专利名称：粘度控制式船用发动机重油多级加热系统及加热方法
技术领域：
本发明涉及一种船用发动机重油燃烧前的处理技术，主要是一种船用发动机余热 回收、粘度控制式重油多级加热系统及加热方法。
背景技术：
燃重油发动机面临着重油流动性差、易凝固、雾化效果差等问题，如不解决这些 问题会使得发动机经济性、排放性均降低，重油乳化、缸内喷水、进气加湿等技术虽然改 善了燃油的流动性并一定程度上降低了 NO排放，但使得燃油无法充分燃烧，热值浪费严 重，增加了运行成本；提高喷射压力虽然改善雾化效果，但增加了发动机对可靠性的要求， 如论文张署，赵伟.“船用低速柴油机排放控制与对策”.浙江海洋学院学报第21卷 (2002) 146页中指出柴油水乳化燃料的含水量超过20%，柴油机起动困难，低负荷时不易着 火，致使柴油机运转不稳定，影响柴油机的机械性能和噪音，再如论文吴金源，董以敏.“船 用大功率柴油机排放净化和控制”.铁道机车车辆第23卷增刊(2003)中107页中提到应 用直接注水或注入蒸汽的方法每减少10%N0x，预计要增加1% 洲燃油消耗率，同时增加 供油系统的机械负担，提高喷射压力，容易使喷射装置产生可靠性问题；生物柴油粘度高， 雾化困难，燃烧效果较差；先进的燃烧方式如均质压燃技术，目前还没有达到应用在船用发 动机上的水平；机外净化也是治标不治本，大大增加了使用成本；目前船用柴油机都设置 有重油加热器，加热重油以降低其粘度能改善其流动性能和雾化效果，使充分燃烧。燃油品 质不同、外界环境不同，相同燃油粘度值对应的温度也不一样，目前市场上的船用发动机燃 油加热器都是以温度为标准进行加热控制，如专利200720187910. 0 “船舶内燃机的重油加 温装置”、200520023006. 7 “多管式重油电加热器”，这样容易造成燃油粘度达不到流动、雾 化和燃烧的正常要求。
发明内容
为了克服上述燃重油发动机燃油加热过程中雾化和燃烧效果不佳，同时充分利用 循环冷却水和尾气的热量，对燃油粘度实现精确控制，本发明提供一种粘度控制式船用发 动机重油多级加热系统及操作方法。实现本发明的技术方案为
粘度控制式船用发动机重油多级加热系统包括重油喷射支路、循环水加热支路，循环 油加热支路、尾气换热系统和ECU ；所述的重油喷射支路包括储油柜、沉淀柜、脱水加热柜、 固体杂质分离柜、雾化加热柜、半自动过滤器、粘度传感器、喷油泵和油嘴，各组成部分之间 通过重油管道顺序连接，储油柜和沉淀柜之间设有循环油泵，沉淀柜和脱水加热柜也设有 循环油泵，脱水加热柜与固体杂质分离加热柜之间设有脱水分离机，固体杂质分离加热柜 与雾化加热柜之间设有固体杂质分离机；所述循环水加热支路由能够控制循环水流量的第 一循环水加热支路和第二循环加热支路组成，第一循环水加热支路通过储油柜，第二循环 加热支路通过沉淀柜，每条循环水加热支路由循环水泵、电控节流阀和换热管道组成；循环油加热支路由能够控制循环油流量第一循环油加热支路和第二循环油加热支路组成，第一 循环油加热支路通过脱水加热柜和固体杂质分离加热柜，第二循环油加热支路通过雾化加 热柜，每条循环油加热支路由循环油泵、电控节流阀和换热管道组成；尾气换热系统由尾气 一级换热器、循环油换热油路和尾气二级换热器组成，尾气一级换热器与循环油换热油路 交换热量，循环油换热油路和尾气二级换热器交换热量，循环油换热油路由换热循环管道 和循环油泵组成；所述的储油柜、沉淀柜、脱水加热柜、固体杂质分离加热柜和雾化加热柜 上设有热电偶，热电偶将温度信息传送给ECU，所述的第一循环水加热支路、第二循环水加 热支路、第一循环油加热支路和第二循环油加热支路上设有电控节流阀，电控节流阀由ECU 根据热电偶和粘度传感器输入的信息进行实时控制对循环的水量和油量进行控制。所述的粘度控制式船用发动机重油多级加热系统，其特征在于所述的雾化加热 柜设有加热电阻，加热电阻由外接电源，无极电控开关和电阻丝组成，加热电阻作为辅助加 热设备由ECU控制，用于在尾气量较少情况下补充加热。