具有减少一氧化二氮排放物的系统的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机、及使其一氧化二氮排放物减少的方法技术方案

提供了大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机和用于通过湿电洗涤器从大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的排气中去除一氧化二氮的方法，该发动机被配置成用于在湿洗涤器中使用电生成介质从排气中去除一氧化二氮。二氮。二氮。

【技术实现步骤摘要】
具有减少一氧化二氮排放物的系统的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机、及使其一氧化二氮排放物减少的方法


[0001]本公开涉及大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机，该发动机在至少一个模式下以氨作为用于在发动机中燃烧的燃料来操作并且具有使一氧化二氮排放物减少的系统，并且本公开还涉及用于使这种发动机的一氧化二氮排放物减少的方法。

技术介绍

[0002]大型二冲程涡轮增压单流扫气式压缩点火十字头内燃发动机通常用于大型船舶的推进系统或用作发电厂的原动机。庞大的尺寸、重量和动力输出使该内燃发动机完全不同于普通内燃发动机，并且将大型二冲程涡轮增压压缩点火内燃发动机自身归为一类。
[0003]内燃发动机过去主要以碳氢化合物燃料、比如燃油如柴油、或者燃气如天然气或石油气进行工作。碳氢化合物燃料的燃烧会释放二氧化碳(CO2)以及释放导致大气污染和气候变化的其他温室气体。与产生副产品排放物的化石燃料杂质不同，CO2是碳氢化合物燃烧不可避免的产物。特定燃料的能量密度和CO2足迹(footprint)取决于碳氢化合物链的长度和该特定燃料的碳氢化合物分子的复杂度。因此，气态碳氢化合物燃料具有相比于液态碳氢化合物燃料而言更低的足迹，而气态碳氢化合物燃料的缺点在于：对气态碳氢化合物燃料的处置和存贮是更具挑战性且成本更高的。为了减少CO2足迹，正在研究非碳氢化合物燃料。
[0004]氨是从化石燃料、生物质或可再生资源(风、太阳、水或热)获得的合成产品，并且当氨是由可再生资源产生的时，氨在燃烧时将几乎没有碳足迹或几乎不会排放任何CO2、SOX、颗粒物、或未燃尽的碳氢化合物。
[0005]氨已经在小型火花点火式内燃发动机中进行了小规模试验和使用，但尚未用于为压缩点火式内燃发动机提供动力。
[0006]以氨为燃料的发动机往往会产生作为燃烧的副产品的一氧化二氮(N2O)。在没有应对措施的情况下，含有该一氧化二氮的排气将最终进入大气中。已知的是一氧化二氮具有显著的全球变暖潜力，根据UN气候报告IPPC AR5，一氧化二氮的全球变暖潜力是CO2的约265倍。因此，需要减少以氨为燃料的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的一氧化二氮排放物。
[0007]可商购的用于去除排气中的一氧化二氮的系统用于催化分解和热摧毁。这些方法将一氧化二氮转化为氮气和氧气。催化分解以约500℃操作，并且热摧毁以接近1000℃操作。大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的排气的温度不足以与这些已知方法一起使用，这是因为涡轮前的排气温度根据操作条件通常在300℃与500℃之间，并且涡轮后的排气温度根据操作条件通常在150℃与250℃之间。因此，催化分解和热摧毁不适于去除以氨为燃料的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机的排气中的一氧化二氮。
[0008]DK178072B1公开了一种大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机，该发动机以包括液体燃料的第一燃料和包括氨的第二燃料进行工作，并且该发动机包括：至少一个气
缸，该气缸具有气缸套和位于气缸套中的往复运动的活塞并且具有对气缸进行覆盖的气缸盖；燃烧室，该燃烧室在气缸内形成在气缸盖与往复运动的活塞之间；氨燃料系统，该氨燃料系统被配置成用于将经加压的氨供应至布置在气缸盖中的燃料阀；涡轮增压系统，该涡轮增压系统包括用于对扫气空气进行压缩的至少一个压缩机并且包括至少一个排气驱动的涡轮。设置有洗涤器以用于在再循环的排气重新进入燃烧室之前对该再循环的排气进行清洁。在以低热值燃料比如氨进行工作时使排气再循坏的比率增加确保NOx排放物保持在低水平。

