内燃发动机及对其中的氨进行管理的方法技术

本申请提供了一种大型二冲程单流扫气式涡轮增压型内燃发动机以及对发动机中的氨进行管理的方法，发动机具有主燃料为氨的至少一种操作模式。发动机包括：至少一个气缸，汽缸具有气缸衬套(1)、位于气缸衬套中的往复活塞(10)以及覆盖气缸的气缸盖(22)；燃烧室(15)，燃烧室(15)形成在气缸(10)内部且位于往复活塞(10)与气缸盖(22)之间；氨燃料系统(30)，氨燃料系统构造成用于将增压氨供给至布置在气缸盖(22)或气缸衬套(1)中的燃料阀(50，50')；以及氨排离流动路径(42，44，47)，氨排离流动路径将氨燃料系统(30)的出口部连接至氨吸收系统(60)的入口部，氨吸收系统(60)在使用期间容纳水，以用于将通过排离路径供给的氨吸收到水中，从而形成氨水。从而形成氨水。从而形成氨水。

【技术实现步骤摘要】
内燃发动机及对其中的氨进行管理的方法


[0001]本公开涉及大型二冲程单流扫气式涡轮增压型内燃发动机，该发动机在至少一种模式下通过作为用于在发动机中进行燃烧的燃料的氨来操作。

技术介绍

[0002]大型二冲程单流扫气式涡轮增压型压缩点火内燃十字头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。巨大的尺寸、重量和功率输出使得上述发动机与普通燃烧发动机完全不同，因此将大型二冲程涡轮增压型压缩点火内燃发动机自身归为一类。
[0003]在过去，内燃发动机主要通过碳氢化合物燃料操作，碳氢化合物燃料比如为燃料油如柴油，或者，内燃发动机通过燃料气体如天然气或石油气体操作。碳氢化合物燃料的燃烧会释放二氧化碳(CO2)以及其他导致大气污染和气候变化的温室气体。与导致副产品排放的化石燃料杂质不同，二氧化碳是碳氢化合物燃烧不可避免的产物。燃料的能量密度和二氧化碳覆盖区(CO2 footprint)取决于碳氢化合物链的长度及其碳氢化合物分子的复杂性。因此，气态的碳氢化合物燃料具有比液态的碳氢化合物燃料低的覆盖区，其中，缺点在于气态碳氢化合物燃料更具挑战性并且处理及储存成本更高。为了减少二氧化碳覆盖区，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、太阳能、水或热)获得的合成产品，并且当氨由可再生资源生成时，氨在燃烧时几乎没有碳覆盖区、或者几乎不会排放任何CO2、SOX、颗粒物、或未燃烧的碳氢化合物。
[0005]氨已在小型火花点火式内燃发动机中进行了小规模测试和使用，但尚未被用于为压缩点火式内燃发动机提供动力。
[0006]氨是较危险的且具有刺激性气味。因此，应避免氨从发动机逸出。当通过氨进行的操作被中止并更改成例如通过常规燃料进行操作时，燃料系统中的氨需要被清除，并且经清除的氨不能简单地排出至大气/周围环境。需要处理过量氨的其他情况可能例如是由发动机的泄漏或其他故障引起的情况。在这些和类似情况下，需要提供一种终止氨的解决方案。
[0007]CN112696289公开了一种船用液体氨燃料供给和燃料回收系统。该系统包括氨燃料发动机、液体氨供给系统、液体氨循环系统和液体氨氮清除排放系统。根据该系统，实现了船用液体氨燃料的高压液体供给(70巴，45
±
10摄氏度)，并且可以回收管路中未消耗的液体氨燃料，从而可以节省大量燃料，同时，减少了排放至排气桅杆(ventilation mast)的氨燃料，并且改进了船舶和人员的安全。

