RU2232912C2 - Method of operation and design of internal combustion piston engine with complex system of deep recovery of heat and reduction of harmful emission - Google Patents
Method of operation and design of internal combustion piston engine with complex system of deep recovery of heat and reduction of harmful emission Download PDFInfo
- Publication number
- RU2232912C2 RU2232912C2 RU2001133166/06A RU2001133166A RU2232912C2 RU 2232912 C2 RU2232912 C2 RU 2232912C2 RU 2001133166/06 A RU2001133166/06 A RU 2001133166/06A RU 2001133166 A RU2001133166 A RU 2001133166A RU 2232912 C2 RU2232912 C2 RU 2232912C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- gas
- accumulator
- steam
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в четырехтактных и двухтактных, стационарных и транспортных поршневых двигателях внутреннего сгорания с наддувом, сжигающих газовое, легкое жидкое и дизельное топлива.The invention relates to the field of heat engineering and can be used in four-stroke and two-stroke, stationary and transport piston supercharged internal combustion engines burning gas, light liquid and diesel fuels.
Известен способ использования вторичных тепловых потоков на теплоэнергетических установках судовых транспортных средств (Г. Абрамов, П. Бажан и С. Валиулин. Использование вторичных тепловых потоков/Речной транспорт, 1990, №1, с.24-35), в котором продукты сгорания главного двигателя или дизель-генератора подают последовательно в термоэлектрический генератор, паровой утилизационный котел, контактный тепломассообменный аппарат и выпускают в атмосферу. В этом аппарате не только охлаждают продукты сгорания до температуры конденсации водяных паров, но и производят абсорбцию каплями и струями воды сажи, оксидов азота, серы и углерода. В термоэлектрическом генераторе преобразуют теплоту выпускных газов в электрическую энергию, а в паровом котле получают пар, охлаждая продукты сгорания до 200°С. Воду, нагретую в контактном тепломассообменном аппарате, очищают в фильтрах, накапливают в цистерне очистной воды, а ее теплоту передают потребителю в поверхностном теплообменнике.A known method of using secondary heat fluxes on the heat power plants of marine vehicles (G. Abramov, P. Bazhan and S. Valiulin. Using secondary heat flux / River transport, 1990, No. 1, p.24-35), in which the main products of combustion engine or diesel generator is fed sequentially to a thermoelectric generator, a steam recovery boiler, a contact heat and mass transfer apparatus and released into the atmosphere. In this apparatus, not only the combustion products are cooled to the condensation temperature of water vapor, but also soot, nitrogen oxides, sulfur and carbon oxides are absorbed by drops and jets of water. The heat of the exhaust gases is converted into electrical energy in a thermoelectric generator, and steam is produced in a steam boiler, cooling the combustion products to 200 ° C. Water heated in a contact heat and mass transfer apparatus is purified in filters, accumulated in a tank of treated water, and its heat is transferred to the consumer in a surface heat exchanger.
Недостатками этого способа являются низкий КПД термоэлектрического генератора (6-18%), большие размеры и высокая стоимость применяемых для его изготовления материалов, большая потребность в холодной воде, подаваемой в контактный тепломассообменный аппарат, и низкая температура получаемого при этом конденсата, коррозия теплопроводов и оборудования или необходимость их изготовления из дорогостоящих коррозионно-стойких материалов, отсутствие утилизации теплоты охлаждающей жидкости, наддувочного воздуха и смазочного масла, а также низкая эффективность системы при частичных нагрузках.The disadvantages of this method are the low efficiency of the thermoelectric generator (6-18%), the large size and high cost of the materials used for its manufacture, the great need for cold water supplied to the contact heat and mass transfer apparatus, and the low temperature of the resulting condensate, corrosion of heat pipes and equipment or the need for their manufacture from expensive corrosion-resistant materials, the lack of heat recovery of the coolant, charge air and lubricating oil, and also low I system efficiency at partial loads.
Известна утилизационная установка двигателя внутреннего сгорания (авторское свидетельство СССР №1375841, кл. F 01 K 23/14, от 28.05.1985 г.), которая содержит контуры - пароводяной и парожидкостный теплоносителя, кипящего при низкой температуре. Соединяются эти два контура через поверхностный теплообменник, который для пароводяного контура является конденсатором, а парожидкостного - парогенератором. Пароводяной контур включает последовательно расположенные утилизационный котел, сообщенный с выпускным трактом двигателя, паровую турбину, поверхностный теплообменник (конденсатор) и насос. Парожидкостный контур содержит последовательно установленные поверхностный теплообменник (парогенератор), турбину, конденсатор, циркуляционный насос и нагреватель, в котором тепло передается от охлаждающей жидкости и масла теплоносителю в этом контуре.Known utilization installation of an internal combustion engine (USSR author's certificate No. 1375841, class F 01 K 23/14, 05/28/1985), which contains the contours of the steam-water and vapor-liquid coolant boiling at low temperature. These two circuits are connected through a surface heat exchanger, which is a condenser for a steam-water circuit, and a steam generator for a steam-liquid circuit. The steam-water circuit includes a sequentially located recovery boiler in communication with the exhaust tract of the engine, a steam turbine, a surface heat exchanger (condenser) and a pump. The vapor-liquid circuit contains a series-mounted surface heat exchanger (steam generator), a turbine, a condenser, a circulation pump and a heater in which heat is transferred from the coolant and oil to the coolant in this circuit.
Недостатками этой установки являются потребность в холодильнике для охлаждения теплоносителя в парожидкостном контуре, низкий КПД одной турбины при высоком КПД другой и, наоборот, снижение надежности турбины при работе двигателя на частичных нагрузках из-за образования насыщенного пара в обоих контурах, отсутствие приемлемого теплоносителя, который, имея низкую температуру кипения, обладал стабильными физико-химическими свойствами при высокой температуре и потере теплоты с уходящими продуктами сгорания после котла-утилизатора.The disadvantages of this installation are the need for a refrigerator for cooling the coolant in the vapor-liquid circuit, the low efficiency of one turbine at high efficiency of the other and, conversely, the decrease in the reliability of the turbine when the engine is operating at partial loads due to the formation of saturated steam in both circuits, the absence of an acceptable coolant, which having a low boiling point, it had stable physicochemical properties at high temperature and loss of heat with flue gases after the waste heat boiler.
Наиболее близким к заявленному способу работы и устройству поршневого двигателя с комплексной системой глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу по технической сущности и достигаемому результату являются способ и устройство для повышения эффективности использования тепловой энергии выхлопных газов больших дизельных двигателей (патент Финляндии №89969, кл. F 01 N 5/02, от 21.12.89 г.), выбранный в качестве прототипа.The closest to the claimed method of operation and arrangement of a reciprocating engine with an integrated system for the deep utilization of heat and reduction of harmful emissions into the atmosphere according to the technical nature and the achieved result are a method and device for increasing the efficiency of using thermal energy of exhaust gases of large diesel engines (Finnish patent No. 89969, class F 01
Способ работы осуществляют следующим образом. Продукты сгорания из выпускного коллектора подают в перепускной клапан, откуда при нагрузке двигателя 85% и более направляют для охлаждения в первый котел, а затем в турбину и во второй котел. При нагрузке двигателя менее 85% часть выхлопных газов может направляться с помощью перепускного клапана и байпасного газопровода мимо первого котла в газовую турбину, а из него - во второй котел. В этом котле питательная вода подогревается и подается в парогенератор, а из него - в первый котел, где образуется пароводяная смесь, которая возвращается в парогенератор. При этом пар поступает потребителю из парогенератора.The method of operation is as follows. The combustion products from the exhaust manifold are fed to the bypass valve, from where, with an engine load of 85% or more, they are sent for cooling to the first boiler, and then to the turbine and to the second boiler. When the engine load is less than 85%, part of the exhaust gas can be directed by a bypass valve and a bypass gas pipeline past the first boiler to the gas turbine, and from it to the second boiler. In this boiler, the feed water is heated and fed to the steam generator, and from it to the first boiler, where a steam-water mixture is formed, which is returned to the steam generator. In this case, steam enters the consumer from the steam generator.
Устройство для реализации этого способа содержит расположенные последовательно вдоль выпускной системы перепускной клапан, первый котел, соединенный подводящим водопроводом и отводящим паропроводом с парогенератором, турбину, связанную механической связью с компрессором, и второй котел, соединенный с парогенератором подводящим водопроводом. Турбина и первый котел имеют байпасные газопроводы. Байпасный газопровод первого котла соединен с перепускным клапаном.A device for implementing this method comprises a bypass valve arranged in series along the exhaust system, a first boiler connected by a supply water pipe and a discharge steam line to a steam generator, a turbine connected mechanically to a compressor, and a second boiler connected to a steam generator by a supply pipe. The turbine and the first boiler have bypass gas pipelines. The bypass gas line of the first boiler is connected to the bypass valve.
Основными недостатками этого прототипа являются: снижение мощности, топливной экономичности и надежности на номинальном режиме работы двигателей со среднеэффективным давлением, превышающим 1,8-2,0 МПа, и газовой связью с турбиной из-за снижения коэффициента избытка воздуха в цилиндрах, коррозия при низких температурах продуктов сгорания не только газопроводов и тепловоспринимающих стенок второго котла, но и проточной части турбины в результате образования конденсата паров кислот на их поверхностях, потребность в чистой питательной воде, а также отсутствие утилизации теплоты теплоносителя системы охлаждения двигателя, наддувочного воздуха и масла.The main disadvantages of this prototype are: a decrease in power, fuel efficiency and reliability in the nominal mode of operation of engines with an average effective pressure in excess of 1.8-2.0 MPa, and gas connection with the turbine due to a decrease in the coefficient of excess air in the cylinders, corrosion at low temperatures of combustion products not only of gas pipelines and heat-absorbing walls of the second boiler, but also of the turbine flow part as a result of the formation of acid vapor condensate on their surfaces, the need for clean feed water And the absence of heat utilization of coolant of the engine cooling system, the charge-air and oil.
Технический результат - увеличение мощности, улучшение топливной экономичности и снижение токсичности продуктов сгорания двигателя, утилизация отбросной теплоты и получение при этом работы, полезной теплоты и холода, повышение надежности и снижение шума двигателя, уменьшение размеров парогенератора и тепломассообменных аппаратов.EFFECT: increased power, improved fuel economy and reduced toxicity of engine combustion products, utilization of waste heat and obtaining work, useful heat and cold, increased reliability and reduced engine noise, reduced size of the steam generator and heat and mass transfer apparatuses.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается тем, что в поршневом двигателе с комплексной системой глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу, включающем охлаждение продуктов сгорания за выпускным коллектором в первом котле, их срабатывание в газовой турбине, приводящей компрессор, последующее охлаждение во втором котле, подвод питательной воды в последний котел, а затем подогретой во втором котле в первый и подачу пара потребителю, особенность заключается в том, что продукты сгорания охлаждают в парогенераторе, совмещенном с выпускным коллектором, срабатывают в расширительной машине и подают в газовый нагнетатель, приводимый двухступенчатой двухпоточной турбиной, повышают их давление в этом нагнетателе и подводят в контактно-поверхностный конденсатор, в котором они охлаждаются и из них конденсируют воду, далее газы срабатывают в первой ступени двухступенчатой двухпоточной турбины, смешиваются с паром, срабатываемым во второй ступени, и проходят во влагоотделитель, где из образовавшейся смеси отделяют влагу, а сухие газы подают в поверхностный теплообменник, в котором они охлаждают циркулирующий теплоноситель через холодную часть аккумулятора воды и потом выбрасывают их через газовую турбину в атмосферу, при этом холодный конденсат из влагоотделителя подают в распылители контактно-поверхностного конденсатора, а из этого конденсатора конденсат направляют в горячую часть аккумулятора воды и повышают его показатель рН более 7 добавлением в него аммиака, увеличивают давление наддувочного воздуха компрессором, увлажняют и охлаждают этот воздух распыливанием горячей воды в контактно-поверхностном воздухоохладителе и сливают из него конденсат в горячую часть аккумулятора воды, подают горячую воду из аккумулятора питательным насосом в парогенератор, а полученный в нем пар направляют в аккумулятор, а из него его подают во вторую ступень двухступенчатой двухпоточной турбины, которая приводит газовый нагнетатель и электрогенератор через механическую связь и гидродинамическую передачу соответственно, причем циркулирующий теплоноситель, нагретый теплопередающими стенками контактно-поверхностного конденсатора, подают насосом в приборы потребителя теплоты, где его охлаждают, а затем подводят в контактно-поверхностный воздухоохладитель для охлаждения воздуха через разделяющие стенки теплоносителей, если его температура оказывается ниже температуры наддувочного воздуха, в противном случае этот теплоноситель опять возвращают по байпасному теплопроводу в контактно-поверхностный конденсатор, где теплоноситель системы охлаждения двигателя циркулируют через горячую часть аккумулятора воды по подающему и обратному водопроводам под действием насоса, при этом температуру этого теплоносителя на выходе из двигателя регулируют в допустимых пределах подачей воды из холодной части аккумулятора в подающий водопровод, при этом масло системы смазки циркулируют насосом через поверхностный теплообменник в холодной части аккумулятора воды, если его температура не превышает температуру горячей воды аккумулятора более чем на 10°С, в противном случае его циркулируют через поверхностный теплообменник, расположенный в горячей части этого аккумулятора, при этом регулируют температуру масла на выходе из двигателя в допустимых пределах изменением количества проходящего масла по байпасному трубопроводу через регулятор температуры масла, причем для охлаждения теплоносителя в холодной части аккумулятора воды его циркулируют по подводящему и отводящему теплопроводам через поверхностный теплообменник в выпускной системе за турбодетандером под действием насоса, а легкое жидкое или газовое топливо подогревают паром в аккумуляторе топлива передачей теплоты через стенки поверхностного теплообменника, подают это топливо и горячую воду из аккумуляторов по топливопроводам и водопроводам через электромеханические запорные устройства в распылители во впускных патрубках после закрытия выпускных органов, при этом регулируют температуру легкого жидкого топлива ниже температуры образования паровых пробок в топливной системе, максимальную температуру сгорания в допустимых пределах изменением количества распыливаемой воды в этих патрубках, максимальное давление сгорания в допустимых пределах изменением угла опережения зажигания, а также коэффициент избытка воздуха в цилиндрах, равный 1,02-1,05, изменением мощности двухступенчатой двухпоточной турбины, влияющий на работу газового нагнетателя, а, следовательно, и расширительной машины, приводящей компрессор. Кроме того, температуру газов за контактно-поверхностным конденсатором регулируют ниже температуры точки росы изменением регулятором количества подаваемой холодной воды из влагоотделителя в распылители этого конденсатора, причем при сжигании легкого жидкого или газового топлив конвертируют оксид углерода в диоксид на поверхности катализатора из оксидов трехвалентного железа и хрома в реакторе, совмещенном с выпускным теплоизолированным или металлокерамическим коллектором, при этом регулируют содержание оксида углерода в продуктах сгорания за контактно-поверхностным конденсатором в допустимых пределах изменением регулятором количества распыливаемой горячей воды в контактно-поверхностном воздухоохладителе, где для снижения содержания оксидов азота в продуктах сгорания воздух из напорного воздухопровода за контактно-поверхностным воздухоохладителем направляют по воздухопроводу во всасывающий газопровод газового нагнетателя, при этом конвертируют оксид азота в диоксид кислородом воздуха при температуре ниже 140°С в выпускном газовом тракте, абсорбируют эти оксиды каплями и струями воды в контактно-поверхностном конденсаторе, регулируют содержание оксида азота в уходящих продуктах сгорания изменением регулятором количества воздуха, пропускаемого по этому воздухопроводу, а для снижения содержания оксидов серы в продуктах сгорания при сжигании сернистого топлива газы из контактно-поверхностного конденсатора направляют по газопроводу во