具有排气再循环系统的大型二冲程柴油发动机技术方案

本发明专利技术涉及具有排气再循环系统的大型二冲程柴油发动机。具体地，本发明专利技术涉及一种十字头式的大型涡轮增压二冲程柴油发动机，其包括多个气缸，其中每一个连接至排气接收器，用于将一部分排气供应到扫气空气流中的排气再循环流动通道，并且包括湿式洗涤器、冷却器、用于除去凝结水的装置和在所述排气再循环流动通道中的鼓风机。本发明专利技术还涉及一种从十字头式的大型涡轮增压二冲程柴油发动机再循环排气的方法，所述发动机包括多个气缸，其中每一个连接至排气接收器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种十字头式的大型涡轮增压二冲程内燃活塞发动机，优选地是具有排气净化系统的柴油发动机，具体地涉及一种具有排气再循环系统的十字头式大型二冲程柴油发动机。
技术介绍
十字头式的大型二冲程发动机被典型地用在大型船舶的推进系统中，或者用作发电站中的原动机。排放要求已经并且将会逐渐地难以满足，特别是关于一氮氧化物(NOx)的水平。排气再循环(EGR)是已知的帮助柴油发动机减少NOx排放的一种措施。然而，至今还没有在商业上运行的使用排气再循环的大型二冲程柴油发动机。原因是已经证实在大型二冲程柴油发动机中实施排气再循环是极大的难题。已经证实难以在大型二冲程柴油发动机中实施排气再循环的一个原因是事实上通常使用具有大量硫的重油来运行这些发动机。因此，排气中的硫含量远高于使用不具有硫含量或者具有低硫含量的燃油运行的较小的柴油发动机。硫的高浓度大大减少了清洁方法和装置的选择，由于大部分的清洁方法和装置将不能耐受在大型二冲程柴油发动机的排气中存在的硫和硫酸水平。一种已经能够抵抗这些高硫水平的用于清洁大型二冲程柴油发动机的排气的技术是湿式洗涤。在该技术中，排气经过将水用作洗涤溶液的所谓的湿式洗涤器。然而，由于与被洗涤的气体一起向下游牵引的蒸发的水，所以具有用于清洁再循环排气的基于水的排气洗涤器的大型涡轮增压二冲程柴油发动机的排气再循环系统将会消耗相当大量的水用于洗涤。例如对于MAN B&W型7S50MC发动机@20％EGR添加(即，20％的扫气气体由来自排气的再循环气体组成)：水可能是被洗涤气体质量流量的13％，或者说是2.1m3/h。这表示着淡水的大量使用，而淡水是远洋航行船舶上的稀缺资源。另一个难题是需要大量的功率以将再循环的排气从排气接收器传送到扫气空气或气体流(用于扫气的压缩空气可能被添加除了再循环排气以外的其它气体成分；因此在下文中，除非明确地指出，没有进一步区别地使用术语“扫气空气”和“扫气气体”)中。在大型二冲程柴油发动机中，扫气空气压力典型地大约为0.3bar，高于排气接收器中的压力。因此，需要鼓风机或其它装置用于将再循环的排气从排气接收器推动到扫气空气系统中。在大型孔12或14气缸二冲程柴油发动机中，例如MAN 12K98MC-C发动机，驱动这样的鼓风机所需的功率将会接近5MW。这是用在排气净化系统上的相当大量的能量。此外，用于驱动具有这样大功率需求的鼓风机的电动机非常昂贵。因此，在洗涤器出口处的质量流量将会对应于蒸发的水的质量流量而增加，并且将会增加位于洗涤器下游和加压扫气气体冷却器上游的EGR鼓风机上的负荷。文献DE 19809618 A1公开了一种具有排气再循环系统的大型二冲程柴油发动机。发动机的每个气缸具有三个用于排气的出口。将来自三个出口中的一个出口的排气收集并再循环到扫气空气中。在二冲程发动机的实施例中，在将再循环排气引导经过冷却器和鼓-->风机之前，在干式过滤器中清洁其中的烟灰微粒，从而将冷却的再循环排气推进到扫气空气中以用于再利用。尽管公开的二冲程柴油发动机提供了有害物质排放的减少，但是仍然存在对于涡轮增压二冲程柴油发动机的需要，其能够提供有害物质排放的改进的减少。
技术实现思路
基于该
技术介绍
