残渣燃料油

经过对原油进行各种处理，从中分离出各种组分以后残留下的部分

残渣燃料油是经过对原油进行各种处理，从中分离出各种组分以后残留下的部分，这也是称其为残渣燃料的原因。在美国以外的很多国家，原油经蒸馏后，从蒸馏塔塔底出来的称为常压渣油。美国的大部分炼油厂将常压渣油作为原料通入闪蒸罐，留在闪蒸罐底部的组分就是渣油的主要组成部分。

组成

残渣燃料油是一种塔底残渣，通常是减压蒸馏或减黏裂化的残油，有时也包括常压渣油。这些物料一般黏度太大，难以满足燃料油的指标要求。所以，他们要与低黏度的调和组分混合，如催化裂化的轻、重循环油浆，减压馏分油。典型的残渣油与轻油的稀释比为70:30。轻油和残渣油的选择不仅是为了满足黏度要求，也可满足硫、金属含量的要求。残渣燃料油可以加入两种添加剂，一种是减少颗粒排放的助燃剂，另一种是改善燃制油稳定性的添加剂。

使用特性

储存

储存残渣燃料油的油罐一般由低碳钢制造，为卧式罐和立式罐。这种燃料油的安全性指标要求比较宽松，因为它的蒸发性较弱，不是易燃油品。由于残渣燃料油的黏度较大，要求有适当的储存温度，以便于油品的泵送。考虑泵送和储存时，残渣燃料油的储存温度可控制在下面两个水平：

①油罐温度比油品的倾点高10℃以上，即大致在40～50℃。如果油温数周超过60℃，将加速油品的降解老化。

②粗滤器和精滤器的温度要保证油品有较好的流动和泵送性能，一般可控制在80℃左右。但残渣燃料油的温度可能需要进一步的提高，以确保燃料在燃烧器中有良好的雾化。

通过采用循环油管对油罐进行加热和保温维持燃料油的温度。加热一般采用蒸汽或导热油，也有采用电加热。在加热过程中要防止油品的局部过热及由此产生的油品裂化。

燃料油准备

燃料油准备的目的是将燃料的温度和压力提升至与燃烧器内要求的一致。燃料首先在密封环里被加压到中等压力(大约0.3～0.5兆帕)。然后，密封环的燃料油进入燃烧器后，储罐中的油又重新注满密封环。在这个密封环中，油品通过球形颗粒过滤器除去焦炭颗粒和机械杂质(过滤器滤孔尺寸开始大约为500微米，逐步减小到90～120微米)。管道采用蒸汽或电加热保温，密封环必须设计有自动泄压装置。

在二级循环系统中，燃料油被输送到燃烧器中，其温度和压力被提升到与燃烧器内的温度和压力一致，以保证能较好地燃烧。通常采用齿轮泵来输送燃料油，加热则采用直接电加热或与蒸汽、热流体进行换热，热流体的温度不能太高，以避免油品的裂化，要求热流体的热流量不要超过1.3瓦/平方厘米。在油品准备系统内也必须有脱气系统。

燃烧器

在燃烧器中，空气和燃料混合使火焰能稳定充分燃烧，以最大限度减少污染物的排放，每千克燃料大约与10立方米的空气完全反应，在燃料燃烧过程中，实际空气用量大约超过化学计量的5%～30%，过剩空气保证燃料的充分燃烧。

燃料只有被雾化器雾化为很小的颗粒才能充分燃烧。一般颗粒尺寸大约为几十微米。雾化器也使燃料与空气瞬间充分混合。雾化装置有多种形式，机械雾化器(和压力雾化器)是将燃料加压至3～4兆帕，旋转、挤压通过带尖板的喷嘴；蒸汽(有时是空气)辅助雾化器是在压力条件下，燃料和蒸汽首先混合，然后通过喷嘴后的气体膨胀实现燃料油的雾化；旋杯型雾化器是燃料以高速沿轴向进入旋转的杯中，先在杯壁形成薄的油膜，然后在表面张力、蒸气和高速空气流的作用下分散成颗粒。

有助于燃料雾化效果的关键因素如下：

①燃料油的黏度必须足够低，在机械和蒸气辅助雾化器中，黏度要低于15厘斯；在旋杯雾化器中，黏度要低于40厘斯。改变燃料油的温度可以调节其黏度。②雾化器的喷嘴必须清洁、无损坏；雾化效果受油中的微细颗粒的影响，因为这些颗粒能改变喷嘴开口的尺寸和形状。

