CN104411960A - 具有废气增压系统和废气再循环系统的内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机(10)，尤其一种大型柴油机例如船用柴油机，其具有至少一级的废气增压系统(12)，它具有至少一个各具有一个压缩机(16、17)和一个涡轮(18、19)的废气涡轮增压器(14、15)；和具有废气再循环系统(13)，它使来自废气流中的废气分流并且与压缩过的增压空气混合，其中废气再循环系统(13)包括脱硫装置(24)，该脱硫装置用来使通过废气再循环系统(13)引导的废气脱硫，并且其中，脱硫装置(24)设计成固定床吸附器(27)。

Description

具有废气增压系统和废气再循环系统的内燃机
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的内燃机，尤其一种大型柴油机如船用柴油机。此外，本发明涉及一种用于运行这种内燃机的方法。
背景技术
DE102008061399A1公开了一种具有废气增压系统和废气再循环系统的内燃机。现有技术公开的内燃机包括具有两个废气涡轮增压器的废气增压系统，其中每个废气涡轮增压器包括压缩机和涡轮。两个废气涡轮增压器在这种情况下一个接一个地串联连接起来。根据DE102008061399A1的内燃机废气再循环系统用于废气流的废气直接在内燃机之后进行分流和用于废气与在两个连续连接起来的废气涡轮增压器的两个压缩机之间被压缩过的增压空气进行混合，其中根据现有技术，废气再循环系统具有脱硫装置，从而从废气流中除去硫和其它酸性成分。脱硫装置根据现有技术在这种情况下是废气洗涤机，在该废气洗涤机中，使用掺入有氢氧化钠溶液或者其它化学剂的洗涤水来进行废气脱硫。这种废气洗涤需要费用较贵的水处理并且用水较多。此外，这种废气清洗机仅可用在2冲程的内燃机中。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种新型内燃机和一种用于运行它的方法。
这个目的通过根据权利要求1所述的内燃机来实现。根据本发明，脱硫装置设计成固定床吸附器。
通过本发明，第一次提出在废气再循环系统区域内通过设计成固定床吸附器的脱硫装置来实现废气脱硫。这具有这样的优点，即可以省去在废气洗涤时所需要的水处理。此外，可以使所需要的用水量大大减少。此外，本发明不仅可以用在2冲程内燃机中，而且也可以用在4冲程内燃机中。
优选地，废气再循环冷却器设置在固定床吸附器之前，从而冷却经由固定床吸附器引导的废气。在废气引导到固定床吸附器之前借助废气再循环冷却器在废气再循环系统区域内进行的废气冷却可使得固定床吸附器在最佳的运行条件下工作。
根据有利的改进，固定床吸附器在工作模式下用于从废气中脱硫并且在再生模式下用于固定床吸附器中的吸附剂进行再生。优选地，废气再循环冷却器分配有冷凝水收集器，其中在用来使吸附剂进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来洗涤吸附剂。此后，当固定床吸附器不仅在工作模式下而且在再生模式下可以工作时，通过固定床吸附器的再生可以在不需要更换吸附剂的情况下确保废气在废气再循环系统区域内进行高效脱硫。固定床吸附器借助冷凝水进行吸附剂再生，在这种情况下处理技术上简单并且费用低。
本发明的用于运行内燃机的方法在权利要求8中限定。
本发明的优选改进由从属权利要求和下面的描述来给出。本发明的实施例参照附图来详细说明，但不局限于此。
附图说明
在附图中：
图1是本发明内燃机的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种内燃机，尤其涉及一种大型柴油机如船用柴油机。这种内燃机用重油或者船用柴油来运行。这种燃料通常具有较高的含硫量。
图1示出了内燃机10的示意性视图，该内燃机包括多个汽缸11，在这些汽缸内燃烧燃料。此外，该内燃机10包括废气增压系统12，其中，废气在该废气增压系统中降低压力并且在这里利用所获得的能量来压缩增压空气。除了废气增压系统12之外，该内燃机还包括废气再循环系统13，从而使废气与增压空气相混合。