，本专利技术的目的是提供一种大型涡轮增压二冲程柴油发动机，其具有有效的并且在商业上可行的排气再循环系统。通过提供一种十字头式的大型二冲程燃烧发动机而实现该目的，其包括多个气缸，其中的每一个连接至排气接收器；用于将至少一部分排气供应到扫气空气流中的排气再循环流动通道；在所述排气再循环流动通道中的用于清洁再循环排气的湿式洗涤器，所述湿式洗涤器将水基液体用作洗涤溶液，从而将水蒸发到再循环排气中并增加排气的含水量；在所述排气再循环流动通道中的所述湿式洗涤器下游的冷却器，所述冷却器用于将所述排气冷却至使得再循环排气中的至少一部分水汽凝结的温度；用于使由再循环排气冷却器产生的凝结水从排气再循环流动通道偏离的装置；在所述排气再循环流动通道中的所述冷却器下游和用于使凝结水偏离的所述装置下游的鼓风机。包括湿式洗涤器、冷却器、用于去除凝结水的装置和鼓风机的组合的排气再循环流动通道提供了用于改进排气再循环系统的独特解决方案。该结构允许无能量(燃料)消耗代价而净化排气。将水基液体用作洗涤溶液的湿式洗涤器能够去除再循环排气中存在的很大部分的烟灰微粒和有害气体。然而，在高温排气的洗涤过程中，洗涤溶液中存在的一部分水将会不可避免地蒸发到排气中，从而增加气体的质量流量。将在湿式洗涤器中处理的高温排气引导到湿式洗涤器下游的冷却器，并冷却至使得相当一部分蒸发水凝结的温度。接下来，由分离或偏离装置将凝结水从排气分离，从而使气体的质量流量减少偏离的凝结水的质量流量。凝结水可能包含在洗涤过程中没有被完全去除的进一步的有害物质，例如烟灰微粒和溶解气体。这些有害物质随着凝结水而被去除。因此，包含水的凝结的冷却步骤促使再循环排气的进一步清洁。在冷却器中除去有害物质还具有这样的优点，位于冷却器下游的部件不会经受有害物质，例如鼓风机和扫气气体接收器，并且因此，在这些部件中不需要对于有害物质的专门措施。由于首先湿式洗涤器和冷却器以及连接它们的部件将会需要更加耐久的材料或者更短间隔的替换，因此能够获得改进的使用寿命和材料成本的减少。将清洁的和冷却的再循环排气引导经过鼓风机，以获得期望的压力。由于在洗涤过程中蒸发到排气中的水的主要部分随后在冷却器中被除去，所以鼓风机需要推进减少的气体质量流量，从而减少鼓风机的能量消耗。最后，将再循环排气引导到例如扫气空气接收器，并且在燃烧过程中再利用。因此，本专利技术提供了一种解决方案，其减少了污染而不会使大型二冲程燃烧发动机的能量效率恶化。尽管在冷却器中可能使用几种类型的冷却介质，例如气体或油，但是优选地，冷却-->器使用从水、淡水、脱盐水、海水、以及它们的混合物中选择的冷却介质。基于水的冷却介质是有效的且便宜的。为了避免排气与冷却介质的不期望的混合，在冷却器中的冷却介质在实体上与流经冷却器的排气分隔。可以通过例如钛板的金属板或者另一种基于陶瓷或聚合物材料的实体隔离物进行分隔。然而，材料必须具有良好的导热性并且能够在腐蚀性环境中起作用。在使用的实施例中，其中使用在商业上可得到的标准设备，冷却器可以例如是紧密逆流热交换器单元，其具有用于引导优选地为液体的冷却介质的带散热片的管道，并且散热片增加了从洗涤的排气传热以将其冷却的能力。在冷却器中凝结并且从排气中被除去的水可以被丢弃即可。然而，在水是稀缺资源的地方，可以将从排气再循环流动通道除去的凝结水再利用为洗涤溶液。优选地，在凝结水再利用为洗涤溶液之前，将其净化，例如从水中除去诸如烟灰微粒的有害物质。这提供了水的有成本效益的使用，这对于环境也是友好的。尽管可以通过任何已知的方法收集并偏离在冷却器中凝结之后的水，但是优选地，使用同样收集液滴以及甚至更小的漂移的水微粒的捕雾器，其通过利用惯性效果而起作用，由于这样的装置提供凝结水的非常有效的收集，因此例如作为离心式分离机或具有成角度的流动。当然，用于凝结水的分流的偏离的通道设置有所需的阀和/或泵。水雾捕获器可以是冷却器的集成部分，或者可以作为冷却器下游的分离装置。