一種優(yōu)化的egr廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及柴油機(jī)的廢氣循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種優(yōu)化的帶有控制系統(tǒng)的EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球環(huán)境的惡化和人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，船舶防污染的法規(guī)、技術(shù)在近幾年的變化非常巨大，控制發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體排放的要求強(qiáng)烈。以船舶柴油機(jī)的污染物排放為主的環(huán)境污染已經(jīng)日益引起人的關(guān)注。世界海事組織對(duì)船舶主動(dòng)力即柴油機(jī)污染的控制也越來越嚴(yán)格。柴油機(jī)及其能源向綠色環(huán)保方向發(fā)展已經(jīng)成為一種必然的趨勢(shì)。
[0003]2008年10月10日，頂0的海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(MPEC)會(huì)議上通過MARP0L73/78附則的VI的修正案，定義了包括三個(gè)級(jí)別在內(nèi)的頂0船用柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)體系，增加了更為嚴(yán)格的Tierin標(biāo)準(zhǔn)，同意實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo):2016年在排放控制區(qū)域(ECAs)達(dá)到更嚴(yán)格的Tierin。頂0排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，滿足Tierin階段法規(guī)的技術(shù)措施主要為以下三種:在滿足Tierin排放法規(guī)的柴油機(jī)機(jī)型上加裝選擇性催化還原(SCR)技術(shù)或者廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)，以及雙燃料的柴油機(jī)天然氣模式。目前SCR技術(shù)相比于其他技術(shù)，更加靈活，技術(shù)也相對(duì)更加成熟。所以眾多大的柴油機(jī)廠商選擇了 SCR技術(shù)來應(yīng)對(duì)Tierin排放法規(guī)。但是SCR技術(shù)也有著其弊端，這項(xiàng)技術(shù)設(shè)備投資和運(yùn)行成本都相對(duì)高昂，因此各個(gè)船用柴油機(jī)廠商都沒有放棄對(duì)成本相對(duì)低廉的EGR技術(shù)進(jìn)行探索與研究。
[0004]國外針對(duì)廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)的研究，已經(jīng)在車用上有了很大的進(jìn)展，并且也對(duì)船用的EGR系統(tǒng)進(jìn)行了初步的研究。對(duì)于EGR系統(tǒng)的初步研究發(fā)現(xiàn)，EGR的確可以有效減低Ν0Χ的排放，但是對(duì)于柴油機(jī)的動(dòng)力性能卻有所影響，并且不是在所有的工況下，EGR系統(tǒng)都可以運(yùn)行。隨著不同的工況，EGR率要有改變，甚至要關(guān)閉EGR系統(tǒng)，因此單純的EGR系統(tǒng)不能最大效用的滿足國際嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此國外把更多的研究重點(diǎn)放在廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)與其他技術(shù)相結(jié)合，從而降低Ν0Χ的排放。
[0005]EGR與增壓空氣加濕技術(shù)結(jié)合技術(shù)，現(xiàn)代重工業(yè)有限公司(HHI)已經(jīng)在研究增壓空氣加濕(ChAM)技術(shù)。就是使用水蒸氣加濕空氣，HHI通過在一個(gè)中速柴油機(jī)上將ERG技術(shù)結(jié)合ChAM系統(tǒng)來減少Ν0Χ的排放，并且已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這項(xiàng)技術(shù)可以作為一種有效的手段應(yīng)對(duì)Tierm法規(guī)。柴油機(jī)的EGR系統(tǒng)可以減少Ν0Χ的排放60%，EGR和增壓加濕空氣技術(shù)系統(tǒng)以降低Ν0Χ的排放75%，符合頂OTierΙΠ的Ν0Χ的排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]EGR技術(shù)與后噴射(P0ST-1NJECY10N)技術(shù)結(jié)合，高EGR率導(dǎo)致了不必要和不可接受的煙塵排放，甚至增加空氣注入壓力。為了減少這些煙塵排放，就產(chǎn)生了后噴技術(shù)與EGR技術(shù)的結(jié)合。后噴技術(shù)證明是一種有效的碳減排措施。當(dāng)采用廢氣再循環(huán)技術(shù)時(shí)，廢氣中的煙塵排量會(huì)不可避免的上升。這事可以應(yīng)用多噴射技術(shù)，就是在主要噴射道使用后噴射技術(shù)，這是一種可以降低增加煙塵的有效措施，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，碳排量可以通過后排技術(shù)減少到40%。
[0007]EGR與米勒循環(huán)、二級(jí)渦輪增壓結(jié)合技術(shù)，米勒循環(huán)降低Ν0Χ的排放，因?yàn)樗刂屏溯^低的缸內(nèi)氣體溫度，提高循環(huán)效率，這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)時(shí)被用來滿足Tiern排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)有非常高的增壓壓力時(shí)需要較強(qiáng)的米勒循環(huán)，較強(qiáng)的米勒循環(huán)和二級(jí)增壓的結(jié)合在減少NOX的排放方面有較好的前景。二者結(jié)合大概可以減少NOX排放50%，雖不符合Tierin的排放標(biāo)準(zhǔn)，但是結(jié)合EGR技術(shù)將視為應(yīng)對(duì)排放標(biāo)準(zhǔn)的一種手段。
[0008]EGR與HAM結(jié)合技術(shù)，HAM(Humid Air Motor)，最初是德國Munters Euroform公司開發(fā)的一種改進(jìn)型進(jìn)氣加濕系統(tǒng)，HAM系統(tǒng)是由加濕器、循環(huán)栗、增加水溫的熱交換器、泄放系統(tǒng)、水箱和過濾器等組成。其工作原理是用水蒸汽加濕進(jìn)氣管中的進(jìn)氣，這種濕空氣進(jìn)入氣缸燃燒，使燃燒溫度降低從而降低Ν0Χ的產(chǎn)生，其與EGR系統(tǒng)的結(jié)合將會(huì)是一種很大的改口 ο
[0009]EGR與WEF結(jié)合技術(shù)，WEF(Water Emulsified Fuel)技術(shù)是使用水溶入油形成乳化油，在噴油之前將燃油和水進(jìn)行乳化，在噴入氣缸，可以降低Ν0Χ排放20 %?30 %這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):設(shè)計(jì)上不需要特殊的改變，對(duì)燃油的穩(wěn)定性無影響。即使水量達(dá)到30%，對(duì)燃油消耗率也沒有影響，有利于排煙，水消耗率低，投資費(fèi)用低。對(duì)于二沖程柴油機(jī)，使用新開發(fā)的EGR&WEF結(jié)合技術(shù)可以有效地應(yīng)對(duì)頂OTierin排放法規(guī)。使用EGR和WEF結(jié)合技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以有效地降低氮氧化物與燃油的消耗損失。有實(shí)驗(yàn)對(duì)MANB&W2 S 5 0ME-C發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)，EGR&WEF結(jié)合技術(shù)可以使氮氧化物的排放達(dá)到預(yù)期的減排。
[0010]我國對(duì)柴油機(jī)尾氣排放控制起步較晚，標(biāo)準(zhǔn)也相對(duì)寬松，因此相應(yīng)的凈化水平與發(fā)達(dá)國家的相比存在一定差距，目前國內(nèi)在降低柴油機(jī)尾氣排放方面的重點(diǎn)基本限制于車用燃油系統(tǒng)和尾氣系統(tǒng)的研究。國內(nèi)最近幾年也致力于船舶EGR系統(tǒng)的研究，比如武漢理工大學(xué)的進(jìn)行了船用柴油機(jī)排放措施以及船用EGR系統(tǒng)的控制措施的研究，李江華和江彥橋發(fā)表于《Equipment Manufactring Technology》2009年的《船舶柴油機(jī)Ν0Χ排放控制的技術(shù)研究》對(duì)船用Ν0Χ的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了一系列的研究，并且比較了幾種減少船舶Ν0Χ排放的技術(shù)，對(duì)Ν0Χ凈化效果，油耗率、煙度的影響進(jìn)行了分析，并對(duì)其中主要凈化技術(shù)的凈化效果、投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用等進(jìn)行了比較分析。并且分析了船用EGR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及需要做出的改進(jìn)。武漢理工大學(xué)2014年碩士畢業(yè)論文李輝的《渦輪增壓柴油機(jī)高壓晚噴燃燒特性三維模擬研究》從實(shí)驗(yàn)和模擬二方面研究了 EGR對(duì)柴油機(jī)晚噴燃燒和排放特性的影響，并且得到EGR率的增加，缸內(nèi)平均壓力和溫度逐漸降低，Ν0Χ排放顯著降低的結(jié)果。
[0011]遠(yuǎn)洋船舶航行時(shí)，由于環(huán)境的變化，船舶柴油機(jī)進(jìn)氣的溫度也會(huì)變化，從而對(duì)重油燃燒過程中Ν0Χ產(chǎn)生影響，同時(shí)排氣中的循環(huán)可燃物的變化，對(duì)柴油機(jī)的工作循環(huán)變動(dòng)有很大的影響，但是傳統(tǒng)的EGR只考慮EGR的流量和溫度，忽略了EGR要素以及對(duì)進(jìn)氣溫度進(jìn)行合適匹配的控制，從而不能有效的構(gòu)造出最佳的EGR率。為了使船舶柴油機(jī)在不同的工況，不同的進(jìn)氣溫度，以及不同的排氣中的循環(huán)可燃物的比例下實(shí)現(xiàn)最佳EGR率的控制，同時(shí)滿足節(jié)能與減排的要求，需對(duì)原有的EGR及其控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0012]本實(shí)用新型的目的是提供一種優(yōu)化的EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，能夠在保證船舶柴油機(jī)在節(jié)能與減排上取得一個(gè)最佳平衡點(diǎn)，以克服【背景技術(shù)】中存在的問題。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0014]一種優(yōu)化的EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是:柴油機(jī)的排氣口經(jīng)排氣管連接兩路輸出，一路通過排氣管依次連接渦輪機(jī)、壓縮機(jī)和中冷器，另一路通過排氣管依次連接EGR旁通閥和EGR冷卻器，中冷器和EGR冷卻器的輸出口均通過進(jìn)氣管連接于柴油機(jī)的進(jìn)氣口，還包括EGR電子閥，EGR電子閥的輸入口通過管道與排氣管連接，EGR電子閥的輸出口通過管道連接冷卻器的輸入口，EGR電子閥與冷卻器之間的管道上設(shè)有速度傳感器，在中冷器輸出的管道上設(shè)有溫度傳感器;還包括控制器，控制器的信號(hào)輸入端與速度傳感器和溫度傳感器的信號(hào)輸出端連接，控制器的輸出端與EGR電子閥的控制信號(hào)輸入端連接。
[0015]較佳地，還包括氧化催化轉(zhuǎn)換器，氧化催化轉(zhuǎn)換器的輸入口通過管道連接于EGR電子閥的輸出口，氧化催化轉(zhuǎn)換器的輸出口連接于EGR冷卻器的輸入口。
[0016]較佳地，氧化催化轉(zhuǎn)換器為二元氧化催化轉(zhuǎn)換器。
[0017]較佳地，控制器為PLC控制器。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果在于:EGR電子閥由控制器來控制其開啟和關(guān)閉，而不是傳統(tǒng)的依靠廢氣的壓力來控制其開啟，因此控制更為精確，更能保證EGR率的最優(yōu)化。通過EGR電子閥的廢氣，再經(jīng)氧化催化轉(zhuǎn)換器把廢氣里的可燃物轉(zhuǎn)化成C02和H20，提供了必要的安全余地來穩(wěn)定運(yùn)行EGR廢氣再循