всасывающий газопровод газового нагнетателя, при этом конвертируют сернистый ангидрид в серный диоксидом азота при температуре ниже 450°С в выпускном газовом тракте, абсорбируют оксиды серы каплями и струями воды в этом конденсаторе, регулируют содержание диоксида серы в уходящих продуктах сгорания изменением регулятором количества газов, пропускаемых по этому газопроводу, причем для повышения температуры газов перед реактором или парогенератором, совмещенными с выпускным коллектором при работе на частичных нагрузках, эффективную мощность двигателя повышают при эксплуатации от нуля и выше включением подачи топлива первого цилиндра и плавным ее увеличением до максимального значения, затем последовательным раздельным включением подач топлива всех остальных цилиндров и аналогичным их повышением уменьшают эту мощность в обратной последовательности выключением подач топлива цилиндров и их плавным уменьшением до нуля по сигналам с микропроцессора управления пуском, работой и остановкой двигателя, при этом сообщают между собой неработающие цилиндры через газовый коллектор открытием электромеханических клапанов в цилиндрах тоже по сигналам с этого микропроцессора, при этом для сохранения постоянной частоты колебаний электрического тока электрогенератора регулируют частоту вращения его ротора изменением передаточного отношения гидродинамической передачи с микропроцессора управления пуском, работой и остановкой двигателя. Продукты сгорания после парогенератора, совмещенного с выпускным коллектором, подают в газовый нагнетатель, который повышает давление газов и подает их в контактный конденсатор, где они охлаждаются и из них конденсируется вода, затем срабатывают эти газы в детандере и снова охлаждаются, отделяют от них воду во влагоотделителе, охлаждают ими холодный теплоноситель в поверхностном теплообменнике и выбрасывают их в атмосферу, при этом подают воздух компрессором, приводимым двигателем через механическую передачу, в контактный воздухоохладитель, где его охлаждают, а затем направляют во впускной коллектор, подводят пар из парогенератора в аккумулятор, а из него в расширительную машину, передающую свою мощность этому нагнетателю через механическую связь, а двигателю 1 - через гидродинамическую связь, отводят этот пар из этой расширительной машины по паропроводу в газовый нагнетатель, где он, смешиваясь с продуктами сгорания, поступает в контактный конденсатор, направляют холодную воду из влагоотделителя в распыливающие устройства контактных конденсатора и воздухоохладителя по водопроводам под действием насоса, подают горячую воду из этих аппаратов в горячую часть аккумулятора воды по водопроводу под напором насоса и питают парогенератор подачей в него воды насосом из горячей части аккумулятора воды, причем регулируют температуру газов за турбодетандером выше 0°С изменением регулятором количества распыливаемой холодной воды в контактном конденсаторе, показатель рН конденсата, сливаемого из контактного конденсатора, больше 7 изменением количества добавляемого аммиака в этот конденсат, температуру воздуха, поступающего в двигатель, или максимальную температуру сгорания в допустимых пределах изменением регулятором количества распыливаемой холодной воды в этом воздухоохладителе, а также давление пара в аккумуляторе изменением регулятором количества подаваемого пара из аккумулятора в расширительную машину, а для обеспечения потребителя холодом циркулируют теплоноситель через поверхностный теплообменник в выпускной системе за детандером, холодную часть аккумулятора воды и через приборы потребления холода по подающим и обратным теплопроводам под действием насоса, при этом регулируют температуру воздуха или другой среды у этого потребителя в допустимых пределах изменением регулятором количества проходящего теплоносителя по байпасному теплопроводу мимо этих приборов. Кроме того, теплоту из горячей части аккумулятора воды передают потребителю теплоты благодаря циркуляции теплоносителя насосом по теплопроводам через приборы потребителя теплоты и горячую часть аккумулятора воды, при этом регулируют температуру воздуха или другой среды у потребителя в допустимых пределах изменением регулятором количества проходящего теплоносителя по байпасному теплопроводу мимо этих приборов, при этом для подачи эмульсии в камеры сгорания жидкое топливо и горячую воду подают насосами по топливопроводу и водопроводу через фильтры из топливного бака и горячей части аккумулятора воды соответственно в смеситель, где их смешивают и образуют эмульсию, которую подают насосом по топливопроводу через фильтр в аккумулятор топлива, где ее подогревают горячей водой, циркулирующей через поверхностный теплообменник в этом аккумуляторе и горячую часть аккумулятора воды, подогретое топливо подводят в распылители по подающему и распределительным топливопроводам через электромеханические запорные устройства и впрыскивают в камеры сгорания, при этом регулируют давление впрыска в допустимых пределах изменением регулятором количества подаваемого топлива в аккумулятор, температуру топлива ниже температуры образования паровых пробок в топливной системе изменением регулятором количества проходящей горячей воды через этот поверхностный теплообменник, количество впрыскиваемого топлива изменением продолжительности открытия этих запорных устройств с микропроцессора управления подачами топлива и воды, а также максимальную температуру сгорания изменением регулятором состава эмульсии по сигналу с этого микропроцессора. При пуске двигателя его вращают расширительной машиной через гидродинамическую связь до начала работы двигателя, для этого подают пар в эту машину из аккумулятора пара по сигналу с микропроцессора управления пуском, работой и остановкой двигателя, который срабатывает и приводит в движение расширительную машину, а вместе с ней и двигатель, при этом давление газов в контактном конденсаторе устанавливают по требуемой температуре конденсации водяных паров в этом аппарате, или требуемой температуре продуктов сгорания за детандером, или требуемому содержанию в продуктах сгорания токсичных газов путем определения проходного сечения детандера и его размеров, при этом для повышения температуры газов перед парогенератором в двигателях с объемной формой смесеобразования сжигают дизельное топливо при снижении коэффициента избытка воздуха в цилиндрах до 1,1-1,2 в высокооборотных дизелях до 1,2-1,3 в среднеоборотных дизелях, и до 1,3-1,4 в малооборотных дизелях, при этом уменьшают содержание сажи в продуктах сгорания повышением давления впрыска до (1000-1500)·105 Па в высокооборотных дизелях, до (1500-2000)·105 Па в среднеоборотных дизелях и до (2000-2500)·105 Па в малооборотных дизелях, для этого уменьшают диаметр сопловых отверстий, не изменяя их количества, сохраняют продолжительность впрыска или уменьшают ее не более чем на 3° п.к.в., при этом регулируют коэффициент избытка воздуха изменением регулятором рециркуляции продуктов сгорания по трубопроводу из газопровода за нагнетателем в воздухопровод перед компрессором, максимальную температуру сгорания в допустимых пределах изменением регулятором увлажнения и охлаждения наддувочного воздуха в воздухоохладителе. Конденсат из влагоотделителя подают паронасосом, или пневмонасосом, или газонасосом по трубопроводам в распылители контактных воздухоохладителя и конденсатора, при этом приводят этот насос паром, поступающим из аккумулятора, или воздухом, подаваемым из компрессора, или газами, направляемыми из парогенератора или нагнетателя газов, регулируют давление нагнетания этого насоса изменением реулятором количества подаваемого в него рабочего тела, подают горячую воду из аккумулятора в парогенератор питательным паронасосом, или пневмонасосом, или газонасосом, который приводят паром, поступающим из аккумулятора, или воздухом, подаваемым из компрессора, или газами, направляемыми из парогенератора или нагнетателя газов, регулируют давление нагнетания этого насоса изменением регулятором количества подаваемого в него рабочего тела, сливают конденсат из этих воздухоохладителя и конденсатора по водопроводам в горячую часть аккумулятора воды под давлением воздуха и газов в этих аппаратах, при этом газы выходят из этой части аккумулятора в атмосферу по газопроводу через регулятор давления газов или в выпускной газопровод или в впускной воздухопровод по трубопроводу, причем для более полной конверсии оксида углерода в диоксид, а также уменьшения размеров парогенератора и контактного конденсатора продукты сгорания из выпускного коллектора направляют последовательно в газовый нагнетатель, реактор с катализатором, парогенератор, контактный конденсатор, детандер, при этом нагнетатель приводят расширительной машиной, куда пар подают из аккумулятора, а его количество регулируют по требуемому отношению давления наддувочного воздуха к противодавлению выпускных газов (Рк/Рr) или давлению нагнетания газов, приводят компрессор детандером, подают пар из аккумулятора в камеры сгорания по паропроводам через электромеханические запорные устройства, регулируют коэффициент избытка воздуха в допустимых пределах рециркуляцией продуктов сгорания по газопроводу из нагнетательного газопровода во впускной напорный воздухопровод, конвертируют оксид углерода в диоксид в реакторе с катализатором при высоких температурах не менее 350°С и наличии паров воды в продуктах сгорания, регулируют содержание оксида углерода в уходящих газах в допустимых пределах изменением регулятором количества подаваемого пара в камеры сгорания.The specified technical result in the implementation of the group of inventions on the object-method is achieved by the fact that in a piston engine with an integrated system of deep heat recovery and reduction of harmful emissions into the atmosphere, including cooling the combustion products behind the exhaust manifold in the first boiler, their operation in a gas turbine leading to a compressor , subsequent cooling in the second boiler, supply of feed water to the last boiler, and then heated in the second boiler to the first and steam supply to the consumer, a feature is The fact is that the combustion products are cooled in a steam generator combined with an exhaust manifold, are triggered in an expansion machine and fed to a gas supercharger driven by a two-stage two-flow turbine, increase their pressure in this supercharger and fed to a contact-surface condenser in which they are cooled and water is condensed from them, then the gases are triggered in the first stage of a two-stage two-flow turbine, mixed with steam, which is triggered in the second stage, and pass into a moisture separator, where from This mixture separates moisture, and dry gases are fed to a surface heat exchanger in which they cool the circulating heat carrier through the cold part of the water accumulator and then they are discharged through a gas turbine into the atmosphere, while cold condensate is supplied from the moisture separator to the contact-surface condenser atomizers, and from of this condenser, the condensate is sent to the hot part of the water accumulator and its pH is increased by more than 7 by adding ammonia to it, the charge air pressure is increased by the compressor, this air is removed and cooled by spraying hot water in a contact-surface air cooler and condensate is drained from it into the hot part of the water accumulator, hot water is supplied from the accumulator by a feed pump to the steam generator, and the steam obtained in it is sent to the accumulator, and from it it is supplied to the second a stage of a two-stage two-flow turbine that drives a gas supercharger and an electric generator through mechanical coupling and hydrodynamic transmission, respectively, with the circulating coolant heated the leading walls of the contact-surface condenser are pumped to heat consumer devices, where it is cooled, and then introduced into the contact-surface air cooler to cool the air through the dividing walls of the heat carriers, if its temperature is below the charge air temperature, otherwise this coolant is returned through a bypass heat conduit to a contact-surface condenser, where the coolant of the engine cooling system circulates through the hot part of the accumulator ora water through the supply and return pipelines under the action of the pump, while the temperature of this coolant at the engine outlet is regulated within the permissible limits by supplying water from the cold part of the battery to the supply pipe, while the lubrication system oil is circulated by the pump through the surface heat exchanger in the cold part of the water accumulator, if its temperature does not exceed the battery hot water temperature by more than 10 ° С, otherwise it is circulated through a surface heat exchanger located in a hot h The components of this accumulator, at the same time, they regulate the oil temperature at the engine outlet within the permissible limits by changing the amount of oil passing through the bypass pipe through the oil temperature regulator, and to cool the coolant in the cold part of the water accumulator, it is circulated through the inlet and outlet heat pipes through a surface heat exchanger in the exhaust system behind a turboexpander under the action of a pump, and light liquid or gas fuel is heated with steam in the fuel accumulator by transferring heat through the walls of the surface heat exchanger supply this fuel and hot water from the batteries through the fuel pipes and water pipes through electromechanical shut-off devices to the nozzles in the inlet pipes after closing the exhaust bodies, while regulating the temperature of light liquid fuel below the temperature of formation of steam plugs in the fuel system, the maximum combustion temperature in permissible limits by changing the amount of sprayed water in these pipes, the maximum combustion pressure within the permissible limits the angle of ignition timing, as well as the coefficient of excess air in the cylinders, equal to 1.02-1.05, a change in the power of a two-stage two-flow turbine, affecting the operation of the gas supercharger, and, consequently, the expansion machine that drives the compressor. In addition, the temperature of the gases behind the contact-surface condenser is controlled below the dew point temperature by changing the regulator of the amount of cold water supplied from the dehumidifier to the atomizers of this condenser, and when burning light liquid or gas fuels, carbon monoxide is converted to dioxide on the catalyst surface from ferric and chromium oxides in the reactor, combined with the exhaust heat-insulated or cermet collector, while regulating the content of carbon monoxide in the product x of combustion behind the contact-surface condenser within the permissible limits by changing the regulator of the amount of hot water sprayed in the contact-surface air cooler, where, to reduce the content of nitrogen oxides in the combustion products, air from the pressure air duct behind the contact-surface air cooler is sent through the air duct to the suction gas pipeline of the gas supercharger, this is converted nitric oxide into dioxide by atmospheric oxygen at a temperature below 140 ° C in the exhaust gas path, absorb this oxides with droplets and jets of water in a contact-surface condenser, regulate the content of nitric oxide in the exhaust gas products by changing the regulator of the amount of air passed through this air duct, and to reduce the content of sulfur oxides in the combustion products when burning sulfur dioxide, gases from the contact-surface condenser direct a gas pipeline into a suction gas pipeline of a gas supercharger, while sulfur dioxide is converted into sulfur dioxide with nitrogen dioxide at a temperature below 450 ° C in the outlet g gas path, absorb sulfur oxides by droplets and jets of water in this condenser, regulate the content of sulfur dioxide in the exhaust products by changing the regulator by the amount of gases passed through this pipeline, and to increase the temperature of the gases in front of the reactor or steam generator, combined with the exhaust manifold when operating on partial loads, the effective engine power is increased during operation from zero and higher by turning on the fuel supply of the first cylinder and gradually increasing it to the maximum value I, then by sequentially separately turning on the fuel supplies of all the other cylinders and similarly increasing them, reduce this power in the reverse sequence by turning off the fuel supplies of the cylinders and smoothly decreasing them to zero according to the signals from the microprocessor to control the start, operation and stop of the engine, while the idle cylinders communicate with each other through the gas manifold by opening the electromechanical valves in the cylinders also according to the signals from this microprocessor, while maintaining a constant oscillation frequency Nij electric current electric regulate the rotational speed of its rotor change gear ratio of the hydrodynamic transmission start control microprocessor, and the engine stop operation. The combustion products after the steam generator combined with the exhaust manifold are fed into a gas supercharger, which increases the pressure of the gases and feeds them to the contact condenser, where they are cooled and water is condensed from them, then these gases are triggered in the expander and cooled again, water is separated from them a water separator, they cool the coolant in the surface heat exchanger and emit them into the atmosphere, while supplying air to the contact air cooler, driven by the engine through a mechanical gear, Itel, where it is cooled, and then sent to the intake manifold, steam is supplied from the steam generator to the battery, and from it into the expansion machine, which transfers its power to this supercharger through mechanical connection, and to engine 1 through the hydrodynamic connection, this steam is removed from this expansion machines through the steam line to the gas supercharger, where it, mixed with the combustion