船舶主机发电机联合EGR系统的制作方法

本发明涉及船舶排气系统，更具体地说，涉及一种船舶主机发电机联合egr系统。

背景技术：

常规船舶的主机采用egr系统、发电机采用scr系统满足nox排放要求。

在nox排放区以内，主机和发电机都需要满足nox排放的tieriii要求，在nox排放区以外，主机和发电机都需要满足nox排放的tierii要求。在sox排放区以内，主机和发电机都需要满足和燃烧含硫量0.1％燃料相当的排放要求，在sox排放区以外的全球航行区域，主机和发电机都需要满足和燃烧含硫量0.5％燃料相当的排放要求。

主机和发电机等柴油机满足nox排放要求和柴油机的燃料消耗有着一对互相矛盾的技术要求，为满足nox排放要求通常以提高柴油机油耗方式作为牺牲。nox排放分为3级，tieri,tierii,tieriii，从tieri到tierii通常通过柴油机参数调整得以实现，从tierii到tieriii必须要通过增加scr或者egr系统的方式实现，这也是目前船舶配置的现状和本发明的基础。

目前常规技术方案，即基础方案是在nox排放区外柴油机直接满足tierii排放要求，在排放区内，主机通过egr满足tieriii排放要求，发电机通过scr满足tieriii排放要求。但完全可以将发电机侧的排气也输送至主机排气进行处理从而增加处理排气的效率，从而降低能耗。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种船舶主机发电机联合egr系统，目的在于既能满足排放要求又能降低船舶能耗并满足日常航行需求。为了达到上述目的，本发明通过调整发电机和主机参数和控制等方式并应用联合egr配置，使柴油机在各种工况下均能满足排放要求，并提高船舶能效。

具体技术方案如下：

一种船舶主机发电机联合egr系统，包括主机燃烧室与发电机；

所述主机燃烧室产生的废气输送至主机排烟集管；所述主机排烟集管分支出第一支管、第二支管以及第三支管；

所述第一支管输出的废气通过旁通阀控制连通于锅炉；

所述第二支管输出的废气连通于增压器为所述增压器提供动力后输出至所述锅炉；

所述第三支管输出的废气通过旁通阀控制通入带有碱性液体的预洗涤单元(6)用于对废气进行冲洗和脱硫；从所述预洗涤单元(6)输出的废气输入于egr单元(7)用于对废气进行冷却和去除水雾；从所述egr单元(7)输出的废气通过egr风机(8)吹入扫气集管(9)；从所述增压器(12)输送来的新鲜空气也输入所述扫气集管(9)；所述扫气集管(9)连通于所述主机燃烧室(13)；

所述发电机产生的废气输出于发电机排烟管，所述发电机排烟管分支出第一排烟支管与第二排烟支管，所述第一排烟支管连接于scr设备；所述第二排烟支管连接于所述预洗涤单元的输入口；所述第一排烟支管与所述第二排烟支管上均设置有旁通阀。

优选的，所述预洗涤单元内设置的碱性液体为氢氧化钠液体。

优选的，所述发电机有三台，每台所述发电机输出的废气均分别通入一个所述发电机排烟管；每个所述发电机排烟管均分支出一个所述第一排烟支管与一个所述第二排烟支管，三个所述第一排烟支管分别连接于三个所述scr设备。

可选的，三个所述第二排烟支管并联后连接于所述预洗涤单元的输入口。

可选的，三个所述第二排烟支管并联后形成的总管与所述第三支管并联后连接于所述预洗涤单元的输入口。

优选的，每个所述第一排烟支管与所述第二排烟支管上均设置有旁通阀。

优选的，所述第二排烟支管与所述第三支管并联后连接于所述预洗涤单元的输入口。

本发明的优点在于，将发电机排烟引入主机，通过联合使用egr系统，在排放区内通过egr系统满足noxtieriii排放总量要求。为提高经济性并同时满足tierii排放要求，可以把发电机和主机的运行模式调整到最经济模式，即最低油耗模式，可以认为是原tieri模式，这样可以显著降低主机和发电机油耗，也能达到降低船舶能效指数eedi的效果。发电机燃烧的燃油含硫量要求也不必为0.1％，可以采用含硫量0.5％的燃油，因为主机egr系统就包括一个预洗涤单元，相当于处理高硫油的闭式洗涤塔，而满足总含硫量0.1％的排放要求。

附图说明

图1是本发明系统的示意图。

图中，1、发电机；2、scr设备，4、第二排烟支管，5、主机排烟集管，6、预洗涤单元，7、egr单元，8、egr风机，9、扫气集管，11、锅炉，12、增压器，13、主机燃烧室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。

如图1所示，本发明一种船舶主机发电机联合egr系统，包括主机燃烧室13与发电机1；

主机燃烧室13产生的废气输送至主机排烟集管5；主机排烟集管5分支出第一支管、第二支管以及第三支管；

第一支管输出的废气通过旁通阀控制连通于锅炉11；

第二支管输出的废气连通于增压器12为增压器12提供动力后输出至锅炉11；

第三支管输出的废气通过旁通阀控制通入带有碱性液体的预洗涤单元6用于对废气进行冲洗和脱硫；从预洗涤单元6输出的废气输入于egr单元7用于对废气进行冷却和去除水雾；从egr单元7输出的废气通过egr风机8吹入扫气集管9；从增压器12输送来的新鲜空气也输入扫气集管9；扫气集管9连通于主机燃烧室13；

