一種船舶二沖程柴油機(jī)雙渦輪egr系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的在于提供一種船舶二沖程柴油機(jī)雙渦輪EGR系統(tǒng)及方法，包括柴油機(jī)、排氣集管、掃氣集管、大型渦輪增壓器、小型渦輪增壓器，排氣集管連通柴油機(jī)的排氣管，掃氣集管連通柴油機(jī)的進(jìn)氣管，大型渦輪通過大型渦輪進(jìn)口管路連通排氣集管，大型渦輪的出口連通大氣并同時(shí)通過第一旁通管路連接大型渦輪進(jìn)口管路，大型壓氣機(jī)通過大型壓氣機(jī)出口管路連通掃氣集管，小型渦輪通過小型渦輪進(jìn)口管路連通排氣集管，小型壓氣機(jī)通過小型壓氣機(jī)出口管路連通掃氣集管，小型壓氣機(jī)出口管路通過第二旁通管路連通排氣集管。本實(shí)用新型與SCR系統(tǒng)相比，節(jié)省了大量的還原劑，通過切換大小渦輪，大渦輪的輸出功率不會(huì)受到影響，掃氣流量也會(huì)保持一定穩(wěn)定。
【專利說明】
一種船舶二沖程柴油機(jī)雙渦輪EGR系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種柴油機(jī)進(jìn)排氣處理裝置，具體地說是船舶柴油機(jī)進(jìn)排氣處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自從IMO批準(zhǔn)了大型船舶柴油機(jī)在排放控制區(qū)(ECAs)的TierIII NOx排放標(biāo)準(zhǔn)后，全球船用主機(jī)制造商面臨的挑戰(zhàn)是如何減少NOx排放。2016年I月I日起實(shí)行頂O NOx新標(biāo)準(zhǔn)，NOx排放量同比于以往要減少80%。這種減排量已經(jīng)超出了二沖程柴油機(jī)燃燒進(jìn)程能力所及的范圍。在二沖程柴油機(jī)上實(shí)施這一減排標(biāo)準(zhǔn)必需附加措施。
[0003]目前，常用的NOx減排措施主要包括機(jī)內(nèi)減排措施和機(jī)外減排措施。機(jī)內(nèi)減排措施是改變?nèi)紵齾?shù)，例如缸內(nèi)延遲噴油、降低進(jìn)氣溫度、增加進(jìn)氣濕度等減少缸內(nèi)NOx生成，最終減少發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放;機(jī)外減排措施，主要是選擇性催化還原(SCR)技術(shù)和廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)。相對(duì)而言，上述機(jī)內(nèi)減排措施比較容易實(shí)現(xiàn)，但減排效果有限，尤其是針對(duì)大型二沖程柴油機(jī)。SCR技術(shù)，減排效果好，能滿足頂O Tier III關(guān)于NOx排放的要求，但其裝置體積龐大，減少了船舶的有效空間，同時(shí)SCR系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)成本也較高。
[0004]廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)是通過將一部分廢氣從排氣管中引出，經(jīng)過降溫、洗滌等處理，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣集管，與新鮮空氣混合，混合空氣中的惰性氣體比例增加，從而降低燃燒過程的最高燃燒溫度，抑制NOx的生成。