加热器

壳式和水管式均能使用残渣燃料油，壳式更适用于小型装置(<10兆瓦)。残渣燃料油的其他使用场合包括过程加热，即某些过程中的流体需要加热。如炼厂中的原油和其他蒸气经常用残渣燃料油进行加热，因为残渣燃料油在炼厂最为易得。高温过程方面的应用包括陶瓷窑、玻璃加工炉。这些方面所使用的加热器能调节火焰的形状和辐射强度。

环境影响

硫氧化合物的排放

燃料油中的硫主要被氧化为二氧化硫，大约只有2%～3%的二氧化硫被进一步氧化为三氧化硫。烟道气中硫氧化物的含量与油中的硫含量成正比。如果燃料油中的硫含量为l%(质量分数)，则烟道气中硫氧化物的含量为1700毫克/立方米。过剩空气的比例越高，越有助于三氧化硫的形成。在限制硫氧化物排放的地区，必须依据硫含量选择使用燃料油，以满足硫氧化物排放的控制指标。另一种方法是烟道气的脱硫处理，脱硫处理的操作成本较高，只有大型装置才可采用。

颗粒物排放

残渣燃料油燃烧排放的大多数颗粒物都是空心球形颗粒，它是燃料油液滴油品裂解后形成的。颗粒物尺寸大致与燃料油雾化形成的液滴尺寸相当，从几个微米到几十个微米。燃料油燃烧也能生成烟灰状颗粒，这些颗粒不但尺寸小(只有几百个纳米)，而且量也很少。颗粒物的生成倾向与燃料油中的沥青质含量及康氏残炭含量有一定的关系，在未完全燃烧前，颗粒就从火焰燃烧区逃逸出来。影响颗粒物生成倾向的其他因素还有燃料油的化学组成和金属含量，这些因素也可能对颗粒物的形成有重要作用。

控制颗粒物的排放的有效措施是：促使燃料的完全燃烧、添加助燃添加剂，这样可减少50%的颗粒物的排放。另外，也可以建立烟道气灰尘颗粒回收装置，但这在火力电厂还没有普遍采用。在燃料油中注入乳化水对降低颗粒物的生成十分有效，因为水的加入可以提高燃料油的雾化效果，减小油滴尺寸。

①NOX的排放。

烟道气中的氮氧化物(主要是一氧化氮，部分转化为二氧化氮)是由燃烧空气中的氮气而形成的，少量是来源于燃料油中氮化合物的燃烧。火焰温度对氮氧化物的形成有重要作用。

所谓“低一NOX，”燃烧器能够用于控制NOX的生成，但此时残渣燃料油的燃烧效率也会降低，因为降低NOX生成的措施是降低燃烧的火焰温度。而且，低NOX燃烧器能够改变火焰形状，降低火焰辐射强度，因此，这种技术不能满足燃烧室的需要。

所谓的选择还原(催化或非催化)烟气处理是最为适宜的处理技术。非催化方法使用尿素或氨为反应介质，这种方法简单，但效率低于50%催化方法的效率高得多(>80%)，但操作成本较高。

②重金属的排放。

残渣燃料油中也含有镍和钒，这些金属富集在焦炭颗粒中，由于镍是有毒的，需要降低其排放，降低的方法一是使用低金属含量的燃料油，二是对烟道气进行脱灰处理。

市场

由于渣油自身的物理性质以及其他商业因素的原因，使得渣油与其他燃料油相比价格较为低廉。残渣燃料油的运输和燃烧都需要特殊的设备。残渣燃料油在管线中以及在运输过程中和在储藏过程中都应进行加热以防止其固化；另一方面，也是更为重要的是，残渣燃料油是生产完其他各种产品后残留下的部分，在短期内供应的弹性变化几乎为零。当炼油厂讨论出售残渣燃料油时，购买者通常乐于听到有关处理残渣燃料油的消息。

残渣燃料油较低的价格自然会吸引使用者寻找更多利用它的方法。毕竟与其他燃料相比，每加仑的残渣燃料油具有更大的热值。残渣燃料油的传统用途是锅炉燃料——种最简单的燃烧烃类的方法。加热的燃料被雾化喷人锅炉中，在锅炉中燃烧。锅炉中有许多的管子，水从管子中流过时会被加热成蒸汽或过热蒸汽。产生的蒸汽可以用来驱动发电机、轮船的推进系统或者其他的机械设备。

随着机械工程师对柴油发动机的改进，使得柴油发动机可以使用较重且廉价的残渣燃料油。使用柴油机具有一定的优点，燃烧产生的热量会被更充分地利用而不会从烟道中流出损失掉。

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