技术实现思路

[0009]目的是提供一种克服或至少减少上述问题的大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机。
[0010]前述及其他目的是通过独立权利要求的特征实现的。其他实施方案是通过从属权利要求、说明书和附图而明显的。
[0011]根据第一方面，提供了一种大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机，该发动机具有主要燃料为氨的至少一个操作模式，该发动机包括：
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至少一个气缸，该气缸具有气缸套和位于气缸套中的往复运动的活塞并且具有对气缸进行覆盖的气缸盖；
[0013]‑
燃烧室，该燃烧室在气缸内形成在往复运动的活塞和气缸盖之间；
[0014]‑
氨燃料系统，该氨燃料系统被配置成用于将经加压的氨供应至燃料阀，该燃料阀布置在气缸盖中或布置在气缸套中；
[0015]‑
涡轮增压系统，该涡轮增压系统包括用于对扫气空气进行压缩的至少一个压缩机并且包括至少一个排气驱动的涡轮；以及
[0016]‑
一氧化二氮洗涤器，该一氧化二氮洗涤器位于所述至少一个排气驱动的涡轮的下游，该一氧化二氮洗涤器构造成：用于将流动通过该洗涤器的排气中的一氧化二氮转化为氨；和/或，用于将流动通过该洗涤器的排气中的一氧化二氮还原为氮气和氧气或还原为氮气和氢氧化物。
[0017]在第一方面的可能的实施形式中，洗涤器是电洗涤器，该电洗涤器将湿洗涤与电生成介质耦合以在单个处理阶段中将一氧化二氮转化为氨或者将流经洗涤器的排气中的一氧化二氮还原为氮气和氧气或还原为氮气和氢氧化物，优选地，该电生成介质为基于Ni的介质，更优选地，该电生成介质为NiI[NiICN4]3
‑
介质。
[0018]在第一方面的可能的实施形式中，发动机包括循环系统，该循环系统使含有介质的水循环通过洗涤器，该介质优选地为电生成介质，并且该循环系统优选地包括电解槽，该电解槽耦合至电压源并用于电生成该介质，该电解槽优选地包括耦合至电压源的至少两个电极。
[0019]在第一方面的可能的实施形式中，发动机包括用于从排气中分离出氨的装置，用于从排气中分离出氨的装置布置在洗涤器的下游，并且用于从排气中分离出氨的装置优选地包括洗涤器塔架。
[0020]在第一方面的可能的实施形式中，发动机包括冷凝器，该冷凝器位于涡轮的下游和洗涤器的上游并用于将排气中的水的一部分去除，该冷凝器优选地是受控的冷凝器，并
且冷凝器优选地具有用于对从排气中去除的水进行处置的出口，冷凝器优选地具有用于对冷却水进行接收的入口和用于对冷却水进行排放的出口。
[0021]在第一方面的可能的实施形式中，发动机包括氨给送泵，其中，该氨给送泵的出口流体连接至燃料阀，该氨给送泵优选地具有流体连接至氨储存罐的入口。
[0022]在第一方面的可能的实施形式中，发动机包括控制器，该控制器被配置成进行以下各项中的一项或更多项：
[0023]‑
响应于代表循环系统中的水或流体的量的信号，对冷凝器的机能进行控制，优选地以将循环系统中的水的量保持恒定；优选地，响应于代表循环系统中的水或流体的量的信号，通过对行进通过冷凝器的冷却水的温度进行控制而对冷凝器的机能进行控制，优选地以将循环系统中的水的量保持恒定；
[0024]‑
优选地响应于代表再循环的水中的电生成介质的浓度的信号，对由电压源提供至电解槽的电力的量进行控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型二冲程涡轮增压单流扫气式内燃发动机，所述发动机具有主要燃料为氨的至少一个操作模式，所述发动机包括：
‑
