内燃机系统技术方案

本发明专利技术涉及一种内燃机系统。该内燃机系统包括：内燃发动机，该内燃发动机具有发动机数据并由硫含量为至少0.05％的燃料供给动力，并产生废气；布置在所述内燃发动机下游的热交换器；和用于净化来自所述内燃发动机的废气的气体净化装置。所述气体净化装置包括：与所述内燃发动机流体连接的用于接收所述废气的NOx还原单元，所述NOx还原单元包括一个或多个具有至少200升容积的催化反应器；流体连接至所述NOx还原单元的还原剂供给单元；和布置在NOx还原单元下游的用于测量废气中的NOx浓度的NOx传感器。所述还原剂供给单元包括：计量单元，其用于向NOx还原单元中的废气或进入NOx还原单元之前的废气计量供给一定量的还原剂，其中所述还原剂的量从发动机数据推断。所述气体净化装置还包括适于在通过NOx传感器测得的NOx浓度低于废气中的NOx浓度的预设值时减少供给至NOx还原单元的还原剂的量的控制单元。本发明专利技术还涉及一种减少在内燃机系统中的热交换器中形成的硫酸氢氨(ABS)的NOx还原方法。

【技术实现步骤摘要】
内燃机系统
本专利技术涉及一种内燃机(燃烧发动机，combustionengine)系统和一种用于减少从US2010/0205940已知的、在内燃机系统中的热交换器中形成的硫酸氢氨(ABS)的NOx还原方法。
技术介绍
具有船用内燃机的船舶受到由国际海事组织(IMO)规定的NOx排放量的限制。TierIII的规定的最新提案设定了当船舶距排放控制区的岸边一定距离内时将NOx排放量降低至3.4g/kWh的目标。海洋应用在动态操作和高含硫量的燃料两方面都具有挑战。此外，海洋船舶通常利用不同质量的燃料来运行，这取决于船舶储存的燃料能维持航行多远，相同的船舶在正常行程期间常常在非常不同的环境条件下运行，即，加勒比海的热带条件和北海的冬季条件。变化的燃油质量、运行条件和不同的环境条件将会对船用发动机的NOx排放量产生显著影响。因此，控制船用内燃机的NOx排放量的当前系统不足以达到将NOx排放量降低至3.4g/kWh的目标。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是完全或部分地克服现有技术的上述缺点和不足。更具体地，本专利技术的一个目的是提供一种改进的内燃机系统，其能够满足降低NOx浓度的TierIII标准。此外，本专利技术的一个目的是避免氨逃逸，从而防止在内燃机系统的热交换器中形成ABS，同时仍然能满足TierIII标准。将从下面的描述中变得明显的上述目的，连同许多其它目的、优点和特征将根据本专利技术的方案通过一种内燃机系统实现，该内燃机系统包括：-内燃发动机，该内燃发动机具有发动机数据并由硫含量为至少0.05％的燃料供给动力并产生废气，-布置在所述内燃发动机下游的热交换器，和-用于净化来自所述内燃发动机的废气的气体净化装置，该气体净化装置包括：-与所述内燃发动机流体连接的用于接收废气的NOx还原单元，所述NOx还原单元包括一个或多个具有至少200升容积的催化反应器，-流体连接至所述NOx还原单元的还原剂供给单元，所述还原剂供给单元包括：-计量单元，该计量单元用于向NOx还原单元中的废气或进入NOx还原单元之前的废气中计量供给一定量的还原剂，其中所述还原剂的量从发动机数据推断，和-NOx传感器，该NOx传感器布置在NOx还原单元下游，用于测量废气中的NOx浓度，其中所述气体净化装置还包括适于在通过NOx传感器测得的NOx浓度低于废气中的NOx浓度的预设值时减少供给至NOx还原单元的还原剂的量的控制单元。通过具有适于减少供给至NOx还原单元的还原剂的量的控制单元，供给至NOx还原单元的还原剂的量可以很容易地调整而不需要调节计量单元的整个设置。此外，不是每次计量单元计量供给一定量的还原剂时NOx传感器都测量气体中的NOx浓度。适于测量NOx浓度的NOx传感器非常昂贵，并且一个NOx传感器仅能进行一定次数的测量，然后必须更换。