发电机1产生的废气输出于发电机排烟管，发电机排烟管分支出第一排烟支管与第二排烟支管4，第一排烟支管连接于scr设备2；第二排烟支管4连接于预洗涤单元6的输入口；第一排烟支管与第二排烟支管4上均设置有旁通阀。

预洗涤单元6内设置的碱性液体为氢氧化钠液体。

发电机1有三台，每台发电机1输出的废气均分别通入一个发电机排烟管；每个发电机排烟管均分支出一个第一排烟支管与一个第二排烟支管4，三个第一排烟支管分别连接于三个scr设备2。每个第一排烟支管上均设置有旁通阀；每个第二排烟支管4上均设置有旁通阀。

三个第二排烟支管4并联后连接于预洗涤单元6的输入口。具体来说，三个第二排烟支管4并联后形成的总管与第三支管并联后连接于预洗涤单元6的输入口。

使用时，发电机排出的废气可以经过scr设备2处理，也可以通过旁通阀的互锁输入至主机的预洗涤单元6的输入口。主机燃烧室13输出的排气经过预洗涤单元6、egr单元7处理后与空气混合后返回燃烧室燃烧，充分利用了废气后又回到主机排烟集管5。同时可以通过调节第一支管上的旁通阀控制废气的最终输出。

具体如下：

tieriii主机egr系统的工作原理为在主机燃烧含硫0.5％的燃油时，主机排烟量的40％通入预洗涤单元6，再经过egr单元7，再经过egr风机8与增压器12产生的扫气混合，进入扫气集管9，再进入主机燃烧室13燃烧，通过降低燃烧含氧量降低燃烧温度重新组织燃烧，达到减少nox排放的效果满足tieriii排放要求，但同时也提高燃料消耗。本发明将发电机1排烟经排烟引入主机egr流程的预洗涤单元6的入口，进入洗涤和除雾流程，再进入扫气集管9和燃烧室13参与燃烧过程。

为满足nox排放要求，基于egr基本原理并使之始终处于工作状态，废气再循环量可在10％-40％之间调节，再循环率越大，nox去除量越大。当再循环量为10％时，可以认为相当于主机的nox排放从tieri水平降低到tierii水平，当再循环量为40％时，相当于主机的nox排放从tierii水平降低到tieriii水平。根据一般船舶配置及运行工况，考虑当发电机1功率占主机功率的10％左右情况，主要航行工况下一台发电机1和主机同时运行，当发电机1排烟引入主机后，使发电机1排烟旁通阀全开，发电机1nox排放系统由主机控制，根据实际运行工况，通过调整主机废气再循环旁通阀和废气再循环egr风机8来调节废气再循环量，同时调节主机第一支管的旁通阀，控制主机燃烧过程，以满足船舶能效要求和不同级别的排放要求。不论在排放区内或排放区外，主机发电机1都联合使用egr系统，因此在联合egr模式下可以通过主机和发电机1的内部参数调整使他们的基础油耗降低，达到最经济模式或最高能效模式，同样能满足nox排放要求，从而提高船舶运营能效或经济性。

目前和即将成为的nox排放区同时也是sox排放区，因此要求燃烧含硫量0.1％的燃油，因本发明将发电机1排烟引入主机，经过主机egr的预洗涤单元6，可以将发电机1排烟内的全部sox和部分nox去除，因此，在排放区内，发电机1可以燃烧含硫量0.5％的燃油，而同样满足排放的要求，主机egr系统需要根据燃油类型调整naoh溶液的喷射量。考虑目前两种燃油的差价，排放区内可以明显提高船舶的经济性，联合模式下发电机1可一直使用含硫量0.5％的燃油，减少了换油操作，也节省了人工成本。

采用联合egr系统，为满足tieriii要求，发电机1scr可停止运行，也节约了scr运行成本。

通常主机egr系统应用的时间很短，本发明提高了egr系统的利用时间，使之长期处于工作状态，提高了设备利用率，维持设备稳定运行也同时降低了设备的故障率。

基于以上发明，排放区内外的主机和发电机1都可以降低油耗，因此可以降低船舶能效指数eedi。

当发电机1排烟引入主机后，所有的排烟最终经过主机排烟管排出，主机排烟管规格需按照主机和发电机1的总量设计，在满足nox排放要求的前提下，主机和发电机1的排烟废热总量通过主机排烟管引入主机废气经济器(锅炉11)，产生蒸汽满足日常航行需求，而不需要前述的多入口废气经济器或独立发电机1经济器的配置，降低成本，解决了很多船舶以前仅配置主机废气经济器的蒸汽量不足的问题。

本发明以某船现状和应用主机发电机联合egr循环对比分析为例(部分参数为预估值)说明，初步估算，该船运营成本每年节省约10万美元。：

主机数据(tierii)：

smcr：11300kwx77rpm，iso工况排烟量22.1kg/s；

ncr：9176kwx71.8rpm，iso工况排烟量19.5kg/s；

发电机1(900rpm)数据：

柴油机1050kw，电机998kw，日用负荷率为85％；iso工况废气量在日用负荷下为2.0kg/s，满负荷下为2.3kg/s。

预期技术数据对比如下表：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。