products, enters the contact condenser, direct cold water from the dehumidifier to the atomizing devices of the contact condenser and air cooler I, through water pipes under the action of a pump, supply hot water from these devices to the hot part of the water accumulator through the water supply under the pump pressure and feed the steam generator by pumping water into it from the hot part of the water accumulator, and the gas temperature behind the turbine expander is regulated above 0 ° C by changing the quantity regulator sprayed cold water in a contact condenser, the pH of the condensate drained from the contact condenser is greater than 7 by changing the amount of ammonia added to this condensate, the air temperature ha, entering the engine, or the maximum temperature of combustion within the permissible limits by changing the regulator of the amount of cold water sprayed in this air cooler, as well as the steam pressure in the battery by changing the regulator of the amount of steam supplied from the battery to the expansion machine, and to provide the consumer with cold, the coolant is circulated through the surface heat exchanger in the exhaust system behind the expander, the cold part of the water accumulator and through the cold consumption devices according to the supply and return heat pipelines under the action of the pump, while regulating the temperature of the air or other medium for this consumer within the permissible limits by changing the regulator of the amount of coolant passing through the bypass heat pipe past these devices. In addition, the heat from the hot part of the water accumulator is transferred to the heat consumer due to the circulation of the coolant by the pump through the heat conduits through the heat consumer devices and the hot part of the water accumulator, while the temperature of the air or other medium in the consumer is regulated within the permissible limits by changing the regulator of the amount of coolant passing through the bypass of these devices, while for supplying the emulsion to the combustion chambers, liquid fuel and hot water are pumped through the fuel line and water supply through filters from the fuel tank and the hot part of the water accumulator, respectively, to the mixer, where they are mixed and form an emulsion, which is pumped through the fuel line through the filter to the fuel accumulator, where it is heated with hot water circulating through the surface heat exchanger in this accumulator and the hot part of the accumulator water, heated fuel is supplied to the nozzles through the supply and distribution fuel lines through electromechanical shut-off devices and injected into the combustion chambers, while regulating the injection pressure is within acceptable limits by changing the amount of fuel supplied to the battery by the regulator, the temperature of the fuel below the temperature of steam plugs in the fuel system, by changing the amount of hot water passing through this surface heat exchanger by the regulator, the amount of injected fuel by changing the opening time of these shut-off devices from the fuel supply microprocessor and water, as well as the maximum combustion temperature by changing the regulator of the composition of the emulsion alu with this microprocessor. When the engine is started, it is rotated by the expansion machine through a hydrodynamic connection until the engine starts, for this purpose steam is supplied to this machine from the steam accumulator by a signal from the microprocessor to control the start, operation and stop of the engine, which is activated and drives the expansion machine, and with it and the engine, while the gas pressure in the contact condenser is set according to the required temperature of condensation of water vapor in this apparatus, or the required temperature of the combustion products behind the expander, or the required content of toxic gases in the combustion products by determining the expander's cross-sectional area and its dimensions, in order to increase the temperature of the gases in front of the steam generator, diesel fuel is burned in engines with a volumetric mixture formation, while the coefficient of excess air in the cylinders is reduced to 1.1-1.2 in high-speed diesel engines up to 1.2-1.3 in medium-speed diesel engines, and up to 1.3-1.4 in low-speed diesel engines, while reducing the soot content in the combustion products by increasing the injection pressure to (1000-1500) · 10 5 Pa in high-speed diesel engines up to (1500-2000) · 10 5 Pa in medium-speed diesels and up to (2000-2500) · 10 5 Pa in low-speed diesels, for this purpose the diameter of nozzle openings is reduced without changing their number, the injection duration is kept or it is reduced by no more than by 3 ° p.k.v., while regulating the coefficient of excess air by changing the regulator of recirculation of combustion products through the pipeline from the gas pipeline after the supercharger to the air pipe in front of the compressor, the maximum temperature of combustion is within the permissible limits by changing the regulator of humidification and cooling th air in the air cooler. The condensate from the dehumidifier is supplied by a steam pump, or a pneumatic pump, or a gas pump through pipelines to the contact air cooler and condenser atomizers, while this pump is driven by steam coming from the battery, or air supplied from the compressor, or by gases sent from a steam generator or gas blower, regulate the pressure injection of this pump by changing the amount of working fluid supplied to it by the regulator, hot water is supplied from the accumulator to the steam generator by a nutritious steam pump, or an air pump m, or a gas pump that is driven by steam coming from the battery, or air supplied from a compressor, or gases sent from a steam generator or gas blower, regulate the discharge pressure of this pump by changing the amount of working fluid supplied to it, the condensate is drained from these air coolers and the condenser through the water pipes to the hot part of the water accumulator under the pressure of air and gases in these devices, while the gases exit this part of the battery into the atmosphere through the gas pipeline through p of gas pressure either into the exhaust gas pipeline or into the air intake pipe, moreover, for a more complete conversion of carbon monoxide to dioxide, as well as to reduce the size of the steam generator and contact condenser, the combustion products from the exhaust manifold are sent sequentially to the gas supercharger, reactor with catalyst, steam generator, contact a condenser, an expander, while the supercharger is driven by an expansion machine, where steam is supplied from the battery, and its amount is regulated by the required pressure ratio n charge air to exhaust gas backpressure (Рк / Рr) or gas injection pressure, the compressor is driven by an expander, steam is supplied from the accumulator to the combustion chambers through steam pipelines through electromechanical shut-off devices, the excess air coefficient is adjusted within the permissible limits by recirculation of combustion products through the gas pipeline from the discharge gas pipeline into inlet pressure air duct, convert carbon monoxide to dioxide in a reactor with a catalyst at high temperatures of at least 350 ° C and the presence of water vapor in oduktah combustion is controlled content of carbon monoxide in the flue gases within acceptable limits by varying the amount of steam supplied to the regulator in the combustion chamber.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству достигается тем, что в известном устройстве поршневого двигателя внутреннего сгорания с комплексной системой глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу, включающем поршневой двигатель, первый котел, турбину, соединенную механической связью с компрессором, и второй котел, особенность заключается в том, что снабжено расположенными последовательно вдоль выпускной системы по ходу движения газов парогенератором, совмещенным с выпускным коллектором, расширительной машиной, соединенной механической связью с компрессором, газовым нагнетателем, соединенным механической связью с двухступенчатой двухпоточной турбиной, контактно-поверхностным конденсатором, двухступенчатой двухпоточной турбиной, соединенной первой ступенью с этим конденсатором газопроводом, гидродинамической передачей с электрогенератором и механической связью с газовым нагнетателем, влагоотделителем и поверхностным теплообменником, при этом поддон влагоотделителя соединен с распылителями контактно-поверхностного конденсатора водопроводом, на котором установлен подающий насос, поддон этого конденсатора соединен с горячей частью аккумулятора воды сливным водопроводом, к которому подключен баллон с аммиаком посредством газопровода, содержащего регулятор рН сливаемой воды, компрессор соединен нагнетательным воздухопроводом с контактно-поверхностным воздухоохладителем, распылители которого подключены к горячей части аккумулятора воды водопроводом, содержащим фильтр и насос, кроме этого эта часть аккумулятора воды соединена посредством этого водопровода с парогенератором, а он подключен к аккумулятору пара, от которого проложен паропровод ко второй ступени двухступенчатой двухпоточной турбины, на котором установлен регулятор коэффициента избытка воздуха, при этом водяные тракты контактно-поверхностных конденсатора и воздухоохладителя, а также приборов потребителя теплоты объединены подводящими и отводящими водопроводами в циркуляционный контур, оснащенный насосом, при этом эти водопроводы контактно-поверхностного воздухоохладителя соединены байпасным водопроводом, на котором установлен регулятор температуры теплоносителя, поступающего потребителю, причем система охлаждения двигателя соединена подающим и обратным водопроводами с горячей частью аккумулятора воды, причем подающий водопровод имеет циркуляционный насос и подключен к холодной части этого аккумулятора водопроводом, на котором установлен регулятор температуры воды на выходе из двигателя. Кроме того, система смазки оснащена поверхностным теплообменником, установленным в холодной или горячей части аккумулятора воды в зависимости от разницы температур масла и горячей воды в аккумуляторе и соединена с ним подающим и обратным маслопроводами, при этом эти маслопроводы соединены байпасным маслопроводом, на котором расположен регулятор температуры масла на выходе из двигателя, а подающий маслопровод содержит циркуляционный насос, где поверхностный теплообменник в выпускной системе за детандером соединен с холодной частью аккумулятора воды подводящим и отводящим водопроводами, при этом на подводящем водопроводе установлен циркуляционный насос, при этом топливная система оснащена аккумулятором топлива, содержащим поверхностный теплообменник, соединенный с аккумулятором пара подводящим, а с горячей частью аккумулятора воды отводящим паропроводами, при этом на подводящем паропроводе установлен регулятор температуры топлива в этом аккумуляторе, распылители топлива и воды во впускном коллекторе соединены с аккумулятором топлива и горячей частью аккумулятора воды топливопроводами и водопроводами соответственно, на которых установлены электромеханические запорные устройства, связанные электросвязями с микропроцессором управления подачами топлива и воды, который соединен еще с датчиками угла поворота коленчатого вала, максимальных температуры и давления сгорания и микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя, причем на водопроводе, подводящем воду из влагоотделителя в распылители контактно-поверхностного конденсатора, установлен регулятор уровня воды во влагоотделителе. Кроме того, для конверсии оксида углерода в диоксид при сжигании легкого жидкого и газового топлив реактор с катализатором из оксидов трехвалентного железа и хрома совмещен с теплоизолированным или металлокерамическим выпускным коллектором, а на водопроводе, подводящем горячую воду из аккумулятора в распылители контактно-поверхностного воздухоохладителя, установлен регулятор содержания оксида углерода в продуктах сгорания за контактно-поверхностным конденсатором, где для конверсии оксида азота в диоксид при температуре ниже 140°С и его абсорбции каплями и струями воды воздухопровод за контактно-поверхностным воздухоохладителем соединен с впускным газопроводом газового нагнетателя воздухопроводом, на котором установлен регулятор содержания оксида азота в продуктах сгорания за контактно-поверхностным конденсатором, а для конверсии сернистого ангидрида в серный диоксидом азота при температуре ниже 450°С и его абсорбции каплями и струями воды при сжигании сернистого топлива контактно-поверхностный конденсатор соединен с впускным газопроводом газового нагнетателя газопроводом, на котором установлен регулятор содержания сернистого ангидрида в продуктах сгорания за контактно-поверхностным конденсатором. Кроме того, для повышения температуры газов перед реактором или парогенератором, совмещенным с выпускным коллектором, на частичных нагрузках раздельной работой цилиндров установлены в головке (крышках) цилиндров электромеханические клапаны, объединенные общим газовым коллектором и соединенные электросвязями с микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя, при этом электромеханические запорные устройства на распределительных топливопроводах и водопроводах соединены электросвязями с микропроцессором управления подачами топлива и воды, причем для сохранения постоянной частоты колебаний электрического тока электрогенератора гидродинамическая передача между этим электрогенератором и двухступенчатой двухпоточной турбиной соединена электросвязью с микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя. Дополнительно устройство оснащено расположенными последовательно вдоль выпускного тракта за парогенератором газовым нагнетателем, соединенным механической связью с расширительной машиной, контактным конденсатором, детандером, соединенным механической связью с электрогенератором, влагоотделителем и поверхностным теплообменником, при этом компрессор соединен механической передачей с двигателем, всасывающим воздухопроводом с воздушным фильтром, а нагнетательным - с контактным воздухоохладителем, аккумулятор пара подключен подводящим к нему пар трубопроводом к парогенератору, а отводящим паропроводом - к расширительной машине, соединенной механической связью с газовым нагнетателем, а гидродинамической связью с двигателем, поддон влагоотделителя соединен с распылителями контактных конденсатора и воздухоохладителя водопроводами с подающим насосом, поддоны этих тепломассообменных аппаратов подключены к горячей части аккумулятора воды водопроводами с подающим насосом, а эта часть аккумулятора воды соединена с парогенератором посредством водопровода, на котором установлены питательный насос, фильтр и регулятор температуры пара в аккумуляторе, и оснащено баллоном с аммиаком, соединенным с водопроводом слива конденсата из контактного конденсатора в горячую часть аккумулятора воды посредством газопровода, на котором установлен регулятор показателя рН этого конденсата, регулятором температуры газов за детандером, расположенным на водопроводе подвода холодной воды из влагоотделителя в распылители этого конденсатора, регулятором температуры воздуха, поступающего в двигатель, или максимальной температуры сгорания, установленным на водопроводе, подводящем холодную воду из влагоотделителя в распылители контактного воздухоохладителя, а также регулятором давления пара в аккумуляторе, установленным на паропроводе, подводящем пар из аккумулятора в расширительную машину, также оснащено поверхностным теплообменником, расположенным за детандером и соединенным подающими и обратными теплопроводами с приборами потребителя холода и холодной частью аккумулятора воды, при этом на одном из подающих теплопроводов расположен циркуляционный насос, а подающий и обратный теплопроводы этого потребителя соединены байпасным теплопроводом, на котором установлен регулятор температуры воздуха или другой среды у потребителя, приборы потребителя теплоты и горячая часть аккумулятора воды соединены подводящими и отводящим теплопроводами и образуют циркуляционный контур с насосом, при этом эти теплопроводы соединены байпасным теплопроводом, на котором установлен регулятор температуры воздуха или другой среды у потребителя, причем смеситель жидкого топлива и воды подключен к топливному баку и к горячей части аккумулятора воды подающими топливопроводом и водопроводом, на которых установлены фильтры, подающие насосы и регулятор состава смеси, а также соединен с аккумулятором топлива водопроводом, на котором расположены подающий насос, фильтр и регулятор давления топлива в этом аккумуляторе, при этом к этому аккумулятору топлива подключены распылители топлива посредством подающего и распределительных топливопроводов, а на последних установлены электромеханические запорные устройства, связанные электросвязями с микропроцессором управления подачами топлива и воды, кроме того, для работы на природном газе аккумулятор топлива подключают к распределительному газопроводу через газорегуляторное устройство, а для работы на сжиженном газе его подсоединяют к газовому баллону газопроводом, на котором установлен регулятор давления газа в этом аккумуляторе, при этом аккумулятор топлива соединен с распылителями во впускных патрубках подающим и распределительным газопроводами, на которых установлены электромеханические запорные устройства, соединенные электросвязями с микропроцессором управления подачами топлива и воды, где аккумулятор топлива оснащен поверхностным теплообменником для подогрева топлива, который подключен подающим и обратным водопроводами к горячей части аккумулятора воды, при этом на подающем водопроводе установлены насос, фильтр и регулятор температуры топлива в этом аккумулятор, при этом для сжигания эмульсии или газового топлива в камерах сгорания, а также регулирования максимальных давления и температуры сгорания электромеханические запорные устройства