Transcript DE3-1燃油喷射与燃烧.

第三章
燃油喷射与燃烧
• 燃烧质量对柴油机性能有决定性影响
• 对燃烧的要求：及时、完全、平稳
第三章
第一节 燃油
一、燃油的化学组成
二、燃油的主要性能指标
三.燃油的种类和标准
四、燃油燃烧的热化学
一、燃油的化学组成
化学元素： C：83%～87%
H：11%～14%
氧、硫、氮等元素：0.5%～5%
化学成份:
微量元素
1)脂肪烃：烷烃、烯烃和炔烃
2)环烷烃
3)芳香烃
二、燃油的主要性能指标
1、十六烷值
是评定燃油自燃性的指标。十六烷值高，燃油易发火，燃
烧好，柴油机工作柔和。
不同转速的柴油机对十六烷值有不同的要求
高速机40~60，中速机35~45，低速机不低于25。
轻油一般给出十六烷值。一般燃油都能满足中、低速机要
求。所以燃料油指标中一般不列该值。
十六烷值过高也易冒黑烟。
2、粘度
粘度是表示燃油自身流动时的内阻力，是评定燃油流动
性的指标。是燃油最重要的指标。
 粘度对燃油的驳运、净化、雾化、燃烧影响很大。
 燃油价格基本上根据粘度确定。
①运动粘度
运动粘度是动力粘度与同温度下液体密度之比。ISO规定50℃
的运动粘度作为世界通用粘度（单位mm2/s 常用cSt表示）。
②雷氏粘度
常用Red NoⅠ（s） 。英国常用的粘度表示法。
③赛氏粘度
美国常用的粘度表示法（s） 。
不同粘度之间可进行换算。表示粘度必须明确温度才有意义。
3、密度
燃油在温度t（℃）时单位体积的质量称为密度。常用单位kg/
m3或g/cm3。我国以20℃时的密度作为标准密度。ρ20。ISO
以15℃时密度为标准密度。
密度对燃油使用有很重要的意义：
其一、根据体积计算燃油的质量
温度变化时应对密度进行修正。
ρt=ρ20-γ(t-20)
如果把油温度40℃写成30℃，燃油数量可差5%。
轮机长应在加油单据上签注：仅在加油温度хх℃下
加装燃油体积为хххm3。而不是收到多少t燃油。
其二、密度是分油机调整的重要依据
其三、换用不同密度燃油，油格相同情况下，
转速会相应变化。
4、硫分
燃油中所含硫的重量百分数叫硫分。
燃油中含硫的危害有四：
其一、液态的硫化物对燃油系统的设备有腐蚀作用；
其二：燃烧产物中的SO3和水蒸气（H2O）会生成硫酸附着在缸
壁表面产生强烈的腐蚀作用，称为低温腐蚀；
其三、燃烧产物中的SO3能加速碳氢化合物聚合而结炭，而且
此结炭较硬不易清除；
其四、硫燃烧后生成的SO2是柴油机排放的主要有害成分。
燃油中的硫分主要与原油产地有关，同时也受加工炼制工艺方
法的影响。虽然可以通过燃油脱硫显著降低燃油中的硫分，但
燃油的价格将大幅度上涨。
5、钒、钠含量
燃油中含钒、钠等金属的质量浓度用（ppm）表示。钒与钠燃烧
后生成低熔点的化合物（如5Na2O.V2O4.11V2O5熔点为535℃）。
易产生高温腐蚀
6、灰分
灰分是在规定条件下燃油完全燃烧剩余物的重量百分数。燃烧
残存的灰分中含有的各种金属氧化物，可造成燃烧室部件的高
温腐蚀和磨料磨损，加剧气缸的磨损。主机日耗30t油，如灰分为0.1%
，相当于加入30kg磨料。
7、残炭值
燃油在隔绝空气条件下加热干馏，最后剩下的一种鳞片状炭渣
物称为残炭。残炭占实验油重量的百分数称为残炭值。残炭值
表示燃油燃烧时形成结炭、结焦的倾向，并不表示结炭的数值
8、水分
水分即油中含水的体积百分数。
水分使燃油成本增加，加油1000t，水分1%，则有10t水。加油时应注意检查含水
量，含水超标，应在加油单据上签注。
水分会降低热效率、破坏正常发火，海水会将盐带入气缸，
增加腐蚀。
9、闪点
燃油在规定条件下加热到它的蒸汽与空气的混合气能同火
燃接触而发生闪火的最低温度称为闪点。分为开口闪点和
闭口闪点。是衡量产生爆炸或火灾性的指标。船舶使用的
燃油闭口闪点不得低于60℃。
10、凝点、倾点和浊点
燃油在试验条件下冷却至液面不移动时的最高温度称为凝点
燃油尚能够流动的最低温度称为倾点。
燃油开始变混浊的温度称为浊点
通常，浊点高于凝点5～10℃；倾点高于凝点3～５℃。燃油
的温度低于浊点时将使滤器堵塞，供油中断。燃油温度低于凝
点时，将无法泵送。燃油的使用温度应至少高于浊点3～5℃。
对无加热条件的用油首先要考虑凝点。
11、沥青分
沥青分表示沥青占燃油重量的百分数。沥青不易燃烧，导致滞
燃期长，产生后燃，冒黑烟；使用中易形成沉积胶膜和结炭，
增加磨损。ISO 8217中没有明确限制，实际供油中有时含量更
高。
12、计算碳芳香烃指数（CCAI）
英国和欧洲国家习惯用CCAI来评价燃油的发火质量，CCAI还对
滞燃期、效率、废气排放物、燃烧部件温度有直接影响。CCAI
在800～850柴油机工作正常，850以上工作有困难。
Shell公司提出的计算方法，ISO 8217:1996也推荐使用，CCAI
计算公式为：
T  273
CCAI    81 141lglgv  0.85  483lg

