具有廢氣增壓系統(tǒng)和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃的制造方法
【專利摘要】一種內(nèi)燃機(jī)(10)，尤其一種大型柴油機(jī)例如船用柴油機(jī)，其具有至少一級(jí)的廢氣增壓系統(tǒng)(12)，它具有至少一個(gè)各具有一個(gè)壓縮機(jī)(16、17)和一個(gè)渦輪(18、19)的廢氣渦輪增壓器(14、15)；和具有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(13)，它使來自廢氣流中的廢氣分流并且與壓縮過的增壓空氣混合，其中廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(13)包括脫硫裝置(24)，該脫硫裝置用來使通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(13)引導(dǎo)的廢氣脫硫，并且其中，脫硫裝置(24)設(shè)計(jì)成固定床吸附器(27)。
【專利說明】具有廢氣增壓系統(tǒng)和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的內(nèi)燃機(jī)，尤其一種大型柴油機(jī)如船用柴油機(jī)。此外，本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行這種內(nèi)燃機(jī)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]DE102008061399A1公開了一種具有廢氣增壓系統(tǒng)和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)?，F(xiàn)有技術(shù)公開的內(nèi)燃機(jī)包括具有兩個(gè)廢氣渦輪增壓器的廢氣增壓系統(tǒng)，其中每個(gè)廢氣渦輪增壓器包括壓縮機(jī)和渦輪。兩個(gè)廢氣渦輪增壓器在這種情況下一個(gè)接一個(gè)地串聯(lián)連接起來。根據(jù)DE102008061399A1的內(nèi)燃機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用于廢氣流的廢氣直接在內(nèi)燃機(jī)之后進(jìn)行分流和用于廢氣與在兩個(gè)連續(xù)連接起來的廢氣渦輪增壓器的兩個(gè)壓縮機(jī)之間被壓縮過的增壓空氣進(jìn)行混合，其中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)具有脫硫裝置，從而從廢氣流中除去硫和其它酸性成分。脫硫裝置根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在這種情況下是廢氣洗滌機(jī)，在該廢氣洗滌機(jī)中，使用摻入有氫氧化鈉溶液或者其它化學(xué)劑的洗滌水來進(jìn)行廢氣脫硫。這種廢氣洗滌需要費(fèi)用較貴的水處理并且用水較多。此外，這種廢氣清洗機(jī)僅可用在2沖程的內(nèi)燃機(jī)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種新型內(nèi)燃機(jī)和一種用于運(yùn)行它的方法。
[0004]這個(gè)目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，脫硫裝置設(shè)計(jì)成固定床吸附器。
[0005]通過本發(fā)明，第一次提出在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)通過設(shè)計(jì)成固定床吸附器的脫硫裝置來實(shí)現(xiàn)廢氣脫硫。這具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以省去在廢氣洗滌時(shí)所需要的水處理。此夕卜，可以使所需要的用水量大大減少。此外，本發(fā)明不僅可以用在2沖程內(nèi)燃機(jī)中，而且也可以用在4沖程內(nèi)燃機(jī)中。
[0006]優(yōu)選地，廢氣再循環(huán)冷卻器設(shè)置在固定床吸附器之前，從而冷卻經(jīng)由固定床吸附器引導(dǎo)的廢氣。在廢氣引導(dǎo)到固定床吸附器之前借助廢氣再循環(huán)冷卻器在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的廢氣冷卻可使得固定床吸附器在最佳的運(yùn)行條件下工作。