[0005]EGR技術(shù)能滿足IMO有關(guān)NOx在排放控制區(qū)的Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)，且其體積和成本均遠(yuǎn)小于SCR技術(shù)，其在船舶二沖程柴油機(jī)上有很廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]現(xiàn)有EGR技術(shù)，大多為是針對(duì)車用發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放控制技術(shù)或是船舶中速柴油機(jī)，例如:
[0007]1.專利201120170392.8提出在氣缸體上連接有進(jìn)氣歧管和排氣歧管，在進(jìn)氣歧管和排氣歧管之間設(shè)有使廢氣再循環(huán)的EGR結(jié)構(gòu)，在EGR結(jié)構(gòu)和排氣歧管之間設(shè)有能夠加熱廢氣的加熱器，在EGR結(jié)構(gòu)和進(jìn)氣歧管之間設(shè)有檢測(cè)混入廢氣溫度的溫度傳感器，加熱器和溫度傳感器均與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU連接，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU能夠?qū)囟葌鞲衅鬏斔蛠淼男盘?hào)進(jìn)行分析處理并發(fā)動(dòng)控制信號(hào)控制加熱器工作與否。該系統(tǒng)能夠有效降低氮氧化物的排放，同時(shí)能夠降低缸壁的腐蝕和磨損。對(duì)于船舶柴油機(jī)而言，廢氣溫度已經(jīng)很高，不需要再加熱，相反地，需要用冷卻器降溫，并用水霧收集器收集液滴。
[0008]2.專利201310435575.1提出一種船舶中速柴油機(jī)EGR系統(tǒng)，選擇柴油機(jī)的個(gè)別氣缸作為再循環(huán)使用，為了配合個(gè)別氣缸，相應(yīng)地規(guī)劃了排氣管路。通過這種結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)EGR旁通閥的開度，可使某些氣缸的排氣壓力高于進(jìn)氣壓力，使排氣重新進(jìn)入氣缸，從而實(shí)現(xiàn)不增加過多輔助裝置克服船用中速柴油機(jī)較大的進(jìn)排氣壓力逆差，引入EGR降低NOx排放的目的。但這種操作方式會(huì)直接影響渦輪增壓器的輸出功率。由于采取這種方式，通過渦輪增壓器的廢氣流量減少，渦輪的輸出功率就會(huì)相應(yīng)降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型的目的在于提供不僅能保證NOx排放降低，而且能保證船舶動(dòng)力的穩(wěn)定性的一種船舶二沖程柴油機(jī)雙渦輪EGR系統(tǒng)。
[0010]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0011]本實(shí)用新型一種船舶二沖程柴油機(jī)雙渦輪EGR系統(tǒng)，其特征是:包括柴油機(jī)、排氣集管、掃氣集管、大型渦輪增壓器、小型渦輪增壓器，所述大型渦輪增壓器包括大型渦輪和大型壓氣機(jī)，所述小型渦輪增壓器包括小型渦輪和小型壓氣機(jī)，排氣集管連通柴油機(jī)的排氣管，掃氣集管連通柴油機(jī)的進(jìn)氣管，大型渦輪通過大型渦輪進(jìn)口管路連通排氣集管，大型渦輪的出口連通大氣并同時(shí)通過第一旁通管路連接大型渦輪進(jìn)口管路，第一旁通管路上安裝單向截止閥A，大型壓氣機(jī)通過大型壓氣機(jī)出口管路連通掃氣集管，大型壓氣機(jī)出口管路上安裝冷卻器和水霧收集器A，小型渦輪通過小型渦輪進(jìn)口管路連通排氣集管，小型渦輪進(jìn)口管路上安裝渦輪增壓器器切斷A，小型壓氣機(jī)通過小型壓氣機(jī)出口管路連通掃氣集管，小型壓氣機(jī)出口管路通過第二旁通管路連通排氣集管，第二旁通管路與小型壓氣機(jī)之間的小型壓氣機(jī)出口管路上安裝渦輪增壓器切斷B，第二旁通管路與掃氣集管之間的小型壓氣機(jī)出口管路上安裝EGR冷卻器、洗滌器、水霧收集器B，第二旁通管路上安裝預(yù)洗滌器和單向截止閥B，大型壓氣機(jī)出口管路和小型壓氣機(jī)出口管路之間通過EGR管路相通，EGR管路上安裝EGR風(fēng)機(jī)和EGR閥。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于:
[0013]1.與SCR系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型采用的一種船舶二沖程柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)體積小，投資成本低，節(jié)省船舶空間。
[0014]2.由于本實(shí)用新型的一種船舶二沖程柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)只洗滌循環(huán)廢氣，僅消耗少量的堿性物質(zhì)，與SCR系統(tǒng)相比，節(jié)省了大量的還原劑，節(jié)省了設(shè)備運(yùn)行成本。
[0015]3.由于現(xiàn)代增壓技術(shù)的發(fā)展，采用本實(shí)用新型的EGR系統(tǒng)，通過切換大小渦輪工作狀態(tài)，大渦輪的輸出功率不會(huì)受到影響，掃氣流量也會(huì)保持一定穩(wěn)定。
[0016]4.本實(shí)用新型的EGR系統(tǒng)，降低了柴油機(jī)最高爆發(fā)壓力，在一定程度上增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，并有利于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。
[0017]5.作為柴油機(jī)的附屬裝置，EGR系統(tǒng)相對(duì)集中，減少了栗、閥和管路的阻力損失。
[0018]6.本實(shí)用新型的EGR系統(tǒng)，作為船舶二沖程柴油機(jī)的附件，易于與船舶柴油機(jī)其他廢氣后處理設(shè)備匹配配合。
【附圖說明】

[0019]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)地描述:
[0021]結(jié)合圖1，本實(shí)用新型一種船舶二沖程柴油機(jī)雙渦輪EGR系統(tǒng)，包括進(jìn)氣管、排氣管、禍輪、壓氣機(jī)、冷卻器、洗滌器和水霧收集器。
[0022]所述EGR系統(tǒng)包括大渦輪通路、EGR通路和小渦輪通路。所述大渦輪通路與所述柴油機(jī)通過所述排氣集管和掃氣集管連接;所述EGR通路與所述柴油機(jī)通過所述排氣集管和掃氣集管連接;所述小渦輪通路與所述柴油機(jī)通過所述排氣集管和掃氣集管連接。
[0023]所述大渦輪通路包括所述大渦輪、大壓氣機(jī)、冷卻器、水霧收集器A及廢氣旁通回路。所述大渦輪和壓氣機(jī)與所述排氣集管連接，所述冷卻器位于所述大壓氣機(jī)出氣口，所述水霧收集器位于所述冷卻器下游，與所述掃氣集管連接，所述廢氣旁通回路位于所述排氣集管后，其出口與所述大渦輪排氣口相連接。所述大渦輪通路允許最高70%的掃氣通過渦輪增壓器。為了保證運(yùn)行安全，所述大渦輪管路需配備所述廢氣旁通回路。
[0024]所述EGR通路位于所述排氣集管和所述掃氣集管之間，所述EGR管路上安裝有單向截止閥B、預(yù)洗滌器、EGR冷卻器、洗滌器、水霧收集器B、EGR風(fēng)機(jī)和EGR閥。所述單向截止閥B用于開啟和關(guān)閉EGR管路，所述預(yù)洗滌器用于降低廢氣溫度并去除部分廢氣，所述EGR冷卻器用于降低廢氣溫度，所述洗滌器B用于去除顆粒、SOx和其他雜質(zhì)，所述水霧收集器B用于消除廢氣中的水滴，所述EGR風(fēng)機(jī)用于對(duì)廢氣進(jìn)行加壓并控制EGR率，所述EGR閥用于控制廢氣流入掃氣集管的流量。所述EGR通路允許最高40%的廢氣通過EGR單元。
