一種節(jié)水型進氣加濕系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種節(jié)水型進氣加濕系統(tǒng)，包括進氣管路和噴水管路，噴水管路沿水路方向依次設(shè)置有水箱、高壓微霧裝置和噴水裝置；噴水裝置與進氣管路相連通，用于向進氣管路中噴水；噴水裝置采用高壓霧化噴嘴。本實用新型具有噴水霧化效果好、最大加濕量大、噴水量靈活可控、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、效率高等特點，能夠滿足工程應(yīng)用中對進氣含濕量的要求。
【專利說明】一種節(jié)水型進氣加濕系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及進氣加濕系統(tǒng)，尤其涉及一種節(jié)水型進氣加濕系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在船舶運輸過程中，柴油機會因為燃料的不完全燃燒而產(chǎn)生有害氣體及顆粒物排放，如揮發(fā)性有機物、氯氟烴、一氧化碳、二氧化碳、硫氧化合物、氮氧化合物、煙塵等。在這些污染物中危害最大的是氮氧化合物、硫氧化合物，氮氧化合物主要由NO和NO2組成，它們通稱為N0X。NOx對環(huán)境的破壞極大，不僅危害人體的呼吸系統(tǒng)，也是地面附近形成光化學(xué)煙霧的主要因素之一。據(jù)挪威向國際海事組織提供的資料表明，世界船舶年排放的NOx達602萬噸，占世界NOx年排放總量的7%。針對越來越嚴(yán)重的船用柴油機尾氣污染問題，國際海事組織和世界各國都制定了越來越嚴(yán)格的排放規(guī)范，而適應(yīng)新規(guī)范是船舶柴油機當(dāng)前面臨的主要問題。
[0003]為降低船用柴油機的NOx排放量，國際上較為先進的改良方式是提高進氣空氣的含濕量，即利用水蒸汽增加進氣管中進氣空氣的絕對濕度，濕空氣進入柴油機氣缸燃燒，使燃燒最高溫度降低，抑制了 NOx的產(chǎn)生。
[0004]一般來說，要使用進氣加濕技術(shù)降低船用柴油機的NOx排放量，進氣空氣的相對濕度應(yīng)盡量趨近于100%，這就要求進氣加濕系統(tǒng)有較高的效率。另外，不同工況下發(fā)動機的進氣質(zhì)量不同，為使進氣空氣的含濕量達到預(yù)先的設(shè)定要求，進氣加濕系統(tǒng)的噴水量應(yīng)靈活可控。
[0005]現(xiàn)有的進氣加濕系統(tǒng)，主要有以下幾種:
[0006](I)直接在進氣道噴水，針對船用柴油機，若直接在進氣道進行噴水，則由于進氣道尺寸的約束，允許布置的噴嘴數(shù)有限、霧化的液滴易因發(fā)生碰壁而凝結(jié)、進氣空氣與霧化液滴的接觸面也較小，整個進氣加濕系統(tǒng)的效率較低。
[0007](2)水的噴射方式采用氣霧噴射形式，該噴射形式水的霧化質(zhì)量較差，水利用率低，且需通過控制水路及氣路的壓力實現(xiàn)對噴水量的控制，整個結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
[0008](3)不對進氣進行加熱，而直接對進氣空氣進行噴水加濕，該進氣加濕系統(tǒng)的水利用率較低；且進氣溫度直接決定了進氣空氣的最大吸濕能力，不對進氣空氣進行加熱，難以滿足工程應(yīng)用中對進氣含濕量的要求。
[0009]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種船用柴油機的進氣加濕系統(tǒng)，與現(xiàn)有同類進氣加濕系統(tǒng)相比，具有噴水霧化效果好、最大加濕量大、噴水量靈活可控、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、效率高等特點，能夠滿足工程應(yīng)用中對進氣含濕量的要求。
實用新型內(nèi)容
[0010]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種船用柴油機的進氣加濕系統(tǒng)，可根據(jù)不同工況下進氣質(zhì)量的變化，實現(xiàn)對進氣含濕量的準(zhǔn)確控制，提高了進氣加濕系統(tǒng)的水利用率及最大加濕能力。[0011]為實現(xiàn)上述目的，在本實用新型的一個方面，提供了一種節(jié)水型進氣加濕系統(tǒng)，包括進氣管路和噴水管路，噴水管路沿水路方向依次設(shè)置有水箱、高壓微霧裝置和噴水裝置；噴水裝置與進氣管路相連通，用于向進氣管路中噴水；噴水裝置采用高壓霧化噴嘴。
