船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置及控制方法。在非氮氧化物排放控制區(qū)，工作在非EGR模式，從排氣歧管來(lái)的廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪做功，帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣，通過(guò)掃氣箱進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與燃燒；當(dāng)船舶在氮氧化物排放控制區(qū)航行時(shí)，工作在EGR模式，部分廢氣從排氣歧管中引出，通過(guò)冷卻和洗滌，降低溫度并除去其中的顆粒和SOx，再經(jīng)EGR風(fēng)機(jī)增壓，與新鮮空氣混合，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx生成和排放量，滿足IMO有關(guān)NOx排放的Tier III標(biāo)準(zhǔn)；在硫排放控制區(qū)或港口時(shí)，工作在洗滌模式，廢氣經(jīng)洗滌脫硫裝置脫硫后排入大氣，滿足IMO對(duì)船舶燃油硫含量的要求；在非硫排放控制區(qū)和非港口區(qū)域時(shí)，工作在非洗滌模式，排放的廢氣直接排入環(huán)境大氣。
【專利說(shuō)明】船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種船舶廢氣污染物排放控制裝置，具體涉及到為滿足國(guó)際海事組織(MO)有關(guān)船舶廢氣污染物排放法規(guī)的船舶柴油機(jī)NOx和SOx的聯(lián)合控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為減少船舶營(yíng)運(yùn)成本，海洋運(yùn)輸船舶使用高硫重油，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的NOx和SOx對(duì)海洋大氣和港口環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重危害。
[0003]IMO和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的NOx和SOx排放進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。
[0004]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)減排措施是通過(guò)一定的方法，例如缸內(nèi)延遲噴油、改進(jìn)噴油規(guī)律、降低進(jìn)氣溫度、缸內(nèi)噴水等，改變缸內(nèi)燃燒，減少缸內(nèi)NOx生成，最終減少發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放；機(jī)外減排NOx措施，主要是SCR后處理技術(shù)，利用還原劑還原柴油機(jī)排氣管中的NOx，使之變?yōu)闊o(wú)害的N2，最終減少發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放。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；機(jī)外減排SCR技術(shù)，減排效果好，能滿足頂O的NOx排放要求，但后處理裝置體積龐大，減少了船舶的有效空間，同時(shí)SCR的運(yùn)行和維護(hù)成本也較高。
[0005]作為一種有效的柴油機(jī)NOx減排措施，廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)通過(guò)將一部分廢氣從排氣歧管中引出，經(jīng)過(guò)降溫、去除顆粒等過(guò)程，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣箱，再分配給發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸參與燃燒，由于再循環(huán)的廢氣中含有一定量的CO2和H2O,降低了發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)工質(zhì)的比熱，同時(shí)再循環(huán)廢氣降低了缸內(nèi)氧氣濃度，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx生成和排放量；EGR技術(shù)由于能滿足MO有關(guān)NOx的Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)，且其體積和成本均遠(yuǎn)小于SCR系統(tǒng)，是一種有前途的船舶柴油機(jī)NOx排放控制技術(shù)。
