CCAI与燃烧特性（上）

来碗咖啡 2020-04-21

展开全文

在【低硫燃油那些事】中我们介绍了燃油中的某些组分，这些组分的特点及其特殊的燃烧特性；在【关于燃油参数的探讨】中我们简单讲了一下CCAI和燃烧特性，今天我们就燃油的CCAI与燃烧特性做进一步的探讨，希望对故障分析和问题解决起到抛砖引玉的作用。

由于篇幅原因，上篇主要分析CCAI，下篇会着重讨论一下燃烧方面的研究发现。

关键词：CCAI，点火质量，燃烧特性，后燃时间，火焰长度，油膜，漆膜

1. CCAI

CCAI计算公式

碳芳香指数计算值（CCAI）是由燃油密度和粘度计算得出的，被用作残渣型燃油在柴油机里的点火质量指标。高密度低粘度的燃油，往往表现出较差的点火质量。

1.1 CCAI的含义

残渣型燃油的CCAI指数是唯一一个最贴近经济的指标（直馏油指标为十六烷值），直接体现了燃油燃烧是否好，也就是能热转换的关键。

前面两篇文中提到，燃烧市场仍然是价格导向，导致某些燃烧不好的原料被用作调和燃油的组分，一方面导致机器受损，另一方面经济性比较差。

1.2 CCAI的限值

从ISO 8217（2010版）开始有了CCAI的限值，作为避免使用密度/粘度关系不正常燃油的指南。

图1表示了粘度、密度和CCAI之间的列线关系，以及CCAI控制范围，可以推导出控制限值870就是为了减少或控制某些组分过多，这些组分是导致不容易燃烧的主要原因。

因为调和低硫油组分的多样性，影响了他们之间的点线关系，所以我们发现8217的部分指标不太适用于某些新型的低硫燃油。期待下一版的8217有相关明确的要求和规范。

图1. 推导CCAI的列线图（CII：Calculated Ignition Index )

CCAI一般在820-870之间，CCAI值越高，点火质量越差。

对于很多发动机来说CCAI值在870-890时可能会增加点火问题。

对于使用较低粘度的燃油（在50摄氏度时低于180 cSt）的发动机，CCAI值的范围可以在840和870之间，但最好低于840。

但如果调和油的CCAI明显低于820也需要注意，因为组分可能出现了异常情况。

1.3 CCAI在鉴别燃烧时遇到的挑战

CCAI在以往被认为是用来鉴定燃油的点火质量比较可靠的参数，然而燃油的化学组分以及性能一直在变化，特别是符合2020的新型低硫燃油，虽然密度、粘度以及CCAI和以往比较非常相似，但我们发现这些新型燃油的点火质量有着很大的不同。有的可能点火好而燃烧不好，有的则反之。还有一些CCAI正常的燃油在某些发动机上发现点火质量比较差。这就好比在中空的纯金里加入了其他金属（密度大于和小于纯金的一些金属），整体密度和纯金一样，但普通人肉眼无法识别。

我们在【关于燃油参数的探讨】中提到过，即使CCAI满足低于870限值的要求，但实际上燃烧状况还是区别于传统燃油的燃烧。

在【低硫燃油那些事】中我们介绍了炼厂用于减少硫的工艺，由此产生了一些用于调和燃油的特殊组分，并对这些组分做了相应的分析。因为这类问题燃油虽然含硫量低但是由于混入大量LCO以及可能的HDA/CLO导致的高芳香性，从而带来更多麻烦。关于LCO和HDA/CLO的特点和参数介绍可以参考【低硫燃油那些事】。

与纯LCO和其他HFO样品相比，包含大量HDA/CLO的燃油会存在较长的后燃期并形成更长的火焰。由于高度芳族燃油的喷雾需要更多时间来燃烧，因此燃烧持续时间必然变得更长，并且火焰本身在空间上会比低级芳族燃油更长。

长火焰接近或接触缸壁上的润滑油膜，并对其造成损坏。尤其是当活塞位置下降时，上部缸壁覆盖的油膜暴露在延迟燃烧的长火焰范围内。未燃烧的燃料成分（例如烟灰或PM颗粒物）混入油膜中而导致润滑油本身变质。这部分物质在和气缸油添加剂混合发生反应后会形成漆膜状的物质，随着活塞的运动慢慢分布在缸套的上部，严重破坏了有效的气缸润滑。

据估计在2020年实施全球硫含量上限（低于0.5％）后，点火和燃烧质量必将恶化。目前很多案例在很大程度上怀疑和燃油的燃烧性能有很大关联。

在此建议大家将每次使用燃油的粘度/密度值在下图2中做好标记（图2根据密度和粘度可以知道大概的CCAI范围），来记录历史数据，以帮助分析不同的主机对不同燃油的适用性。