[0025]所述小渦輪通路位于所述排氣集管和掃氣集管之間，所述小渦輪管路上安裝有渦輪增壓器切斷A、小渦輪、小壓氣機(jī)和渦輪增壓器切斷B。所述小渦輪管路允許最高40%的掃氣通過小渦輪增壓器。
[0026]在EGR冷卻器與掃氣集管之間設(shè)置洗滌器B和水霧收集器B。
[0027]在大渦輪進(jìn)出口之間設(shè)置廢氣旁通回路，廢氣旁通回路上設(shè)置單向截止閥A。
[0028]所述預(yù)洗滌器和EGR洗滌器采用一級(jí)或多級(jí)噴淋塔結(jié)構(gòu)，或采用填料塔結(jié)構(gòu)。
[0029]在小渦輪與壓氣機(jī)之間設(shè)置渦輪增壓器切斷A和渦輪增壓器切斷B。
[0030]EGR通路與小渦輪通路共用一套EGR冷卻器、洗滌器和水霧收集器。
[0031]對(duì)于一些大型柴油機(jī)，可能需要兩個(gè)以上的渦輪增壓器，相應(yīng)的需要更多的EGR通路和小渦輪通路。
[0032]本實(shí)用新型的船舶二沖程柴油機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)為:包括在與柴油機(jī)的排氣管相連的排氣集管和柴油機(jī)的進(jìn)氣管相連的掃氣集管之間連接的進(jìn)氣系統(tǒng)，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括連通到排氣集管的大小渦輪、由渦輪驅(qū)動(dòng)的大小壓氣機(jī)、連接于壓氣機(jī)出口與掃氣集管之間的空氣中間冷卻器、在與柴油機(jī)的排氣管相連的排氣集管和柴油機(jī)的進(jìn)氣管相連的掃氣集管之間還連接EGR系統(tǒng)，所述EGR系統(tǒng)包括通過單向截止閥B與排氣集管連接的預(yù)洗滌器、連接在預(yù)洗滌器后的EGR冷卻器、連接在EGR冷卻器后的EGR洗滌器、連接在EGR洗滌器，EGR洗滌器的出口連接EGR風(fēng)機(jī)，EGR風(fēng)機(jī)的出口通過EGR閥與掃氣集管相連，其中小渦輪通路與EGR通路共用EGR冷卻器和洗滌器，小渦輪通路單獨(dú)設(shè)有水霧收集器B。
[0033]在渦輪進(jìn)出口之間設(shè)置廢氣旁通管路，廢氣旁通管路上設(shè)置單向截止閥A。
[0034]預(yù)洗滌器和EGR洗滌器采用一級(jí)或多級(jí)噴淋塔結(jié)構(gòu)，或采用填料塔結(jié)構(gòu)。
[0035]本實(shí)用新型的EGR系統(tǒng)適合于船舶二沖程柴油機(jī)系統(tǒng)，其工作模式有兩種:EGR模式和非EGR模式。
[0036]非EGR模式:船舶在非ECAs運(yùn)行時(shí)，柴油機(jī)處于非EGR模式運(yùn)行狀態(tài)，EGR通路B中的單向截止閥B關(guān)閉;此時(shí)柴油機(jī)的廢氣通過排氣集管通入大渦輪4和小渦輪13，在大渦輪4和小渦輪13中膨脹做功，分別驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)6和壓氣機(jī)22工作，壓氣機(jī)6和壓氣機(jī)22壓縮新鮮空氣，壓縮空氣經(jīng)過冷卻器7和EGR冷卻器15降溫，進(jìn)入水霧收集器A和B，去除其中所含水滴，進(jìn)入掃氣集管20，通過進(jìn)氣管21進(jìn)入柴油機(jī)I，參與燃燒;非EGR模式下，EGR風(fēng)機(jī)18和EGR閥19關(guān)閉，當(dāng)柴油機(jī)高負(fù)荷工作時(shí)，柴油機(jī)廢氣量過多，打開廢氣旁通回路中的單向截止閥5，旁通多余廢氣，提高柴油機(jī)效率。大約40 %的廢氣通入小渦輪22，剩余的60%的廢氣通入大渦輪4。