在所示出的实施例中，废气增压系统12包括两个废气涡轮增压器14和15，其中每个废气涡轮增压器14和15包括压缩机16或者17和涡轮18或者19。图1的废气增压系统12的废气涡轮增压器14的涡轮18在这种情况下作为高压涡轮工作，而废气涡轮增压器15的涡轮19作为低压涡轮工作。废气涡轮增压器15的压缩机17作为低压压缩机工作，而废气涡轮增压器14的压缩机16作为高压压缩机工作。
从内燃机10的汽缸11中所排出的废气在废气增压系统12的区域内、首先在高压涡轮18的区域内降低压力，并紧接着在低压涡轮19的区域内降低压力。在这里，所获得的能量被用来驱动各自压缩机16或者17，其中高压涡轮18驱动高压压缩机16，而低压涡轮19驱动低压压缩机17。增压空气首先在低压压缩机17的区域内得到压缩，并紧接着在高压压缩机16的区域内被压缩。如从图1中可以得知的那样，在废气涡轮增压器15的压缩机17下游及在废气涡轮增压器14的压缩机16下游处各自设置了增压空气冷却器20或者21，从而冷却各自被压缩的增压空气。
在图1的实施例中，在涡轮增压器14的压缩机16下游和在增压空气冷却器20的上游设置了具有同样相关的旁通阀23的旁通管路22，其中，在旁通阀23打开时，增压空气可以通过该旁通管路22从内燃机10旁边在废气涡轮增压器14的涡轮18的方向上被引导。
如已述的那样，废气增压系统12在所示出的实施例中包括两个废气涡轮增压器14和15。替代这种2级废气增压系统，也可以使用仅具有唯一废气涡轮增压器的一级废气增压系统。
除了废气增压系统12之外，内燃机10包括废气再循环系统13，其中根据图1，废气通过废气再循环系统13直接地在内燃机10之后分流，并因此在废气涡轮增压器14的涡轮18下游分流，以及通过与废气再循环系统13配置的脱硫装置26来引导，用以在图1的实施例中该废气在增压空气冷却器20的下游处和因此直接在内燃机10之前与压缩增压空气相混合之前，使废气脱硫。
与所示出的实施例不同，下面这些也是可以的，即通过废气再循环系统13来引导的脱硫废气在增压空气冷却器21的下游处和在压缩机16的上游处与压缩过的增压空气相混合。
通过废气再循环系统13的废气输送一方面依赖于废气再循环阀25的打开位置，而另一方面依赖于废气再循环通风机26的转速。
根据本发明，用来对由废气再循环系统13引导的废气脱硫的脱硫装置24是固定床吸附器27，该吸附器27优选地具有活性炭和/或沸石作为吸附剂。优选地，固定床吸附器27具有堆积密度为100kg/m3到800kg/m3和/或具有有效表面为100m2/g到1200m2/g的吸附剂。
在所示出的实施例中，废气再循环冷却器28设置在固定床吸附器27之前(上游)。在废气供给到固定床吸附器27之前，废气再循环冷却器28用于冷却在废气再循环阀25打开时通过废气再循环系统13引导的废气。
在通过设计成固定床吸附器27的脱硫装置24引导要被脱硫的废气时，废气的硫高效率地结合到吸附剂中，其中在一定的处理持续时间之后一定要使固定床吸附器27的吸附剂更换或者备选地再生，从而维持高效率地脱硫。
在优选实施例中，固定床吸附器27在工作模式下用于通过废气再循环系统13引导的废气的脱硫，以及在再生模式下用于固定床吸附器27的吸附剂的再生，其中在优选实施列中，固定床吸附器27的再生借助冷凝水来实现。
图1如此地示出，即废气再循环冷却器28分配有冷凝水收集器29，在工作模式期间形成的冷凝水可以被收集在该收集器中。在再生模式下，该冷凝水借助供给泵30可以从冷凝水收集器29取出，并且被引导到固定床吸附器27的吸附剂，以使其吸附剂再生。
在固定床吸附器27的工作模式下，如前述的那样，通过废气再循环系统13引导的废气借助废气再循环冷却器28冷却，即这样地，具有30℃到200℃的温度、尤其具有30℃到150℃的温度、优选具有大约90℃的温度的废气可以通过固定床吸附器27来引导，其中废气在固定床吸附器27区域内的停留时间为小于10秒、优选为小于5秒。