因此，通过本专利技术的内燃机系统，NOx传感器仅以独立于计量供给的一定的时间间隔测量NOx的浓度，例如每10次计量供给测量一次，从而使NOx传感器的寿命长10倍。在一个实施例中，还原剂可包括氨(NH3)。因此，还原剂可包括尿素水溶液、氨水溶液或无水氨(气态氨)溶液。在海洋应用中，小心地控制还原剂的量是极为重要的，因为首先需要实现所要求的NOx排放限制，其次需要使还原剂的消耗最小化并避免不希望的氨逃逸。在船用发动机系统中发生的氨逃逸将与船用燃料硫一起具有在船舶中的热交换设备下游产生ABS沉积的不利影响。这种沉积物可以影响发动机运行并妨碍船舶的操作。当NOx传感器检测出气体中的NOx浓度低于特定值并由此NOx浓度已经降至足够低时，NH3开始在催化反应器内积聚。一段时间后，该催化反应器20不能再累积更多的NH3(氨)，氨从催化反应器随着气体释放到热交换器中，也称为氨逃逸。当含有氨的气体在热交换器中冷却下来，硫酸氢氨(ABS)在热交换器的内表面上沉淀，因为废气还包含来自发动机燃料的硫。这种ABS沉淀因此主要对于以含硫燃料运行的柴油发动机是个问题，而对通常以超低硫的柴油燃料(ULSD)运行的汽车发动机不是问题。ABS沉淀限制了热交换器的功能，并且还很难从热交换器再次去除ABS沉淀，这常常导致需要更换热交换器。在另一个实施例中，催化反应器可以配置成在运行期间保持至少100克NH3，优选在运行期间保持至少150克NH3，更优选在运行期间保持至少180克NH3。此外，还原剂供给单元可以包括包含还原剂的容器。此外，从所述容器通过计量单元计量供给的还原剂的量可以是从发动机数据推断的预设的还原剂的量。在海洋工业内的内燃发动机的车间测试和试运转测试期间，推断发动机数据以用于气体净化装置的基本控制。在另一个实施例中，气体净化装置的催化反应器可以布置在所述内燃发动机的高压侧。此外，内燃机系统还可包括布置在所述内燃发动机的下游的涡轮增压器。此外，涡轮增压器可包括涡轮和压缩机。此外，NOx传感器可以布置在催化反应器和涡轮增压器之间或者涡轮增压器和热交换器之间。此外，内燃发动机的高压侧可以是所述内燃发动机的下游以及涡轮增压器的上游。内燃机系统还可包括布置在催化反应器的上游和/或下游的用于测量气体的温度的温度传感器。此外，内燃机系统可以包括用于测量所述内燃发动机下游的废气的体积流量的流量传感器。此外，内燃机系统可以包括适于控制NOx传感器的致动的定时器。在一个实施例中，定时器可以以特定时间间隔致动NOx传感器。所述时间间隔可根据通过NOx传感器进行的测量来改变。气体净化装置还可包括用于断开NOx传感器以进行维修或更换的断开装置。此外，该气体净化装置可以包括用于冲洗流体连接所述容器和催化反应器的供给线路的冲洗单元。此外，气体净化装置可以包括布置于催化反应器的上游和/或下游的用于采集气体的气体采集单元。在一个实施例中，所述预设值可以是从内燃发动机释放3.4gNOx/kWh，优选从内燃发动机释放小于3.4gNOx/kWh。内燃机系统还可包括废气接收器。此外，内燃机系统可以包括用于使引自内燃发动机的废气的旁通部分绕过NOx还原单元到达涡轮增压器的涡轮的旁路通道。此外，本专利技术涉及一种减少在上述内燃机系统中的热交换器中形成的硫酸氢氨(ABS)的NOx还原方法，该方法包括以下步骤：-确定所述内燃发动机的发动机数据，-基于该发动机数据和操作条件计算待被计量供给到NOx还原单元中的废气或进入NOx还原单元之前的废气中的还原剂的量，以便将废气中的NOx浓度降低至NOx浓度的预设值，-向NOx还原单元计量供给所述量的还原剂，-通过NOx传感器测量NOx还原单元下游和沸腾器上游的气体的NOx浓度，-将测得的NOx浓度与NOx浓度的预设值进行比较，和-如果测得的NOx浓度低于预设值，通过控制单元减少还原剂的量。