[0012]進一步地，水箱為自動恒溫水箱。
[0013]進一步地，上述進氣加濕系統(tǒng)還包括輔助控制箱，輔助控制箱與自動恒溫水箱電連接，用于控制水箱內(nèi)儲水的溫度和液位。
[0014]進一步地，上述進氣加濕系統(tǒng)還包括主控制箱，主控制箱與高壓微霧裝置電連接，高壓微霧主機設(shè)有電磁閥或高壓微霧主機與電磁閥連接，主控制箱通過電磁閥對噴水裝置進行控制，包括控制噴水裝置的開閉和水量。
[0015]在本實用新型的另一個方面，提供了一種船用柴油機，包括如前所述的進氣加濕系統(tǒng)。
[0016]由此可見，本實用新型具有以下技術(shù)效果:
[0017]1、本實用新型采用高壓微霧加濕的加濕方式，具有霧化效果好及噴射貫穿距大，噴射量靈活可控等優(yōu)點，有利于霧化液滴的蒸發(fā)汽化及與進氣空氣的充分混合。
[0018]2、本實用新型采用自動恒溫水箱，可以對水進行預(yù)加熱，有效防止進氣加濕對進氣空氣的過分冷卻，從而提高進氣加濕系統(tǒng)的最大加濕量。
[0019]3、本實用新型提供了一種用于船用柴油機的進氣加濕系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單有效、易于實現(xiàn)，有很好的推廣應(yīng)用價值。
[0020]以下將結(jié)合附圖對本實用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的一個較佳實施例的進氣加濕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，一種船用柴油機的進氣加濕系統(tǒng)，包括噴水管路I和進氣管路2，噴水管路I沿水路方向依次設(shè)置有自動恒溫水箱3、高壓微霧裝置4和噴水裝置5。噴水裝置5與進氣管路2相連通，用于向進氣管路2中噴水。噴水裝置5采用高壓霧化噴嘴。
[0023]輔助控制箱6與自動恒溫水箱3電連接，用于控制自動恒溫水箱3內(nèi)儲水的液位及恒溫溫度。主控制箱7與高壓微霧裝置4連接，主控制箱7通過高壓微霧裝置4 (或電磁閥)控制噴水裝置5的開閉和水量。
[0024]目前對于船用柴油機的進氣道的加濕方式，主要包括氣霧噴射加濕、超聲波加濕等方式。但是對于船用柴油機而言，傳統(tǒng)的氣霧噴射加濕是利用高壓氣體的膨脹帶動水霧化，其氣路的壓力必須大于柴油機的進氣壓力，需配備專門的壓縮機，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而超聲波加濕的加濕量較小，難以滿足進氣加濕系統(tǒng)對噴水量的要求。
[0025]因此，發(fā)明人結(jié)合船用柴油機的特殊需要和結(jié)構(gòu)設(shè)計，選取高壓微霧加濕的加濕方式，該方式有效解決了氣霧噴射加濕和超聲波加濕的缺陷，霧化效果好及噴射貫穿距大，噴射量靈活可控等優(yōu)點，有利于霧化液滴的蒸發(fā)汽化及與進氣空氣的充分混合。
[0026]此外，本實施例在高壓微霧裝置4的前方設(shè)置自動恒溫水箱3，還可以對水進行預(yù)加熱，有效防止進氣加濕對進氣空氣的過分冷卻。具體地，通過本實施例的高壓微霧噴射，能夠使水溫最高達到60°C。
[0027]進一步，進氣管路2上設(shè)置獨立(外置)的進氣加濕塔10，進氣氣體(空氣)依次經(jīng)過進氣入口 8、進氣加熱器9、進氣加濕塔10、進氣出口 11和進氣道進入氣缸。進氣加濕塔10為腔體結(jié)構(gòu)，進氣入口 8、進氣加熱器9、進氣加濕塔10、進氣出口 11和進氣道同軸設(shè)置。進氣加濕塔10的內(nèi)部沿進氣氣體的流動方向依次布置噴水裝置5和除霧器12。
[0028]噴水裝置5包括多個噴嘴。噴嘴的出口方向平行于進氣氣體的流動方向，且噴嘴的出口方向與進氣氣體的流動方向相反。優(yōu)選地，噴水裝置5包括多個噴嘴形成的噴嘴組，噴嘴組伸入進氣加濕塔的內(nèi)部，噴嘴組包括若干個噴水支管；每個噴水支管上設(shè)有若干數(shù)量的噴嘴。噴水支管的外壁與進氣加濕塔10的塔壁密封焊接，防止進氣的泄露。每個噴嘴采用逆噴射方式，即水噴射方向與進氣氣體的氣流方向相反。該設(shè)置可有效增加進氣空氣與水霧的接觸面積，提高進氣加濕系統(tǒng)的加濕效率。
