[發(fā)明專利]具有能量回收裝置的大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210244655.4
• 申請(qǐng)日: 2006-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102900483A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尼爾斯·謝姆楚普
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 曼柴油機(jī)和渦輪公司;德國(guó)曼柴油機(jī)和渦輪歐洲股份公司的聯(lián)營(yíng)公司
• 主分類號(hào): F01K23/06
• 分類號(hào): F01K23/06;F01N5/02;F02G5/02;F22B1/18
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 田軍鋒;魏金霞

本申請(qǐng)是申請(qǐng)人為曼柴油機(jī)和渦輪公司、德國(guó)曼柴油機(jī)和渦輪歐洲股份公司的聯(lián)營(yíng)公司，申請(qǐng)日為2006年4月12日的中國(guó)專利申請(qǐng)No.200680054182.4的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)或者多個(gè)排氣加熱鍋爐的大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別涉及一種設(shè)有動(dòng)力渦輪的大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該動(dòng)力渦輪由從渦輪增壓器的渦輪的上游分流出的排氣驅(qū)動(dòng)。

背景技術(shù)

EP0434419披露了一種大型雙沖程渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其中排氣中的熱能通過(guò)位于渦輪增壓器低壓側(cè)的鍋爐和位于渦輪增壓器高壓側(cè)的鍋爐的組合得到回收。在低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，通過(guò)將一定比例的排氣直接導(dǎo)入繞過(guò)上游鍋爐的渦輪增壓器來(lái)減少在將排氣導(dǎo)入渦輪增壓器之前對(duì)排氣中熱能的回收。但是，通過(guò)在排氣接收器和渦輪增壓器的渦輪之間放置一臺(tái)鍋爐，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)變得相對(duì)龐大而復(fù)雜。另外，排氣門和渦輪增壓器之間的流動(dòng)路徑長(zhǎng)度的增加會(huì)降低渦輪增壓器對(duì)加速的響應(yīng)。另外，這種發(fā)動(dòng)機(jī)僅僅回收熱能，而不能將所回收的能量轉(zhuǎn)換成更有用的形式的能量，如旋轉(zhuǎn)能或電能。

發(fā)明內(nèi)容

在這種背景下，本發(fā)明的目的是提供一種前面所提類型的渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)更加緊湊并且容易構(gòu)造。該目的通過(guò)提供一種所述類型的渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括：多個(gè)氣缸，每個(gè)氣缸都通過(guò)相應(yīng)的歧管連接到排氣接收器；上游排氣管，該上游排氣管用于將排氣從所述排氣接收器引到渦輪增壓器的渦輪的入口；下游排氣管，該下游排氣管用于將排氣從所述渦輪增壓器的渦輪的出口引到大氣中；用于從排氣中回收熱能的一個(gè)或多個(gè)排氣加熱鍋爐或換熱器，其中，將所述鍋爐或換熱器中的至少一個(gè)鍋爐或換熱器設(shè)置在所述排氣接收器內(nèi)。

通過(guò)將所述鍋爐中的一個(gè)放置在排氣接收器內(nèi)，有效地使系統(tǒng)的部件在大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)頂部的緊湊區(qū)域不再需要任何的空間。這種措施產(chǎn)生了更多圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)的空間，同時(shí)減少了布管量。另外，節(jié)省了鍋爐的殼體，因?yàn)榕艢饨邮掌鞯臍んw現(xiàn)在具有兩個(gè)功能：其一是提供用于接收和收集來(lái)自各個(gè)氣缸的排氣的空腔；其二是提供用于容納鍋爐的空腔。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是允許經(jīng)過(guò)鍋爐的壓降是傳統(tǒng)構(gòu)造中的三倍而不會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)性能的下降。增加的壓降則使氣體速度增加，從而使得換熱面積顯著減少(所有其他參數(shù)也一樣)，從而導(dǎo)致鍋爐小得多。

所述大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還可包括位于渦輪增壓器低壓側(cè)的預(yù)熱/蒸發(fā)鍋爐。此時(shí)置于排氣接收器內(nèi)的鍋爐被用于使渦輪增壓器低壓側(cè)的鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽過(guò)熱。所以，蒸汽的品質(zhì)提高了，特別是考慮到在蒸汽輪機(jī)中使用過(guò)熱蒸汽。

大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還可以包括由單個(gè)鍋爐或者多個(gè)鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)的蒸汽輪機(jī)。所以，從排氣中回收的能量被轉(zhuǎn)換成更有用的能量形式。動(dòng)力渦輪可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換成電能。

排氣接收器可以容納多個(gè)鍋爐，或者多級(jí)單個(gè)鍋爐。所以，排氣中的能量能夠被更有效地傳遞到蒸汽。

所述多個(gè)鍋爐可以形成包括預(yù)熱/蒸發(fā)和過(guò)熱/蒸發(fā)鍋爐的多級(jí)蒸汽過(guò)熱蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的排氣能量回收的大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。該目的通過(guò)提供一種大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而實(shí)現(xiàn)，該大型渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)包括：渦輪增壓器，該渦輪增壓器具有連接到增壓空氣壓縮機(jī)的排氣驅(qū)動(dòng)渦輪；位于渦輪增壓器的高壓側(cè)的第一排氣加熱鍋爐；位于渦輪增壓器的低壓側(cè)的第二排氣加熱鍋爐；以及動(dòng)力渦輪，該動(dòng)力渦輪由從渦輪增壓器的高壓側(cè)分流出來(lái)的一部分排氣驅(qū)動(dòng)。

通過(guò)使用位于渦輪增壓器渦輪的高壓側(cè)的鍋爐以及從渦輪增壓器渦輪的高壓側(cè)分流一部分排氣，在數(shù)量上提高了能夠從排氣中回收的能量總量，尤其是在工況改變更大的條件下，因?yàn)榕c通過(guò)動(dòng)力渦輪產(chǎn)生更多的旋轉(zhuǎn)能相比，該系統(tǒng)適于通過(guò)鍋爐產(chǎn)生更多的熱能。所以，該系統(tǒng)也能如同在遠(yuǎn)洋航船的推進(jìn)系統(tǒng)中一樣幫助提高固定發(fā)電廠中的總?cè)剂闲省?/p>

一方面，第一鍋爐可以被所有的排氣流過(guò)，同時(shí)用于動(dòng)力渦輪的排氣部分在該第一排氣加熱鍋爐的下游被分流。這樣使能夠回收的能量的總量最大化。

另一方面，第一鍋爐可以僅被排氣的分流部分流過(guò)，這不影響渦輪增壓器的熱平衡，以這種方式保證了加速期間渦輪增壓器渦輪的響應(yīng)度。

離開(kāi)動(dòng)力渦輪的排氣可以在渦輪增壓器的低壓側(cè)被重新引入主排氣流。這樣能確保所有的排氣例如在選擇性催化反應(yīng)器和/或消聲器中得到后處理。

優(yōu)選地，動(dòng)力渦輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。所以，被回收的能量能被用于產(chǎn)生一種非常具有吸引力的形式靈活的能量。