乳化液的稳定性。

燃料乳化的常用方法有超声波法和机械混合法两种。

1）超声波法

超声波法是利用超声波在液体媒介中传播时会出现机械的、热的及空化等作用机制，对传声媒质可产生一系列效应的原理进行配制乳化燃料的。超声波法的优点是设备简单，处理能力强，耗能少，乳化添加剂用量少，乳化效果好，是目前最常用的方法。工艺流程如图6-4所示。

图6-4　超声波法乳化燃料工艺流程

2）机械混合法

乳化燃料的配制也可采用机械法，把按比例配好的油、水、乳化添加剂进行搅拌、剪切、混合、雾化，并使粒子直径达到要求。机械混合法设备简单，但乳化燃料的质量差，并且乳化工艺过程的耗能也比较大。

乳化燃料的稳定性直接影响其燃用效果。稳定性好，燃料燃烧状况稳定；稳定性差，燃料易出现油水分层等变化，这样会使发动机工作不平稳，严重时会出现熄火现象。乳化燃料稳定性差的主要表现为：分层（乳化燃料逐步分成明显的两层）、变型（乳化燃料发生相转变，从油包水型变成水包油型）、破乳（乳化燃料中出现大液滴，使相对稳定性不复存在）等。乳化燃料的稳定性与乳化添加剂的类型、加入量、储存温度、掺水量、搅拌程度等有密切关系。如随乳化剂用量的增多，稳定性提高；随储存温度的升高，稳定性降低；随掺水量的增加，稳定性降低；随搅拌速率的增大，稳定性提高。为此，应从多方面入手提高乳化燃料的稳定性。

另外，研究和开发更好的乳化设备、乳化添加剂，以及了解乳化燃料的使用及其对发动机的影响都是有待进一步解决的问题。