[0029]除霧器12為兩級除霧器，經(jīng)過加濕的進氣氣體通過兩級除霧器除去液滴，可有效去除濕空氣中攜帶的小液滴，避免液滴進入柴油機氣缸造成的不利影響。進氣加濕塔的下方設(shè)有排水口 13，排水口 13通過排水管路14及時將進氣加濕塔中的液滴排出進氣加濕塔10，避免進氣加濕塔10內(nèi)部的液體殘留。
[0030]其中，后方為遠離進氣入口的方向。
[0031]此外，進氣加濕塔10的前方設(shè)置進氣加熱器9，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)客戶對柴油機NOx降排量的要求，選擇性開閉進氣加熱器9，用于對進氣氣體進行選擇性加熱。
[0032]其中，前方為靠近進氣入口的方向。
[0033]一般來說，傳統(tǒng)的進氣加濕系統(tǒng)直接設(shè)置在進氣總管內(nèi)，通過噴嘴對進氣空氣噴水進行加濕處理即可。而對于船用柴油機，進氣體積流量較大，若直接在進氣總管進行進氣加濕，由于進氣總管尺寸的限制，噴嘴的布置數(shù)量有限，噴嘴的噴柱容易碰壁；另外進氣空氣與噴霧的接觸面積較小，加濕效率較低。發(fā)明人通過獨立設(shè)置進氣加濕塔10，不受船用柴油機進氣總管尺寸的限制，其尺寸可根據(jù)噴頭數(shù)量進行自行調(diào)整，為進氣空氣與霧化液滴提供了較大的接觸空間，并有效避免霧化液滴碰壁凝結(jié)的發(fā)生。
[0034]另外，發(fā)明人在實際設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，如果工程應(yīng)用中對NOx降排量的需求較小，則可以直接通過進氣加濕塔10的設(shè)置和噴水裝置5的調(diào)控即可實現(xiàn)目的。但是，如果工程應(yīng)用中對NOx降低量的需求較大，則需大幅提高進氣空氣的進氣含濕量，這樣即使直接對增壓后的熱空氣進行加濕，所得進氣含濕量也不一定能滿足客戶的需求。因為柴油機10%-100%工況，壓縮機后的空氣溫度逐漸升高，100%工況的溫度最高，但由于熱負(fù)荷的限制等原因，其進氣溫度不能太高，這樣其最大進氣含濕量就受到了進氣溫度的限制；而部分工況進氣溫度的限制雖較小，但壓縮機后空氣所包含的熱量有限，需對進氣加濕系統(tǒng)前的進氣空氣進行進一步加熱。
[0035]由此，發(fā)明人在進氣入口 8和進氣加濕塔10之間設(shè)置進氣加熱器9，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)客戶對柴油機NOx降低量的要求，選擇性開閉進氣加熱器9。通過對進氣空氣進行加熱，不僅提高了進氣加濕系統(tǒng)的水利用率，也使進氣空氣的最大吸濕能力得以提升，更接近于工程應(yīng)用中對進氣含濕量的要求。
[0036]進一步，與本實施例引入的進氣加濕塔10和高壓微霧裝置4相配套，發(fā)明人還針對船用柴油機的進氣加濕系統(tǒng)，對各噴嘴實行分組管理?？紤]到柴油機各工況的進氣質(zhì)量流量、所需NOx降低量的不同，則各工況所需的噴水量也有所不同，因此進氣加濕系統(tǒng)的噴水量應(yīng)靈活可控。高壓微霧噴射通過對噴嘴數(shù)量的控制即可實現(xiàn)對噴水量的控制(其控制精度為單噴嘴的噴水量)。對噴嘴分組管理，為噴水裝置5輸出的各噴水支管配置1、2、3或4不等數(shù)量的噴嘴數(shù)，通過自由組合各噴水支管的開閉(通過電磁閥實現(xiàn))即可實現(xiàn)任意數(shù)量的噴頭進行噴水，進而準(zhǔn)確控制進氣加濕裝置的噴水量。優(yōu)選地，所用噴頭的噴水量為2.66kg/h。
[0037]由此可見，本實施例提供了一種進氣加濕系統(tǒng)，由輔助控制箱6、自動恒溫水箱3、高壓微霧主機4、主控制箱7、排水管路14、除霧器12、噴嘴組5、進氣加濕塔10、進氣加熱器9等部件組成。本實施例采用輔助控制箱6并將其集成到進氣加濕系統(tǒng)中，能夠有效提高進氣加濕系統(tǒng)的效率及可靠性。采用獨立設(shè)計的進氣加濕塔10，通過設(shè)置更大尺寸的進氣加濕塔10，方便大量噴嘴的安裝和布置，為進氣空氣與霧化液滴提供了較大的接觸空間，并有效避免霧化液滴碰壁凝結(jié)的發(fā)生。采用進氣加熱器9，通過提高進氣溫度，有效提高進氣加濕系統(tǒng)的水利用率。噴水的水噴射形式采用高壓微霧逆噴射，高壓微霧噴射擁有較好的霧化效果及噴射貫穿距，使進氣空氣與霧化水滴得以充分混合，加速了霧化液滴的蒸發(fā)速率；另外，逆噴射可極大地提高進氣加濕系統(tǒng)的水利用率。將除霧器12集成到進氣加濕塔10內(nèi)，使進氣空氣與水蒸氣混合物攜帶的小液滴得以及時去除，有效地避免液滴進入氣缸所造成的影響。
[0038]結(jié)合圖1，本實施例的船用柴油機進氣加濕系統(tǒng)的使用過程如下:
[0039]首先，水依次流經(jīng)自動恒溫水箱3、高壓微霧主機4進行加溫加壓后，由噴嘴組5噴出霧化。進氣空氣流經(jīng)進氣加熱器9后進入進氣加濕塔10中，與高度霧化的水滴產(chǎn)生的水蒸氣充分混合，再流經(jīng)除霧器12，除去混合氣中攜帶的水滴，最終流出進氣加濕系統(tǒng)進入柴油機的氣缸內(nèi)。另外，實際應(yīng)用中對噴嘴進行分組安裝，每個噴水支管上設(shè)有噴嘴的數(shù)目為I個、2個、3個或4個不等；并通過主控制箱7對各噴嘴組的噴水支管的開閉進行控制。
[0040]在實際的工作過程中，若直接對進氣空氣進行噴水，其進氣含濕量不能達到預(yù)先的設(shè)定要求，則可開啟進氣加熱器9對進氣進行加熱，從而提高進氣空氣的最大吸濕能力及進氣加濕系統(tǒng)的水利用率。
[0041]當(dāng)發(fā)動機的工況發(fā)生變化時，進氣質(zhì)量也隨之發(fā)生變化，為使進氣含濕量達到預(yù)先設(shè)定要求，通過主控制箱7控制噴嘴的開啟個數(shù)，即可有效控制噴水量的大小，避免過量噴水。
[0042]由此，本實施例的船用柴油機的進氣加濕系統(tǒng)，可根據(jù)不同工況下進氣質(zhì)量的變化，實現(xiàn)對進氣含濕量的準(zhǔn)確控制，有效防止過量的水珠進入氣缸，提高了進氣加濕系統(tǒng)的水利用率及最大加濕能力。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單有效、易于實現(xiàn)，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
[0043]可被理解的是，本實施例提供的進氣加濕系統(tǒng)，其構(gòu)思同樣適用于其他機型，而不限定于船用柴油機。
[0044]以上詳細(xì)描述了本實用新型的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本實用新型的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本實用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)水型進氣加濕系統(tǒng)，其特征在于，包括進氣管路和噴水管路，所述噴水管路沿水路方向依次設(shè)置有水箱、高壓微霧裝置和噴水裝置；所述噴水裝置與所述進氣管路相連通，用于向所述進氣管路中噴水；所述噴水裝置采用高壓霧化噴嘴。
2.如權(quán)利要求1所述的進氣加濕系統(tǒng)，其特征在于，所述水箱為自動恒溫水箱。
3.如權(quán)利要求1所述的進氣加濕系統(tǒng)，其特征在于，還包括輔助控制箱，所述輔助控制箱與自動恒溫水箱電連接，用于控制水箱內(nèi)儲水的溫度和液位。
4.如權(quán)利要求1所述的進氣加濕系統(tǒng)，其特征在于，還包括主控制箱，所述主控制箱與所述高壓微霧裝置電連接，所述主控制箱通過電磁閥控制噴水裝置的開閉和水量。
5.一種船用柴油機，其特征在于，包括如權(quán)利要求1?4中的任一條所述的進氣加濕系統(tǒng)。
【文檔編號】F02M25/028GK203822492SQ201420162081
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】平濤, 張文正, 劉瑞, 閆萍, 鄭亮, 郭立君, 仲杰 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所