船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的是一种船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置及控制方法。在非氮氧化物排放控制区，工作在非EGR模式，从排气歧管来的废气驱动涡轮做功，带动压气机压缩空气，通过扫气箱进入发动机参与燃烧；当船舶在氮氧化物排放控制区航行时，工作在EGR模式，部分废气从排气歧管中引出，通过冷却和洗涤，降低温度并除去其中的颗粒和SOx，再经EGR风机增压，与新鲜空气混合，降低发动机的NOx生成和排放量，满足IMO有关NOx排放的Tier III标准；在硫排放控制区或港口时，工作在洗涤模式，废气经洗涤脱硫装置脱硫后排入大气，满足IMO对船舶燃油硫含量的要求；在非硫排放控制区和非港口区域时，工作在非洗涤模式，排放的废气直接排入环境大气。

【技术实现步骤摘要】
船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置及控制方法
本专利技术涉及的是一种船舶废气污染物排放控制装置，具体涉及到为满足国际海事组织(IMO)有关船舶废气污染物排放法规的船舶柴油机NOx和SOx的联合控制装置及控制方法。
技术介绍
为减少船舶营运成本，海洋运输船舶使用高硫重油，发动机燃烧产生的NOx和SOx对海洋大气和港口环境产生了严重危害。IMO和欧美等发达国家都对船舶发动机废气中的NOx和SOx排放进行了严格的限制。目前，常用的NOx减排措施主要包括机内减排措施和机外减排措施。机内减排措施是通过一定的方法，例如缸内延迟喷油、改进喷油规律、降低进气温度、缸内喷水等，改变缸内燃烧，减少缸内NOx生成，最终减少发动机的NOx排放；机外减排NOx措施，主要是SCR后处理技术，利用还原剂还原柴油机排气管中的NOx，使之变为无害的N2，最终减少发动机的NOx排放。相对而言，上述机内减排措施比较容易实现，但减排效果有限；机外减排SCR技术，减排效果好，能满足IMO的NOx排放要求，但后处理装置体积庞大，减少了船舶的有效空间，同时SCR的运行和维护成本也较高。作为一种有效的柴油机NOx减排措施，废气再循环(EGR)技术通过将一部分废气从排气歧管中引出，经过降温、去除颗粒等过程，进入发动机扫气箱，再分配给发动机各气缸参与燃烧，由于再循环的废气中含有一定量的CO2和H2O，降低了发动机缸内工质的比热，同时再循环废气降低了缸内氧气浓度，降低了发动机燃烧温度，从而降低了发动机的NOx生成和排放量；EGR技术由于能满足IMO有关NOx的TierIII排放标准，且其体积和成本均远小于SCR系统，是一种有前途的船舶柴油机NOx排放控制技术。船舶SOx减排技术，主要包括采用低硫燃油和废气洗涤技术两种。相对而言，采用低硫燃油比较方便，对船舶改动较小，可以满足IMO对船舶燃油硫含量的要求，但船用高低硫燃油之间差价巨大，使用低硫燃油成本太高，同时现有发动机使用低硫燃油存在粘度过低、润滑性差、容易磨损等问题，对发动机有一定的损害，且低硫燃油在炼制过程中会产生大量的CO2，加剧全球温室效应。作为IMO认可的一种除去船舶废气中SOx的有效方法，废气洗涤技术通过对燃用低质高硫重油产生的废气进行清洗，除去其中的SOx，满足IMO有关燃油硫含量的要求。废气洗涤运行成本低，但洗涤装置也存在体积较大，运行和维护需一定费用的问题。目前，对船舶废气NOx、SOx的研究和处理，都是分开单独进行，即使用两套不同设备，分别对NOx和SOx进行处理。这种废气串联处理方法，设备体积巨大，背压高，对发动机正常工作影响较大，设备投资和运行费用都很高。