[0006]船舶SOx減排技術(shù)，主要包括采用低硫燃油和廢氣洗滌技術(shù)兩種。相對(duì)而言，采用低硫燃油比較方便，對(duì)船舶改動(dòng)較小，可以滿足頂O對(duì)船舶燃油硫含量的要求，但船用高低硫燃油之間差價(jià)巨大，使用低硫燃油成本太高，同時(shí)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)使用低硫燃油存在粘度過(guò)低、潤(rùn)滑性差、容易磨損等問(wèn)題，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有一定的損害，且低硫燃油在煉制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的CO2，加劇全球溫室效應(yīng)。
[0007]作為MO認(rèn)可的一種除去船舶廢氣中SOx的有效方法，廢氣洗滌技術(shù)通過(guò)對(duì)燃用低質(zhì)高硫重油產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行清洗，除去其中的SOxdiS IMO有關(guān)燃油硫含量的要求。廢氣洗滌運(yùn)行成本低，但洗滌裝置也存在體積較大，運(yùn)行和維護(hù)需一定費(fèi)用的問(wèn)題。
[0008]目前，對(duì)船舶廢氣NOx、SOx的研究和處理，都是分開單獨(dú)進(jìn)行，即使用兩套不同設(shè)備，分別對(duì)NOx和SOx進(jìn)行處理。這種廢氣串聯(lián)處理方法，設(shè)備體積巨大，背壓高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作影響較大，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用都很高。
[0009]迄今為止，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)一個(gè)能對(duì)船舶柴油機(jī)排放的NOx和SOx進(jìn)行一體化處理的裝置，使在滿足頂O有關(guān)NOx和SOx排放要求的基礎(chǔ)上，縮減排放控制設(shè)備體積和成本，并減少減排設(shè)備對(duì)船舶營(yíng)運(yùn)費(fèi)用和有效空間的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種能有效地改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況，降低缸內(nèi)燃燒溫度，減少柴油機(jī)的NOx生成和去除廢氣中的S0X，實(shí)現(xiàn)同時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的NOx和SOx，滿足IMO法規(guī)對(duì)船舶柴油機(jī)NOx和SOx排放的限制的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置的控制方法。
[0011]本發(fā)明的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置包括在與柴油機(jī)的排氣管相連的排氣歧管和與油機(jī)的進(jìn)氣管相連的掃氣箱之間連接的進(jìn)氣系統(tǒng)，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括連通到排氣歧管的渦輪、由渦輪驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)、連接于壓氣機(jī)出口與掃氣箱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歧管和柴油機(jī)的進(jìn)氣管相連的掃氣箱之間還連接EGR系統(tǒng)，所述EGR系統(tǒng)包括通過(guò)第二單向截止閥與排氣歧管連接的預(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洗滌器后的EGR水滴捕集器，EGR水滴捕集器的出口連接風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的出口通過(guò)第三單向截止閥與掃氣箱相連，所述進(jìn)氣系統(tǒng)還包括連接于壓氣機(jī)出口和排氣歧管之間的包含第一單向截止閥的壓縮空氣旁通通路，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)置第四單向截止閥，廢氣旁通管路連接余熱鍋爐，余熱鍋爐后通過(guò)三通閥連接廢氣洗滌裝置或直接連通大氣。
[0012]本發(fā)明的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置還可以包括:
