专利名称：具有废气洗涤器的大型二冲程柴油发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装有用于降低废气的so2含量的废气洗涤器的重质燃料操作的 大型柴油发动机，例如海轮的主发动机。
背景技术：
环境问题的总体认知正在快速增长。在IM0(国际海事组织)内存在着关于海上 的空气污染形式的排放限制的持续不断的讨论。世界不同地区的当局采取了类似的措施。 例如当前正在讨论的所提议的EPA(美国环保局)规章。然而，由于成本原因，大型二冲程柴油发动机通常利用重质燃料油——硫含量相 对较高的燃料——进行操作。因此，废气的so2含量也相应较高。一种已知的用于降低废气 中的so2水平的方法是应用废气洗涤器，废气洗涤器产生盐水喷雾，废气经过该盐水喷雾。 废气中的so2分子与盐水液滴中的碱离子结合。洗涤器的效率取决于泵送通过洗涤器的水 量以及水的盐度(确切地为碱度)。在海轮上，海水是作为盐水源的最显而易见的选择。然 而，对于每千克废气需要将大约4kg的海水泵送通过废气洗涤器，以便达到最佳效果。大型 二冲程柴油发动机每小时可产生高达500，000吨的废气，这意味着需将2，000，000吨的海 水泵送通过废气洗涤器。为了将如此数量的海水向上泵送至位于船的上部的废气洗涤器 (废气所在的位置)而所需的能量总量是非常大的，并且对于特定燃油消耗量具有显著的 负面影响。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是提供一种具有用于利用较少的能量从废气中除去 so2的系统的大型二冲程柴油发动机。该目的通过提供一种重质燃料操作的大型二冲程柴油发动机来实现，其包括用 于将扫气供应至发动机气缸的涡轮增压器，其具有废气驱动的涡轮以及由涡轮驱动的压缩 机；位于压缩机下游的海水操作的扫气加湿单元，所述扫气加湿单元具有用于海水的进口 和用于回水的出口；位于涡轮下游的具有用于盐水的进口的盐水操作的废气净化洗涤器， 所述废气净化洗涤器产生盐水喷雾，废气经过该盐水喷雾，用以降低废气的so2含量；以及 管道，其来自扫气加湿单元的回水引到废气净化洗涤器的进口。通过利用与海水的盐度相比具有较高盐度的来自扫气加湿单元的回水，还减少了 为了达到废气中的so2水平的给定减少量所需的水量。通常，来自扫气加湿单元中的水的 盐度是海水的盐度的两倍。因此，需要泵送通过废气净化洗涤器的水量基本上能够减半。废气净化洗涤器可包括盐水循环系统。来自空气加湿单元的回水的盐度基本上高于被引到空气加湿单元中的海水的盐 度。优选地，来自空气加湿单元的回水的盐度至少是被引到空气加湿单元中的海水的盐度 的两倍。上述目的也可以通过提供一种重质燃料操作的大型二冲程柴油发动机来实现，其包括用于将扫气供应至发动机气缸的涡轮增压器，其具有废气驱动的涡轮以及由涡轮驱 动的压缩机；由发动机的废热提供动力的淡水发生器，所述淡水发生器具有用于海水的进 口、用于所产生的淡水的出口以及用于具有高盐度的废水的出口 ；位于涡轮下游的具有用 于盐水的进口的盐水操作的废气净化洗涤器，所述废气净化洗涤器产生盐水喷雾，废气经 过该盐水喷雾，用以降低废气的S02含量；以及管道，其将来自淡水发生器的废水引到废气 净化洗涤器的进口。废气净化洗涤器可包括盐水循环系统。来自淡水发生器的废水的盐度基本上高于被引到空气淡水发生器中的海水的盐 度。优选地，来自淡水发生器的废水的盐度至少是被引到淡水发生器中的海水的盐度的两倍。上述目的还可以通过提供一种用于操作大型二冲程柴油发动机的废气洗涤器的 方法来实现，所述方法包括将来自发动机的扫气加湿单元或来自发动机的淡水发生器的废 水用至废气洗涤器的步骤。根据本发明的发动机和方法的其它的目的、特征、优点及特性将从详细的描述中
变得明显。
在下面的本说明书的详述部分中，将参照附图中所示的示例性实施方式更加详细 地解释本发明，其中图1是根据本发明第一实施方式的内燃发动机的进气和排气系统的图示，以及图2是根据本发明第二实施方式的内燃发动机的进气和排气系统的图示。