根据吸附器的硫负载和尺寸大小，用于其吸附剂再生的、固定床吸附器17的再生模式优选以固定的时间间隔来实施，例如每天一次或者也可以一天多次。再生模式在这种情况下持续5分钟到10分钟之间。
本发明的内燃机可以实现完全新型地对通过废气再循环系统13引导的废气脱硫。借助固定床吸附器27来实现脱硫，其中吸附剂优选为活性炭和/或沸石。
在脱硫时只需要很少的水。可以省去在现有技术中需要的费用较贵的水处理。冷凝水和/或废气根据图1在最后的涡轮19下游处可以被喷洒到废气中或者喷洒到相应的废气管路中并且这样地清除它。
本发明不仅可以用在2冲程的内燃机中，而且也可以用在4冲程内燃机中。
本发明不仅适用于具有一级废气增压系统的内燃机，而且还适用于具有多级废气增压系统的内燃机。
优选地，本发明适用于大型柴油机如船用柴油机。
附图标记说明
10内燃机
11汽缸
12废气增压系统
13废气再循环系统
14废气涡轮增压器
15废气涡轮增压器
16压缩机
17压缩机
18涡轮
19涡轮
20增压空气冷却器
21增压空气冷却器
22旁通管路
23旁通阀
24脱硫装置
25废气再循环阀
26废气再循环通风机
27固定床吸附器
28废气再循环冷却器
29冷凝水收集器
30供给泵

Claims (10)

1.一种内燃机(10)，尤其一种大型柴油机例如船用柴油机，其具有至少一级的废气增压系统(12)，它具有至少一个各具有一个压缩机(16、17)和一个涡轮(18、19)的废气涡轮增压器(14、15)；和具有废气再循环系统(13)，它使来自废气流中的废气分流并且与压缩过的增压空气混合，其中废气再循环系统(13)包括脱硫装置(24)，该脱硫装置用来使通过废气再循环系统(13)引导的废气脱硫，其特征在于，脱硫装置(24)设计成固定床吸附器(27)。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，固定床吸附器(27)具有活性炭和/或沸石作为吸附剂。
3.根据权利要求1或者2所述的内燃机，其特征在于，固定床吸附器(27)具有堆积密度为在100kg/m3到800kg/m3之间和/或有效表面为在100m2/g到1200m2/g之间的吸附剂。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的内燃机，其特征在于，在固定床吸附器(27)之前设置一废气再循环冷却器(28)，以冷却引导到固定床吸附器的废气。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的内燃机，其特征在于，固定床吸附器(27)在工作模式下用来使废气脱硫，并且在再生模式下用来使固定床吸附器(27)的吸附剂再生。
6.根据权利要求5所述的内燃机，其特征在于，废气再循环冷却器(28)分配有冷凝水收集器(29)，其中在使固定床吸附器(27)的吸附剂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来洗涤吸附剂。
7.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于供给泵(30)，通过该供给泵(30)在再生模式下可以从冷凝水收集器(29)中取出冷凝水，并且可以供给到固定床吸附器(27)，从而使吸附剂再生。
8.一种用于运行根据权利要求1-7中任一项所述的内燃机的方法，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处把废气冷却到位于30℃和200℃之间的温度，其中废气在固定床吸附器中的停留时间为小于10秒。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在固定床吸附器的再生模式下，它的吸附剂用冷凝水来漂洗，其中再生模式的持续时间为5分钟到10分钟之间。
10.根据权利要求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时间间隔来实施。
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