本发明利用循环水余热保证储油柜中的重油流动性，维持沉淀柜中的重油温度为 最佳沉淀温度，采用尾气换热分别维持脱水分离机和固体杂质中的重油的最佳脱水温度和 最佳除固体杂质温度，雾化加热柜采用尾气换热为主，电阻加热为辅的加热方式，以粘度为 最终加热控制指标，采用ECU瞬时控制温度、粘度，使得重油粘度符合过滤与雾化燃烧要 求，保证发动机正常运行。本发明回收利用发动机循环水和尾气余热，采用多级加热方式使得燃油在各种处 理过程中都处于最佳温度，结构简单、操作方便，能源利用率高，减少了排放，降低了运行成 本。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明 图1是本发明的结构原理示意如图1所示，图中标号分别代表:1. ECU 2.循环水泵3，6，15，19，22，24，26.电控节 流阀4，16，17’ 21，25.热电偶 5.储油柜7，10，31，34.循环油泵8，11.阀门9.沉淀柜 12.脱水加热柜13，18.阀门14.脱水分离机20.固体杂质分离加热柜23.固体杂质分离 机27.雾化加热柜28.电控无极开关29.电阻丝30.电源32.尾气二级换热器33.半 自动过滤器35.粘度传感器36.油泵37.尾气一级换热器38.油嘴。
具体实施例方式如图1所示，粘度控制式船用发动机重油多级加热系统主要由重油喷射支 路、循环水加热支路，循环油加热支路和尾气换热系统；其中循环水加热支路为沉淀柜和储 油柜提供热源加热，ECUl根据设置的温度范围对电控节流阀3，6发出指令信号，电控节流 阀3，6按照指令改变开度以控制循环水流量来实现加热温度的调节，其中储油柜5中的重 油温度控制在35°C 40°C，防止重油发生凝固，增加流动性，沉淀柜9中的重油温度控制 在60°C 70°C，以达到最佳沉淀效果；其中循环油加热系统由尾气一级换热器37、尾气二 级换热器32、循环油换热油路、第一循环油加热支路和第二循环油加热支路组成，尾气一级 换热器37中换热介质为导热油，导热油将尾气的热量通过循环油换热油路传递给尾气二级换热器32的换热介质油，循环介质油通过第一循环油加热支路加热脱水加热柜12和固 体杂质分离加热器20里的重油，通过第二循环油加热支路加热雾化加热柜27里的重油，其 中脱水加热柜12里的重油温度控制在75V 85°C，以达到最佳脱水效果，固体杂质分离 加热柜20里的重油温度控制在85°C 90°C，以达到最佳的固体杂质分离效果；热电偶16 ，21，25将采集的温度信息传给E⑶1，E⑶1根据设置的温度范围对电控节流阀15，19，22发 出指令信号，电控节流阀按照指令改变开度以控制循环水或循环油介质的流量来实现加热 温度的调节，粘度传感器35将采集的重油的粘度信息传给ECUl，ECUl根据重油粘度大小在 设置的粘度范围内对电控节流阀对，26发出指令信号，粘度过低则减小节流阀开度，重油 温度降低粘度升高，粘度过高则增加节流阀开度，重油温度升高粘度降低，如果超出了第二 循环油加热支路的加热温度上限且重油粘度过高，EOTl则对加热电阻电控无级开关观发 出指令，启动辅助加热电阻对重油进行加热直至粘度符合设置要求，雾化加热柜27里的重 油粘度根据不同需要控制在9cst 14cst，避免了粘度过高而引起的流动阻力增加，雾滴 直径较大，重油从油嘴38喷出时的雾化性差等问题，又使得粘度不至于过低而加剧喷油泵 36及油嘴38之间精密偶件表面之间的磨损。
权利要求