迄今为止，国内外尚无一个能对船舶柴油机排放的NOx和SOx进行一体化处理的装置，使在满足IMO有关NOx和SOx排放要求的基础上，缩减排放控制设备体积和成本，并减少减排设备对船舶营运费用和有效空间的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能有效地改善发动机燃烧状况，降低缸内燃烧温度，减少柴油机的NOx生成和去除废气中的SOX，实现同时降低发动机废气中的NOx和SOx，满足IMO法规对船舶柴油机NOx和SOx排放的限制的船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置。本专利技术的目的还在于提供一种船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置的控制方法。本专利技术的船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置包括在与柴油机的排气管相连的排气歧管和与油机的进气管相连的扫气箱之间连接的进气系统，所述进气系统包括连通到排气歧管的涡轮、由涡轮驱动的压气机、连接于压气机出口与扫气箱之间的空气中间冷却器，在与柴油机的排气管相连的排气歧管和柴油机的进气管相连的扫气箱之间还连接EGR系统，所述EGR系统包括通过第二单向截止阀与排气歧管连接的预洗涤器、连接在预洗涤器后的EGR冷却器、连接在EGR冷却器后的EGR洗涤器、连接在EGR洗涤器后的EGR水滴捕集器，EGR水滴捕集器的出口连接风机，风机的出口通过第三单向截止阀与扫气箱相连，所述进气系统还包括连接于压气机出口和排气歧管之间的包含第一单向截止阀的压缩空气旁通通路，在涡轮进出口之间设置废气旁通管路，废气旁通管路上设置第四单向截止阀，废气旁通管路连接余热锅炉，余热锅炉后通过三通阀连接废气洗涤装置或直接连通大气。本专利技术的船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置还可以包括：1、在空气中间冷却器与扫气箱之间空气水滴捕集器。2、所述预洗涤器和EGR洗涤器采用一级或多级喷淋塔结构，或采用填料塔结构。本专利技术的船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置的控制方法为：包括非EGR模式和EGR模式；船舶在非氮氧化物排放控制区航行时，发动机运行在非EGR模式，关闭EGR系统中第二、三单向截止阀，柴油机的废气通过排气歧管全部通入涡轮，压缩空气经过空气中间冷却器降温，进入水滴捕集器，进入扫气箱，再由进气管，进入柴油机参与燃烧；压缩空气旁通通路中的第一单向截止阀关闭，当发动机高负荷工作时，开启涡轮废气旁通通路中的第四单向截止阀，旁通多余废气；船舶在氮氧化物排放控制区航行时，发动机运行在EGR模式，开启EGR系统中的第二、三单向截止阀，柴油机大部分废气仍通入涡轮；其余废气通过第二单向截止阀流入EGR系统，经废气预洗装置降低废气温度并除去部分颗粒，再经EGR冷却器降低废气温度，进入EGR洗涤器除去废气中颗粒和SOx，再由水滴捕集器消除废气携带的水滴，废气通过EGR风机加压，经第三单向截止阀进入扫气箱和由进气通路过来的加压新鲜空气混合，混合气通过进气管，进入发动机参与燃烧，降低发动机NOx的生成和排放量；EGR模式下，涡轮废气旁通通路中的第四单向截止阀关闭，开启压缩空气旁通通路中的第一单向截止阀，由压气机向涡轮补充部分压缩空气；废气洗涤装置分为非洗涤模式和洗涤模式两种运行模式，当船舶在非硫排放控制区和非港口区域航行时，非再循环的废气，经过余热锅炉回收能量后，经三通阀，由废气旁通通路直接排入环境大气；当船舶在硫排放控制区或港口区域航行时，非再循环的废气，经过余热锅炉回收能量后，经三通阀，由废气洗涤脱硫通路流入废气洗涤装置，洗涤脱去其中SOx和颗粒，经洗涤装置顶部除雾器去除水滴后，排入环境大气；当船舶废气洗涤装置维修或出现故障时，废气经三通阀，由废气旁通通路直接排入大气环境。