на распределительных топливопроводах и газопроводах соединены электросвязями с микропроцессором управления подачами топлива и воды, при этом к этому микропроцессору подсоединены еще электросвязями регулятор состава эмульсии, датчики угла поворота коленчатого вала, максимальных температуры и давления сгорания, а также микропроцессор управления пуском, работой и остановкой двигателя, причем для регулирования коэффициента избытка воздуха в допустимых пределах подающий газопровод газового нагнетателя соединен со всасывающим воздухопроводом, на котором установлен регулятор коэффициента избытка воздуха, при этом для регулирования максимальной температуры сгорания на водопроводе, подающем воду в распылители контактного воздухоохладителя, установлен регулятор максимальной температуры сгорания или температуры наддувочного воздуха после воздухоохладителя, где для питания паром расширительной машины и регулирования давления пара в аккумуляторе пара этот аккумулятор соединен с расширительной машиной паропроводом, на котором установлен регулятор этого давления, при этом для пуска двигателя расширительная машина соединена с ним гидромеханической связью, с аккумулятором пара и напорным газопроводом нагнетателя паропроводом и газопроводом соответственно, на которых установлены электромеханические запорные устройства, связанные электросвязями с микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя Кроме того, влагоотделитель соединен с распылителями контактного конденсатора и воздухоохладителя подающим водопроводом, на котором установлен паронасос, или пневмонасос, или газонасос, соединенный трубопроводом с аккумулятором пара, или компрессором, или нагнетателем газов (парогенератором) и оснащенный регулятором давления нагнетания, парогенератор соединен с горячей частью аккумулятора воды водопроводом, на котором расположен паронасос, или пневмонасос, или газонасос, соединенный трубопроводом с аккумулятором пара, или компрессором, или нагнетателем газов (парогенератором) и оснащенный регулятором давления нагнетания, поддоны этих конденсатора и воздухоохладителя подключены к горячей части аккумулятора воды водопроводами, на которых установлены обратные клапаны, а газовое пространство в этой части аккумулятора соединено трубопроводом с газопроводом или воздухопроводом за этими конденсатором или воздухоохладителем, где давление ниже, чем в этих тепломассообменных аппаратах, не менее чем на величину гидростатического давления воды в этой части аккумулятора, причем газовое пространство горячей части аккумулятора воды сообщено с атмосферой трубопроводом, на котором установлен регулятор давления газов в этой части аккумулятора, поддерживающий давление ниже, чем в этих конденсаторе и воздухоохладителе, не менее чем на величину гидростатического давления воды в этой части аккумулятора. Кроме того, для повышения температуры газов перед парогенератором и более полной конверсии оксида углерода в диоксид в реакторе при высоких температурах и сжигании легкого жидкого и газового топлив, а также снижения массы и размеров парогенератора двигатель оснащен расположенными последовательно вдоль выпускного тракта за выпускным коллектором газовым нагнетателем, реактором с катализатором из оксидов трехвалентного железа и хрома, парогенератором, при этом нагнетатель соединен механической связью с расширительной машиной, подключенной к аккумулятору пара паропроводом, на котором установлен регулятор отношения давления наддува к противодавлению выпускных газов или давления нагнетания газов, компрессор соединен механической связью с детандером, нагнетательный выпускной газопровод связан с напорным впускным воздухопроводом газопроводом, на котором установлен регулятор коэффициента избытка воздуха.The specified technical result in the implementation of the group of inventions on the object-device is achieved by the fact that in the known device of a reciprocating internal combustion engine with an integrated system for the deep utilization of heat and reducing harmful emissions into the atmosphere, including a reciprocating engine, a first boiler, a turbine connected by mechanical connection with a compressor, and the second boiler, the feature is that it is equipped with a steam generator arranged in series along the exhaust system along the direction of the gas flow, with an exhaust manifold, an expansion machine, connected mechanically to a compressor, a gas supercharger, mechanically connected to a two-stage two-flow turbine, a contact-surface condenser, a two-stage two-flow turbine, connected to the first stage with this condenser by a gas pipeline, a hydrodynamic transmission with an electric generator and a mechanical connection with gas blower, dehumidifier and surface heat exchanger, while the drip tray is connected to the spray The contact surface condenser is connected to the hot part of the water accumulator by a drain pipe, to which the cylinder with ammonia is connected by means of a gas pipe containing a pH regulator of the drained water, the compressor is connected by a discharge air pipe to the contact surface air cooler, sprayers of which are connected to the hot part of the water accumulator by a water supply system containing a filter and a pump, in addition this part of the battery water is connected through this water supply to the steam generator, and it is connected to the steam accumulator, from which the steam pipe is laid to the second stage of the two-stage two-flow turbine, on which the air excess coefficient regulator is installed, while the water paths of the contact-surface condenser and air cooler, as well as heat consumer appliances combined by inlet and outlet pipelines into a circulation circuit equipped with a pump, while these pipelines of the contact-surface air cooler with are united by a bypass water supply, on which the temperature regulator of the coolant entering the consumer is installed, and the engine cooling system is connected by a supply and return water supply to the hot part of the water accumulator, and the supply water supply has a circulation pump and is connected to the cold part of this battery by a water supply on which the water temperature regulator is installed at the exit of the engine. In addition, the lubrication system is equipped with a surface heat exchanger installed in the cold or hot part of the water accumulator depending on the temperature difference between the oil and hot water in the accumulator and is connected to it by the supply and return oil pipelines, while these oil pipelines are connected by the bypass oil piping on which the temperature controller is located oil at the outlet of the engine, and the oil supply pipe contains a circulation pump, where the surface heat exchanger in the exhaust system behind the expander is connected to the cold part a the water accumulator inlet and outlet, while the circulation pump is installed on the inlet water supply, the fuel system is equipped with a fuel accumulator containing a surface heat exchanger connected to the inlet steam coupler and the outlet steam pipes to the hot water accumulator, and a regulator is installed on the inlet steam line fuel temperature in this accumulator; fuel and water atomizers in the intake manifold are connected to the fuel accumulator and the hot part of the accumulator ora water by fuel lines and water pipes, respectively, on which electromechanical locking devices are installed, connected by telecommunications with a microprocessor for controlling the supply of fuel and water, which is also connected to sensors for the angle of rotation of the crankshaft, maximum temperature and pressure of combustion, and a microprocessor for controlling the start, operation and stop of the engine, a water level regulator is installed on the water supply line supplying water from the moisture separator to the contact-surface condenser atomizers ootdelitele. In addition, for the conversion of carbon monoxide to dioxide during the burning of light liquid and gas fuels, a reactor with a catalyst of ferric and chromium oxides is combined with a thermally insulated or ceramic-metal exhaust manifold, and a water supply line that supplies hot water from the battery to the contact-surface air cooler sprayers a regulator of the carbon monoxide content in the combustion products behind the contact-surface condenser, where for the conversion of nitric oxide to dioxide at a temperature below 140 ° C and its absorption by drops and jets of water, the air duct behind the contact-surface air cooler is connected to the inlet gas pipe of the gas supercharger by an air pipe on which the regulator of nitrogen oxide content in the combustion products is mounted behind the contact-surface condenser, and for the conversion of sulfur dioxide to sulfur dioxide by nitrogen dioxide at temperatures below 450 ° C and its absorption by drops and jets of water during the burning of sulfur dioxide, the contact-surface condenser is connected to the inlet gas pipeline of the gas pump I pipeline on which the regulator content of sulfur dioxide in the combustion products for the contact-surface condenser. In addition, to increase the temperature of the gases in front of the reactor or the steam generator, combined with the exhaust manifold, at partial loads by separate work of the cylinders, electromechanical valves are installed in the cylinder head (covers), combined by a common gas collector and connected by telecommunications with a microprocessor to control engine start, work and stop, at the same time, electromechanical locking devices on the fuel and water distribution pipelines are connected by electrical communications with the microprocessor by supplying fuel and water, and in order to maintain a constant frequency of oscillations of the electric current of the electric generator, the hydrodynamic transmission between this electric generator and a two-stage two-line turbine is electrically connected to the microprocessor for controlling engine start, operation and shutdown. In addition, the device is equipped with a gas supercharger arranged sequentially along the exhaust path behind the steam generator, mechanically connected to an expansion machine, a contact condenser, an expander connected mechanically to an electric generator, a moisture separator and a surface heat exchanger, while the compressor is connected by a mechanical transmission to a motor, an air intake suction pipe and an air filter and discharge - with contact air cooler, steam accumulator is connected with steam piping to it to the steam generator, and a discharge steam line to the expansion machine, connected mechanically to the gas supercharger, and hydrodynamically to the engine, the drip tray is connected to the contact condenser and air cooler sprays with a water pump, the trays of these heat and mass transfer devices are connected to parts of the water accumulator with water pipes with a feed pump, and this part of the water accumulator is connected to the steam generator through a water pipe, onto which A feed pump, a filter and a steam temperature regulator are installed in the accumulator, and is equipped with an ammonia cylinder connected to the condensate drain pipe from the contact condenser to the hot part of the water accumulator by means of a gas pipeline, on which the condensate pH indicator is installed, with a gas temperature regulator behind the expander, located on the water supply pipe of cold water from the water separator to the sprayers of this condenser, the temperature controller of the air entering the engine, or as much as possible the combustion temperature installed on the water supplying cold water from the dehumidifier to the contact air cooler nozzles, as well as the steam pressure regulator in the battery installed on the steam supplying the steam from the battery to the expansion machine, is also equipped with a surface heat exchanger located behind the expander and connected by supply and return heat pipelines with devices of the consumer of cold and the cold part of the water accumulator, while on one of the supply heat pipelines there is a circulator the on-site pump, and the supply and return heat pipes of this consumer are connected by a bypass heat pipe, on which the temperature or other medium temperature regulator is installed at the consumer, the heat consumer devices and the hot part of the water accumulator are connected by the supply and exhaust heat pipes and form a circulation circuit with the pump, while these heat pipes connected by a bypass heat conduit on which a regulator of temperature of the air or other medium is installed at the consumer, and the mixer of liquid fuel and water is connected to the fuel tank and to the hot part of the water accumulator by the supplying fuel line and water supply, on which filters, supply pumps and the mixture composition regulator are installed, and also connected to the fuel accumulator by the water supply, on which the feed pump, filter and fuel pressure regulator are located in this accumulator, while fuel sprayers are connected to this fuel accumulator by means of supply and distribution fuel pipelines, and electromechanical locking devices connected by electric communication with the microprocessor for controlling the fuel and water supply, in addition, for operation on natural gas, the fuel accumulator is connected to the distribution gas pipeline through a gas control device, and for operation on liquefied gas it is connected to the gas cylinder by the gas pipeline on which the gas pressure regulator in this accumulator is installed, while the fuel accumulator is connected to the nozzles in the inlet nozzles of the supply and distribution pipelines on which electromechanical locking devices are installed, soy electrical communications with a microprocessor for controlling fuel and water supply, where the fuel accumulator is equipped with a surface heat exchanger for heating fuel, which is connected by a supply and return pipelines to the hot part of the water accumulator, while a pump, a filter and a fuel temperature regulator are installed in the supply water, while for burning emulsion or gas fuel in combustion chambers, as well as regulating maximum pressure and temperature of combustion, electromechanical locking devices The fuel distribution and gas pipelines are electrically connected to a fuel and water control microprocessor, while the emulsion composition regulator, crankshaft angle sensors, maximum temperature and combustion pressure, and the engine start, run and stop microprocessor are also connected to this microprocessor moreover, to regulate the coefficient of excess air within acceptable limits, the supply gas pipe of the gas supercharger is connected to a suction pipe the air duct, on which the excess air coefficient regulator is installed, while for regulating the maximum combustion temperature on the water supply pipe to the contact air cooler spray guns, the maximum combustion temperature or charge air temperature after the air cooler is installed, where for supplying steam to the expansion machine and regulating the steam pressure in steam accumulator, this accumulator is connected to the expansion machine by a steam line, on which a regulator of this pressure is installed at the same time, for starting the engine, the expansion machine is connected with it by a hydromechanical connection, with a steam accumulator and a discharge gas pipe of the supercharger with a steam pipe and a gas pipe, respectively, on which electromechanical shut-off devices are connected, connected by electrical communications with the microprocessor to control the start, operation and stop of the engine. In addition, the water separator is connected with contact condenser and air cooler sprayers with a supply pipe, on which a steam pump, or air pump, or gas is installed a pump connected by a pipeline to a steam accumulator, or a compressor, or a gas blower (steam generator) and equipped with a discharge pressure regulator, the steam generator is connected to the hot part of the water accumulator by a water pipe on which the steam pump is located, or an air pump, or a gas pump connected by a pipeline to the steam accumulator, or a compressor or a gas blower (steam generator) and equipped with a discharge pressure regulator, the trays of these condenser and air cooler are connected to the hot part of the battery water pipes, on which check valves are installed, and the gas space in this part of the battery is connected by a pipeline to the gas pipe or air pipe behind these condenser or air cooler, where the pressure is lower than in these heat and mass exchangers by no less than the hydrostatic pressure of water in this part of the battery moreover, the gas space of the hot part of the water accumulator is communicated with the atmosphere by a pipeline on which the gas pressure regulator in this part of the accumulator is installed, supports the living pressure is lower than in these condensers and air coolers, not less than the hydrostatic pressure of water in this part of the battery. In addition, to increase the temperature of the gases in front of the steam generator and more complete conversion of carbon monoxide to dioxide in the reactor at high temperatures and burning light liquid and gas fuels, as well as to reduce the mass and size of the steam generator, the engine is equipped with a gas supercharger arranged sequentially along the exhaust path behind the exhaust manifold, a reactor with a catalyst of ferric and chromium oxides, a steam generator, while the supercharger is mechanically coupled to an expansion machine, A steam line connected to the steam accumulator, on which a regulator of the ratio of boost pressure to exhaust back pressure or gas injection pressure is installed, the compressor is mechanically connected to the expander, the discharge exhaust gas pipe is connected to the pressure inlet air pipe by the gas pipe, on which the excess air ratio regulator is installed.
В настоящее время выпускается очень много конструкций поршневых двигателей внутреннего сгорания, отличающихся назначением, размерами и расположением цилиндров, способом смесеобразования, системами наддува, охлаждения и смазки и так далее. Для этих двигателей разработана единая комплексная система глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу, которая может быть реализована на каждом из них в соответствии с вариантами данного изобретения. Наиболее приемлема и предпочтительна разработанная комплексная система для стационарных и судовых двигателей с наддувом и электронными системами впрыска и регулирования двигателя. Ниже описываются устройство и работа этой системы с различными схемами наддува, подачами горячей воды или пара в камеры сгорания, пара в расширительную машину, содержащую циркуляционные контуры горячей и холодной воды, аккумулятор горячей воды и холодного теплоносителя, аккумуляторы пара и топлива и различные тепломассообменные аппараты.Currently, there are a lot of designs of reciprocating internal combustion engines that differ in the purpose, size and arrangement of the cylinders, the method of mixture formation, pressurization, cooling and lubrication systems and so on. For these engines, a unified integrated system has been developed for the deep utilization of heat and reduction of harmful emissions into the atmosphere, which can be implemented on each of them in accordance with the variants of the present invention. The most acceptable and preferred developed integrated system for stationary and marine engines with supercharging and electronic injection and engine control systems. The device and operation of this system with various pressurization circuits, the supply of hot water or steam to the combustion chambers, steam to an expansion machine containing circulating circuits of hot and cold water, a hot water and cold coolant accumulator, steam and fuel accumulators and various heat and mass transfer apparatuses are described below.
На фиг.1-4 показаны схемы реализации вариантов комплексной системы глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу с поршневым двигателем. На фиг.1 изображена схема, в которой воздушный компрессор приводится расширительной машиной, соединенной механической связью с этим компрессором, а газовой связью с двигателем. Мощность этой машины увеличивают благодаря созданию за ней разрежения газовым нагнетателем, который приводится двухступенчатой двухпоточной расширительной машиной. Избыток мощности эта машина передает электрогенератору, с которым она связана гидродинамической передачей. Газовый нагнетатель, установленный перед конденсатором, повышает перед ним давление. На этой схеме применены контактно-поверхностные тепломассообменные аппараты, осуществлены впрыски топлива и горячей воды во впускные патрубки под управлением микропроцессора. Схема на фиг.2 отличается от схемы на фиг.1 тем, что воздушный компрессор приводится двигателем через механическую передачу. Паровая расширительная машина соединена механической связью с газовым нагнетателем, а гидродинамической связью с двигателем. Кинетическая и тепловая энергия уходящих газов утилизируется в расширительной машине, установленной за конденсатором и связанной с электрогенератором механической связью. На этой схеме осуществлены впрыски эмульсии в камеры сгорания, а газового топлива во впускные патрубки цилиндров. Здесь применены контактные тепломассообменные аппараты, а потребители снабжены теплотой, холодом и электроэнергией. На схеме фиг.3 реализуются варианты привода насосов паровым, или воздушным, или газовым приводом, а также способ подачи конденсата из поддонов воздухоохладителя и конденсатора в аккумулятор воды без насоса под действием разности давления газов в этих аппаратах. На фиг.4 парогенератор установлен за нагнетателем и реактором, содержащим катализатор. Нагнетатель приводится паровой расширительной машиной, соединенной паропроводом с аккумулятором пара. На этой схеме реализовано регулирование коэффициента избытка воздуха рециркуляцией продуктов сгорания и отношения давления наддува к противодавлению выпускных газов (Рк/Рr).Figure 1-4 shows a diagram of the implementation of options for an integrated system of deep heat recovery and reduce harmful emissions into the atmosphere with a piston engine. Figure 1 shows a diagram in which the air compressor is driven by an expansion machine, connected mechanically to this compressor, and gas connection to the engine. The power of this machine is increased by creating a vacuum behind it with a gas supercharger, which is driven by a two-stage two-line expansion machine. This machine transfers excess power to the electric generator with which it is connected by hydrodynamic transmission. A gas supercharger installed in front of the condenser increases the pressure in front of it. In this scheme, contact-surface heat and mass transfer apparatuses are used, fuel and hot water are injected into the inlet pipes under the control of a microprocessor. The circuit in FIG. 2 differs from the circuit in FIG. 1 in that the air compressor is driven by the engine through a mechanical transmission. The steam expansion machine is mechanically coupled to a gas supercharger, and hydrodynamically coupled to an engine. The kinetic and thermal energy of the flue gases is utilized in an expansion machine installed behind the condenser and connected by a mechanical link to the generator. In this scheme, emulsions are injected into the combustion chambers, and gas fuel is injected into the cylinder inlets. Contact heat and mass transfer devices are used here, and consumers are supplied with heat, cold and electricity. In the diagram of Fig. 3, the drive variants of the pumps are realized by steam, or air, or gas drives, as well as a method of supplying condensate from the trays of the air cooler and the condenser to the water accumulator without a pump under the influence of the gas pressure difference in these devices. 4, a steam generator is installed behind the supercharger and the reactor containing the catalyst. The supercharger is driven by a steam expansion machine connected by a steam line to the steam accumulator. This scheme implements the regulation of the coefficient of excess air by recirculation of the combustion products and the ratio of boost pressure to exhaust back pressure (Pk / Pr).
Устройство поршневого двигателя внутреннего сгорания с комплексной системой глубокой утилизациии теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу содержит поршневой двигатель 1 (фиг.1), расположенные за ним последовательно вдоль выпускного тракта парогенератор 2, совмещенный с выпускным коллектором, или реактор с катализатором из оксидов трехвалентного железа и хрома, совмещенный с теплоизолированным или металлокерамическим выпускным коллектором, при наличии за ним парогенератора, расширительную машину 3, соединенную механической связью с компрессором 4, газовый нагнетатель 5, соединенный механической связью с двухступенчатой двухпоточной турбиной 6, контактно-поверхностный конденсатор 7, двухступенчатую двухпоточную турбину 6, соединенную первой ступенью с этим конденсатором, гидродинамической передачей 8 с электрогенератором 9, а механической связью с газовым нагнетателем 5, влагоотделитель 10, поверхностный теплообменник 11 и выпускную трубу 12, соединенные с двигателем и между собой газопроводами 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19. Компрессор 4 подключен к впускному коллектору 20 воздухопроводами 21 и 22 через контактно-поверхностный воздухоохладитель 23, распылители которого подключены к горячей части аккумулятора воды 24 подводящими водопроводами 25 и 26 через фильтр 27 и питательный насос 28. На водопроводе 25 установлен регулятор содержания оксида углерода в продуктах сгорания 29 за контактно-поверхностным конденсатором 7. Горячая часть аккумулятора воды 24 соединена водопроводом 26 через эти фильтр и питательный насос с парогенератором 2, а он подсоединен паропроводом 30 к аккумулятору пара 31, от которого проложен паропровод 32 ко второй ступени двухступенчатой двухпоточной турбины 6. На этом паропроводе установлен регулятор коэффициента избытка воздуха 33. На водопроводе 26 расположен регулятор температуры пара 34 в аккумуляторе пара 31. Поддон влагоотделителя 10 соединен с распылителями контактно-поверхностного конденсатора 7 водопроводом 35, на котором установлен подающий насос 36 и регулятор уровня воды 37 во влагоотделителе 10. Поддон этого конденсатора соединен с горячей частью аккумулятора воды 24 сливным водопроводом 38, к которому подключен баллон с аммиаком 39 посредством газопровода 41 через регулятор рН 40 сливаемой воды. Водяные тракты контактно-поверхностных конденсатора 7 и воздухоохладителя 23, а также приборов потребителя теплоты 42 объединены подводящими и отводящими водопроводами 43, 44 и 45 в циркуляционный контур, оснащенный насосом 46. Водопроводы 44 и 45 контактно-поверхностного воздухоохладителя соединены байпасным водопроводом 47, на котором установлен регулятор температуры теплоносителя 48, поступающего потребителю теплоты 42. Сливной водопровод 49 этого воздухоохладителя подключен к горячей части аккумулятора 24. Система охлаждения двигателя соединена подающим и обратным водопроводами 50 и 51 с горячей частью аккумулятора воды 24. Подающий водопровод 50 оснащен циркуляционным насосом 52 и подключен к холодной части этого аккумулятора водопроводом 53, на котором установлен регулятор температуры воды 54 на выходе из двигателя. Система смазки двигателя оснащена поверхностным теплообменником 55, установленным в холодной или горячей части аккумулятора воды 56 или 24, в зависимости от разницы температур масла и горячей воды в аккумуляторе, и соединена с ним подающим и обратным маслопроводами 57 и 58. Эти маслопроводы соединены байпасным маслопроводом 59, на котором расположен регулятор температуры масла 60, на выходе из двигателя, а система смазки содержит циркуляционный насос 61. Для охлаждения воды в холодной части аккумулятора поверхностный теплообменник 11 в выпускной системе после влагоотделителя 10 соединен с холодной частью аккумулятора воды 56 подводящим и отводящим водопроводами 62 и 63, при этом на подводящем водопроводе установлен циркуляционный насос 64. Для подачи топлива вместе с воздухом и горячей водой в камеры сгорания через впускные патрубки топливная система оснащена аккумулятором топлива 65, который подключен к магистральному топливопроводу через фильтр 66 и подающий насос 67 для жидкого топлива топливопроводом 68, на котором расположен регулятор давления топлива 69 в этом аккумуляторе. Она также содержит поверхностный теплообменник 70 в этом аккумуляторе, соединенный с аккумулятором пара 31 подводящим паропроводом 71, на котором расположен регулятор температуры топлива 72 в аккумуляторе топлива 65. Для отвода конденсата или пара из этого теплообменника он соединен трубопроводом 73 с горячей частью аккумулятора воды 24. Распылители топлива и горячей воды 74 во впускных патрубках соединены подающим и распределительными топливопроводами 75 и 76 с аккумулятором топлива 65 через электромеханические запорные устройства 77, соединенные электросвязями 78 с микропроцессором управления подачами топлива и воды 79. Эти распылители подключены еще к горячей части аккумулятора воды 24 подающими водопроводами 25, 26 и 80 и распределительными 81, через подающий насос 28, фильтр 27 и электромеханические запорные устройства 82, связанные электросвязями 83 с микропроцессором управления подачами топлива и воды 79. Этот микропроцессор связан еще с датчиками угла поворота коленчатого вала и максимальных температуры и давления сгорания, а также с микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя 84 электросвязями 85, 86 и 87. Для конверсии оксида углерода в диоксид реактор, содержащий катализатор из оксидов трехвалентного железа и хрома, совмещен с выпускным теплоизолированным или металлокерамическим коллектором при наличии за ним парогенератора. При этом на водопроводе 25, подводящем горячую воду из аккумулятора 24 в распылители контактно-поверхностного воздухоохладителя 23, установлен регулятор содержания оксида углерода 29 за контактно-поверхностным конденсатором 7. С целью конверсии оксида азота в диоксид при температуре ниже 140°С и его абсорбции каплями и струями воды воздухопровод 22 за контактно-поверхностным воздухоохладителем соединен со впускным газопроводом 14 газового нагнетателя 5 воздухопроводом 88, на котором установлен регулятор содержания оксида азота в продуктах сгорания 89 за контактно-поверхностным конденсатором 7. Для конверсии сернистого ангидрида в серный диоксидом азота при температуре ниже 450°С и его абсорбции каплями и струями воды при сжигании сернистого топлива контактно-поверхностный конденсатор 7 соединен с впускным газопроводом 14 газового нагнетателя 5 газопроводом 90, на котором установлен регулятор содержания сернистого ангидрида в продуктах сгорания 91 за контактно-поверхностным конденсатором 7. С целью повышения температуры газов перед парогенератором при работе на частичных нагрузках путем раздельного включения в работу цилиндров и их выключения установлены в головке (крышках) цилиндров электромеханические клапаны 92, объединенные общим газовым коллектором 93 и соединенные электросвязями 94 с микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя 84. В этом случае электромеханические запорные устройства 77 и 82 на распределительных топливопроводах 76 и водопроводах 81 соединены электросвязями 78 и 83 с микропроцессором управления подачами топлива и воды 79. Для регулирования частоты вращения ротора электрогенератора 9 гидродинамическая передача 8 между этим электрогенератором и двухступенчатой двухпоточной турбиной 6 соединена электросвязью 95 с микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя 84. С целью отключения комплексной системы глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу от двигателя установлены электромеханические запорные устройства 96 и 97 на газопроводах 14 и 98 и соединены электросвязями 99 с микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя 84.The device of a reciprocating internal combustion engine with an integrated system for the deep utilization of heat and reducing harmful emissions into the atmosphere contains a piston engine 1 (Fig. 1), a
Двигатель 1 на фиг.2 содержит расширительную машину 100, которая соединена механической связью с газовым нагнетателем 5 и гидродинамической связью 101 с этим двигателем, подключена подводящими паропроводами 32 и 102 к аккумулятору пара 31, а отводящим паропроводом 103 к впускному трубопроводу 104 газового нагнетателя 5. К этому трубопроводу подключен еще парогенератор 2, совмещенный с выпускным коллектором, подводящим газопроводом 13. Отводящий газопровод 15 этого нагнетателя подключен к контактному конденсатору 105. На подводящем пар в расширительную машину 100 паропроводе 32 установлен регулятор давления пара 106 в аккумуляторе. Компрессор 4 соединен механической передачей 107 с двигателем 1, всасывающим воздухопроводом 108 с воздушным фильтром 109, а нагнетательным 21 – с контактным воздухоохладителем 110, который подсоединен воздухопроводом 22 к впускному коллектору 20. Распылители этого воздухоохладителя соединены водопроводами 25 и 111 с поддоном влагоотделителя 10. На водопроводе 111 установлен подающий насос 36, а на водопроводе 25 регулятор температуры 112 воздуха, поступающего в двигатель, или максимальной температуры сгорания. С поддоном этого влагоотделителя соединены еще распылители контактного конденсатора 105 водопроводами 111 и 35, на последнем установлен регулятор температуры газов 113 за детандером. Поддоны этих конденсатора и воздухоохладителя соединены водопроводами 38, 49 и 114 с горячей частью аккумулятора воды 24, при этом на водопроводе 114 установлен подающий насос 115. К этому водопроводу подключен баллон с аммиаком 39 газопроводом 41, на котором расположен регулятор рН 40 конденсата, сливаемого в горячую часть аккумулятора воды 24. Парогенератор 2 подключен к горячей части аккумулятора воды 24 подводящим водопроводом 26, который содержит фильтр 27, питательный насос 28 и регулятор температуры пара 34 в аккумуляторе пара 31. Для отвода пара из этого парогенератора в аккумулятор пара 31 проложен паропровод 30. Утилизация энергии выпускных газов производится детандером 116, соединенным с контактным конденсатором 105 подводящим газопроводом 117 и влагоотделителем 10 отводящим газопроводом 17, а также с электрогенератором 9 механической связью. С целью передачи вырабатываемого холода потребителю 118 поверхностный теплообменник 11 в выпускном газопроводе за влагоотделителем 10 соединен подающим и обратным теплопроводами 119, 120 и 121 с приборами потребителя холода 118 и холодной частью аккумулятора воды 56. При этом циркуляционный насос 122 установлен на теплопроводе 119, а подводящий и отводящий теплопроводы 119 и 120 соединены байпасным теплопроводом 123, на котором расположен регулятор температуры воздуха или другой среды 124 у потребителя 118. Приборы потребителя теплоты 125 и горячая часть аккумулятора воды 24 соединены подводящими и отводящими теплопроводами 126 и 127. При этом эти теплопроводы соединены байпасным теплопроводом 128, на котором установлен регулятор температуры воздуха или другой среды 129 у потребителя 125, а на подводящем теплопроводе 126 установлен циркуляционный насос 130. Для получения топливной эмульсии смеситель жидкого топлива и воды 131 подключен к топливному баку 132 и к горячей части аккумулятора воды 24 топливопроводом 133 и водопроводами 26 и 134. При этом на топливопроводе 133 и водопроводе 26 установлены фильтры 135 и 27, подающие насосы 136 и 28 соответственно, а на топливопроводе 133 и водопроводе 134 регулятор состава смеси 137, соединенный электросвязью 138 с микропроцессором управления подачами топлива и воды 79. Для подачи полученной эмульсии из этого смесителя в аккумулятор топлива 139 они соединены топливопроводом 140, который содержит подающий насос 141, фильтр 142 и регулятор давления топлива 143 в этом аккумуляторе. Этот аккумулятор подключен подающим и распределительными топливопроводами 144 и 145 к распылителям 146 в головке (крышках) цилиндров через электромеханические запорные устройства 147, соединенные электросвязями 148 с микропроцессором управления подачами топлива и воды 79. Для работы двигателя на природном газе аккумулятор топлива 139 подключен к распределительному газопроводу через газорегуляторное устройство 149 газопроводом 150. Для работы на сжиженном газе этот аккумулятор подсоединен к газовому баллону 151 газопроводом 152, на котором установлен регулятор давления газа 153 в этом аккумуляторе. В этом случае аккумулятор топлива 139 соединен подающим и распределительным газопроводами 154 и 155 с распылителями 156 через электромеханические запорные устройства 157, связанные электросвязями 148 с микропроцессором управления подачами топлива и воды 79. Для подогрева топлива в аккумуляторе 139 он оснащен поверхностным теплообменником 70, который подключен подводящими водопроводами 26 и 158 и отводящим водопроводом 159 к горячей части аккумулятора воды 24. При этом на подводящем водопроводе 26 установлены подающий насос 28 и фильтр 27, а на водопроводе 158 расположен регулятор температуры топлива 160 в аккумуляторе топлива 139. Запорные устройства 161 и 162 предназначены для переключения подачи топлива с эмульсии на газ и наоборот при переводе питания двигателя с одного вида топлива на другой. С целью регулирования коэффициента избытка воздуха в допустимых пределах подающий газопровод 15 газового нагнетателя 5 соединен со всасывающим воздухопроводом компрессора 4 воздухопроводом 163, на котором установлен регулятор коэффициента избытка воздуха 164. Для пуска двигателя расширительная машина 100 соединена с ним гидродинамической связью 101, с аккумулятором пара 31 и напорным газопроводом 15 нагнетателя 5 паропроводами 32 и 102 и газопроводом 165 соответственно. На паропроводе 32 и газопроводе 165 установлены электромеханические запорные устройства 166 и 167, связанные электросвязями 168 с микропроцессором управления пуском, работой и остановкой двигателя 84.The engine 1 in FIG. 2 contains an
С целью подачи конденсата из влагоотделителя 10 (фиг.3) в распылители контактного воздухоохладителя 110 и контактного конденсатора 105 на подающем конденсат водопроводе 111 установлен паронасос, или пневмонасос, или газонасос 169. Для подвода рабочего тела к приводу этого насоса из коллектора 170 он подключен к трубопроводу 171, на котором установлен регулятор давления подаваемого конденсата 172. С целью подачи горячей воды из аккумулятора 24 в парогенератор 2 они соединены водопроводом 26, на котором расположен паронасос, или пневмонасос, или газонасос 173. Для подвода рабочего тела из коллектора 170 он подключен к трубопроводу 174, на котором установлен регулятор давления подаваемой воды 175. Этот коллектор подсоединен к аккумулятору пара 31 паропроводом 176, к компрессору 4 воздухопроводом 177 и к парогенератору 2 или нагнетателю газов газопроводом 178. Для сброса рабочего тела из этих насосов в детандер 116 или влагоотделитель 10 они соединены с газопроводом 117 или 17 трубопроводами 179 и 180. С целью подачи в приводы насосов пара, или воздуха, или газов на паропроводе 176, воздухопроводе 177 и газопроводе 178 установлены запорные устройства 181, 182 и 183 соответственно. Электросвязь 184 между датчиком давления в аккумуляторе пара и микропроцессором управления подачами топлива и воды 87 служит для контроля и регулирования давления пара в этом аккумуляторе. Для подачи конденсата из контактных конденсатора 105 и воздухоохладителя 110 в горячую часть аккумулятора воды 24 под давлением газов и воздуха соответственно эта часть аккумулятора воды сообщена с атмосферой газопроводом 185, на котором установлен регулятор давления газов 186 в этой части аккумулятора. Другой способ подачи конденсата из этих аппаратов без регулятора реализуется соединением этой части аккумулятора трубопроводом 187 с газопроводом 117 за этим конденсатором или трубопроводом 188 с воздухопроводом 22 за этим воздухоохладителем, где давление ниже, чем в этих тепломассообменных аппаратах не менее чем на величину гидростатического давления воды в этой части аккумулятора. В этом случае на трубопроводах 187 и 188 установлены запорные устройства 189 и 190, предотвращающие одновременную подачу газов и воздуха в эту часть аккумулятора воды. Водопроводы 38 и 49 оснащены обратными клапанами 191 и 192, препятствующими сливу конденсата из этой части аккумулятора воды обратно в эти тепломассообменные аппараты при отсутствии в них избыточного давления газов и воздуха.In order to supply condensate from the dehumidifier 10 (Fig. 3) to the atomizers of the
Для повышения температуры газов перед парогенератором и более полной конверсии оксида углерода в диоксид в реакторе при более высоких температурах, а также снижения массы и размеров парогенератора двигатель оснащен расположенными последовательно вдоль выпускного тракта за выпускным коллектором газовым нагнетателем 5 (фиг.4), реактором 193 с катализатором из оксидов трехвалентного железа и хрома, парогенератором 2, контактным конденсатором 105, детандером 116 и влагоотделителем 10, которые соединены газопроводами 13, 194, 195, 15, 117 и 17. Нагнетатель 5 соединен механической связью с расширительной машиной 100, подключенной к аккумулятору пара 31 паропроводом 32, на котором установлен регулятор отношения давления наддува к противодавлению выпускных газов (Рк/Рr) 196 или регулятор давления нагнетания газов, компрессор 4 соединен механической связью с детандером 116. Нагнетательный выпускной газопровод 194 связан с напорным впускным воздухопроводом 22 газопроводом 163, на котором установлен регулятор коэффициента избытка воздуха 164. Подающий паропровод 154 содержит регулятор содержания оксида углерода в продуктах сгорания 106 за реактором 193. Для отключения комплексной системы глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу от двигателя выпускной коллектор 197 связан с детандером 116 газопроводом 198. Кроме этого установлены запорные устройства 199 на газопроводе 198, 200 - на паропроводе 32, 201 и 202 - на газопроводах 13 и 117 соответственно.To increase the temperature of the gases in front of the steam generator and more complete conversion of carbon monoxide to dioxide in the reactor at higher temperatures, as well as to reduce the weight and size of the steam generator, the engine is equipped with a
Способ работы поршневого двигателя с комплексной системой глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу осуществляют следующим образом. Продукты сгорания из цилиндров двигателя 1 (фиг.1) направляют в парогенератор 2, совмещенный с выпускным коллектором, где их охлаждают, а затем подают по газопроводу 13 в расширительную машину 3. В этой машине они срабатывают и приводят ее в работу, а вместе с ней и компрессор 4, связанный с этой машиной механической связью. Далее газы следуют по газопроводу 14 в нагнетатель 5, где повышают их давление и подают по газопроводу 15 в контактно-поверхностный конденсатор 7. В этом конденсаторе продукты сгорания охлаждают и из них выделяют конденсат. Затем газы поступают по газопроводу 16 в первую ступень двухступенчатой двухпоточной турбины 6, где смешиваются с паром, подводимым во вторую ступень, после чего проходят по газопроводу 17 во влагоотделитель 10, где из образовавшейся смеси отделяют влагу, а сухие газы направляют по газопроводу 18 в поверхностный теплообменник 11, в котором они охлаждают теплоноситель холодной части аккумулятора воды, и выбрасывают их в атмосферу по газопроводу 19 через выпускную турбину 12. Во вторую ступень двухступенчатой двухпоточной турбины поступает пар по паропроводу 32 из аккумулятора пара 31. Продукты сгорания и пар срабатывают в ступенях турбины и приводят ее в работу, а эта турбина вращает нагнетатель и электрогенератор, связанные с ней механической связью и гидродинамической передачей. Необходимое количество пара, поступающего во вторую ступень двухступенчатой двухпоточной турбины по паропроводу 32, поддерживают регулятором 33 по допустимому коэффициенту избытка воздуха в продуктах сгорания, равному 1,02-1,05, при сжигании легкого жидкого и газового топлив. Изменение количества поступающего пара в эту турбину влияет на ее работу и работу приводимого ею нагнетателя 5, который может увеличивать или уменьшать давление газов за расширительной машиной, а следовательно, изменять ее мощность и мощность компрессора 4, связанного с ней механической связью. Пар, накапливаемый в аккумуляторе пара 31, генерируют в парогенераторе 2 и подводят в него по паропроводу 30. Питательную воду подают в этот парогенератор по водопроводу 26 насосом 28 через фильтр 27, при этом регулируют температуру пара в этом аккумуляторе регулятором 34 изменением количества подаваемой питательной воды в этот парогенератор. Холодный конденсат из влагоотделителя 10 подают в распылители контактно-поверхностного конденсатора 7 по водопроводу 35, на котором установлен регулятор уровня воды 37 в поддоне этого влагоотделителя. Воду из поддона этого конденсатора сливают в горячую часть аккумулятора воды 24 по водопрводу 38. При этом повышают показатель рН этой воды растворением в нем аммиака в водопроводе 38. Для этого подают аммиак из баллона 39 в этот водопровод по газопроводу 41, при этом регулируют количество подаваемого аммиака регулятором рН 40 по показателю рН этой воды, равном или большем 7. Растворение аммиака в конденсате нейтрализует образующиеся в нем кислоты. Наличие растворенного аммиака в воде благоприятно сказывается на снижении образования сажи в продуктах сгорания при его подаче в камеры сгорания. Регулятор уровня воды 37 во влагоотделителе 10 при уменьшении в нем конденсата уменьшает подачу холодной воды в распылители контактно-поверхностного конденсатора 7, в результате температура газов в этом конденсаторе повышается, а количество выделяющегося конденсата снижается, при этом увеличивается количество отделяющейся воды во влагоотделителе. При увеличении конденсата во влагоотделителе температуру газов в конденсаторе уменьшают увеличением количества холодной воды, подаваемой в его распылители регулятором уровня воды 37. Компрессор 4, который приводится расширительной машиной 3, подает воздух в контактно-поверхностный воздухоохладитель 23, который не только охлаждает нагретый воздух в этом компрессоре, но и увлажняет его. Для этого подают воду из горячей части аккумулятора воды 24 по водопроводам 25 и 26 насосом 28 в распылители этого воздухоохладителя. При этом регулируют количество подаваемой воды регулятором 29 по содержанию оксида углерода в продуктах сгорания. Сливают воду из поддона этого воздухоохладителя в горячую часть аккумулятора воды 24 по водопроводу 49. Циркулирующий теплоноситель, нагреваемый продуктами сгорания в контактно-поверхностном конденсаторе 7 через теплопередающие стенки, подают в приборы потребителя теплоты 42 по теплопроводу 43 насосом 46, где его охлаждают, а затем подают по подводящему теплопроводу 44 в водяной тракт контактно-поверхностного воздухоохладителя 23 для охлаждения наддувочного воздуха, если его температура оказывается ниже температуры этого воздуха, в противном случае этот теплоноситель опять возвращают по байпасному и отводящему теплопроводам 47 и 45 через регулятор температуры 48 в контактно-поверхностный конденсатор 7. Теплоноситель системы охлаждения двигателя циркулируют через горячую часть аккумулятора воды 24 по подающему и обратному водопроводам 50 и 51 под действием насоса 52. Регулируют температуру теплоносителя на выходе из двигателя в допустимых пределах подачей холодной воды из холодной части аккумулятора 24 в подающий водопровод 50 по трубопроводу 53 через регулятор этой температуры 54. Масло системы смазки циркулируют насосом 61 через поверхностный теплообменник 55 в холодной части аккумулятора воды 56, если его температура не превышает температуру горячей воды аккумулятора более чем на 10°С, в противном случае его циркулируют через поверхностный теплообменник, расположенный в горячей части этого аккумулятора 24. Регулируют температуру масла на выходе из двигателя в допустимых пределах изменением количества проходящего масла по байпасному маслопроводу 59 через регулятор температуры масла 60. Для охлаждения теплоносителя в холодной части аккумулятора воды 56 его циркулируют по подводящему и отводящему теплопроводам 62 и 63 через поверхностный теплообменник 11 в выпускной системе за влагоотделителем под действием насоса 64. Для снижения жесткости работы двигателя и улучшения его пусковых качеств при низких температурах топливо подогревают паром в аккумуляторе топлива 65 передачей теплоты через стенки поверхностного теплообменника 70. Для этого пар подают в этот поверхностный теплообменник из аккумулятора пара 31 по подводящему паропроводу 71, а отводят его в горячую часть аккумулятора воды 24 по трубопроводу 73. При этом регулируют температуру жидкого топлива ниже температуры образования паровых пробок в топливной системе изменением регулятором 72 количества подаваемого пара в этот теплообменник. Давление в аккумуляторе топлива поддерживают в допустимых пределах изменением регулятором 69 количества подаваемого в него топлива. Подают топливо и горячую воду из аккумуляторов 65 и 24 в распылители 74 во впускных патрубках после закрытия выпускных органов по подающему и распределительным топливопроводам 75 и 76, а также подающим и распределительным водопроводам 25, 26 и 81 через соответствующие электромеханические запорные устройства 77 и 82, при этом регулируют максимальные температуру и давление сгорания в допустимых пределах с микропроцессора управления подачами топлива и воды 79, изменениями количества подаваемой воды в распылители 74 и угла опережения впрыска или зажигания по сигналам с этого микропроцессора. При сжигании легкого жидкого и газового топлив при коэффициенте избытка воздуха 1,02-1,05 конвертируют оксид углерода в диоксид на поверхности катализатора из оксидов трехвалентного железа и хрома в реакторе, совмещенном с теплоизолированным или металлокерамическим выпускным коллектором, при этом регулируют содержание оксида углерода в продуктах сгорания за контактно-поверхностным конденсатором в допустимых пределах изменением регулятором 29 количества распыливаемой горячей воды в контактно-поверхностном воздухоохладителе 23. Для снижения содержания оксидов азота в продуктах сгорания воздух из трубопровода 22 после контактно-поверхностного воздухоохладителя 23 направляют по воздухопроводу 88 в трубопровод 14 перед газовым нагнетателем 5, при этом конвертируют оксид азота в диоксид кислородом воздуха при температуре ниже 140°С в выпускном газовом тракте, абсорбируют эти оксиды каплями и струями воды в контактно-поверхностном конденсаторе 7, регулируют содержание оксида азота в уходящих газах изменением регулятором 89 расхода воздуха, пропускаемого по этому воздухопроводу. Для снижения содержания оксидов серы в продуктах сгорания при сжигании сернистого топлива газы из контактно-поверхностного конденсатора 7 направляют по газопроводу 90 в трубопровод 14 перед газовым нагнетателем 5, при этом конвертируют сернистый ангидрид в серный диоксидом азота при температуре ниже 450°С в выпускном газовом тракте, абсорбируют оксиды серы каплями и струями воды в этом конденсаторе, регулируют содержание диоксида серы в уходящих газах изменением регулятором 91 количества пропускаемых газов по этому газопроводу. Для повышения температуры газов перед реактором или парогенератором 2, совмещенным с выпускным коллектором, при работе на частичных нагрузках эффективную мощность двигателя повышают при эксплуатации от нуля и выше включением подачи топлива первого цилиндра и плавным ее увеличением до максимального значения, затем последовательным включением подач всех остальных цилиндров и аналогичным их повышением, уменьшают эту мощность в обратной последовательности выключением подач топлива цилиндров и их плавным уменьшением до нуля по сигналам с микропроцессора управления пуском, работой и остановкой двигателя 84, при этом сообщают между собой неработающие цилиндры через газовый коллектор 93 открытием электромеханических клапанов 92 в цилиндрах тоже по сигналам с этого микропроцессора. С целью сохранения постоянной частоты колебаний электрического тока электрогенератора 9 регулируют частоту вращения его ротора изменением передаточного отношения гидродинамической передачи 8 по сигналам с микропроцессора управления пуском, работой и остановкой двигателя 84.The method of operation of a piston engine with an integrated system for the deep utilization of heat and reducing harmful emissions into the atmosphere is as follows. The combustion products from the cylinders of the engine 1 (Fig. 1) are sent to the
С целью повышения устойчивости работы двигателя и его приемистости, а также улучшения пусковых качеств, продукты сгорания после парогенератора 2 (фиг.2), совмещенного с выпускным коллектором, направляют по газопроводу 13 в газовый нагнетатель 5, который приводится паровой расширительной машиной 100 через механическую связь. Кроме этого она передает избыток своей мощности двигателю 1 через гидродинамическую связь 101. Газовый нагнетатель 5 повышает давление газов и подает их по газопроводу 15 в контактный конденсатор 105, где они охлаждаются и из них конденсируется вода. Из этого конденсатора газы поступают по газопроводу 117 в детандер 116, где срабатывают и опять охлаждаются, при этом он передает свою мощность электрогенератору 9. Из охлажденных газов во влагоотделителе 10 отделяют влагу, затем по газопроводу 18 их подают в поверхностный теплообменник 11, в котором они, нагреваясь, охлаждают холодный теплоноситель холодной части аккумулятора воды 56. Подогретые газы по газопроводу 19 выбрасываются в атмосферу через выпускную трубу 12. Пар в расширительную машину 100 подводится из аккумулятора пара 31 по паропроводу 32 через регулятор давления пара 106 в этом аккумуляторе. При падении в нем давления ниже допустимого нагнетатель 5 приводится двигателем 1 через связи гидродинамическую и механическую при открытом электромеханическом запорном устройстве 167 и закрытом 166 по сигналам с микропроцессора управления пуском, работой и остановкой двигателя 84. Воздух подают во впускной коллектор 20 по воздухопроводам 21 и 22 через контактный воздухоохладитель 110 компрессором 4, который приводится двигателем 1 через механическую передачу 104. Для охлаждения воздуха и продуктов сгорания подают холодную воду из поддона влагоотделителя в эти воздухоохладитель и конденсатор по водопроводам 25 и 35 и общему водопроводу 111. При этом регулируют температуру воздуха, поступающего в двигатель, или максимальную температуру сгорания в допустимых пределах, изменением регулятором 112 количества подаваемой воды в распылители этого воздухоохладителя. Поддерживают температуру газов за детандером выше 0°С изменением регулятором 113 количества подаваемой холодной воды в распылители этого конденсатора. Отводят воду из поддонов этих тепломассообменных аппаратов под напором насоса 115 по водопроводам 38 и 49 и общему водопроводу 114 в горячую часть аккумулятора воды 24. Для предотвращения коррозии водопроводов и оборудования растворяют в этой воде аммиак, который подают из баллона 39 в водопровод 114 по газопроводу 41. При этом регулируют показатель рН этой воды более 7 путем изменения регулятором рН 40 количества подаваемого аммиака в этот водопровод. Содержание аммиака в воде благоприятно сказывается на снижении образования сажи в продуктах сгорания при подаче этой воды в камеры сгорания. Воду из горячей части аккумулятора 24 подают в парогенератор насосом 28 по водопроводу 26 через фильтр 27. При этом регулируют количество подаваемой воды регулятором 34 по температуре пара в аккумуляторе пара 31. Из этого аккумулятора пар направляют по паропроводу 32 через электромеханическое запорное устройство 166 в расширительную машину 100, а отводят от него отработанный пар по паропроводу 103 во впускной газопровод 104 газового нагнетателя 5. Для обеспечения потребителя 118 холодом циркулируют холодный теплоноситель через поверхностный теплообменник 11 в выпускной системе за влагоотделителем 10, холодную часть аккумулятора воды 24 и через приборы потребителя холода 118 по подающим и обратным теплопроводам 119, 120 и 121 под действием насоса 122, при этом регулируют температуру воздуха или другой среды у этого потребителя в допустимых пределах изменением регулятором 124 количества проходящего теплоносителя по байпасному теплопроводу 123 мимо этих приборов. С целью снабжения потребителя 125 теплотой, циркулируют горячий теплоноситель через приборы этого потребителя и горячую часть аккумулятора воды по подающим и обратным теплопроводам 126 и 127 под напором насоса 130, при этом регулируют температуру воздуха или другой среды у этого потребителя в допустимых пределах изменением регулятором 129 количества проходящего теплоносителя по байпасному теплопроводу 128 мимо этих приборов. Для подачи эмульсии в камеры сгорания жидкое топливо и горячую воду подают насосами 136 и 28 из топливного бака 132 и горячей части аккумулятора воды 24 по топливопроводу 133 и водопроводам 26 и 134 в смеситель 131 через фильтры 135 и 27 соответственно. В этом смесителе их перемешивают, а образовавшуюся эмульсию подают насосом 141 по топливопроводу 140 в аккумулятор топлива 139 через фильтр 142. При этом регулируют давление топлива в этом аккумуляторе в допустимых пределах изменением регулятором 143 количества проходящей эмульсии в этот аккумулятор. Подогревают эмульсию в этом аккумуляторе горячей водой, циркулирующей через поверхностный теплообменник 70 и горячую часть аккумулятора воды 24 по водопроводам подающим 26 и 158 и обратному 159. При этом регулируют температуру эмульсии ниже температуры образования паровых пробок в топливной системе изменением регулятором 160 количества проходящего теплоносителя через этот теплообменник. Подогретое топливо в аккумуляторе 139 подают через распылители 146 в камеры сгорания по топливопроводам подающему 144 и распределительным 145. При этом количество подаваемой эмульсии регулируют в соответствии с нагрузкой двигателя изменением продолжительности открытия электромеханических запорных устройств 147 с микропроцессора управления подачами топлива и воды 79. Поддерживают максимальную температуру сгорания в допустимых пределах изменением регулятором 137 состава эмульсии с микропроцессора управления подачами топлива и воды 79. Регулируют максимальное давление сгорания в допустимых пределах изменением угла опережения впрыска топлива тоже с этого микропроцессора. При работе двигателя на природном газе запорное устройство 161 закрывают, а 162 открывают. Газ подают в аккумулятор топлива 139 из распределительного газопровода по газопроводу 150 через газорегуляторное устройство 149, которое поддерживает необходимое давление газа в этом аккумуляторе. Для работы на сжиженном газе подачу природного газа прекращают, а сжиженный газ подают из баллона 151 в этот аккумулятор по газопроводу 152, при этом регулируют давление газа в аккумуляторе топлива в допустимых пределах изменением регулятором 153 количества подаваемого газа. Подогревают природный и сжиженный газ в этом аккумуляторе, также как эмульсию, регулируют их температуры в допустимых пределах аналогично. Подводят природный или сжиженный газ из аккумулятора топлива в распылители 156 во впускных патрубках после закрытия выпускных органов по подающему и распределительным топливопроводам 154 и 155 через электромеханические запорные устройства 157, которые пропускают топливо в распылители в определенный период и необходимом количестве по сигналам с микропроцессора управления подачами топлива и воды 79. При этом регулируют максимальную температуру сгорания в допустимых пределах изменением регулятором 112 количества распыливаемой холодной воды в контактном воздухоохладителе 110. Двигатель 1 пускают расширительной машиной 4. С этой целью его вращают этой машиной через гидромеханическую связь до начала работы двигателя. Для этого по сигналу с микропроцессора управления пуском работой и остановкой двигателя открывают электромеханическое запорное устройство 166 и пропускают пар из аккумулятора 31 по паропроводам 32 и 102 в расширительную машину 4 при закрытом электромеханическом запорном устройстве 167. Этот пар срабатывает в этой машине и приводит ее в движение, а вместе с ней и двигатель. Отработанный пар отводят во впускной газопровод 104 газового нагнетателя 5 по газопроводу 103. После пуска двигателя и уменьшения давления в аккумуляторе пара 31 ниже допустимого значения закрывают электромеханическое запорное устройство 166 и открывают 167 по сигналу с этого микропроцессора для снижения газодинамических потерь в расширительной машине во время работы двигателя. При повышении давления пара в этом аккумуляторе до требуемого уровня автоматически открывается электромеханическое запорное устройство 166 и закрывается 167. В случае остановки двигателя закрываются оба запорных устройства 166 и 167. Давление газов в контактном конденсаторе устанавливают в зависимости от требуемой температуры конденсации водяных паров в этом тепломассообменном аппарате или требуемой температуры продуктов сгорания за детандером или требуемому содержанию в продуктах сгорания вредных выбросов путем определения проходного сечения и размеров детандера. Для повышения температуры газов перед парогенератором в двигателях с объемной формой смесеобразования сжигают дизельное топливо при снижении коэффициента избытка воздуха в цилиндрах до 1,1-1,2 в высокооборотных дизелях, до 1,2-1,3 в среднеоборотных дизелях и до 1,3-1,4 в малооборотных дизелях, при этом уменьшают содержание сажи в продуктах сгорания повышением давления впрыска до (1000-1500)·105 Па в высокооборотных дизелях, до (1500-2000)·105 Па в среднеоборотных дизелях, до (2000-2500)·105 Па в малооборотных дизелях, для этого уменьшают диаметр сопловых отверстий, не изменяя их количества, сохраняют продолжительность впрыска или уменьшают его не более чем на 3°п.к.в., при этом регулируют коэффициент избытка воздуха рециркуляцией продуктов сгорания по газопроводу 163 из газопровода 15 за нагнетателем в воздухопровод 108 перед компрессором, максимальную температуру сгорания в допустимых пределах изменением регулятором 112 влажности и температуры воздуха в воздухоохладителе.In order to increase the stability of the engine and its throttle response, as well as improve starting qualities, the combustion products after the steam generator 2 (Fig. 2), combined with the exhaust manifold, are sent through a
Конденсат из влагоотделителя 10 (фиг.3) подают паронасосом, или пневмонасосом, или газонасосом 169 в распылители контактных воздухоохладителя 110 и конденсатора 105 по водопроводам 25, 35 и 111. Приводят этот насос паром, поступающим из аккумулятора пара 31 по паропроводу 176 и трубопроводу 171 при открытом запорном устройстве 181 и закрытых 182 и 183, воздухом, направляемым из компрессора 4 по воздухопроводу 177 и трубопроводу 171 при открытом запорном устройстве 182 и закрытых 181 и 183, газами, проходящими из парогенератора 2 или нагнетателя газов 3 по газопроводу 178 и трубопроводу 171 при открытом запорном устройстве 183 и закрытых 181 и 182. При этом регулируют давление нагнетания этого насоса в допустимых пределах изменением регулятором 172 количества подаваемого рабочего тела в его привод. Воду из горячей части аккумулятора воды 24 подают паронасосом, или пневмонасосом, или газонасосом 173 в парогенератор 2 по водопроводу 26. Приводят этот насос паром, поступающим из аккумулятора пара 31 по паропроводу 176 и трубопроводу 174 при открытом запорном устройстве 181 и закрытых 182 и 183, газами, проходящими из парогенератора 2 или нагнетателя газов 3 по газопроводу 178 и трубопроводу 174 при открытом запорном устройстве 183 и закрытых 181 и 182. При этом регулируют давление нагнетания этого насоса в допустимых пределах изменением регулятором 175 количества подаваемого рабочего тела в его привод. Сливают конденсат из контактных воздухоохладителя 110 и конденсатора 105 по водопроводам 49, 38 и общему водопроводу 114 в горячую часть аккумулятора воды 24 под напором газов и воздуха, при этом газы выходят из этой части аккумулятора в атмосферу по газопроводу 185 через регулятор 186, который поддерживает в нем давление в допустимых пределах. Эти газы могут выпускаться из горячей части аккумулятора в выпускной газопровод 117 по газопроводу 187 при открытом запорном устройстве 189 и закрытом 190 или впускной воздухопровод 22 по воздухопроводу 188 при открытом запорном устройстве 190 и закрытом 189. При отсутствии давления в воздухоохладителе и конденсаторе обратные клапаны 191 и 192 предотвращают слив конденсата обратно в эти аппараты из горячей части аккумулятора воды 24.The condensate from the dehumidifier 10 (Fig. 3) is supplied with a steam pump, or a pneumatic pump, or a
Для более полной конверсии оксида углерода в диоксид, а также уменьшения размеров парогенератора и контактного конденсатора продукты сгорания из выпускного коллектора двигателя 1 (фиг.4) направляют последовательно по газопроводу 13 в газовый нагнетатель 5, газопроводу 194 в реактор с катализатором 193, газопроводу 195 в парогенератор 2, газопроводу 15 в контактный конденсатор 105, газопроводу 117 в детандер 116, а из него по газопроводу 17 через влагоотделитель 10 выбрасывают в атмосферу. Нагнетатель 5 приводят расширительной машиной 100, куда пар подают из аккумулятора 31 по паропроводу 32, а отводят его по паропроводу 103 в контактный конденсатор 105. Количество подаваемого пара изменяют регулятором 196 по требуемому отношению давления наддувочного воздуха к противодавлению выпускных газов (Рк/Рr) или давлению нагнетания газов. Компрессор 4 приводят детандером 116. Пар подают из аккумулятора 31 в камеры сгорания по паропроводам 154 и 155 через электромеханические запорные устройства 157. Коэффициент избытка воздуха регулируют регулятором 164 в допустимых пределах рециркуляцией продуктов сгорания по газопроводу 163 из нагнетательного газопровода 194 во впускной напорный воздухопровод 22. Оксид углерода конвертируют в диоксид в реакторе с катализатором при высоких температурах не менее 350°С и наличии паров воды в продуктах сгорания. Содержание оксида углерода в уходящих газах поддерживают регулятором 106 в допустимых пределах изменением количества подаваемого пара в камеры сгорания. Для отключения комплексной системы от двигателя запорные устройства 200 на паропроводе 32, 201 на газопроводе 13, 202 на газопроводе 117 закрывают, а открывают запорное устройство 199 на газопроводе 198. При включении этой системы в работу запорные устройства 200, 201 и 202 открывают, а запорное устройство 198 закрывают на соответствующих газопроводах.For a more complete conversion of carbon monoxide to dioxide, as well as reducing the size of the steam generator and the contact condenser, the products of combustion from the exhaust manifold of the engine 1 (Fig. 4) are sent sequentially through a
Преимущество разработанного способа и устройства поршневого двигателя с комплексной системой глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу по сравнению с аналогами и прототипом заключается в увеличении мощности и улучшении топливной экономичности двигателя не менее чем в 1,5 раза без снижения его надежности, благодаря более эффективному превращению в работу отбросной теплоты не только продуктов сгорания, но и охлаждающей жидкости и масла, повышению температуры газов как в результате снижения коэффициента избытка воздуха, так и изменения мощности двигателя включением и выключением цилиндров и регулированию параметров воздуха, топлива и теплоносителей с применением микропроцессоров управления пуском, работой и остановкой двигателя, а также управления подачами топлива и воды; в значительном уменьшении размеров конденсатора, парогенератора и газопроводов, а также в увеличении абсорбции оксидов азота, серы и углерода, а также сажи каплями и струями воды при повышенном давлении продуктов сгорания в выпускной системе в результате применения нагнетательной и расширительной машин и рациональной их связи между собой и с поршневым двигателем; в значительном снижении вредных выбросов до нуля благодаря конверсии оксидов азота и углерода в диоксиды и диоксида серы в триоксид и их хорошему растворению в воде; в снижении массы двигателя в результате применения расширительной машины не только для привода нагнетателя, но и пуска двигателя; в одновременном обеспечении потребителей электроэнергией, теплотой, холодом и синтетической водой, выделенной из продуктов сгорания, без затраты на это мощности двигателя и топлива; в экономии электроэнергии и увеличении эффективной мощности двигателя благодаря приводу насосов газообразным рабочим телом и подаче конденсата из тепломассообменных аппаратов в аккумулятор воды под давлением газов и воздуха.The advantage of the developed method and device of a reciprocating engine with an integrated system of deep heat recovery and reduction of harmful emissions into the atmosphere compared to analogues and prototype is to increase power and improve fuel efficiency of the engine by at least 1.5 times without reducing its reliability, due to more efficient turning into the waste heat work not only combustion products, but also coolant and oil, increasing the temperature of the gases as a result of reducing the excess coefficient and air, as well as changes in engine power by turning the cylinders on and off and regulating the parameters of air, fuel and coolants using microprocessors to control the start, operation and shutdown of the engine, as well as control the flow of fuel and water; in a significant reduction in the size of the condenser, steam generator and gas pipelines, as well as in an increase in the absorption of nitrogen oxides, sulfur and carbon, as well as soot in droplets and jets of water at an increased pressure of the combustion products in the exhaust system as a result of the use of injection and expansion machines and their rational interconnection and with a piston engine; a significant reduction of harmful emissions to zero due to the conversion of nitrogen and carbon oxides to dioxides and sulfur dioxide to trioxide and their good dissolution in water; in reducing the mass of the engine as a result of using an expansion machine not only to drive the supercharger, but also to start the engine; at the same time providing consumers with electricity, heat, cold and synthetic water extracted from the products of combustion, without the expense of engine power and fuel; in saving energy and increasing the effective power of the engine due to the drive of the pumps with a gaseous working fluid and the supply of condensate from heat and mass exchangers to the water accumulator under the pressure of gases and air.
Claims (48)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001133166/06A RU2232912C2 (en) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Method of operation and design of internal combustion piston engine with complex system of deep recovery of heat and reduction of harmful emission |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001133166/06A RU2232912C2 (en) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Method of operation and design of internal combustion piston engine with complex system of deep recovery of heat and reduction of harmful emission |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001133166A RU2001133166A (en) | 2003-08-10 |
RU2232912C2 true RU2232912C2 (en) | 2004-07-20 |
Family
ID=33412187
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001133166/06A RU2232912C2 (en) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Method of operation and design of internal combustion piston engine with complex system of deep recovery of heat and reduction of harmful emission |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2232912C2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466289C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-11-10 | Виталий Никифорович Тимофеев | Cooling system for incoming gas and exhaust gas of marine diesel engine, which is supplied to inlet |
RU2472016C2 (en) * | 2011-03-22 | 2013-01-10 | Николай Иванович Кузин | Power plant |
RU2546135C2 (en) * | 2013-07-09 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Air temperature control system for inlet air of internal combustion engine |
RU2555930C2 (en) * | 2010-09-06 | 2015-07-10 | Континенталь Аутомотиве Гмбх | Method of control over dual injection and device to this end |
RU2566207C2 (en) * | 2010-07-14 | 2015-10-20 | Мак Тракс, Инк. | Off-heat recovery system with partial recuperation |
RU2707012C1 (en) * | 2019-01-16 | 2019-11-21 | Александр Николаевич Сергеев | Internal combustion engine control method |
RU217073U1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" | DEVICE FOR CONVERSING THERMAL ENERGY OF THE COOLING SYSTEM OF THE MAIN SHIP DIESEL INTO ELECTRIC ENERGY |
-
2001
- 2001-12-06 RU RU2001133166/06A patent/RU2232912C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566207C2 (en) * | 2010-07-14 | 2015-10-20 | Мак Тракс, Инк. | Off-heat recovery system with partial recuperation |
RU2555930C2 (en) * | 2010-09-06 | 2015-07-10 | Континенталь Аутомотиве Гмбх | Method of control over dual injection and device to this end |
RU2472016C2 (en) * | 2011-03-22 | 2013-01-10 | Николай Иванович Кузин | Power plant |
RU2466289C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-11-10 | Виталий Никифорович Тимофеев | Cooling system for incoming gas and exhaust gas of marine diesel engine, which is supplied to inlet |
RU2546135C2 (en) * | 2013-07-09 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Air temperature control system for inlet air of internal combustion engine |
RU2707012C1 (en) * | 2019-01-16 | 2019-11-21 | Александр Николаевич Сергеев | Internal combustion engine control method |
RU217073U1 (en) * | 2022-06-24 | 2023-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжский государственный университет водного транспорта" | DEVICE FOR CONVERSING THERMAL ENERGY OF THE COOLING SYSTEM OF THE MAIN SHIP DIESEL INTO ELECTRIC ENERGY |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101238728B1 (en) | A large turbocharged diesel engine with energy recovery arrangement | |
KR101793460B1 (en) | Internal combustion engine | |
JP5504226B2 (en) | Supercharged large internal combustion engine | |
RU2353787C1 (en) | Gas-turbine plant | |
RU2015353C1 (en) | Method of operation of steam-gas-turbine power plant | |
EP1007832B1 (en) | Device for compressing a gaseous medium and systems comprising such device | |
US6845738B2 (en) | Method for operating an internal combustion engine | |
CN102498282B (en) | Internal combustion engine | |
CA2270130A1 (en) | Method of operating a power station plant with a co2 process | |
RU2289704C2 (en) | Method of cleaning exhaust gases of internal combustion engine and device for delivering humid air into engine | |
RU2232912C2 (en) | Method of operation and design of internal combustion piston engine with complex system of deep recovery of heat and reduction of harmful emission | |
RU2370658C2 (en) | Method to operate combined engine with two phase working medium | |
RU2232913C2 (en) | Method of operation and design of internal combustion piston engine with gas-vapor working medium | |
RU2001133166A (en) | METHOD OF OPERATION AND DEVICE OF PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH INTEGRATED SYSTEM OF DEEP HEAT RECYCLING AND REDUCTION OF HARMFUL EMISSIONS IN THE ATMOSPHERE | |
SU1514966A1 (en) | Power unit | |
RU2194870C2 (en) | Method of operation and design of gas turbine plant with complex system of deep recovery of heat and production of harmful effluents | |
RU2242628C2 (en) | Method of operation and design of combination internal combustion engine with gas-steam working medium | |
RU2001133231A (en) | METHOD OF OPERATION AND DESIGN OF A PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A GAS-STEAM WORKING BODY | |
RU2237820C2 (en) | Turbocharged internal combustion engine and method of its operation | |
RU2211342C2 (en) | Power plant | |
RU2631849C1 (en) | Power plant and steam generator for this power plant (two versions) | |
RU2007606C1 (en) | Self-contained heat supply installation | |
RU2002132784A (en) | METHOD OF OPERATION AND DEVICE OF THE COMBINED INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A GAS-STEAMED WORKING BODY | |
US11913402B2 (en) | Diesel-steam power plant | |
RU2194869C2 (en) | Method of operation and design of gas turbine plant with complex system or deep recovery of heat and reduction of harmful effluents |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151207 |