CN106545438A - 废气再循环化学回热柴油机 - Google Patents

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熊月飞
程昆林
章思龙
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/032—Producing and adding steam
    • F02M25/035—Producing and adding steam into the charge intakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

废气再循环化学回热柴油机，它涉及一种柴油机。本发明解决了现有的柴油机存在油耗高、污染物排放量高，尤其是固体颗粒物和NOx的排放量高的问题。进气管与汽缸进气口连通，排气管的一端与汽缸排气口连通，排气管的另一端分别与重整反应器和蒸汽发生器连通，重整反应器和蒸汽发生器相互连通，水箱通过水输运管路与蒸汽发生器连通，燃料储箱通过分流阀、燃料输运管路中的一根与汽缸连通，燃料储箱通过分流阀、燃料输运管路中的另一根与重整反应器连通；重整反应器通过重整产物输运管路与进气管连通。本发明用于内燃机节能减排。

Description

废气再循环化学回热柴油机
技术领域
本发明涉及一种柴油机，具体涉及一种废气再循环化学回热柴油机，属于内燃机节能减排技术领域。
背景技术
能源短缺和环境污染是当今制约经济社会发展进步的两个重要因素。内燃机作为目前广泛使用的动力机械，每年消耗巨量的能源，并排放出大量的污染物，因此，内燃机行业的节能减排具有重大的意义。
柴油机是一种重要的内燃机，其广泛应用于大型客车、卡车、农用机械、重型机械以及船舶等领域。由于柴油机用途广泛，使用量大，消耗的柴油量和排放的污染物量都是非常巨大的。如果能够对柴油机进行节能减排技术改进，那就会取得巨大的经济和环境效益。柴油机的热效率相对而言是比较高的，然而即使是最先进的柴油机的热效率仍然低于50％，普通的柴油机的热效率在30％-40％之间。也就是说，燃料燃烧释放的化学能绝大部分没有得到有效利用，以热能的形式被白白浪费掉，这在能源日益短缺的今天，无疑是巨大的浪费。同时，由于燃料不完全燃烧，柴油机排出了大量的固体颗粒物，这促进了城市雾霾的形成。NOx的排放也会形成严重的酸雨。目前，已有一些节能减排新技术在柴油机上得到应用，并取得了成效，其中最重要的当数高压共轨喷射技术和涡轮增压技术。高压共轨喷射技术的应用使柴油机的发展进入一个新的阶段，然而高压共轨喷射技术研发难度较大，高压共轨系统比较昂贵。涡轮增压技术相对比较成熟，然而涡轮增压技术对尾气余热的回收利用并不充分，涡轮出口的温度仍然较高，还可以进一步回收利用。
综上，现有的柴油机油耗高、污染物排放量高，尤其是固体颗粒物和NOx的排放量高。
发明内容
本发明为解决现有的柴油机存在油耗高、污染物排放量高，尤其是固体颗粒物和NOx的排放量高的问题，进而提供一种废气再循环化学回热柴油机。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的废气再循环化学回热柴油机包括进气管1、机体2、汽缸3、排气管4、燃料储箱5、分流阀7、重整反应器9、重整产物输运管路10、蒸汽发生器11、水输运管路12、水箱13和燃料输运管路8；进气管1与汽缸3进气口连通，排气管4的一端与汽缸3排气口连通，排气管4的另一端分别与重整反应器9和蒸汽发生器11连通，重整反应器9和蒸汽发生器11相互连通，水箱13通过水输运管路12与蒸汽发生器11连通，燃料储箱5通过分流阀7、燃料输运管路8中的一根与汽缸3连通，燃料储箱5通过分流阀7、燃料输运管路8中的另一根与重整反应器9连通；重整反应器9通过重整产物输运管路10与进气管1连通。
进一步地，排气管4排出的尾气、燃料和水蒸气的混合物在重整反应器9中混合，发生自热重整反应后产生重整反应产物。
进一步地，所述重整反应产物通过重整产物输运管路10注入进气管1，在进气管1中与空气预混。
进一步地，所述分流阀7用于控制进入燃烧室的燃料流量和进入重整反应器9中的燃料流量。
进一步地，所述的蒸汽发生器11用于加热水生成水蒸气。
进一步地，所述废气再循环化学回热柴油机还包括燃料泵6，燃料泵6设置在燃料储箱5和分流阀7之间的管路上。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的废气再循环化学回热柴油机采用化学回热循环燃气轮机和废气再循环技术的结合，将柴油机的尾气与燃料和水蒸气混合，使其在重整反应器9中发生自热重整反应，自热重整反应产物为小分子气态混合物，小分子气态混合物能够改善燃烧，进而提高柴油机的热效率，减少固体颗粒物的排放；大大降低了固体颗粒物和NOx的排放量；
本发明结构紧凑，使用成本低，适用性强，应用范围广泛。
附图说明
图1是本发明的废气再循环化学回热柴油机的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的废气再循环化学回热柴油机包括进气管1、机体2、汽缸3、排气管4、燃料储箱5、分流阀7、重整反应器9、重整产物输运管路10、蒸汽发生器11、水输运管路12、水箱13和燃料输运管路8；进气管1与汽缸3进气口连通，排气管4的一端与汽缸3排气口连通，排气管4的另一端分别与重整反应器9和蒸汽发生器11连通，重整反应器9和蒸汽发生器11相互连通，水箱13通过水输运管路12与蒸汽发生器11连通，燃料储箱5通过分流阀7、燃料输运管路8中的一根与汽缸3连通，燃料储箱5通过分流阀7、燃料输运管路8中的另一根与重整反应器9连通；重整反应器9通过重整产物输运管路10与进气管1连通。
所述的重整反应器9用于尾气与燃料和水蒸气的混合物发生自热重整反应。
化学回热技术是一种燃气轮机尾气余热回收利用新技术。在化学回热循环燃气轮机中，燃料并不是直接喷入燃烧室燃烧，而是先经过化学回热器，在化学回热器中被尾气加热发生裂解或者蒸汽重整反应，再将反应产物喷入燃烧室燃烧。采用化学回热技术之后，燃料的热值得到提高，燃料的化学能品位得到降低，燃料燃烧过程中的损失得到减少。同时，由于反应产物是小分子气态混合物，这对于提高燃烧效率、降低污染物排放是有利的。废气再循环技术是汽油机上应用较成熟的减排技术。汽油机采用废气再循环技术之后，NOx的排放大大降低。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式排气管4排出的尾气、燃料和水蒸气的混合物在重整反应器9中混合，发生自热重整反应后产生重整反应产物，自热重整反应产物为小分子气态混合物。如此设计，小分子气态混合物能够改善燃烧，进而提高柴油机的热效率，减少固体颗粒物的排放。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述重整反应产物通过重整产物输运管路10注入进气管1，在进气管1中与空气预混。如此设计，重整产物喷射系统结构较为简单可靠，经济性好，易于工程应用。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：如图1所示，本实施方式所述分流阀7用于控制进入燃烧室的燃料流量和进入重整反应器9中的燃料流量。如此设计，通过分流阀7可以精确控制进入燃烧室的燃料流量和进入重整反应器9中的燃料流量。从而提高柴油机的热效率，减少固体颗粒物的排放。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：如图1所示，本实施方式所述的蒸汽发生器11用于加热水生成水蒸气。如此设计，使得生成的水蒸气与尾气以及燃料混合。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：如图1所示，本实施方式所述废气再循环化学回热柴油机还包括燃料泵6，燃料泵6设置在燃料储箱5和分流阀7之间的管路上。如此设计，可以给燃料储箱5内的燃料增压。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或五相同。
工作原理：
如图1所示，发动机运行时，燃料由燃料储箱5流出，经过燃料泵6进行增压，然后进入分流阀7，一部分燃料进入汽缸3燃烧，另一部分燃料进入重整反应器9，在重整反应器9中与水蒸汽和尾气混合发生自热重整反应；液态水从水箱13中流出，经过蒸汽发生器11变为水蒸气，然后进入重整反应器9；燃料与水蒸汽和尾气的混合物在重整反应器9中发生自热重整反应之后，生成的小分子气态产物通过重整产物输运管路10进入进气管1，在其中与空气预混，然后进入汽缸3中燃烧。

Claims (6)

1.一种废气再循环化学回热柴油机，其特征在于：所述废气再循环化学回热柴油机包括进气管(1)、机体(2)、汽缸(3)、排气管(4)、燃料储箱(5)、分流阀(7)、重整反应器(9)、重整产物输运管路(10)、蒸汽发生器(11)、水输运管路(12)、水箱(13)和燃料输运管路(8)；进气管(1)与汽缸(3)进气口连通，排气管(4)的一端与汽缸(3)排气口连通，排气管(4)的另一端分别与重整反应器(9)和蒸汽发生器(11)连通，重整反应器(9)和蒸汽发生器(11)相互连通，水箱(13)通过水输运管路(12)与蒸汽发生器(11)连通，燃料储箱(5)通过分流阀(7)、燃料输运管路(8)中的一根与汽缸(3)连通，燃料储箱(5)通过分流阀(7)、燃料输运管路(8)中的另一根与重整反应器(9)连通；重整反应器(9)通过重整产物输运管路(10)与进气管(1)连通。
2.根据权利要求1所述的废气再循环化学回热柴油机，其特征在于：排气管(4)排出的尾气、燃料和水蒸气的混合物在重整反应器(9)中混合，发生自热重整反应后产生重整反应产物，自热重整反应产物为小分子气态混合物。
3.根据权利要求2所述的废气再循环化学回热柴油机，其特征在于：所述重整反应产物通过重整产物输运管路(10)注入进气管(1)，在进气管(1)中与空气预混。
4.根据权利要求1、2或3所述的废气再循环化学回热柴油机，其特征在于：所述分流阀(7)用于控制进入燃烧室的燃料流量和进入重整反应器(9)中的燃料流量。
5.根据权利要求4所述的废气再循环化学回热柴油机，其特征在于：所述的蒸汽发生器(11)用于加热水生成水蒸气。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的废气再循环化学回热柴油机，其特征在于：所述废气再循环化学回热柴油机还包括燃料泵(6)，燃料泵(6)设置在燃料储箱(5)和分流阀(7)之间的管路上。
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