[發(fā)明專利]具有廢氣凈化的大型渦輪增壓二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210526510.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN103161548A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 斯特凡·邁爾
• 申請(qǐng)（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(yíng)公司
• 主分類號(hào): F01N3/20
• 分類號(hào): F01N3/20;F01N5/04;F02B37/00;B01D53/94
• 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種十字頭型的大型渦輪增壓二沖程內(nèi)燃活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其優(yōu)選是具有廢氣（exhaust?gas）凈化系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別涉及一種具有用于凈化廢氣除去NO_x的SCR（選擇性催化還原）反應(yīng)器的十字頭型大型二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)

十字頭型的大型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)通常在大型船舶的推進(jìn)系統(tǒng)中使用或作為發(fā)電站的原動(dòng)機(jī)使用。達(dá)到排放要求已經(jīng)并且將要日益困難，尤其是就單氮氧化合物(NO_X)等級(jí)而言。

環(huán)境問題的整體意識(shí)正在迅速增強(qiáng)。目前在IMO（國際海事組織）內(nèi)部存在海上的空氣污染形式的排放限制的討論。世界不同部分的權(quán)威人士正在采取相似的措施。一個(gè)例子是目前正在討論的已提議的EPA(美國環(huán)保署)條例。

能夠利用初級(jí)和/或次級(jí)還原方法來還原廢氣中的NO_x。初級(jí)方法是直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的方法。還原的實(shí)際程度取決于發(fā)動(dòng)機(jī)類型和還原方法，但在10%至大于80%之間變化。次級(jí)方法是通過使用不構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)本身的部分的設(shè)備，在不從燃料優(yōu)化設(shè)定方面改變發(fā)動(dòng)機(jī)性能的情況下，降低排放水平的方法。迄今為止最成功的次級(jí)方法是除去NO_x的SCR（選擇性催化還原）方法。該方法可以通過在廢氣進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器之前通過將氨或尿素添加到廢氣，而將NO_x級(jí)別降低超過95%。

SCR反應(yīng)器包含數(shù)層催化劑。催化劑的體積以及因此反應(yīng)器的尺寸取決于催化劑的活性和所需的期望NO_x還原程度。催化劑通常具有整體式結(jié)構(gòu)，這意味著其由具有大量平行通道的多塊催化劑組成，其壁具有催化活性。

廢氣必須具有至少280°C-350°C的溫度，這取決于燃料的含硫量，即高含硫量需要高溫度而低硫量需要低溫度，以在SCR反應(yīng)器的入口處用于將NO_x有效轉(zhuǎn)化成N₂和H₂0。

渦輪增壓器的渦輪的高壓側(cè)的廢氣具有大約350°C-450°C的溫度，而渦輪增壓器的渦輪的低壓側(cè)的廢氣通常具有大約250°C-300°C的溫度。

因此，在渦輪增壓器的渦輪的高壓側(cè)安裝SCR反應(yīng)器是有利的。然而，由于這些反應(yīng)器包括必須能夠抵抗大約4bar的壓力并暴露于在大約20°C與400°C之間變化的溫度的非常大的管道和容器，因此存在與在渦輪的高壓側(cè)的SCR反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的大量的復(fù)雜問題。熱膨脹和固定已造成極大的設(shè)計(jì)問題。

正確地添加例如氨或尿素的還原劑是重要的，因?yàn)檫^量加入會(huì)造成氨流失，而加入量不足會(huì)導(dǎo)致不能使所有NOx還原，從而使NOx發(fā)動(dòng)機(jī)外排放過高。另外，相對(duì)于在廢氣中出現(xiàn)的NOx正確地添加尿素不僅對(duì)平均水平是重要的，而且適用于局部水平，這意味著必須避免尿素的局部波動(dòng)，因?yàn)榫植刻砑舆^量/添加不足也將導(dǎo)致上述不希望的影響，即還原劑和廢氣必須適當(dāng)?shù)鼗旌稀Ａ硗猓l(fā)動(dòng)機(jī)在其最大持續(xù)額定值的10%與100%之間的載荷范圍內(nèi)運(yùn)行，并且需要輸送的還原劑的量的范圍也相應(yīng)地在較大的范圍內(nèi)。

在這種背景下，現(xiàn)有的SCR系統(tǒng)通常使用復(fù)雜的并因此昂貴的噴霧系統(tǒng)，以用于將氨或尿素均勻地分布在廢氣流中，并且為了確保在下游充分混合，使用通常相當(dāng)龐大的專用的所謂混合單元。另外混合單元促成了排放系統(tǒng)的總體的壓頭損失（head?loss）（壓力損失），相當(dāng)于降低了渦輪增壓器效率。尤其是渦輪增壓器的這種效率損失從燃料效率角度來講是不能接受的。另外，這種壓力損失限制了通過廢氣旁路流（廢熱回收—WHR）驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力渦輪的適用性。

發(fā)明內(nèi)容

在這種背景下，本申請(qǐng)的目的是提供具有SCR反應(yīng)器的發(fā)動(dòng)機(jī)，其克服或至少減少上文提出的問題。

該目的通過提供一種具有十字頭的大型單流式渦輪增壓二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)包括：多個(gè)直列氣缸；具有廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪和由渦輪驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的渦輪增壓器，渦輪增壓器用于向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸供給增壓空氣；長(zhǎng)形的廢氣接收器，廢氣接收器沿著氣缸延伸并且經(jīng)由排氣管連接至氣缸，排氣管構(gòu)造為將高速廢氣射流引導(dǎo)到廢氣接收器的中空內(nèi)部中，廢氣接收器具有出口；位于廢氣接收器的外部的選擇性催化還原反應(yīng)器，選擇性催化還原反應(yīng)器的入口連接至廢氣接收器的出口，并且選擇性催化還原反應(yīng)器的出口連接至渦輪增壓器的渦輪的入口；還原劑的來源，還原劑在還原劑引入點(diǎn)處添加到廢氣，還原劑引入點(diǎn)位于出口的上游的廢氣接收器中，使得來自各排氣管的高速廢氣射流提供還原劑與廢氣的有效混合。