CN111050919B - 离心分离装置的控制装置、离心分离装置、船舶用废气洗涤系统以及船舶用柴油发动机 - Google Patents

离心分离装置的控制装置、离心分离装置、船舶用废气洗涤系统以及船舶用柴油发动机 Download PDF

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Abstract

为了在适当的时刻将固体成分从离心分离机中排出，控制装置(控制器(151))对已由离心分离机分离出来的固体成分的排出进行控制，该控制装置包括排出时刻控制部，所述排出时刻控制部根据朝所述离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量与所述离心分离机中的固体成分的容许堆积量的大小关系，来决定将固体成分从所述离心分离机中排出的排出时刻，朝所述离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量是根据朝所述离心分离机流入的被处理流体中的固体成分的浓度、朝所述离心分离机流入的被处理流体的流量、以及所述离心分离机的与所述固体成分的浓度相对应的分离效率而得到的。

Description

离心分离装置的控制装置、离心分离装置、船舶用废气洗涤系 统以及船舶用柴油发动机
技术领域
本发明涉及船舶用废气洗涤系统、离心分离装置、离心分离装置的控制装置以及船舶用柴油发动机。其中，所述船舶用废气洗涤系统安装有用于去除船舶用柴油发动机的废气中含有的SOx、NOx以及未燃烧碳等的洗涤器，所述离心分离装置用于净化所述洗涤系统的循环水。
背景技术
就船舶用柴油发动机等而言，为了去除废气中含有的未燃烧碳等的颗粒物质(固体成分)，能够使用废气洗涤系统。在该废气洗涤系统中，将固体成分吸收到除尘用水即洗涤水中后，再用离心分离机将该固体成分从洗涤水中分离出来。在离心分离机中，已分离出来的固体成分在积存了规定量的时刻被间歇性地排出。如果固体成分在没有充分积存的情况下就进行所述排出，则与固体成分一起排出的洗涤水的量变多，而导致浓度变低。另一方面，如果固体成分积存过多，则会凝固而变得难以排出。
于是，下述技术已为人所知，即：利用由从离心分离机中排出的洗涤水的初始浊度和与所述初始浊度相对应的变化量作成的表格来控制排出时刻(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本公开专利公报特开2017-029919号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
不过，如上所述，当将所述浊度用于控制时，例如在浊度测量器的测量上限值较小的情况下，往往变得无法追踪固体成分的产生量随着发动机负荷的变化而产生的变化。由于利用浊度来控制从离心分离机中排出的固体成分的浓度，因此会在固体成分从离心分离机的分离室溢出的状态下进行检测，从而进行间接检测。在该情况下，在适当的时刻将固体成分从离心分离机中排出未必是件容易的事情。
本发明正是为解决上述问题而完成的，其目的在于：很容易就能够在适当的时刻将固体成分从离心分离机中排出。
-用以解决技术问题的技术方案-
为了达到上述目的，本发明的技术方案涉及一种离心分离机的控制装置，其对已由离心分离机分离出来的固体成分的排出进行控制，其特征在于：所述离心分离机的控制装置包括排出时刻控制部，所述排出时刻控制部根据朝所述离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量与所述离心分离机中的固体成分的容许堆积量的大小关系，来决定将固体成分从所述离心分离机中排出的排出时刻，朝所述离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量是根据朝所述离心分离机流入的被处理流体中的固体成分的浓度、朝所述离心分离机流入的被处理流体的流量、以及所述离心分离机的与所述固体成分的浓度相对应的分离效率而得到的。
这样一来，由于根据朝离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量来进行排出控制，因此很容易就能够在像以较高精度考虑到废液中的固体成分的浓度那样的适当时刻，将固体成分排出。其中，废液中包含了从离心分离机中排出的固体成分。
-发明的效果-
根据本发明，很容易就能够在适当的时刻将固体成分从离心分离机中排出。
附图说明
图1是示出废气洗涤系统的简要结构的说明图；
图2是示出离心分离机的主要部分的结构的示意图；
图3是举例示出离心分离机的分离效率、流入浓度以及流量之间的关系的曲线图；
图4是举例示出离心分离机的容许量校正值P与流入流量之间的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，根据附图详细说明作为本发明的实施方式的废气洗涤系统的示例。其中，废气洗涤系统对柴油发动机的废气进行除尘。
(废气洗涤系统的简要结构)
如图1所示，废气洗涤系统包括洗涤装置110和离心分离装置120。其中，洗涤装置110捕捉柴油发动机101的废气中所含有的未燃烧碳等的颗粒物质(固体成分)，离心分离装置120去除已被捕捉到所述洗涤装置110内的洗涤水W(被处理流体)中的固体成分。
更详细而言，洗涤装置110具有洗涤器111，将从柴油发动机101经由发动机排气管102输送来的废气中的固体成分吸收到洗涤器111内的洗涤水W中来进行除尘，并将除尘后的废气从外部排气管103排出。为了根据需要减少氮氧化物，洗涤器111内已得到净化的废气的一部分能够经由废气返回管104返回柴油发动机101。积存在洗涤器111内的洗涤水W经由循环管112在未图示的泵的作用下循环，其中的一部分如下文所述的那样被朝着离心分离机131输送而得以净化。循环的洗涤水W中的另一部分与所述已净化的洗涤水W一起经由喷雾嘴113喷射到洗涤器111内，由此来防止洗涤水W中的固体成分的浓度上升。
经由所述循环管112循环的洗涤水W的一部分经由分支管121或浓度计122、流量计123、以及流量控制阀124被输送到离心分离机131中，在固体成分被离心分离机131去除之后，再返回循环管112。所述浓度计122对洗涤水W中的固体成分的浓度(固体成分浓度、SS浓度)进行测量。流量计123对朝离心分离机131流入的洗涤水W的流量进行测量，并且控制流量控制阀124以使所述流量达到规定量。所述浓度计122和流量计123的测量值被连续送往后述控制器151(离心分离装置的控制装置)。
(离心分离机131的简要结构)
如图2所示，离心分离机131包括流入管132、流出管133、旋转筒(未图示)、旋转体盖134、隔板135、主阀136、分离室137、多个分离板138以及引导筒139。其中，来自洗涤装置110的洗涤水W流入流入管132，处理后的洗涤水W从流出管133流出后返回洗涤装置110，旋转筒的上端敞开口，旋转体盖134嵌装在旋转筒的上端开口处而形成旋转体，隔板135被布置成在该隔板135与旋转体盖134的内表面之间留出间隔，主阀136在插入到旋转筒内的状态下如图2中箭头A所示的那样沿上下方向移动，从而打开、关闭形成在旋转筒侧部的排出口(未图示)，分离室137形成在主阀136与隔板135之间，多个分离板138在分离室137内以彼此之间上下留有规定间隔的方式层叠着布置，引导筒139将从流入管132流入的洗涤水W朝着分离室137内引导。离心分离机131还包括腔室141和向心泵140。其中，腔室141形成在隔板135的上端且积存从分离室137溢出的处理后的洗涤水W，向心泵140将积存在所述腔室141内的洗涤水W经由流出管133朝着外部排出。离心分离机131还包括固体成分排出管142和阀开关机构143。其中，固体成分排出管142排出从洗涤水W中离心分离出来的固体成分S，阀开关机构143控制所述固体成分的排出。在图2中，处理后的洗涤水W用较浅的短线示出，固体成分S用较深的圆点示出。
所述阀开关机构143接收来自控制器151的阀开启信号后，打开规定的阀(未图示)来供给用于打开阀的水即开阀水，使主阀136朝着下方移动，从而打开分离室137的排出口，让堆积在分离室137内的固体成分朝固体成分排出管142排出。然后，关闭阀以停止供给开阀水，接着根据阀关闭信号启动阀(未图示)以供给用于关闭阀的水即闭阀水，来关闭主阀136，然后停止供给闭阀水。
(固体成分的堆积、以及排出动作)
当比重比已流入离心分离机131中的洗涤水W大的固体成分在分离室137内被施加离心力时，该固体成分通过分离板138被离心分离后，堆积在包含排出口(未图示)的凹部处。其中，排出口形成在分离室137的最大直径部。当固体成分随着时间不断堆积起来时，固体成分和洗涤水W之间的界面I就会朝分离室137的中心移动。界面I附近的一部分固体成分便随着洗涤水W的流动而产生移动，被朝着外部从流出管133排出。
在下述阀开关机构143的排出控制下，形成在旋转筒侧部的排出口开启，从而如上述那样堆积在离心分离机131内的固体成分便与分离室137内的洗涤水W的一部分一起被从固体成分排出管142排出而成为废弃物。
(控制器151的结构以及固体成分的排出控制)
控制器151根据由浓度计122测量到的朝离心分离机131流入的洗涤水W中的固体成分的浓度(流入浓度)、由流量计123测量到的朝离心分离机131流入的洗涤水W的例如每单位时间的流量(流入流量)、以及能够堆积在离心分离机131中的固体成分的容许堆积量β，来控制阀开关机构143，从而在规定时刻排出堆积在离心分离机131内的固体成分。
更具体而言，控制器151包括分离效率计算部、累计堆积量计算部、容许堆积量计算部以及排出时刻控制部。其中，分离效率计算部根据固体成分的流入浓度求出固体成分的分离效率η，累计堆积量计算部根据所述流入浓度、分离效率η以及所述流入流量，计算朝离心分离机131堆积的固体成分的累计堆积量S，容许堆积量计算部根据预先为离心分离机131设定好的容许固体成分堆积的容许量以及在决定排出时刻之际洗涤水W的流量，计算固体成分的容许堆积量β，排出时刻控制部根据由所述累计堆积量计算部算出的累计堆积量S以及由所述容许堆积量计算部算出的容许堆积量β，来控制阀开关机构143。
更详细而言，所述累计堆积量S例如是按照下述式子算出的。
累计堆积量S＝(流入浓度×流入流量×分离效率η)的积分值或累计值
在此，当将从离心分离机131流出的洗涤水W中的固体成分的浓度设为流出浓度时，所述分离效率η则被定义为下式。
分离效率η＝(流入浓度-流出浓度)/流入浓度
实际上，如图3所示，该分离效率例如能够根据流入浓度和流量的变化而产生变动。也就是说，例如流入浓度越高，则分离效率η就越高。流入流量越少，则在离心分离机131内的滞留时间越长，分离效率η就越高。因此，控制器151的分离效率计算部能够根据使用了离心分离装置120、废气洗涤系统、柴油发动机101等实际设备且与各种浓度、流量相关的实验等，预先设定表、函数，并利用这些表、函数求出分离效率η。需要说明的是，例如也可以进一步根据朝离心分离机131堆积的固体成分的堆积量来考虑所述分离效率η的变动情况，不过也可以是这样的，即：在能够得到所需要的控制精度的情况下，根据堆积量为0时的实测值来求出所述分离效率η。
更详细而言，所述容许堆积量β例如是按照下述式子算出的。
容许堆积量β＝预先设定好的容许固体成分堆积的容许量×容许量校正值P
例如，如图4所示，所述容许量校正值P对朝离心分离机131堆积的固体成分的容许量随流入流量的变化而产生的变动进行校正。也就是说，可以认为存在下述情况，即：当流入流量较少时，由于作用在固体成分上的离心力分量相对变大，因此朝着离心方向推压固体成分的效果(压实效果)增强，则实际上能够堆积在离心分离机131中的容许量就容易变大。另一方面，可以认为存在下述情况，即：当流入流量较多时，由于洗涤水W的流动中的湍流成分变大，因此使固体成分扩散的效果(扩散效果)增强，则实际上能够堆积在离心分离机131中的容许量就容易变小。因此，与所述分离效率η相同，能够利用通过基于实际设备的实验等预先设定好的表、函数，来求出容许量校正值P。更具体而言，例如在离心分离机131的最大通水量为30001/H的情况下，当通水量在15001/H以下(50％以下)时，将P的值设定在1≤P≤3这一范围内，当通水量在15001/H以上(50％以上)时，将P的值设定在0.1≤P＜1这一范围内。更详细而言，上述值只要按照下述方式设定即可，即：例如，适当排出堆积在离心分离机131中的固体成分，测量固体成分的浓度，求出容许量校正值P，以保证达到规定浓度(例如7重量％)时的累计堆积量S成为与此时的洗涤水W的流量相对应的容许堆积量β。
当按照上述方式求出固体成分的累计堆积量S和容许堆积量β时，控制器151就会对这两者的值进行比较，当累计堆积量S在容许堆积量β以上时，控制器151就控制阀开关机构143，将堆积在离心分离机131内的固体成分排出。
通过上述控制，例如直接对离心分离机131内的固体成分的累计堆积量S和容许堆积量β进行累计，因而与现有利用浊度的方法相比，能够高精度地求出这两个值来进行排出控制，由此很容易就能够在适当的时刻将固体成分排出。特别是即使例如在像船舶用柴油发动机等那样固体成分的浓度往往根据发动机的运转状态而产生变动的情况下，也能够很容易地提高排出时刻的精度。因此，既能够将浓度保持得较高，又能很容易地防止固体成分过度积存而凝固、堵塞导致难以排出的间题以及产生振动、破损的间题。
(其他方式)
需要说明的是，所述图3和图4所示的特性仅是用于说明的一个示例，并没有被图中所示的曲线斜率、斜率的变化率等所限定，只要设定成根据实际的装置等求出分离效率η、容许量校正值P即可。
在上述示例中，示出了根据由流量计123测量到的洗涤水W的实测流量求出分离效率η、容许量校正值P的示例，不过也可以是这样的，即：例如，在通过流量控制阀124的控制将流量在规定的精度内保持恒定的情况下，求出当将所述流量设为常数时的分离效率η和/或容许量校正值P。
作为清楚地示出能够提高排出时刻的精度的理论示例，对上述运算示例进行了说明，但并不限定于此，只要能够在实质上等同的时刻进行控制即可，也可以应用各种参数的获取方法、值的单位等。此外，并不限定于例如将预先设定好的容许固体成分堆积的容许量与容许量校正值P相乘而求出容许堆积量β的方法，也可以使洗涤水W的流量与容许堆积量β之间保持对应关系，由洗涤水W的流量直接求出容许堆积量β。各种值的求法也可以使用包含近似式的函数运算、参照数值表等各种方法。
-符号说明-
101 柴油发动机
102 发动机排气管
103 外部排气管
104 废气返回管
110 洗涤装置
111 洗涤器
112 循环管
113 喷雾嘴
120 离心分离装置
121 分支管
122 浓度计
123 流量计
124 流量控制阀
131 离心分离机
132 流入管
133 流出管
134 旋转体盖
135 隔板
136 主阀
137 分离室
138 分离板
139 引导筒
140 向心泵
141 腔室
142 固体成分排出管
143 阀开关机构
151 控制器

Claims (8)

1.一种离心分离机的控制装置，其对已由离心分离机分离出来的固体成分的排出进行控制，其特征在于：
所述离心分离机的控制装置包括排出时刻控制部，
所述排出时刻控制部根据朝所述离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量与所述离心分离机中的固体成分的容许堆积量的大小关系，来决定将固体成分从所述离心分离机中排出的排出时刻，
朝所述离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量是根据朝所述离心分离机流入的被处理流体中的固体成分的浓度、朝所述离心分离机流入的被处理流体的流量、以及所述离心分离机的与所述固体成分的浓度相对应的分离效率而得到的，
所述排出时刻控制部包括累计堆积量计算部，所述累计堆积量计算部对所述浓度、所述流量及所述分离效率的乘积进行累计，来计算所述累计堆积量。
2.根据权利要求1所述的离心分离机的控制装置，其特征在于：
所述离心分离机的分离效率是进一步根据朝所述离心分离机流入的被处理流体的流量而决定的值。
3.根据权利要求1和2中任一项权利要求所述的离心分离机的控制装置，其特征在于：
所述离心分离机中的固体成分的容许堆积量是根据决定所述排出时刻时的所述被处理流体的流量而决定的值。
4.根据权利要求3所述的离心分离机的控制装置，其特征在于：
所述离心分离机中的固体成分的容许堆积量是根据预先为所述离心分离机设定的容许量以及决定所述排出时刻时的所述被处理流体的流量而决定的值。
5.一种离心分离机的控制装置，其对已由离心分离机分离出来的固体成分的排出进行控制，其特征在于：
所述离心分离机的控制装置包括排出时刻控制部，
所述排出时刻控制部根据朝所述离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量与所述离心分离机中的固体成分的容许堆积量的大小关系，来决定将固体成分从所述离心分离机中排出的排出时刻，
朝所述离心分离机堆积的固体成分的累计堆积量是根据朝所述离心分离机流入的被处理流体中的固体成分的浓度、朝所述离心分离机流入的被处理流体的流量、以及所述离心分离机的与所述固体成分的浓度相对应的分离效率而得到的，
所述排出时刻控制部包括容许堆积量计算部，所述容许堆积量计算部将预先为所述离心分离机设定的容许量以及与决定所述排出时刻时的所述被处理流体的流量相对应的容许量校正值相乘，求出所述离心分离机中的固体成分的容许堆积量。
6.一种离心分离装置，其特征在于：
所述离心分离装置包括：权利要求1或5所述的离心分离机的控制装置、以及所述离心分离机。
7.一种船舶用废气洗涤系统，其特征在于：
所述船舶用废气洗涤系统包括：权利要求6所述的离心分离装置、以及将从发动机中排出的固体成分吸收到洗涤水中的洗涤器，
所述离心分离装置构成为去除所述洗涤水中含有的所述固体成分。
8.一种船舶用柴油发动机，其特征在于：
所述船舶用柴油发动机包括权利要求7所述的船舶用废气洗涤系统。
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