[0013]1、在空氣中間冷卻器與掃氣箱之間空氣水滴捕集器。
[0014]2、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)。
[0015]本發(fā)明的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置的控制方法為:
[0016]包括非EGR模式和EGR模式；
[0017]船舶在非氮氧化物排放控制區(qū)航行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在非EGR模式，關(guān)閉EGR系統(tǒng)中第二、三單向截止閥，柴油機(jī)的廢氣通過(guò)排氣歧管全部通入渦輪，壓縮空氣經(jīng)過(guò)空氣中間冷卻器降溫，進(jìn)入水滴捕集器，進(jìn)入掃氣箱，再由進(jìn)氣管，進(jìn)入柴油機(jī)參與燃燒；壓縮空氣旁通通路中的第一單向截止閥關(guān)閉，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷工作時(shí)，開啟渦輪廢氣旁通通路中的第四單向截止閥，旁通多余廢氣；
[0018]船舶在氮氧化物排放控制區(qū)航行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在EGR模式，開啟EGR系統(tǒng)中的第二、三單向截止閥，柴油機(jī)大部分廢氣仍通入渦輪；其余廢氣通過(guò)第二單向截止閥流入EGR系統(tǒng)，經(jīng)廢氣預(yù)洗裝置降低廢氣溫度并除去部分顆粒，再經(jīng)EGR冷卻器降低廢氣溫度，進(jìn)入EGR洗滌器除去廢氣中顆粒和SOx，再由水滴捕集器消除廢氣攜帶的水滴，廢氣通過(guò)EGR風(fēng)機(jī)加壓，經(jīng)第三單向截止閥進(jìn)入掃氣箱和由進(jìn)氣通路過(guò)來(lái)的加壓新鮮空氣混合，混合氣通過(guò)進(jìn)氣管，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與燃燒，降低發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的生成和排放量；EGR模式下，渦輪廢氣旁通通路中的第四單向截止閥關(guān)閉，開啟壓縮空氣旁通通路中的第一單向截止閥，由壓氣機(jī)向渦輪補(bǔ)充部分壓縮空氣；
[0019]廢氣洗滌裝置分為非洗滌模式和洗滌模式兩種運(yùn)行模式，當(dāng)船舶在非硫排放控制區(qū)和非港口區(qū)域航行時(shí)，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐回收能量后，經(jīng)三通閥，由廢氣旁通通路直接排入環(huán)境大氣；當(dāng)船舶在硫排放控制區(qū)或港口區(qū)域航行時(shí)，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐回收能量后，經(jīng)三通閥，由廢氣洗滌脫硫通路流入廢氣洗滌裝置，洗滌脫去其中SOx和顆粒，經(jīng)洗滌裝置頂部除霧器去除水滴后，排入環(huán)境大氣；當(dāng)船舶廢氣洗滌裝置維修或出現(xiàn)故障時(shí)，廢氣經(jīng)三通閥，由廢氣旁通通路直接排入大氣環(huán)境。
[0020]針對(duì)現(xiàn)有船舶柴油機(jī)排放控制技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種用于船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合脫除的方法和裝置，它能有效地改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況，降低缸內(nèi)燃燒溫度，減少柴油機(jī)的NOx生成和去除廢氣中的SOx，實(shí)現(xiàn)同時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的NOx和SOx，滿足MO法規(guī)對(duì)船舶柴油機(jī)NOx和SOx排放的限制。本發(fā)明的技術(shù)方案的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在:
[0021]本發(fā)明的船舶柴油機(jī)NOx和SOx排放控制裝置包含柴油機(jī)系統(tǒng)和附屬于與柴油機(jī)系統(tǒng)的EGR裝置及廢氣洗滌裝置。所述EGR裝置連接到排氣歧管和掃氣箱，其中設(shè)有單向截止閥、廢氣預(yù)洗裝置、EGR冷卻器、EGR洗滌器和EGR風(fēng)機(jī)。所述的廢氣洗滌裝置通過(guò)三通閥與余熱鍋爐排氣出口相連。
[0022]在所述柴油機(jī)系統(tǒng)中，在空氣中間冷卻器后增設(shè)水滴捕集器。