[0007]根據(jù)有利的改進(jìn)，固定床吸附器在工作模式下用于從廢氣中脫硫并且在再生模式下用于固定床吸附器中的吸附劑進(jìn)行再生。優(yōu)選地，廢氣再循環(huán)冷卻器分配有冷凝水收集器，其中在用來使吸附劑進(jìn)行再生的再生模式下在冷凝水收集器中收集的冷凝水可以用來洗滌吸附劑。此后，當(dāng)固定床吸附器不僅在工作模式下而且在再生模式下可以工作時(shí)，通過固定床吸附器的再生可以在不需要更換吸附劑的情況下確保廢氣在廢氣再循環(huán)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行高效脫硫。固定床吸附器借助冷凝水進(jìn)行吸附劑再生，在這種情況下處理技術(shù)上簡(jiǎn)單并且費(fèi)用低。
[0008]本發(fā)明的用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法在權(quán)利要求8中限定。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)由從屬權(quán)利要求和下面的描述來給出。本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖來詳細(xì)說明，但不局限于此。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]在附圖中:
[0011]圖1是本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)，尤其涉及一種大型柴油機(jī)如船用柴油機(jī)。這種內(nèi)燃機(jī)用重油或者船用柴油來運(yùn)行。這種燃料通常具有較高的含硫量。
[0013]圖1示出了內(nèi)燃機(jī)10的示意性視圖，該內(nèi)燃機(jī)包括多個(gè)汽缸11，在這些汽缸內(nèi)燃燒燃料。此外，該內(nèi)燃機(jī)10包括廢氣增壓系統(tǒng)12，其中，廢氣在該廢氣增壓系統(tǒng)中降低壓力并且在這里利用所獲得的能量來壓縮增壓空氣。除了廢氣增壓系統(tǒng)12之外，該內(nèi)燃機(jī)還包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13，從而使廢氣與增壓空氣相混合。
[0014]在所示出的實(shí)施例中，廢氣增壓系統(tǒng)12包括兩個(gè)廢氣渦輪增壓器14和15，其中每個(gè)廢氣渦輪增壓器14和15包括壓縮機(jī)16或者17和渦輪18或者19。圖1的廢氣增壓系統(tǒng)12的廢氣渦輪增壓器14的渦輪18在這種情況下作為高壓渦輪工作，而廢氣渦輪增壓器15的渦輪19作為低壓渦輪工作。廢氣渦輪增壓器15的壓縮機(jī)17作為低壓壓縮機(jī)工作，而廢氣渦輪增壓器14的壓縮機(jī)16作為高壓壓縮機(jī)工作。
[0015]從內(nèi)燃機(jī)10的汽缸11中所排出的廢氣在廢氣增壓系統(tǒng)12的區(qū)域內(nèi)、首先在高壓渦輪18的區(qū)域內(nèi)降低壓力，并緊接著在低壓渦輪19的區(qū)域內(nèi)降低壓力。在這里，所獲得的能量被用來驅(qū)動(dòng)各自壓縮機(jī)16或者17，其中高壓渦輪18驅(qū)動(dòng)高壓壓縮機(jī)16，而低壓渦輪19驅(qū)動(dòng)低壓壓縮機(jī)17。增壓空氣首先在低壓壓縮機(jī)17的區(qū)域內(nèi)得到壓縮，并緊接著在高壓壓縮機(jī)16的區(qū)域內(nèi)被壓縮。如從圖1中可以得知的那樣，在廢氣渦輪增壓器15的壓縮機(jī)17下游及在廢氣渦輪增壓器14的壓縮機(jī)16下游處各自設(shè)置了增壓空氣冷卻器20或者21，從而冷卻各自被壓縮的增壓空氣。
[0016]在圖1的實(shí)施例中，在渦輪增壓器14的壓縮機(jī)16下游和在增壓空氣冷卻器20的上游設(shè)置了具有同樣相關(guān)的旁通閥23的旁通管路22，其中，在旁通閥23打開時(shí)，增壓空氣可以通過該旁通管路22從內(nèi)燃機(jī)10旁邊在廢氣渦輪增壓器14的渦輪18的方向上被引導(dǎo)。
[0017]如已述的那樣，廢氣增壓系統(tǒng)12在所示出的實(shí)施例中包括兩個(gè)廢氣渦輪增壓器14和15。替代這種2級(jí)廢氣增壓系統(tǒng)，也可以使用僅具有唯一廢氣渦輪增壓器的一級(jí)廢氣增壓系統(tǒng)。
[0018]除了廢氣增壓系統(tǒng)12之外，內(nèi)燃機(jī)10包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13，其中根據(jù)圖1，廢氣通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13直接地在內(nèi)燃機(jī)10之后分流，并因此在廢氣渦輪增壓器14的渦輪18下游分流，以及通過與廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13配置的脫硫裝置26來引導(dǎo)，用以在圖1的實(shí)施例中該廢氣在增壓空氣冷卻器20的下游處和因此直接在內(nèi)燃機(jī)10之前與壓縮增壓空氣相混合之前，使廢氣脫硫。
