一種船舶二沖程柴油機雙渦輪egr系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供一種船舶二沖程柴油機雙渦輪EGR系統及方法，包括柴油機、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的排氣管，掃氣集管連通柴油機的進氣管，大型渦輪通過大型渦輪進口管路連通排氣集管，大型渦輪的出口連通大氣并同時通過第一旁通管路連接大型渦輪進口管路，大型壓氣機通過大型壓氣機出口管路連通掃氣集管，小型渦輪通過小型渦輪進口管路連通排氣集管，小型壓氣機通過小型壓氣機出口管路連通掃氣集管，小型壓氣機出口管路通過第二旁通管路連通排氣集管。本實用新型與SCR系統相比，節省了大量的還原劑，通過切換大小渦輪，大渦輪的輸出功率不會受到影響，掃氣流量也會保持一定穩定。
【專利說明】
一種船舶二沖程柴油機雙渦輪EGR系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及的是一種柴油機進排氣處理裝置，具體地說是船舶柴油機進排氣處理裝置。
【背景技術】
[0002]自從IMO批準了大型船舶柴油機在排放控制區(ECAs)的TierIII NOx排放標準后，全球船用主機制造商面臨的挑戰是如何減少NOx排放。2016年I月I日起實行頂O NOx新標準，NOx排放量同比于以往要減少80%。這種減排量已經超出了二沖程柴油機燃燒進程能力所及的范圍。在二沖程柴油機上實施這一減排標準必需附加措施。
[0003]目前，常用的NOx減排措施主要包括機內減排措施和機外減排措施。機內減排措施是改變燃燒參數，例如缸內延遲噴油、降低進氣溫度、增加進氣濕度等減少缸內NOx生成，最終減少發動機NOx排放;機外減排措施，主要是選擇性催化還原(SCR)技術和廢氣再循環(EGR)技術。相對而言，上述機內減排措施比較容易實現，但減排效果有限，尤其是針對大型二沖程柴油機。SCR技術，減排效果好，能滿足頂O Tier III關于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SCR系統的運行和維護成本也較高。
[0004]廢氣再循環(EGR)技術是通過將一部分廢氣從排氣管中引出，經過降溫、洗滌等處理，進入發動機掃氣集管，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技術能滿足IMO有關NOx在排放控制區的Tier III排放標準，且其體積和成本均遠小于SCR技術，其在船舶二沖程柴油機上有很廣闊的應用前景。
[0006]現有EGR技術，大多為是針對車用發動機NOx排放控制技術或是船舶中速柴油機，例如:
[0007]1.專利201120170392.8提出在氣缸體上連接有進氣歧管和排氣歧管，在進氣歧管和排氣歧管之間設有使廢氣再循環的EGR結構，在EGR結構和排氣歧管之間設有能夠加熱廢氣的加熱器，在EGR結構和進氣歧管之間設有檢測混入廢氣溫度的溫度傳感器，加熱器和溫度傳感器均與發動機ECU連接，發動機ECU能夠對溫度傳感器輸送來的信號進行分析處理并發動控制信號控制加熱器工作與否。該系統能夠有效降低氮氧化物的排放，同時能夠降低缸壁的腐蝕和磨損。對于船舶柴油機而言，廢氣溫度已經很高，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EGR系統，選擇柴油機的個別氣缸作為再循環使用，為了配合個別氣缸，相應地規劃了排氣管路。通過這種結構，通過調節EGR旁通閥的開度，可使某些氣缸的排氣壓力高于進氣壓力，使排氣重新進入氣缸，從而實現不增加過多輔助裝置克服船用中速柴油機較大的進排氣壓力逆差，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相應降低。
【發明內容】
[0009]本實用新型的目的在于提供不僅能保證NOx排放降低，而且能保證船舶動力的穩定性的一種船舶二沖程柴油機雙渦輪EGR系統。
[0010]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0011]本實用新型一種船舶二沖程柴油機雙渦輪EGR系統，其特征是:包括柴油機、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，所述小型渦輪增壓器包括小型渦輪和小型壓氣機，排氣集管連通柴油機的排氣管，掃氣集管連通柴油機的進氣管，大型渦輪通過大型渦輪進口管路連通排氣集管，大型渦輪的出口連通大氣并同時通過第一旁通管路連接大型渦輪進口管路，第一旁通管路上安裝單向截止閥A，大型壓氣機通過大型壓氣機出口管路連通掃氣集管，大型壓氣機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口管路連通排氣集管，小型渦輪進口管路上安裝渦輪增壓器器切斷A，小型壓氣機通過小型壓氣機出口管路連通掃氣集管，小型壓氣機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之間的小型壓氣機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洗滌器和單向截止閥B，大型壓氣機出口管路和小型壓氣機出口管路之間通過EGR管路相通，EGR管路上安裝EGR風機和EGR閥。
[0012]本實用新型的優勢在于:
[0013]1.與SCR系統相比，本實用新型采用的一種船舶二沖程柴油機廢氣再循環系統體積小，投資成本低，節省船舶空間。
[0014]2.由于本實用新型的一種船舶二沖程柴油機廢氣再循環系統只洗滌循環廢氣，僅消耗少量的堿性物質，與SCR系統相比，節省了大量的還原劑，節省了設備運行成本。
[0015]3.由于現代增壓技術的發展，采用本實用新型的EGR系統，通過切換大小渦輪工作狀態，大渦輪的輸出功率不會受到影響，掃氣流量也會保持一定穩定。
[0016]4.本實用新型的EGR系統，降低了柴油機最高爆發壓力，在一定程度上增加了發動機的壽命，并有利于發動機設計。
[0017]5.作為柴油機的附屬裝置，EGR系統相對集中，減少了栗、閥和管路的阻力損失。
[0018]6.本實用新型的EGR系統，作為船舶二沖程柴油機的附件，易于與船舶柴油機其他廢氣后處理設備匹配配合。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0021]結合圖1，本實用新型一種船舶二沖程柴油機雙渦輪EGR系統，包括進氣管、排氣管、禍輪、壓氣機、冷卻器、洗滌器和水霧收集器。