技术实现思路

[0008]目的是提供一种克服或至少减少上述问题的大型二冲程单流扫气涡轮增压式内燃发动机。
[0009]前述和其他目的通过独立权利要求的特征来实现。另外的实现形式根据从属权利要求、说明书和附图是显而易见的。
[0010]根据第一方面，提供了一种大型二冲程单流扫气涡轮增压式内燃发动机，该发送机具有主燃料为氨的至少一种操作模式，该发动机包括：
[0011]‑
至少一个气缸，气缸具有气缸衬套、位于气缸衬套中的往复活塞、和覆盖气缸的气缸盖，
[0012]‑
燃烧室，燃烧室形成在气缸的内部且位于往复活塞与气缸盖(22)之间，
[0013]‑
氨燃料系统，氨燃料系统构造成用于将增压的氨供给至燃料阀，燃料阀布置在气缸盖中，或者，燃料阀布置在气缸衬套中，
[0014]‑
氨吸收系统60，以及
[0015]氨排离流动路径，氨排离流动路径将氨燃料系统的出口部连接至氨吸收系统的入口部，氨吸收系统在使用期间容纳有水，以用于将通过排离路径供给的氨吸收到水中，从而形成氨水。
[0016]通过提供清除流动路径和氨吸收系统，可以处理需要处理来自发动机的过量氨的突发事件，例如当通过氨燃料进行的操作终止时所需的清除事件或泄漏事件。通过将氨溶解在含水吸收系统中，可以将大量氨暂时储存在水中，从而产生氨水。氨水可在发动机中用作燃料或用作SCR反应器中的还原剂以对排放气体进行清洁。
[0017]专利技术人意识到氨的溶解度通常随着水温降低而增加。通过添加使水冷却的冷却回路设施，回收系统(罐)中所回收的氨的实际量可能会增加，从而提高回收率。
[0018]在第一方面的可能实现形式中，氨吸收系统包括至少一个容器，该容器在使用期间至少部分地填充有水，优选地，至少一个容器包括用于连接至水源的水入口部，优选地，至少一个容器包括用于氨水的排离的氨水出口部。
[0019]在第一方面的可能的实现形式中，发动机是双燃料发动机，发动机优选地包括用于向发动机的气缸供给常规燃料的燃料系统。
[0020]在第一方面的可能的实现形式中，氨水出口部连接至氨燃料系统，用于使氨水在发动机内燃烧。
[0021]在第一方面的可能的实现形式中，发动机包括位于发动机的排放气体流动路径中的SCR反应器，其中，氨水出口部连接至与SCR反应器相关联的还原剂入口部。
[0022]在第一方面的可能的实现形式中，氨吸收系统包括压力容器，该压力容器在使用期间至少部分地填充有水，优选地，该压力容器设置有用于使压力容器的温度降低的冷却系统，优选地，该压力容器包括用于引入气相氨的气相氨入口部，优选地，压力容器连接至水源，优选地，压力容器具有用于氨水的排离的氨水出口部。
[0023]在第一方面的可能的实现形式中，氨吸收系统包括填充式吸收塔，优选地，填充式吸收塔包括用于引入气相氨的气相氨入口部，优选地，填充式吸收塔连接至水源，优选地，填充式吸收塔具有用于氨水的排离的氨水出口部。
[0024]在第一方面的可能的实现形式中，氨吸收系统包括在使用期间至少部分地填充有水的水罐的级联件，优选地，第一水罐包括气相氨入口部和气相氨出口部、水入口部和氨水出口部，优选地，随后的水罐包括连接至第一水罐的气相氨出口部连接的气相氨入口部以及连接至第一水罐的水入口部的氨水出口部，并且随后的水罐包括气相氨出口部，优选地，
水罐的级联件构造成用于使水流逆着气相氨的流而逆向流动，其中，在使用期间气相氨流动时的最上游的罐的水中具有最高浓度的氨水并且最上游的罐设置有氨水出口部，在使用期间气相氨流动时的最下游的罐在罐中的水中具有最低浓度的氨，优选地，气相氨流动时的最下游的罐设置有用于将气相材料从罐排出的排出部。
[0025]在第一方面的可能的实现形式中，氨燃料系统包括清除系统，清除系统构造成用于使氨从燃料系统排离至氨吸收系统，优选地，清除系统包括增压氮源，优选地，增压氮源经由清除阀连接至燃料系统，优选地，清除系统使用氨排离流动路径来将氨从氨燃料系统清除至氨吸收系统。
[0026]在第一方面的可能的实现形式中，氨燃料系统包括：中压氨供给线路；氨返回线路；第一清除线路，第一清除线路将中压氨供给线路连接至氨吸收系统；第二清除线路，第二清除线路将氨返回线路连接至氨吸收系统；以及优选地，氨燃料系统包括阀，阀用于将中压氨供给阀和氨返回线路选择性地连接至氨吸收系统。