[0037] EGR模式:船舶在ECAs運(yùn)行時(shí)，柴油機(jī)處于EGR模式運(yùn)行狀態(tài)，即EGR通路B中的單向截止閥10打開，EGR風(fēng)機(jī)18和EGR閥19打開，渦輪增壓器切斷A和B關(guān)閉；此時(shí)柴油機(jī)I中的大部分廢氣仍通入大渦輪4，之前通入小渦輪的廢氣通入EGR通路B，經(jīng)過預(yù)洗滌器9，降低廢氣溫度并去除部分顆粒，經(jīng)EGR冷卻器15，降低廢氣溫度，經(jīng)過洗滌器16，去除廢氣中的顆粒和SOx，再由水霧收集器17消除廢氣中的水滴，經(jīng)過EGR風(fēng)機(jī)18加壓，經(jīng)EGR閥19進(jìn)入掃氣集管20，由和進(jìn)氣道A過來的壓縮空氣混合，混合器通過進(jìn)氣管21，進(jìn)入柴油機(jī)I參與燃燒，以達(dá)到降低發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的生成和排放;EGR模式下，由于EGR通路B開啟，小渦輪通路C關(guān)閉，之前流入小渦輪通路C中的廢氣流入EGR通路B，流到渦輪4的廢氣量沒有明顯降低。通過EGR風(fēng)機(jī)18調(diào)整再循環(huán)的廢氣流量(即EGR率)，實(shí)現(xiàn)不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放都能滿足IMOTier III的要求。在兩種模式下工作時(shí)，由于設(shè)計(jì)的要求，大渦輪增壓器最高允許70%的掃氣通過，而EGR通路與小渦輪通路的廢氣流量最高為40%，大渦輪增壓器的掃氣量并沒有因?yàn)槟Ｊ降那袚Q而受到影響，因此大渦輪4的輸出功率不會(huì)出現(xiàn)明顯降低。當(dāng)柴油機(jī)高負(fù)荷工作時(shí)，廢氣量過多，打開廢氣旁通回路中的單向截止閥5，旁通多余廢氣，提高柴油機(jī)效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種船舶二沖程柴油機(jī)雙渦輪EGR系統(tǒng)，其特征是:包括柴油機(jī)、排氣集管、掃氣集管、大型渦輪增壓器、小型渦輪增壓器，所述大型渦輪增壓器包括大型渦輪和大型壓氣機(jī)，所述小型渦輪增壓器包括小型渦輪和小型壓氣機(jī)，排氣集管連通柴油機(jī)的排氣管，掃氣集管連通柴油機(jī)的進(jìn)氣管，大型渦輪通過大型渦輪進(jìn)口管路連通排氣集管，大型渦輪的出口連通大氣并同時(shí)通過第一旁通管路連接大型渦輪進(jìn)口管路，第一旁通管路上安裝單向截止閥A，大型壓氣機(jī)通過大型壓氣機(jī)出口管路連通掃氣集管，大型壓氣機(jī)出口管路上安裝冷卻器和水霧收集器A，小型渦輪通過小型渦輪進(jìn)口管路連通排氣集管，小型渦輪進(jìn)口管路上安裝渦輪增壓器切斷A，小型壓氣機(jī)通過小型壓氣機(jī)出口管路連通掃氣集管，小型壓氣機(jī)出口管路通過第二旁通管路連通排氣集管，第二旁通管路與小型壓氣機(jī)之間的小型壓氣機(jī)出口管路上安裝渦輪增壓器切斷B，第二旁通管路與掃氣集管之間的小型壓氣機(jī)出口管路上安裝EGR冷卻器、洗滌器、水霧收集器B，第二旁通管路上安裝預(yù)洗滌器和單向截止閥B，大型壓氣機(jī)出口管路和小型壓氣機(jī)出口管路之間通過EGR管路相通，EGR管路上安裝EGR風(fēng)機(jī)和EGR閥。
【文檔編號(hào)】F02B37/007GK205714484SQ201620407270
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】朱元清, 王占廣, 周松, 周金喜, 高瑞鋒
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)