1.粘度控制式船用发动机重油多级加热系统，其特征在于所述系统包括重油喷射支 路、循环水加热支路，循环油加热支路、尾气换热系统和ECU ；所述的重油喷射支路包括储 油柜、沉淀柜、脱水加热柜、固体杂质分离柜、雾化加热柜、半自动过滤器、粘度传感器、喷油 泵和油嘴，各组成部分之间通过重油管道顺序连接，储油柜和沉淀柜之间设有循环油泵，沉 淀柜和脱水加热柜也设有循环油泵，脱水加热柜与固体杂质分离加热柜之间设有脱水分离 机，固体杂质分离加热柜与雾化加热柜之间设有固体杂质分离机；所述循环水加热支路由 能够控制循环水流量的第一循环水加热支路和第二循环加热支路组成，第一循环水加热支 路通过储油柜，第二循环加热支路通过沉淀柜，每条循环水加热支路由循环水泵、电控节流 阀和换热管道组成；循环油加热支路由能够控制循环油流量第一循环油加热支路和第二循 环油加热支路组成，第一循环油加热支路通过脱水加热柜和固体杂质分离加热柜，第二循 环油加热支路通过雾化加热柜，每条循环油加热支路由循环油泵、电控节流阀和换热管道 组成；尾气换热系统由尾气一级换热器、循环油换热油路和尾气二级换热器组成，尾气一级 换热器与循环油换热油路交换热量，循环油换热油路和尾气二级换热器交换热量，循环油 换热油路由换热循环管道和循环油泵组成；所述的储油柜、沉淀柜、脱水加热柜、固体杂质 分离加热柜和雾化加热柜上设有热电偶，热电偶将温度信息传送给ECU，所述的第一循环水 加热支路、第二循环水加热支路、第一循环油加热支路和第二循环油加热支路上设有电控 节流阀，电控节流阀由ECU根据热电偶和粘度传感器输入的信息进行实时控制对循环的水 量和油量进行控制。
2.如权利要求1所述的粘度控制式船用发动机重油多级加热系统，其特征在于所述 的雾化加热柜设有加热电阻，加热电阻由外接电源，无极电控开关和电阻丝组成，加热电阻 作为辅助加热设备由ECU控制，用于在尾气量较少情况下补充加热。
3.粘度控制式重油多级加热方法，重油由储油柜经油泵抽入到沉淀柜中进行沉淀，再 由沉淀柜经油泵抽入到脱水加热柜中进行脱水，再经脱水分离机进入到固体杂质分离加热 柜进行固体杂质分离，再经固体杂质分离机进入到雾化加热柜调整重油的粘度，再经过半 自动过滤器、粘度传感器和油泵从油嘴中喷出，其特征在于利用循环水余热保证储油柜 中的重油流动性，维持沉淀柜中的重油沉淀温度，采用尾气换热分别维持脱水加热柜和固 体杂质分离加热柜中的重油的脱水温度和除固体杂质温度，雾化加热柜采用尾气换热为 主，电阻加热为辅的加热方式控制雾化加热柜里的重油粘度，以粘度为最终加热控制指标， 采用ECU瞬时控制温度、粘度，使得重油粘度符合过滤与雾化燃烧要求。
4.如权利要求3所述的粘度控制式重油多级加热方法，其特征在于所述储油柜中的 重油温度控制在35°C 40°C，防止重油发生凝固，增加流动性。
5.如权利要求3所述的粘度控制式重油多级加热方法，其特征在于所述沉淀柜中的 重油温度控制在60V 70°C，以达到最佳沉淀效果。
6.如权利要求3所述的粘度控制式重油多级加热方法，其特征在于所述脱水加热柜 12里的重油温度控制在75°C 85°C，以达到最佳脱水效果。
7.如权利要求3所述的粘度控制式重油多级加热方法，其特征在于所述固体杂质分 离加热柜20里的重油温度控制在85°C 90°C，以达到最佳的固体杂质分离效果。
8.如权利要求3所述的粘度控制式重油多级加热方法，其特征在于雾化加热柜里的 重油粘度根据不同需要控制在9cst 14cst。
全文摘要
粘度控制式船用发动机重油多级加热系统及加热方法，涉及一种船用发动机重油燃烧前的处理技术，本发明利用循环水余热保证储油柜中的重油流动性，维持沉淀柜中的重油沉淀温度，采用尾气换热分别维持脱水加热柜和固体杂质分离加热柜中的重油的脱水温度和除固体杂质温度，雾化加热柜采用尾气换热为主，电阻加热为辅的加热方式控制雾化加热柜里的重油粘度，以粘度为最终加热控制指标，采用ECU瞬时控制温度、粘度，使得重油粘度符合过滤与雾化燃烧要求。本发明回收利用发动机循环水和尾气余热，采用多级加热方式使得燃油在各种处理过程中都处于最佳温度，结构简单、操作方便，能源利用率高，减少了排放，降低了运行成本。
文档编号F02G5/04GK102102606SQ20111005253
公开日2011年6月22日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者张程程, 王谦 申请人:江苏大学