[0027]在第一方面的可能的实现形式中，分离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型二冲程单流扫气式涡轮增压型内燃发动机，所述发动机具有主燃料为氨的至少一种操作模式，所述发动机包括：
‑
至少一个气缸，所述气缸具有气缸衬套(1)、位于所述气缸衬套(1)中的往复活塞(10)、和覆盖所述气缸的气缸盖(22)，
‑
燃烧室，所述燃烧室形成在所述气缸(1)的内部且位于所述往复活塞(10)与所述气缸盖(22)之间，
‑
氨燃料系统(30)，所述氨燃料系统(30)构造成用于将增压的氨供给至燃料阀(50，50')，所述燃料阀布置在所述气缸盖(22)中，或者，所述燃料阀布置在所述气缸衬套(1)中，
‑
氨吸收系统(60)，以及
‑
氨排离流动路径(42，44，47)，其中，所述氨排离流动路径(42，44，47)将所述氨燃料系统(30)的出口部连接至所述氨吸收系统(60)的入口部，所述氨吸收系统(60)在使用期间容纳有水，以用于将通过所述氨排离路径供给的氨吸收到所述水中，从而形成氨水。2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述氨吸收系统(60)包括至少一个容器(58，61，63，65，78)，所述至少一个容器在使用期间至少部分地填充有水，优选地，所述至少一个容器(58，61，63，65，78)包括用于连接至水源(71)的水入口部，优选地，所述至少一个容器(58，61，63，65，78)包括用于所述氨水的排离的氨水出口部。3.根据权利要求2所述的发动机，其中，所述氨水出口部连接至所述氨燃料系统(30)，以用于使所述氨水在所述发动机中燃烧。4.根据权利要求2所述的发动机，包括位于所述发动机的排放气体流动路径中的SCR反应器(28)，其中，所述氨水出口部连接至与所述SCR反应器(28)相关联的还原剂入口部。5.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述氨吸收系统(60)包括压力容器(58)，所述压力容器在使用期间至少部分地填充有水，优选地，所述压力容器(58)设置有用于使所述压力容器(58)的温度降低的冷却系统，优选地，所述压力容器(58)包括用于引入气相氨的气相氨入口部，优选地，所述压力容器连接至水源(71)，以及优选地，所述压力容器(58)具有用于所述氨水的排离的氨水出口部。6.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述氨吸收系统(60)包括填充式吸收塔(78)，优选地，所述填充式吸收塔(78)包括用于引入气相氨的气相氨入口部，优选地，所述氨吸收系统(60)连接至水源(71)，以及优选地，所述氨吸收系统(60)具有用于所述氨水的排离的氨水出口部。7.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述氨吸收系统(60)包括水罐(61，63，65)的级联件，所述水罐(61，63，65)的级联件在使用期间至少部分地填充有水，优选地，第一水罐(61)包括气相氨入口部和气相氨出口部、水入口部和氨水出口部，优选地，随后的水罐(62，63)包括连接至所述第一水罐(61)的所述气相氨出口部的气相氨入口部以及连接至所述第一水罐(61)的所述水入口部的氨水出口部，并且随后的水罐(62，63)包括气相氨出口部，优选地，所述水罐(61，62，65)的级联件构造成用于使水流逆着气相氨的流而逆向流动，其中，在使用期间气相氨流动时的最上游的罐(61)在所述罐(61)的水中具有最高浓度的氨并且
所述最上游的罐(61)设置有氨水出口部，在使用期间气相氨流动时的最下游的罐(65)在所述罐(65)的水中具有最低浓度的氨，优选地，所述气相氨流动时的所述最下游的罐(65)设置有用于将气相材料从所述罐(65)排出的排出部。8.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述氨燃料系统(30)包括清除系统，所述清...

【专利技术属性】
技术研发人员：金，
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：