在一个实施例中，减少还原剂的量的步骤可以重复进行，直到所测得的NOx浓度高于预设值，以便使用NOx还原单元中累积的还原剂。此外，还原剂可包含氨(NH3)。此外，当NOx浓度的至少两个连续测量值都低于预设值时，可执行减少还原剂的量的步骤。在另一个实施例中，NOx还原方法还可包括通过定时器以预定的时间间隔致动NOx传感器的步骤。此外，NOx还原方法可以包括调节计时器用以致动NOx传感器的所述预定的时间间隔的步骤。当NOx浓度的两个连续测量值的第二个值低于NOx浓度的两个测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机系统(1)，包括：‑内燃发动机(2)，该内燃发动机具有发动机数据并产生废气，‑用于净化来自内燃发动机(2)的废气的气体净化装置(4)，所述气体净化装置(4)包括：‑与内燃发动机(2)流体连接以用于接收废气的NOx还原单元(5)，所述NOx还原单元(5)包括一个或多个催化反应器(6)，‑流体连接到NOx还原单元(5)的还原剂供给单元(7)，所述还原剂供给单元(7)包括：‑计量单元(9)，其用于向NOx还原单元(5)中的废气或进入NOx还原单元(5)之前的废气计量供给一定量的还原剂(18)，其中所述还原剂(18)的量从发动机数据推断，和‑布置在NOx还原单元(5)的下游以用于测量废气中的NOx浓度的NOx传感器(10)，其中气体净化装置(4)还包括适于当由NOx传感器(10)测量的NOx浓度低于废气中的NOx浓度的预设值时减少供给到NOx还原单元(5)的还原剂(18)的量的控制单元(16)，其特征在于，在内燃发动机的下游布置有热交换器(3)，催化反应器具有至少200升的容积，内燃发动机由硫含量为至少0.05％的燃料供给动力。

【技术特征摘要】
2013.10.31 DK PA2013706371.一种船用内燃机系统(1)，包括：-内燃发动机(2)，该内燃发动机具有发动机数据且由硫含量为至少0.05％的燃料供给动力并产生废气，-涡轮增压器，该涡轮增压器布置在所述内燃发动机的下游，-在内燃发动机的下游布置的热交换器(3)，-用于净化来自内燃发动机(2)的废气的气体净化装置(4)，所述气体净化装置(4)布置在该热交换器的上游并包括：-与内燃发动机(2)流体连接以用于接收废气的NOx还原单元(5)，所述NOx还原单元(5)包括一个或多个具有至少200升的容积的催化反应器(6)，-流体连接到NOx还原单元(5)的还原剂供给单元(7)，所述还原剂供给单元(7)包括：-计量单元(9)，其用于向NOx还原单元(5)中的废气或进入NOx还原单元(5)之前的废气计量供给一定量的还原剂(18)，其中所述还原剂(18)的量从发动机数据推断，和-布置在NOx还原单元(5)的下游以用于测量废气中的NOx浓度的NOx传感器(10)，其中气体净化装置(4)还包括适于当由NOx传感器(10)测量的NOx浓度低于废气中的NOx浓度的预设值时减少供给到NOx还原单元(5)的还原剂(18)的量的控制单元(16)。2.根据权利要求1所述的船用内燃机系统，其中还原剂(18)包括氨。3.根据权利要求1或2所述的船用内燃机系统，其中催化反应器(6)配置成在运行期间保持至少100克NH3。4.根据权利要求1或2所述的船用内燃机系统，还包括适于控制NOx传感器(10)的致动的定时器(17)。5.根据权利要求1或2所述的船用内燃机系统，其中，气体净化装置(4)还包括用于断开N...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·韦尔戈德劳尔森，I·耶卡斯，
申请(专利权)人：曼柴油机和涡轮机公司德国曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司之分公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK