[发明专利]船用柴油机再循环废气余热联合回收系统及控制策略

说明书

本发明公开了船用柴油机再循环废气余热联合回收系统及控制策略，属于船用柴油机废气处理技术领域。回收系统由主机系统、EGR系统、余热回收系统、涡轮增压系统组成。一部分废气进入EGR系统，这部分废气在与新鲜空气混合之前完成两次换热，之后进入扫气箱，与新鲜空气混合；另外一部分废气则进入余热回收系统，其中一部分进入废气动力涡轮中，驱动动力涡轮发电，另一部分进入涡轮增压器中，用来压缩新鲜空气。该策略能够有效回收主机各部分余热，提高整个系统的能量利用效率，并根据运行工况的不同，采用不同的控制策略，确保整个系统在各个工况下都具有较高的能量利用效率，降低系统的运营成本。

技术领域

本发明属于船用柴油机废气处理技术领域，具体涉及船用柴油机再循环废气余热联合回收系统及控制策略。

背景技术

数据统计，船舶废气年排放SOx约占世界排放总量的4％，年排放NOx约占世界排放总量的7％。在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区，已成为该地区的主要污染源。国际海事组织(IMO)相关资料表明，船舶废气排放对环境的污染越来越严重，其中SOx主要是燃料中的含硫的燃烧产物，以废气的形成排放于大气，尤其SO₂容易氧化形成酸雨危害人类；NOx包括NO、NO₂等，其中对环境危害最大的是NO和N0₂。对此，对船舶柴油废气进行处理已迫在眉睫。

船舶是能源消耗量巨大的运输工具，高能耗一方面使船舶运行成本增加，另一方面也给船舶运行带来了严重的环境问题。因此，如何有效的降低船舶能耗和排放是一个重大而现实的课题。本发明提出了一种船用柴油机再循环废气余热高效联合回收利用的方法，一方面降低了NOx的排放，另一方面有效回收了废气和EGR中的余热，提高了整个系统的能量利用效率。

对于柴油机排放控制而言，重点是控制NOx的排放。应用EGR技术能够有效的解决船舶低速柴油机NOx排放的问题，是船舶满足Tier III排放法规的要求。然而该技术将柴油机的一部分废气重新导入气缸，一方面使柴油机的废气量减少，传统余热回收系统经济性降低；另一方面，废气重新导入气缸内燃烧，导致柴油机燃烧变差，油耗增加，柴油机的经济性降低。因此，需要一种新的系统能够同时利用废气和EGR中的余热，提高系统的能量利用效率，弥补由于EGR的作用造成的系统能量损失。

由于IMO对各个污染物的排放都颁布了相应的法规，而且要求越来越严，控制区域也越来越广，因此，一种联合系统能够同时满足多种排放法规要求的系统越来越受欢迎。如果排放控制区域(ECAs)继续扩大，则满足Tier III排放标准的控制措施整个运行时间越来越长，据MAN给出的数据，运营成本增加38％左右，同时安装费用也不菲，增加了船东的运营成本。因此，提出一种适用于Tier III条件下的柴油机废气再循环余热回收系统，充分利用运行过程中的各种热量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效回收废气和EGR中的热量，提高整个系统的能量利用效率的船用柴油机再循环废气余热联合回收系统及控制策略。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

采用废气再循环，一部分废气重新导入气缸，降低缸内的燃烧温度，降低废气中NOx的排放，同时，基于EGR系统提出一种船用柴油机废气再循环余热回收利用系统，有效回收废气和EGR中的热量，提高整个系统的能量利用效率，对于高负荷和中、低负荷条件下系统各部分能量品质的差异性，提出一种控制策略，使系统各个负荷条件下能量利用效率最高。

船用柴油机再循环废气余热联合回收系统，包括主机、EGR系统、余热回收系统，涡轮增压器等。其特征是，主机废气首先进入排气箱，一部分废气进入EGR系统中，之后与新鲜空气混合重新进入气缸，另外一部分废气进入余热回收系统，其中，一部分废气进入动力涡轮，驱动动力涡轮发电，一部分废气进入涡轮增压器，用来压缩新鲜空气，这两部废气在涡轮出口混合，进入余热锅炉中与水蒸汽完成换热，之后排到大气中。