发动机燃料系统及发动机系统技术方案

一种发动机燃料系统及发动机系统用于改善天然气发动机配套设置天然气、氢、氮、氨四种储罐的情况，发动机燃料系统包括燃料注入单元、天然气存储单元、氢气制备单元、氮气制备单元以及氨气制备单元；燃料注入单元用于向发动机注入燃料；天然气存储单元向所述燃料注入单元供给天然气；氢气制备单元由所述天然气存储单元供给天然气，由天然气制备氢气，向所述燃料注入单元供给氢气；氮气制备单元由空气制备氮气，用于向发动机供给氮气；氨气制备单元由所述氢气制备单元供给氢气，由所述氮气制备单元供给氮气，由氢气和氮气制备氨气，用于向选择性催化还原废气处理单元供给氨气。择性催化还原废气处理单元供给氨气。择性催化还原废气处理单元供给氨气。

【技术实现步骤摘要】
发动机燃料系统及发动机系统


[0001]本专利技术涉及一种发动机燃料系统及发动机系统。

技术介绍

[0002]天然气(LNG)作为发动机燃料存在以下问题：1)功率低：体积燃气能量密度低，若采用缸外供气方式会降低发动机充量系数，影响功率输出；2)稀燃失火：天然气点火能量高，在稀薄燃烧条件下，过量空气系数的进一步增加将会导致燃烧失火，进而抑制发动机热效率提升；3)碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放高：天然气在缸内激冷面或缝隙处温度低难以引燃，在中低负荷下燃烧恶化尤为严重，会导致碳氢化合物和一氧化碳的排放上升，且在发动机气门重叠期的扫气过程造成甲烷(CH4)泄漏，进而进一步恶化碳氢化合物排放。这些问题制约着天然气作为发动机燃料的广泛应用。
[0003]氢气在空气中具有可燃极限宽、火焰传播速度快、点火能量小及燃烧清洁等优点，因此掺氢燃烧可有效改善天然气发动机性能。研究表明，天然气发动机掺氢燃烧可大幅扩大当量比范围，实现稀薄燃烧，降低碳氢化合物排放；同时，氢气的燃烧速度远快于天然气，掺入氢气可加快混合气的火焰传播速度，改善发动机动力性及排放性。然而，氢气在常温下的体积能量密度很低，极易泄漏并发生爆炸，由此带来极高的储存和运输成本。采用何种技术路径实现氢气的储存和运输对于氢能的普及和推广、以及天然气发动机的降碳具有重要意义。
[0004]天然气发动机容易发生爆震现象，可通过在进气中添加氮气来抑制爆震。
[0005]为保证天然气发动机排放满足要求，设置选择性催化还原(SCR)废气后处理装置。通常情况下，选择性催化还原废气后处理装置需要氨作为反应还原剂。
[0006]综合上述，天然气发动机配套设置天然气、氢、氮、氨四种储罐，对布置空间、加注设施以及安全配套设施的要求很高，系统复杂，占用空间大，安全性差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种发动机燃料系统及发动机系统，用于改善天然气发动机配套设置天然气、氢、氮、氨四种储罐的情况。
[0008]第一方面，本专利技术提供一种发动机燃料系统，根据本专利技术的实施例，发动机燃料系统包括燃料注入单元、天然气存储单元、氢气制备单元、氮气制备单元以及氨气制备单元；燃料注入单元用于向发动机注入燃料；天然气存储单元向所述燃料注入单元供给天然气；氢气制备单元由所述天然气存储单元供给天然气，由天然气制备氢气，向所述燃料注入单元供给氢气；氮气制备单元由空气制备氮气，用于向发动机供给氮气；氨气制备单元由所述氢气制备单元供给氢气，由所述氮气制备单元供给氮气，由氢气和氮气制备氨气，用于向选择性催化还原废气处理单元供给氨气。
[0009]在一个或多个实施例中，所述氢气制备单元由天然气裂解制备氢气；所述氢气制备单元包括换热器，所述换热器用于吸收发动机的废气的热量并将热量用于氢气制备。
[0010]在一个或多个实施例中，发动机燃料系统还包括第一阀门，第一阀门连通所述天然气存储单元和所述氢气制备单元。
[0011]在一个或多个实施例中，发动机燃料系统还包括氢气缓冲单元、第二阀门以及第三阀门；氢气缓冲单元由所述氢气制备单元供给氢气，向所述氨气制备单元供给氢气，向所述燃料注入单元供给氢气；第二阀门连通所述氢气缓冲单元和所述燃料注入单元；第三阀门连通所述氢气缓冲单元和所述氨气制备单元；其中，所述氢气缓冲单元包括第一压力传感器。
[0012]在一个或多个实施例中，发动机燃料系统还包括氮气缓冲单元、第四阀门第五阀门、以及第六阀门；氮气缓冲单元由所述氮气制备单元供给氮气，向所述氨气制备单元供给氮气，用于向发动机供给氮气；第四阀门连通所述氮气制备单元和所述氮气缓冲单元；第五阀门用于连通所述氮气缓冲单元和发动机；第六阀门连通所述氮气缓冲单元和所述氨气制备单元；其中，所述氮气缓冲单元包括第二压力传感器。
