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

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210245082.7
• 申請日: 2006-04-12
• 公開（公告）號: CN102900484A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尼爾斯·謝姆楚普
• 申請（專利權(quán)）人: 曼柴油機(jī)和渦輪公司;德國曼柴油機(jī)和渦輪歐洲股份公司的聯(lián)營公司
• 主分類號: F01K23/06
• 分類號: F01K23/06;F01N5/02;F02G5/02;F22B1/18
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 田軍鋒;魏金霞

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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有一個或者多個排氣加熱鍋爐的大型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)，特別涉及一種設(shè)有動力渦輪的大型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)，該動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。

背景技術(shù)

EP0434419披露了一種大型雙沖程渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)，其中排氣中的熱能通過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)動機(jī)負(fù)荷時，通過將一定比例的排氣直接導(dǎo)入繞過上游鍋爐的渦輪增壓器來減少在將排氣導(dǎo)入渦輪增壓器之前對排氣中熱能的回收。但是，通過在排氣接收器和渦輪增壓器的渦輪之間放置一臺鍋爐，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)變得相對龐大而復(fù)雜。另外，排氣門和渦輪增壓器之間的流動路徑長度的增加會降低渦輪增壓器對加速的響應(yīng)。另外，這種發(fā)動機(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)動機(jī)，該渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)更加緊湊并且容易構(gòu)造。該目的通過提供一種所述類型的渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)來實現(xiàn)，該發(fā)動機(jī)包括：多個氣缸，每個氣缸都通過相應(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或多個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鍋爐或換熱器設(shè)置在所述排氣接收器內(nèi)。

通過將所述鍋爐中的一個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)動機(jī)的空間，同時減少了布管量。另外，節(jié)省了鍋爐的殼體，因為排氣接收器的殼體現(xiàn)在具有兩個功能：其一是提供用于接收和收集來自各個氣缸的排氣的空腔；其二是提供用于容納鍋爐的空腔。另一個優(yōu)點是允許經(jīng)過鍋爐的壓降是傳統(tǒng)構(gòu)造中的三倍而不會引起發(fā)動機(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)中使用過熱蒸汽。

大型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)還可以包括由單個鍋爐或者多個鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動的蒸汽輪機(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。動力渦輪可以驅(qū)動發(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鍋爐，或者多級單個鍋爐。所以，排氣中的能量能夠被更有效地傳遞到蒸汽。

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

本發(fā)明的另一個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)動機(jī)。該目的通過提供一種大型渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)而實現(xiàn)，該大型渦輪增壓柴油發(fā)動機(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；以及動力渦輪，該動力渦輪由從渦輪增壓器的高壓側(cè)分流出來的一部分排氣驅(qū)動。

通過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，因為與通過動力渦輪產(chǎn)生更多的旋轉(zhuǎn)能相比，該系統(tǒng)適于通過鍋爐產(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，同時用于動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，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。

離開動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，動力渦輪驅(qū)動發(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。