至少一个气缸，所述气缸具有气缸套(1)和位于所述气缸套(1)中的往复运动的活塞(10)、以及对所述气缸进行覆盖的气缸盖(22)；
‑
燃烧室，所述燃烧室在所述气缸(1)内部形成在往复运动的所述活塞(10)与所述气缸盖(22)之间；
‑
氨燃料系统(30)，所述氨燃料系统(30)被配置成用于将经加压的氨供应至燃料阀(50、50')，所述燃料阀(50、50')布置在所述气缸盖(22)中或布置在所述气缸套(1)中；
‑
涡轮增压系统(5)，所述涡轮增压系统(5)包括用于对扫气空气进行压缩的至少一个压缩机(7)并且包括至少一个排气驱动的涡轮(6)，其特征在于，
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在至少一个排气驱动的所述涡轮(6)的下游布置有一氧化二氮洗涤器(40)，所述一氧化二氮洗涤器(40)被配置成：用于将流动通过所述洗涤器(40)的排气中的一氧化二氮转化为氨；以及/或者，用于将流动通过所述洗涤器(40)的排气中的一氧化二氮还原为氮气和氧气或者还原为氮气和氢氧化物。2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述洗涤器(44)是电洗涤器，所述电洗涤器将湿洗涤与电生成介质耦合以在单个处理阶段中将一氧化二氮还原为氨，优选地，所述电生成介质为基于Ni(I)的介质，更优选地，所述电生成介质为Ni(I)([Ni(I)(CN)4]3
‑
)介质。3.根据权利要求1或2所述的发动机，所述发动机包括循环系统，所述循环系统使含有介质的水循环通过所述洗涤器(40)，所述介质优选地为电生成介质，并且所述循环系统优选地包括电解槽(44)，所述电解槽(44)耦合至电压源(46)以用于电生成所述介质，所述电解槽(44)优选地包括耦合至所述电压源(46)的至少两个电极。4.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机，所述发动机包括用于从所述排气中分离出所述氨的装置(48)，用于从所述排气中分离出所述氨的所述装置(48)布置在所述洗涤器(40)的下游，并且用于从所述排气中分离出所述氨的所述装置(48)优选地包括洗涤器塔架。5.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机，所述发动机包括冷凝器(20)，所述冷凝器(20)位于所述涡轮(6)的下游和所述洗涤器(40)的上游以用于将所述排气中的水的一部分去除，所述冷凝器(20)优选地是受控的冷凝器，并且所述冷凝器优选地具有用于对从所述排气中去除的水进行处置的出口，所述冷凝器优选地具有用于对冷却水进行接纳的入口和用于对冷却水进行排放的出口。6.根据前述权利要求中的任一项所述的发动机，所述发动机包括氨给送泵(35)，其中，所述氨给送泵(35)的出口流体连接至所述燃料阀(50、50')，所述氨给送泵(35)优选地具有流体连接至氨储存罐(31)的入口。7.根据权利要求3、5或6中的任一项所述的发动机，所述发动机包括控制器(100)，所述控制器(100)被配置成进行以下各项中的一项或更多项：
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响应于代表所述循环系统中的水或流体的量的信号，对所述冷凝器(20)的机能进行控制，优选地以将所述循环系统中的水的量保持恒定；优选地，响应于代表所述循环系统中的水或流体的量的信号，通过对行进通过所述冷凝器(20)的冷却水的温度进行控制而对所
述冷凝器(20)的机能进行控...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨里克，
申请(专利权)人：曼能解决方案曼能解决方案德国股份公司分公司，
类型：发明
国别省市：