[0022]所述EGR系統包括大渦輪通路、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、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與所述排氣集管連接，所述冷卻器位于所述大壓氣機出氣口，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、預洗滌器、EGR冷卻器、洗滌器、水霧收集器B、EGR風機和EGR閥。所述單向截止閥B用于開啟和關閉EGR管路，所述預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，所述水霧收集器B用于消除廢氣中的水滴，所述EGR風機用于對廢氣進行加壓并控制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置洗滌器B和水霧收集器B。
[0027]在大渦輪進出口之間設置廢氣旁通回路，廢氣旁通回路上設置單向截止閥A。
[0028]所述預洗滌器和EGR洗滌器采用一級或多級噴淋塔結構，或采用填料塔結構。
[0029]在小渦輪與壓氣機之間設置渦輪增壓器切斷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]對于一些大型柴油機，可能需要兩個以上的渦輪增壓器，相應的需要更多的EGR通路和小渦輪通路。
[0032]本實用新型的船舶二沖程柴油機廢氣再循環系統為:包括在與柴油機的排氣管相連的排氣集管和柴油機的進氣管相連的掃氣集管之間連接的進氣系統，所述進氣系統包括連通到排氣集管的大小渦輪、由渦輪驅動的大小壓氣機、連接于壓氣機出口與掃氣集管之間的空氣中間冷卻器、在與柴油機的排氣管相連的排氣集管和柴油機的進氣管相連的掃氣集管之間還連接EGR系統，所述EGR系統包括通過單向截止閥B與排氣集管連接的預洗滌器、連接在預洗滌器后的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風機，EGR風機的出口通過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，小渦輪通路單獨設有水霧收集器B。
[0033]在渦輪進出口之間設置廢氣旁通管路，廢氣旁通管路上設置單向截止閥A。
[0034]預洗滌器和EGR洗滌器采用一級或多級噴淋塔結構，或采用填料塔結構。
[0035]本實用新型的EGR系統適合于船舶二沖程柴油機系統，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運行時，柴油機處于非EGR模式運行狀態，EGR通路B中的單向截止閥B關閉;此時柴油機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，分別驅動壓氣機6和壓氣機22工作，壓氣機6和壓氣機22壓縮新鮮空氣，壓縮空氣經過冷卻器7和EGR冷卻器15降溫，進入水霧收集器A和B，去除其中所含水滴，進入掃氣集管20，通過進氣管21進入柴油機I，參與燃燒;非EGR模式下，EGR風機18和EGR閥19關閉，當柴油機高負荷工作時，柴油機廢氣量過多，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運行時，柴油機處于EGR模式運行狀態，即EGR通路B中的單向截止閥10打開，EGR風機18和EGR閥19打開，渦輪增壓器切斷A和B關閉；此時柴油機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，經過預洗滌器9，降低廢氣溫度并去除部分顆粒，經EGR冷卻器15，降低廢氣溫度，經過洗滌器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，經過EGR風機18加壓，經EGR閥19進入掃氣集管20，由和進氣道A過來的壓縮空氣混合，混合器通過進氣管21，進入柴油機I參與燃燒，以達到降低發動機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風機18調整再循環的廢氣流量(即EGR率)，實現不同發動機工況下，發動機NOx排放都能滿足IMOTier III的要求。在兩種模式下工作時，由于設計的要求，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為模式的切換而受到影響，因此大渦輪4的輸出功率不會出現明顯降低。當柴油機高負荷工作時，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，提高柴油機效率。
【主權項】
1.一種船舶二沖程柴油機雙渦輪EGR系統，其特征是:包括柴油機、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，所述小型渦輪增壓器包括小型渦輪和小型壓氣機，排氣集管連通柴油機的排氣管，掃氣集管連通柴油機的進氣管，大型渦輪通過大型渦輪進口管路連通排氣集管，大型渦輪的出口連通大氣并同時通過第一旁通管路連接大型渦輪進口管路，第一旁通管路上安裝單向截止閥A，大型壓氣機通過大型壓氣機出口管路連通掃氣集管，大型壓氣機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口管路連通排氣集管，小型渦輪進口管路上安裝渦輪增壓器切斷A，小型壓氣機通過小型壓氣機出口管路連通掃氣集管，小型壓氣機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之間的小型壓氣機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洗滌器和單向截止閥B，大型壓氣機出口管路和小型壓氣機出口管路之間通過EGR管路相通，EGR管路上安裝EGR風機和EGR閥。
【文檔編號】F02B37/007GK205714484SQ201620407270
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】朱元清, 王占廣, 周松, 周金喜, 高瑞鋒
【申請人】哈爾濱工程大學