323


13、热值
• 1kg燃油完全燃烧时放出的热量称为燃油的热值或
发热值，单位：kJ/kg(千焦/千克）
• 低热值Ｈμ：不计入燃烧产物中水蒸气的汽化潜热
• 重油的基准低热值Ｈμ＝42,000kJ/kg
• 轻油的基准低热值Ｈμ＝42,700kJ/kg
比能量
即每千克燃油的能量，MJ/kg。从DNV油样分析资料中发现，
相同等级的油，比能量差值可达15%。如加装1000t燃油，按
表十四若是BB FUEL供应商的油与P-D供应商的油相比就损失
相当于30t油的能量。
某港船用渣油化验的平均值
三.燃油的种类和标准
1、我国燃油种类与规格
①轻柴油
我国油质较好，但含蜡较高，轻油使用时凝点是主
要考虑的问题，所以以凝点作标号。有10、5、0、10、-20、-35、-50七个牌号。
②船用燃油（GB/T—17411）
我国船用燃油有两种规格，船用馏分燃料油和船
用残渣燃料油。
轻柴油技术要求（GB252—2000）
表一
-10 -20 -35 -50
号 号 号 号
试验方法
不大于
3.5
GB/T 6540
氧化安定性，总不溶物mg/100L 不大于
2.5
SH/T 0175
硫含量，% (m/m)
不大于
0.2
GB/T 380
酸度，mgKOH/100Ml
不大于
7
GB/T 258
10%蒸余物残炭，%（m/m）
不大于
0.3
GB/T 268
灰分，%（m/m）
不大于
0.01
GB/T 508
铜片腐蚀（50℃，3h），级
不大于
1
GB/T 5096
水分，%（V/V）
不大于
痕迹
GB/T 260
无
GB/T 511
项
10
号
目
色度，号
5
号
0
号
机械杂质
2
运动粘度（20℃），mm /s
3.0~8.0
凝点，℃
不高于
10
5
0
-10
2.5~8
.0
-20
冷滤点，℃
不高于
12
8
4
-5
-14
闪点（闭口），℃
不低于
十六烷值
不小于
馏程
50%回收温度，℃
90%回收温度，℃
95%回收温度，℃
3
密度（20℃），kg/m
不高于
不高于
不高于
55
1.8~7.0
GB/T 265
-35
-50
GB/T 510
-29
-44
SH/T 0248
45
GB/T 261
45
GB/T 386
300
355
365
GB/T 6536
实测
GB/T 1884
2、ISO燃油标准
第二版的ISO 8217:1996(E)国际船用燃油标准已
经取代了第一版的ISO 8217：1987标准。
ISO8217：1996（E）对船舶直馏燃油的要求
ISO8217：1996（E）对船舶渣油的要求
四、燃油燃烧的热化学
1、完全燃烧1 kg燃油所需的理论空气量
理论空气量：化学方程式算得1 kg燃油完全燃烧
时所需的空气量。L0
如ｇｃ＝0.86、ｇｈ＝0.13、gｏ＝0.01
L0＝14.3kg
2、燃烧过量空气系数α
为得到完全燃烧，实际向气缸供给的空气量必须大于理论空气量
过量空气系数α：充入气缸内的实际空气量与进入气缸内的
燃油完全燃烧所需的理论空气量之比
α＝L/L0
过量空气系数对柴油机工作的影响：
α，气缸喷油量，pe ，强化程度，经济性，tr
，热负荷，可靠性;
α，气缸喷油量，pe ，强化程度，经济性， tr
，热负荷，可靠性;
α的大小反映该机的负荷大小, 经济性高低, 可靠性高低
及排气污染程度.
通常: 2S4S, 增压机(非增压机