具体实施例方式在下面的详细描述中，将通过优选实施方式来描述本发明。图1示出了代表着具 有进气和排气系统的十字头式大型涡轮增压二冲程柴油发动机1的图示。发动机1具有增 压空气接收器2和废气接收器3。属于燃烧室的排气阀由4指出。例如，发动机1可以用作 海轮中的主发动机或者用作用于操作发电站中的发电机的固定式发动机。发动机的总输出 可以例如在5，000到110，OOOkw的范围。发动机1由重质燃料油操作，因此设有包括加热 的重质燃料油罐和加热的重质燃料油管道系统(未图示)的重质燃料油系统。由于重质燃 料油在环境温度下是极黏的，因此在发动机停止期间也对这些燃料喷射系统的需加热的元 件进行加热。另外，重质燃料油系统(未图示)设有循环系统，以便在发动机停止期间保持 重质燃料油流经重质燃料油系统的部件。所述循环确保了重质燃料油系统的不具有自己专 用的加热装置的部件在发动机停止期间保持温度而且所述循环促进了重质燃料油系统的 除气。扫气从扫气接收器2到达各气缸的扫气口(未图示)。当排气阀4打开时，废气通 过第一废气管道流到废气接收器3中并且向前通过第一废气管道5流到涡轮增压器6的涡 轮7，废气从该处通过第二废气管道20流走。涡轮7通过轴8来驱动经由进气口 10供给的 压缩机9。压缩机9将加压的增压空气传输到通向增压空气接收器2的增压空气管道11。管道11中的进气经过加湿单元12，以便加湿增压空气/扫气——其以大约200°C
4离开压缩机——并将扫气的温度降低到36至80°C之间的水平。在该实施方式中，加湿单元 12是洗涤器，在加湿单元中注入并蒸发大量的水。注入的水优选地相对较暖，例如，通过利 用来自发动机1的(水)冷却系统(未图示)的废热加热海水。可替代地，能够使用未预 先加热的水。所得到的绝对水含量的水平将在某种程度上低于当将温暖的海水传输到扫气 加湿单元12时。在优选实施方式中，加湿单元是洗涤器12，对其进行操作以使离开加湿单元出口 的空气具有大致100%的相对湿度和大约70°C的温度。该增压空气/扫气的绝对湿度大约 高于离开传统发动机的中间冷却器的扫气的五倍。因此，与传统发动机(不加湿空气的发 动机)相比，在扫气以及在废气中所包含的能量大小显著较高。因此，在高负荷水平下，可 以从废气中提取更多的能量。扫气中的高绝对水含量确保了低峰燃烧温度和平均燃烧温 度，并因此降低了燃烧过程中的N0X的产生。加湿空气经由通过电动机17驱动的辅助风扇16到达增压空气收集器2，在低负荷 或部分负荷的情况下，辅助风扇对增压空气流加压。在较高的负荷下，涡轮增压器的压缩机 9传送足够的压缩的扫气并且辅助风扇16通过单向阀15被绕过。可控阀19设置在位于涡轮7上游的废气管道5中。一部分(接近10% )废气通 过可控阀绕过涡轮7。可控阀19与控制器50耦联。控制器50控制可控阀19的操作，并由 此控制被分流到动力涡轮31的废气量。通过可控阀19流出的能量在动力涡轮31中被相 对有效地回收，因此能够实现较高的总体燃料效率。在实施方式中，动力涡轮31驱动发电机32。废气流中的剩余能量因此被转化为电 力，即，具有高可用能(exergy)的能量。实施为洗涤器的扫气加湿单元12通过管道21和泵22被供以高压海水。扫气加 湿单元12产生在相对高压下离开的高盐度废水。该废水经由扫气加湿单元12的出口离开 扫气加湿单元12而到达管道23。管道23将高盐度废水引到废气净化洗涤器24的进口。该废气净化洗涤器设置在第二废气管道20中，从而使废气经过废气净化洗涤器 24。该废气净化洗涤器24包括盐水循环回路27，该循环回路27包括泵28。循环回路27 包括阀25，用于控制被引到循环回路27中的高盐度水的量，并且循环回路27包括阀29，用 于控制从循环回路27排空的所使用的盐水的量。阀25和29耦联到控制器50，并且所述阀 用以调节被供给到循环回路27中的高盐度水的量以及从循环回路27排出并被引到废水管 道26的废水的量。来自扫气加湿单元12的高盐度废水以相对高压到达，并因此能够在无 需另外的泵的情况下被引到循环回路27中。废气中的S02与作为喷雾被喷射到洗涤器24内的高盐度水中的碱离子反应。在 高盐度水中被吸收的S02经由废水管道26排出。图2示出了与参照图1所描述的实施方式基本上相同的本发明的另一实施方式， 除了根据第二实施方式的发动机不设有扫气加湿单元以外。相反地，高盐度废水是从淡水 发生器43获得。淡水发生器43通过管道42和泵40被供以海水。将海水引到淡水发生器 43的进口中并且借助于真空和来自发动机1的废热使海水在淡水发生器43中蒸发和再凝 结。因此获得的淡水经由连接于淡水发生器43的出口的管道44被引到淡水罐(未图示)。 淡水发生器的另一出口经由管道23连接于废气净化洗涤器24。在该实施方式中的废气净 化洗涤器24的操作与参照图1所描述的实施方式中的废气净化的操作相同。
本发明具有很多优点。不同的实施方式或实行可以产生一个或多个下列优点。应 当指出，这并不是详尽列举，而是可以具有此处未描述的其它优点。本发明的一个优点在于 其允许大大降低将盐水泵送到废气净化洗涤器——其用于降低大型二冲程柴油发动机的 废气的S02含量一所需的能量大小。在权利要求中所使用的术语“包括”不排除其它元件或步骤。如在权利要求中所 使用的术语“一个”或“一种”不排除多个的情况。权利要求中所使用的附图标记不应视作是对保护范围的限制。虽然在前面的说明书中着重强调了本发明的那些被认为特别重要的特征，但是应 当指出，无论是否特殊强调，申请人要求保护任何可取得专利权的特征或者前文涉及和/ 或在附图中示出的特征的结合。此外应当指出，本领域技术人员当考虑到本公开时可在此 处的设备上做出改型和/或改进并且仍在如所附权利要求中所阐述的范围和精神内。
权利要求
一种重质燃料操作的大型二冲程柴油发动机(1)，其包括用于将扫气供应至发动机气缸的涡轮增压器(6)，所述涡轮增压器具有废气驱动的涡轮(7)以及由所述涡轮(7)驱动的压缩机(9)；位于所述压缩机(9)下游的海水操作的扫气加湿单元(12)，所述扫气加湿单元(12)具有用于海水的进口和用于回水的出口；位于所述涡轮(7)下游的具有用于盐水的进口的盐水操作的废气净化洗涤器(24)，所述废气净化洗涤器(24)产生盐水喷雾，废气经过所述盐水喷雾，用以降低废气的SO2含量；以及管道(23)，所述管道将来自所述扫气加湿单元(12)的回水引到所述废气净化洗涤器(22)的进口。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述废气净化洗涤器(24)包括盐水循环系统 (27，28)。
3.根据权利要求1所述的发动机，其中，来自所述空气加湿单元(12)的回水的盐度基 本上高于被引到所述空气加湿单元(12)中的海水的盐度。
4.根据权利要求1所述的发动机，其中，来自所述空气加湿单元(12)的回水的盐度至 少是被引到所述空气加湿单元(12)中的海水的盐度的两倍。
5.一种重质燃料操作的大型二冲程柴油发动机(1)，其包括用于将扫气供应至发动机气缸的涡轮增压器(6)，所述涡轮增压器具有废气驱动的涡 轮⑵以及由所述涡轮(7)驱动的压缩机(9)；由所述发动机(1)的废热提供动力的淡水发生器(43)，所述淡水发生器(43)具有用于 海水的进口、用于所产生的淡水的出口以及用于具有高盐度的废水的出口 ；位于所述涡轮(7)下游的具有用于盐水的进口的盐水操作的废气净化洗涤器(24)，所 述废气净化洗涤器(24)产生盐水喷雾，废气经过所述盐水喷雾，用以降低废气的502含量； 以及管道(23)，所述管道将来自所述淡水发生器(44)的废水引到所述废气净化洗涤器 (22)的进口。
6.根据权利要求5所述的发动机，其中，所述废气净化洗涤器(24)包括盐水循环系统 (27，28)。
7.根据权利要求5所述的发动机，其中，来自淡水发生器(44)的废水的盐度基本上高 于被引到所述空气淡水发生器(44)中的海水的盐度。
8.根据权利要求2所述的发动机，其中，来自所述淡水发生器(44)的废水的盐度至少 是被引到所述淡水发生器(44)中的海水的盐度的两倍。
9.一种用于操作大型二冲程柴油发动机(1)的废气洗涤器(24)的方法，所述方法包括 将来自所述发动机的扫气加湿单元(12)或来自所述发动机的淡水发生器(43)的废水用至 废气洗涤器(23)的步骤。
全文摘要
一种具有废气洗涤器的大型二冲程柴油发动机，其中将具有高盐度的水泵送到废气洗涤器中用以产生喷雾，废气经过该喷雾用以降低其SO2含量。发动机还设有海水操作的扫气加湿单元和/或将海水转化为淡水的淡水发生器。将扫气加湿单元和/或淡水发生器的高盐度废水用于废气洗涤器中。当与使用普通的海水相比时，该废水的高盐度使得增加了洗涤器的效率。因此，用以保持洗涤器操作所需的相当大的泵送工作量能够被显著降低。
文档编号B01D53/78GK101858240SQ201010133220
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月12日 优先权日2009年4月2日
发明者尼尔斯·谢姆楚普 申请人:曼狄赛尔公司，德国曼柴油机欧洲股份公司的联营公司