[0023]在所述柴油機(jī)系統(tǒng)中，增設(shè)渦輪廢氣旁通通路，連通渦輪進(jìn)出口。
[0024]在所述柴油機(jī)系統(tǒng)中，增設(shè)壓縮空氣旁通通路，連通壓氣機(jī)出口和渦輪入口。
[0025]在所述柴油機(jī)系統(tǒng)中，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)余熱鍋爐后，通過(guò)三通閥，或去廢氣洗滌裝置洗滌或直接排入大氣。
[0026]在所述聯(lián)合減排裝置中，所述廢氣預(yù)洗裝置、EGR洗滌器和廢氣洗滌裝置采用一級(jí)或多級(jí)噴淋塔結(jié)構(gòu)，或采用填料塔結(jié)構(gòu)。
[0027]本發(fā)明的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排控制方法的主要特點(diǎn)為:
[0028]將具有EGR裝置的船舶柴油機(jī)分為兩種工作模式，非EGR模式和EGR模式。
[0029]非EGR模式:船舶在非氮氧化物排放控制區(qū)航行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在非EGR模式，即關(guān)閉EGR通路中單向截止閥，EGR裝置不投入運(yùn)行；此時(shí)柴油機(jī)的廢氣通過(guò)排氣歧管全部通入渦輪，做功驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)工作，壓縮新鮮空氣，壓縮空氣經(jīng)過(guò)空氣中間冷卻器降溫，進(jìn)入水滴捕集器，去除其中所含水滴，進(jìn)入掃氣箱，再由進(jìn)氣管，進(jìn)入柴油機(jī)參與燃燒；非EGR模式下，壓縮空氣旁通通路中單向截止閥關(guān)閉，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷工作時(shí)，開啟渦輪廢氣旁通通路中單向截止閥，旁通多余廢氣。
[0030]EGR模式:船舶在氮氧化物排放控制區(qū)航行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在EGR模式，即開啟EGR通路中單向截止閥，EGR裝置投入運(yùn)行；此時(shí)柴油機(jī)大部分廢氣仍通入渦輪；其余廢氣通過(guò)單向截止閥流入EGR通路，經(jīng)廢氣預(yù)洗裝置降低廢氣溫度并除去部分顆粒，再經(jīng)EGR冷卻器降低廢氣溫度，進(jìn)入EGR洗滌器除去廢氣中顆粒和SOx，再由水滴捕集器消除廢氣攜帶的水滴，廢氣通過(guò)EGR風(fēng)機(jī)加壓，經(jīng)單向截止閥，進(jìn)入掃氣箱，和由進(jìn)氣通路過(guò)來(lái)的加壓新鮮空氣混合，混合氣通過(guò)進(jìn)氣管，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與燃燒，降低發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的生成和排放量；EGR模式下，渦輪廢氣旁通通路中單向截止閥關(guān)閉，開啟壓縮空氣旁通通路中單向截止閥，由壓氣機(jī)向渦輪補(bǔ)充部分壓縮空氣。
[0031]EGR模式下，通過(guò)EGR風(fēng)機(jī)調(diào)整再循環(huán)的廢氣流量(即EGR率)，實(shí)現(xiàn)在不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放都能滿足MO Tier III的要求。
[0032]渦輪廢氣旁通通路中單向截止閥在非EGR模式下開啟，用于旁通柴油機(jī)多余廢氣，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
[0033]壓縮空氣旁通通路中單向截止閥在EGR模式下開啟，用于向渦輪補(bǔ)充部分壓縮空氣，提高渦輪的輸出功率。
[0034]按廢氣洗滌裝置是否工作，將船舶柴油機(jī)系統(tǒng)分為兩種運(yùn)行模式，非洗滌模式和洗滌模式。
[0035]非洗滌模式:當(dāng)船舶在非硫排放控制區(qū)和非港口區(qū)域航行時(shí)，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐回收能量后，經(jīng)三通閥，由廢氣旁通通路直接排入環(huán)境大氣。
[0036]洗滌模式:當(dāng)船舶在硫排放控制區(qū)或港口區(qū)域航行時(shí)，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐回收能量后，經(jīng)三通閥，由廢氣洗滌脫硫通路流入廢氣洗滌裝置，洗滌脫去其中SOx和顆粒，經(jīng)洗滌裝置頂部除霧器去除水滴后，排入環(huán)境大氣。