为了使根据本专利技术的燃烧发动机的维修成本最少，冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机（１），包括：多个气缸（２），所述多个气缸（２）每一个连接至排气接收器（６），排气再循环流动通道（１３），所述排气再循环流动通道（１３）用于将排气的一部分供给到扫气空气流中，冷却器（１６），所述冷却器（１６）位于所述排气再循环流动通道（１３）中，鼓风机（１７），所述鼓风机（１７）位于所述排气再循环流动通道（１３）中，其特征在于在所述排气再循环流动通道（１３）中的用于清洁再循环排气的湿式洗涤器（１５），所述湿式洗涤器（１５）使用水基液体作为洗涤溶液，从而将水蒸发到再循环排气中并且增加再循环排气的含水量，所述冷却器（１６）位于所述湿式洗涤器（１５）的下游，用于将所述排气冷却至使得再循环排气中的水汽的至少一部分凝结的温度，用于使由所述冷却器（１６）产生的凝结水从所述排气再循环流动通道（１３）离开的装置，所述排气再循环流动通道（１３）中的所述鼓风机（１７）位于所述冷却器（１６）的下游和用于使凝结水离开的所述装置的下游。

【技术特征摘要】
2010.01.29 DK PA2010000761.一种十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机(1)，包括：多个气缸(2)，所述多个气缸(2)每一个连接至排气接收器(6)，排气再循环流动通道(13)，所述排气再循环流动通道(13)用于将排气的一部分供给到扫气空气流中，冷却器(16)，所述冷却器(16)位于所述排气再循环流动通道(13)中，鼓风机(17)，所述鼓风机(17)位于所述排气再循环流动通道(13)中，其特征在于在所述排气再循环流动通道(13)中的用于清洁再循环排气的湿式洗涤器(15)，所述湿式洗涤器(15)使用水基液体作为洗涤溶液，从而将水蒸发到再循环排气中并且增加再循环排气的含水量，所述冷却器(16)位于所述湿式洗涤器(15)的下游，用于将所述排气冷却至使得再循环排气中的水汽的至少一部分凝结的温度，用于使由所述冷却器(16)产生的凝结水从所述排气再循环流动通道(13)离开的装置，所述排气再循环流动通道(13)中的所述鼓风机(17)位于所述冷却器(16)的下游和用于使凝结水离开的所述装置的下游。2.根据权利要求1所述的十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机(1)，其中所述冷却器(16)使用从水、淡水、脱盐水、海水及其混合物中选出的冷却介质。3.根据权利要求1所述的十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机(2)，其中所述冷却介质与流过所述冷却器(16)的再循环排气在物理上分离。4.根据权利要求1所述的十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机(1)，其中所述冷却器(16)是逆流冷却器。5.根据权利要求1所述的十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机(1)，其中所述冷却器(16)是顺流冷却器。6.根据权利要求3所述的十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机(1)，其中所述冷却器(16)具有在带散热片的管道中被引导的冷却介质。7.根据权利要求1所述的十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机(1)，其中从所述排气再循环流动通道离开的凝结水被作为洗涤溶液进行再利用。8.根据权利要求7所述的十字头式的大型涡轮增压二冲程燃烧发动机(1)，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·施约尔达格，
申请(专利权)人：曼恩柴油机涡轮公司，曼恩柴油机涡轮德国公司子公司，
类型：发明
国别省市：DK