[0019]與所示出的實(shí)施例不同，下面這些也是可以的，即通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13來引導(dǎo)的脫硫廢氣在增壓空氣冷卻器21的下游處和在壓縮機(jī)16的上游處與壓縮過的增壓空氣相混合。
[0020]通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13的廢氣輸送一方面依賴于廢氣再循環(huán)閥25的打開位置，而另一方面依賴于廢氣再循環(huán)通風(fēng)機(jī)26的轉(zhuǎn)速。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，用來對(duì)由廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13引導(dǎo)的廢氣脫硫的脫硫裝置24是固定床吸附器27，該吸附器27優(yōu)選地具有活性炭和/或沸石作為吸附劑。優(yōu)選地，固定床吸附器27具有堆積密度為100kg/m3到800kg/m3和/或具有有效表面為100m2/g到1200m2/g的吸附劑。
[0022]在所示出的實(shí)施例中，廢氣再循環(huán)冷卻器28設(shè)置在固定床吸附器27之前(上游)。在廢氣供給到固定床吸附器27之前，廢氣再循環(huán)冷卻器28用于冷卻在廢氣再循環(huán)閥25打開時(shí)通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13引導(dǎo)的廢氣。
[0023]在通過設(shè)計(jì)成固定床吸附器27的脫硫裝置24引導(dǎo)要被脫硫的廢氣時(shí)，廢氣的硫高效率地結(jié)合到吸附劑中，其中在一定的處理持續(xù)時(shí)間之后一定要使固定床吸附器27的吸附劑更換或者備選地再生，從而維持高效率地脫硫。
[0024]在優(yōu)選實(shí)施例中，固定床吸附器27在工作模式下用于通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13引導(dǎo)的廢氣的脫硫，以及在再生模式下用于固定床吸附器27的吸附劑的再生，其中在優(yōu)選實(shí)施列中，固定床吸附器27的再生借助冷凝水來實(shí)現(xiàn)。
[0025]圖1如此地示出，即廢氣再循環(huán)冷卻器28分配有冷凝水收集器29，在工作模式期間形成的冷凝水可以被收集在該收集器中。在再生模式下，該冷凝水借助供給泵30可以從冷凝水收集器29取出，并且被引導(dǎo)到固定床吸附器27的吸附劑，以使其吸附劑再生。
[0026]在固定床吸附器27的工作模式下，如前述的那樣，通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13引導(dǎo)的廢氣借助廢氣再循環(huán)冷卻器28冷卻，即這樣地，具有30°C到200°C的溫度、尤其具有30°C到150°C的溫度、優(yōu)選具有大約90°C的溫度的廢氣可以通過固定床吸附器27來引導(dǎo)，其中廢氣在固定床吸附器27區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間為小于10秒、優(yōu)選為小于5秒。
[0027]根據(jù)吸附器的硫負(fù)載和尺寸大小，用于其吸附劑再生的、固定床吸附器17的再生模式優(yōu)選以固定的時(shí)間間隔來實(shí)施，例如每天一次或者也可以一天多次。再生模式在這種情況下持續(xù)5分鐘到10分鐘之間。
[0028]本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)可以實(shí)現(xiàn)完全新型地對(duì)通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)13引導(dǎo)的廢氣脫硫。借助固定床吸附器27來實(shí)現(xiàn)脫硫，其中吸附劑優(yōu)選為活性炭和/或沸石。
[0029]在脫硫時(shí)只需要很少的水?？梢允∪ピ诂F(xiàn)有技術(shù)中需要的費(fèi)用較貴的水處理。冷凝水和/或廢氣根據(jù)圖1在最后的渦輪19下游處可以被噴灑到廢氣中或者噴灑到相應(yīng)的廢氣管路中并且這樣地清除它。
[0030]本發(fā)明不僅可以用在2沖程的內(nèi)燃機(jī)中，而且也可以用在4沖程內(nèi)燃機(jī)中。