[0037]當(dāng)船舶廢氣洗滌裝置維修或出現(xiàn)故障時(shí)，廢氣經(jīng)三通閥，由廢氣旁通通路直接排入大氣環(huán)境。
[0038]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0039]1.本發(fā)明采用的一種船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排系統(tǒng)滿足即將開始實(shí)施的IMO有關(guān)船舶廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，即在排放控制區(qū)和非排放控制區(qū)均能滿足IMO有關(guān)NOx和燃油硫含量的要求。
[0040]2.與SCR聯(lián)合廢氣洗滌技術(shù)方案相比，本發(fā)明采用的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排系統(tǒng)體積小，節(jié)省船舶有效空間，投資成本和運(yùn)行費(fèi)用低，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)影響小。
[0041]3.再循環(huán)廢氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室之前，經(jīng)洗滌器、除霧器，除去廢氣中的SOx和大部分顆粒，使廢氣得到凈化，減少了進(jìn)入柴油機(jī)氣缸的顆粒含量，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，同時(shí)顯著改善了燃燒條件，通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，可使柴油機(jī)動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能和排放性能都得到提聞。
[0042]4.再循環(huán)廢氣經(jīng)洗滌后，溫度得以降低，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
[0043]5.再循環(huán)低溫廢氣中含有CO2和水蒸氣，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后，增加了缸內(nèi)工質(zhì)中的CO2及水蒸氣含量，減少了缸內(nèi)氧濃度，提高了缸內(nèi)工質(zhì)的比熱，降低了燃燒溫度，進(jìn)而降低了NOx的生成量。
[0044]6.由于使用一套裝置同時(shí)脫除發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的NOx和SOx，本發(fā)明裝置的體積和重量要明顯小于分別進(jìn)行脫硫和脫硝的裝置的體積和重量之和，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用要小得多。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0045]圖1為本發(fā)明的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述。
[0047]本發(fā)明的船舶廢氣NOx和SOx聯(lián)合減排系統(tǒng)適合于船舶動(dòng)力裝置，該動(dòng)力裝置具有:柴油機(jī)1，通過(guò)排氣管2連接到柴油機(jī)I上的排氣歧管3，設(shè)置在進(jìn)氣通路上的空氣中間冷卻器15和水滴捕集器16，連通到排氣歧管3的渦輪12，以及設(shè)置在進(jìn)氣通路上的壓氣機(jī)13 ;進(jìn)氣通路連通壓氣機(jī)13出口和掃氣箱17，包含空氣中間冷卻器15和水滴捕集器16 ;含有單向截止閥11的渦輪廢氣旁通通路直接連接渦輪12入口和余熱鍋爐19入口 ；包含單向截止閥14的壓縮空氣旁通通路直接連接壓氣機(jī)13出口和渦輪12入口 ；由三通閥20控制的廢氣洗滌脫硫通路和廢氣旁通通路。
[0048]EGR裝置包括:連通排氣歧管3和掃氣箱17的EGR通路，設(shè)置在EGR通路上的用于控制EGR開啟和廢氣流向的單向截止閥4 ;設(shè)置在EGR通路上，用于初步冷卻廢氣并預(yù)洗顆粒的廢氣預(yù)洗裝置5 ;設(shè)置在EGR通路上，在廢氣預(yù)洗裝置5后，用于冷卻EGR廢氣的EGR冷卻器6 ;在EGR冷卻器6后，用于洗滌EGR廢氣中顆粒和SOx的洗滌器7 ;在洗滌器7后，用于捕集洗滌后EGR廢氣中水滴的水滴捕集器8 ;設(shè)置在EGR通路中，用于對(duì)EGR廢氣增壓的EGR風(fēng)機(jī)9 ;設(shè)置在EGR通路中，用于控制EGR通路開閉和廢氣流向的單向截止閥10。
[0049]本發(fā)明的EGR系統(tǒng)分兩種工作模式，非EGR模式和EGR模式。
