油类燃料及其特性

3.3.1　油类燃料及其特性

1.油质燃料的分类与特点

石油通过一系列加工处理后的产品可分为两类。一类是工业生产中使用的油剂或原料，如在油脂、橡胶、油漆生产中作溶剂用的溶剂油；机械设备上作润滑油剂用的润滑油；作为防锈和制药用的凡士林；生产蜡纸和绝缘材料用的石蜡；铺路、建筑、防腐剂用的沥青以及制电极和生产碳化硅用的石油焦。另一类作为油质燃料。

常用油质燃料主要可以分为4类：汽油、煤油、柴油和重油。其中汽油和煤油一般不作为锅炉燃料来使用。

柴油是压燃式内燃机的燃料，也能作为锅炉的燃料。按柴油的用途划分，通常可分为轻柴油和重柴油两类。

轻柴油是原油在一定温度条件下的常压直馏馏分与深加工的柴油组分按一定比例调制而成，颜色呈淡黄，主要由C₁₅～C₂₄的烃类组成，馏程宽度为260～360℃。轻柴油适用于转速高于960 r/min的高速柴油发动机，一般作为火力发电厂锅炉的点火燃料，当前已成为小型燃油锅炉的主要用油。轻柴油的燃烧性能好，具有足够的粘度，能够保证良好的雾化和平稳燃烧。杂质含量极少，燃烧时不易在燃烧室内形成明显的结焦、积炭和沾污物。由于含硫、酸、碱等化合物很少，使用过程中不会对设备产生腐蚀性，对环境污染小。

重柴油是原油的常、减压重质直馏馏分，或与深加工中重质柴油组分，或与轻质柴油组分调制而成，主要由C₁₈～C₄₀的烃类组成，馏程宽度一般为250～450℃。主要用于转速低于960 r/min的中、低速柴油发动机，也可作为锅炉的燃料。重柴油与轻柴油相比，其粘度大得多，凝点也高，故一般使用时应先进行预热；相对杂质含量较高，油品易氧化，使用前须进行过滤和沉淀，以免堵塞油喷嘴和滤清器。

重油是石油各种加工工艺过程中重质馏分和残渣的总称，是燃料油中密度最大的油品，主要作为各种锅炉、冶金加热炉和工业窑炉的燃料。石油经过常压、减压蒸馏得到重质直馏重油；经过各种裂化加工后得到裂化重油；蒸馏和裂化工艺中的残留物即为渣油。商品重油一般通过各种重油与轻质油按不同比例调合制成，如常压重油和渣油的粘度较小，有时可不加轻质油直接作为各种窑炉燃油；减压渣油因含沥青质较多，粘度大，须调合一些轻质油料（如柴油）后才能燃用；而裂化加工后的渣油粘度更大，并存在大量游离碳和不饱和烃类，着火温度高，不易燃烧，无法直接燃用，须调制更多的轻质油。重油或渣油由于其热值较高，着火和燃烧及时稳定，生产量大，对环境污染较小，是目前燃油锅炉的首选燃料。

重油、渣油是原油提取轻质馏分后的残余油，元素分析成分中碳、氢、氮、硫等含量均比原油高。其中碳的质量分数约85%，氢的质量分数约12%。这两种可燃元素合计含量超过95%，因此热值较高，约为39300～44000kJ/kg，具有很好的燃烧性能。一般来说，含氢量越高，越容易着火燃烧；含碳量越高，重油的粘度也就越大。

2.锅炉常用燃料油

锅炉常用燃料油有柴油和重油两大类。柴油一般多用于中、小型工业锅炉和生活锅炉，重油多用于电厂锅炉的燃料。特别是对燃煤电站锅炉点火及低负荷运行时，要使用液体燃料暖炉或助燃。