[0031]本發(fā)明不僅適用于具有一級(jí)廢氣增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，而且還適用于具有多級(jí)廢氣增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。
[0032]優(yōu)選地，本發(fā)明適用于大型柴油機(jī)如船用柴油機(jī)。
[0033]附圖標(biāo)記說明
[0034]10內(nèi)燃機(jī)
[0035]11 汽缸
[0036]12廢氣增壓系統(tǒng)
[0037]13廢氣再循環(huán)系統(tǒng)
[0038]14廢氣渦輪增壓器
[0039]15廢氣渦輪增壓器
[0040]16壓縮機(jī)
[0041]17壓縮機(jī)
[0042]18 渦輪
[0043]19 渦輪
[0044]20增壓空氣冷卻器
[0045]21增壓空氣冷卻器
[0046]22旁通管路
[0047]23旁通閥
[0048]24脫硫裝置
[0049]25廢氣再循環(huán)閥
[0050]26廢氣再循環(huán)通風(fēng)機(jī)
[0051]27固定床吸附器
[0052]28廢氣再循環(huán)冷卻器
[0053]29冷凝水收集器
[0054]30供給泵
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)(10)，尤其一種大型柴油機(jī)例如船用柴油機(jī)，其具有至少一級(jí)的廢氣增壓系統(tǒng)(12)，它具有至少一個(gè)各具有一個(gè)壓縮機(jī)(16、17)和一個(gè)渦輪(18、19)的廢氣渦輪增壓器(14、15);和具有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(13)，它使來自廢氣流中的廢氣分流并且與壓縮過的增壓空氣混合，其中廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(13)包括脫硫裝置(24)，該脫硫裝置用來使通過廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(13)引導(dǎo)的廢氣脫硫，其特征在于，脫硫裝置(24)設(shè)計(jì)成固定床吸附器(27)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，固定床吸附器(27)具有活性炭和/或沸石作為吸附劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，固定床吸附器(27)具有堆積密度為在100kg/m3到SOOkg/m^'51和/或有效表面為在100m2/g到1200m2/g之間的吸附劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在固定床吸附器(27)之前設(shè)置一廢氣再循環(huán)冷卻器(28)，以冷卻引導(dǎo)到固定床吸附器的廢氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，固定床吸附器(27)在工作模式下用來使廢氣脫硫，并且在再生模式下用來使固定床吸附器(27)的吸附劑再生。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，廢氣再循環(huán)冷卻器(28)分配有冷凝水收集器(29)，其中在使固定床吸附器(27)的吸附劑再生的再生模式下在冷凝水收集器(29)中收集的冷凝水可以用來洗滌吸附劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于供給泵(30)，通過該供給泵(30)在再生模式下可以從冷凝水收集器(29)中取出冷凝水，并且可以供給到固定床吸附器(27)，從而使吸附劑再生。
8.一種用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的方法，其特征在于，在固定床吸附器的工作模式下，在固定床吸附器上游處把廢氣冷卻到位于30°C和200°C之間的溫度，其中廢氣在固定床吸附器中的停留時(shí)間為小于10秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在固定床吸附器的再生模式下，它的吸附劑用冷凝水來漂洗，其中再生模式的持續(xù)時(shí)間為5分鐘到10分鐘之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，固定床吸附器的再生模式以固定的時(shí)間間隔來實(shí)施。
【文檔編號(hào)】F02M25/07GK104411960SQ201380028817
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】P·托舍夫, S·施呂特 申請(qǐng)人:曼柴油機(jī)和渦輪機(jī)歐洲股份公司