[0050]非EGR模式:船舶在非氮氧化物排放控制區(qū)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在非EGR模式，即EGR通路中單向截止閥4和10關(guān)閉，EGR裝置不投入運(yùn)行；此時(shí)柴油機(jī)I的廢氣通過(guò)排氣歧管3全部通入渦輪12，在渦輪12中膨脹做功，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)13工作，壓氣機(jī)13壓縮新鮮空氣，壓縮空氣經(jīng)過(guò)空氣中間冷卻器15降溫，進(jìn)入水滴捕集器16，去除其中所含水滴，進(jìn)入掃氣箱17，再通過(guò)進(jìn)氣管18，進(jìn)入柴油機(jī)1，參與燃燒；非EGR模式下，壓縮空氣旁通通路中單向截止閥14關(guān)閉，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷工作時(shí)，柴油機(jī)廢氣量過(guò)剩，開啟渦輪廢氣旁通通路中單向截止閥11，旁通多余廢氣，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
[0051]EGR模式:船舶在氮氧化物排放控制區(qū)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在EGR模式，即EGR通路中單向截止閥4和10開啟，EGR裝置投入運(yùn)行；此時(shí)柴油機(jī)I大部分廢氣仍通入渦輪12 ；其余廢氣通過(guò)單向截止閥4流入EGR通路，經(jīng)廢氣預(yù)洗裝置5，降低廢氣溫度并除去部分顆粒，經(jīng)EGR冷卻器6，降低廢氣溫度，進(jìn)入EGR洗滌器7，除去廢氣中顆粒和SOx，再由水滴捕集器8，消除廢氣攜帶的水滴，通過(guò)EGR風(fēng)機(jī)9加壓，經(jīng)單向截止閥10，進(jìn)入掃氣箱17，和由進(jìn)氣通路B過(guò)來(lái)的加壓新鮮空氣混合，混合氣通過(guò)進(jìn)氣管18，進(jìn)入船舶二沖程柴油機(jī)I參與燃燒，降低發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的生成和排放量；EGR模式下，由于EGR通路開啟，分流部分廢氣，使流經(jīng)渦輪12的廢氣流量不足，此時(shí)關(guān)閉渦輪廢氣旁通通路中單向截止閥11，同時(shí)開啟壓縮空氣旁通通路中單向截止閥14，由壓氣機(jī)13向渦輪12補(bǔ)充部分壓縮空氣，提高渦輪12的輸出功率。EGR模式下，通過(guò)EGR通路中的EGR風(fēng)機(jī)9調(diào)整再循環(huán)的廢氣流量(即EGR率)，實(shí)現(xiàn)在不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放都能滿足MO Tier III的要求。
[0052]渦輪廢氣旁通通路中單向截止閥11在非EGR模式下開啟，在非EGR模式下關(guān)閉，氣流方向從排氣歧管3到余熱鍋爐19。
[0053]壓縮空氣旁通通路中單向截止閥14在非EGR模式下關(guān)閉，在EGR模式下開啟，氣流方向從壓氣機(jī)13出口到渦輪12入口。
[0054]EGR通路中單向截止閥4和10在非EGR模式下關(guān)閉，在EGR模式下開啟，氣流方向分別為從排氣歧管3流向廢氣預(yù)洗裝置5和從EGR風(fēng)機(jī)9流向掃氣箱17。
[0055]按廢氣洗滌裝置21是否投入運(yùn)行，船舶柴油機(jī)系統(tǒng)分為兩種運(yùn)行模式，非洗滌模式和洗漆模式。
[0056]非洗滌模式:當(dāng)船舶在非硫排放控制區(qū)和非港口區(qū)域航行時(shí)，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐19回收能量后，經(jīng)三通閥20，由廢氣旁通通路直接排入環(huán)境大氣。
[0057]洗滌模式:當(dāng)船舶在硫排放控制區(qū)或港口區(qū)域航行時(shí)，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐19回收能量后，經(jīng)三通閥20，由廢氣洗滌脫硫通路流入廢氣洗滌裝置21，洗滌脫去其中SOx和顆粒，經(jīng)洗滌裝置頂部除霧器去除水滴后，排入環(huán)境大氣。
[0058]當(dāng)船舶廢氣洗滌裝置維修或出現(xiàn)故障時(shí)，廢氣經(jīng)三通閥20，由廢氣旁通通路直接排入大氣環(huán)境。
【權(quán)利要求】
1.一種船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置，包括在與柴油機(jī)的排氣管相連的排氣歧管和與油機(jī)的進(jìn)氣管相連的掃氣箱之間連接的進(jìn)氣系統(tǒng)，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括連通到排氣歧管的渦輪、由渦輪驅(qū)動(dòng)的壓氣機(jī)、連接于壓氣機(jī)出口與掃氣箱之間的空氣中間冷卻器，其特征是:在與柴油機(jī)的排氣管相連的排氣歧管和柴油機(jī)的進(jìn)氣管相連的掃氣箱之間還連接EGR系統(tǒng)，所述EGR系統(tǒng)包括通過(guò)第二單向截止閥與排氣歧管連接的預(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洗滌器后的EGR水滴捕集器，EGR水滴捕集器的出口連接風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的出口通過(guò)第三單向截止閥與掃氣箱相連，所述進(jìn)氣系統(tǒng)還包括連接于壓氣機(jī)出口和排氣歧管之間的包含第一單向截止閥的壓縮空氣旁通通路，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)置第四單向截止閥，廢氣旁通管路連接余熱鍋爐，余熱鍋爐后通過(guò)三通閥連接廢氣洗滌裝置或直接連通大氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置，其特征是:在空氣中間冷卻器與掃氣箱之間空氣水滴捕集器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置，其特征是: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)。
4.一種權(quán)利要求1所述的船舶柴油機(jī)NOx和SOx聯(lián)合減排裝置的控制方法，其特征是: 包括非EGR模式和EGR模式； 船舶在非氮氧化物排放控制區(qū)航行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在非EGR模式，關(guān)閉EGR系統(tǒng)中第二、三單向截止閥，柴油機(jī)的廢氣通過(guò)排氣歧管全部通入渦輪，壓縮空氣經(jīng)過(guò)空氣中間冷卻器降溫，進(jìn)入水滴捕集器，進(jìn)入掃氣箱，再由進(jìn)氣管，進(jìn)入柴油機(jī)參與燃燒；壓縮空氣旁通通路中的第一單向截止閥關(guān)閉，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷工作時(shí)，開啟渦輪廢氣旁通通路中的第四單向截止閥，旁通多余廢氣； 船舶在氮氧化物排放控制區(qū)航行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在EGR模式，開啟EGR系統(tǒng)中的第二、三單向截止閥，柴油機(jī)大部分廢氣仍通入渦輪；其余廢氣通過(guò)第二單向截止閥流入EGR系統(tǒng)，經(jīng)廢氣預(yù)洗裝置降低廢氣溫度并除去部分顆粒，再經(jīng)EGR冷卻器降低廢氣溫度，進(jìn)入EGR洗滌器除去廢氣中顆粒和SOx，再由水滴捕集器消除廢氣攜帶的水滴，廢氣通過(guò)EGR風(fēng)機(jī)加壓，經(jīng)第三單向截止閥進(jìn)入掃氣箱和由進(jìn)氣通路過(guò)來(lái)的加壓新鮮空氣混合，混合氣通過(guò)進(jìn)氣管，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與燃燒，降低發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的生成和排放量；EGR模式下，渦輪廢氣旁通通路中的第四單向截止閥關(guān)閉，開啟壓縮空氣旁通通路中的第一單向截止閥，由壓氣機(jī)向渦輪補(bǔ)充部分壓縮空氣； 廢氣洗滌裝置分為非洗滌模式和洗滌模式兩種運(yùn)行模式，當(dāng)船舶在非硫排放控制區(qū)和非港口區(qū)域航行時(shí)，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐回收能量后，經(jīng)三通閥，由廢氣旁通通路直接排入環(huán)境大氣；當(dāng)船舶在硫排放控制區(qū)或港口區(qū)域航行時(shí)，非再循環(huán)的廢氣，經(jīng)過(guò)余熱鍋爐回收能量后，經(jīng)三通閥，由廢氣洗滌脫硫通路流入廢氣洗滌裝置，洗滌脫去其中SOx和顆粒，經(jīng)洗滌裝置頂部除霧器去除水滴后，排入環(huán)境大氣；當(dāng)船舶廢氣洗滌裝置維修或出現(xiàn)故障時(shí)，廢氣經(jīng)三通閥，由廢氣旁通通路直接排入大氣環(huán)境。
【文檔編號(hào)】F01N3/08GK104358627SQ201410612368
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】周松, 劉佃濤, 楊軍, 張賀付, 朱元清 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)