[0013]在一个或多个实施例中，发动机燃料系统还包括氨气缓冲单元以及第七阀门；氨气缓冲单元由所述氨气制备单元供给氨气，用于向选择性催化还原废气处理单元供给氨气；第七阀门用于连通所述氨气缓冲单元和选择性催化还原废气处理单元。
[0014]在一个或多个实施例中，发动机燃料系统还包括氮氧化合物浓度传感器，氮氧化合物浓度传感器用于监测废气的氮氧化合物浓度。
[0015]在一个或多个实施例中，发动机燃料系统还包括爆震传感器，爆震传感器用于监测发动机的爆震。
[0016]在一个或多个实施例中，发动机燃料系统还包括排气温度传感器，排气温度传感器用于监测发动机的各气缸的排气温度。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种发动机系统，根据本专利技术的实施例，发动机系统包括发动机、选择性催化还原废气处理单元以及上述的发动机燃料系统；其中，所述发动机燃料系统的燃料注入单元向所述发动机注入燃料；所述发动机燃料系统的氮气制备单元向所述发动机供给氮气；所述发动机燃料系统的氨气制备单元向所述选择性催化还原废气处理单元供给氨气。
[0018]本专利技术的实施例至少具备下列有益效果：、
[0019]通过氢气制备单元制备并供给氢气，通过氮气制备单元制备并供给氮气，通过氨气制备单元制备并供给氨气，无需配套设置氢、氮、氨三种储罐，只需配套设置天然气储罐，降低对布置空间、加注设施以及安全配套设施的要求，系统简化，占用空间小，安全性好。
附图说明
[0020]本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
[0021]图1为发动机系统的结构示意图；
[0022]附图标记：
[0023]1‑
发动机系统；
[0024]2‑
发动机；
[0025]21
‑
进气系统；
[0026]22
‑
排气系统；
[0027]23
‑
气缸；
[0028]3‑
选择性催化还原废气处理单元；
[0029]4‑
发动机燃料系统；
[0030]41
‑
燃料注入单元；
[0031]42
‑
天然气存储单元；
[0032]43
‑
氢气制备单元；
[0033]44
‑
氮气制备单元；
[0034]45
‑
氨气制备单元；
[0035]46
‑
第一阀门；
[0036]47
‑
氢气缓冲单元；
[0037]48
‑
第二阀门；
[0038]49
‑
第三阀门；
[0039]50
‑
第一压力传感器；
[0040]51
‑
氮气缓冲单元；
[0041]52
‑
第四阀门；
[0042]53
‑
第五阀门；
[0043]54
‑
第六阀门；
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机燃料系统，其特征在于包括：燃料注入单元，用于向发动机注入燃料；天然气存储单元，向所述燃料注入单元供给天然气；氢气制备单元，由所述天然气存储单元供给天然气，由天然气制备氢气，向所述燃料注入单元供给氢气；氮气制备单元，由空气制备氮气，用于向发动机供给氮气；以及氨气制备单元，由所述氢气制备单元供给氢气，由所述氮气制备单元供给氮气，由氢气和氮气制备氨气，用于向选择性催化还原废气处理单元供给氨气。2.根据权利要求1所述的发动机燃料系统，其特征在于：所述氢气制备单元由天然气裂解制备氢气；所述氢气制备单元包括换热器，所述换热器用于吸收发动机的废气的热量并将热量用于氢气制备。3.根据权利要求1所述的发动机燃料系统，其特征在于还包括：第一阀门，连通所述天然气存储单元和所述氢气制备单元。4.根据权利要求1所述的发动机燃料系统，其特征在于还包括：氢气缓冲单元，由所述氢气制备单元供给氢气，向所述氨气制备单元供给氢气，向所述燃料注入单元供给氢气；第二阀门，连通所述氢气缓冲单元和所述燃料注入单元；以及第三阀门，连通所述氢气缓冲单元和所述氨气制备单元；其中，所述氢气缓冲单元包括第一压力传感器。5.根据权利要求1所述的发动机燃料系统，其特征在于还包括：氮气缓冲单元，由所述氮气制备单元供给氮气，向...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓声，李华，郭立君，刘广才，王昌庆，戴成龙，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：