针对现有船舶柴油机排放控制技术的不足，本专利技术提出一种用于船舶柴油机NOx和SOx联合脱除的方法和装置，它能有效地改善发动机燃烧状况，降低缸内燃烧温度，减少柴油机的NOx生成和去除废气中的SOX，实现同时降低发动机废气中的NOx和SOx，满足IMO法规对船舶柴油机NOx和SOx排放的限制。本专利技术的技术方案的主要特点体现在：本专利技术的船舶柴油机NOx和SOx排放控制装置包含柴油机系统和附属于与柴油机系统的EGR装置及废气洗涤装置。所述EGR装置连接到排气歧管和扫气箱，其中设有单向截止阀、废气预洗装置、EGR冷却器、EGR洗涤器和EGR风机。所述的废气洗涤装置通过三通阀与余热锅炉排气出口相连。在所述柴油机系统中，在空气中间冷却器后增设水滴捕集器。在所述柴油机系统中，增设涡轮废气旁通通路，连通涡轮进出口。在所述柴油机系统中，增设压缩空气旁通通路，连通压气机出口和涡轮入口。在所述柴油机系统中，非再循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置，包括在与柴油机的排气管相连的排气歧管和与油机的进气管相连的扫气箱之间连接的进气系统，所述进气系统包括连通到排气歧管的涡轮、由涡轮驱动的压气机、连接于压气机出口与扫气箱之间的空气中间冷却器，其特征是：在与柴油机的排气管相连的排气歧管和柴油机的进气管相连的扫气箱之间还连接EGR系统，所述EGR系统包括通过第二单向截止阀与排气歧管连接的预洗涤器、连接在预洗涤器后的EGR冷却器、连接在EGR冷却器后的EGR洗涤器、连接在EGR洗涤器后的EGR水滴捕集器，EGR水滴捕集器的出口连接风机，风机的出口通过第三单向截止阀与扫气箱相连，所述进气系统还包括连接于压气机出口和排气歧管之间的包含第一单向截止阀的压缩空气旁通通路，在涡轮进出口之间设置废气旁通管路，废气旁通管路上设置第四单向截止阀，废气旁通管路连接余热锅炉，余热锅炉后通过三通阀连接废气洗涤装置或直接连通大气。

【技术特征摘要】
1.一种船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置，包括在与柴油机的排气管相连的排气歧管和与柴油机的进气管相连的扫气箱之间连接的进气系统，所述进气系统包括连通到排气歧管的涡轮、由涡轮驱动的压气机、连接于压气机出口与扫气箱之间的空气中间冷却器，其特征是：在与柴油机的排气管相连的排气歧管和柴油机的进气管相连的扫气箱之间还连接EGR系统，所述EGR系统包括通过第二单向截止阀与排气歧管连接的废气预洗装置、连接在废气预洗装置后的EGR冷却器、连接在EGR冷却器后的EGR洗涤器、连接在EGR洗涤器后的EGR水滴捕集器，EGR水滴捕集器的出口连接风机，风机的出口通过第三单向截止阀与扫气箱相连，所述进气系统还包括连接于压气机出口和排气歧管之间的包含第一单向截止阀的压缩空气旁通通路，在涡轮进出口之间设置废气旁通管路，废气旁通管路上设置第四单向截止阀，废气旁通管路连接余热锅炉，余热锅炉后通过三通阀连接废气洗涤装置或直接连通大气。2.根据权利要求1所述的船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置，其特征是：在空气中间冷却器与扫气箱之间设置空气水滴捕集器。3.根据权利要求1或2所述的船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置，其特征是：所述废气预洗装置和EGR洗涤器采用一级或多级喷淋塔结构，或采用填料塔结构。4.一种权利要求1所述的船舶柴油机NOx和SOx联合减排装置的控制方法，其特征是：包括非EGR模式和EGR模式；船舶在非氮氧化物排放控制区航行时，发动机运行在非EGR模式，关闭EGR系统中第二、三单向截止阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：周松，刘佃涛，杨军，张贺付，朱元清，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23