（1）柴油

柴油按其馏分的组成和用途分为轻柴油和重柴油两种。

轻柴油按其质量分为优等品、一等品和合格品三个等级，每个等级按其凝点分为10，0，－10，－20，－35，－50等6种牌号。

10号轻柴油——凝点为10℃，使用中应有预热设备；

0号轻柴油——凝点为0℃，适用于最低气温在4℃以上的地区使用；

－10号轻柴油——凝点为－10℃，适用于最低气温在－5℃以上的地区使用；

－20号轻柴油——凝点为－20℃，适用于最低气温在－5～－14℃的地区使用；

－35号轻柴油——凝点为－35℃，适用于最低气温在－14～－29℃的地区使用；

－50号轻柴油——凝点为－50℃，适用于最低气温在－29～－44℃的地区使用。

轻柴油的使用和输送温度应高于凝点3～5℃，因为在凝点前几度柴油中就开始析出石蜡结晶，这将会堵塞油料供应系统，降低供油量，严重时会中断供油。

表3.11列出锅炉设计用代表性0号轻柴油油质资料。

表3.11　锅炉设计用代表性0号轻柴油油质资料

注：表中成分为质量分数。

各种等级和牌号的轻柴油的性质应符合表3.12的指标。

表3.12　轻柴油性质指标（GB252－1994）

重柴油按其凝点分为10、20和30等三个牌号，代号分别为RC₃—10，RC₃—20，RC₃—30。这些重柴油的凝点相应不高于10℃，20℃和30℃。

各种牌号的重柴油的性质应符合表3.13的指标。

表3.13　重柴油的性质指标（GB445－1977）

注：1.由硫含量（质量分数）0.5%以上的原油炼制的重柴油，出厂时硫含量许可不大于2.0%，残炭含量（质量分数）许可不大于3.0%。

2.海运和河运时水分（质量分数）许可不大于2.0%，但须由总量中扣除水分全部质量。

（2）重油

重油的特性指标有粘度、凝固点、闪点、燃点、含硫量和含灰分量等。

①粘度。粘度是表征液体燃料流动性能的指标。燃油的粘度常用恩氏粘度计测量，用°E表示。粘度愈小，流动性能愈好。重油的粘度随温度升高而减少。重油在常温下粘度过大，为保证重油的输送和油喷嘴的雾化质量，重油必须加热，使油喷嘴前的重油粘度小于4°E，才能正常使用。

②凝固点。凝固点是表征燃油丧失流动性能时的温度。它是将燃油样品放在倾斜45°的试管中，经过一分钟后，油面保持不变时的温度作为该油的凝固点。燃油的凝固点高低与燃油的石蜡含量有关。含石蜡高的油，其凝固点高。

③闪点及燃点。在常压下，随着油温升高，油表面上蒸发出的油气增多，当油气和空气的混合物与明火接触而发生短促闪光时的油温称为燃油的闪点。闪点可在开口或闭口的仪器中测定，闭口闪点通常较开口闪点高20～40℃。燃点是油面上的油气和空气的混合物遇到明火能着火燃烧并持续5s以上的最低油温。闪点和燃点是燃油防火的重要指标。因此，储运时的油温，必须使敞口容器中的温度低于开口闪点10℃以上，在压力容器中则无此限制。

④含硫量

燃油的含硫量高，会对锅炉低温受热面产生腐蚀。按油中含硫量的多少，燃油可分为低硫油（S_ar＜0.5%）、中硫油（S_ar＝0.5%～2%）和高硫油（S_ar＞2%）三种。一般来说，当燃油的含硫量高于0.3%时，就应注意低温腐蚀问题。

⑤灰分

重油的灰分虽少，但灰中常含有钒、钠、钾、钙等元素的化合物，所生成的燃烧产物的熔点很低，约600℃，对壁温高于610℃的受热面会产生高温腐蚀。

重油按其在50℃时的恩氏粘度°E₅₀分为20，60，100和200等4个牌号，如60号重油在50℃时其恩氏粘度为60，200号重油在50℃时其恩氏粘度为200等。这些牌号的数值相应于该种油品在80℃时的运动粘度值，即20号重油在80℃时的运动粘度和50℃时的恩氏粘度均为20。

由于各种牌号重油的粘度存在差异，使用时应适用于不同的喷嘴，以保证良好的雾化燃烧。20号重油适用于较小喷嘴（30kg/h以下）的燃油锅炉；60号重油适用于中等喷嘴的工业炉或船用锅炉；100号重油适用于大型喷嘴的各种锅炉；200号重油适用于与炼油厂有直接输送管道的具有大型喷嘴的锅炉。60，100和200等3个牌号重油在使用中应先进行预热，牌号越大的重油，预热要求越高。

表3.14列出锅炉设计用代表性100号和200号重油油质资料。

表3.14　锅炉设计用代表性重油油质资料

注：表中成分均为质量分数。

各种牌号的重油的性质应符合表3.15的指标。

表3.15重油性质指标

由于原油的产地和性质以及各炼油厂的原油加工工艺不同，各种重油产品的性质也存在差异。

3.燃料油综合性质指标

随着中、小型燃油锅炉的发展日益加速，各种型式的燃烧器逐渐增多。为了适应各种燃烧器的用油，中国石油化工总公司1996年制定了石化行业标准SH/T0356—96，把燃料油分为1号、2号、4号轻、4号、5号轻、5号、6号和7号等8个牌号。各种牌号的燃料油的性质应符合表3.16的指标。

表3.16　燃料油性质指标

1号和2号是轻质馏分燃料油，适用于小型燃烧器和家庭使用。尤其是1号的倾点非常低，流动性能好，适用于环境温度较低的场合，可用于汽化型燃烧器。4号轻和4号是重质馏分燃料油，或是轻馏分油与渣油的混合物，适用于要求该粘度范围的工业燃烧器。5号轻，5号，6号和7号是残渣燃料油，其粘度依次递增，适用于有预热设备的工业燃烧器。