CN102787889A - 柴油机排气余热双效回收*** - Google Patents

柴油机排气余热双效回收*** Download PDF

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舒歌群
刘丽娜
梁友才
赵建
田华
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Abstract

本发明公开了一种柴油机排气余热双效回收***，其技术方案为：汽轮机与发电机轴连接、由蒸发器工质侧、汽轮机、冷凝器工质侧、工质泵以及预热器工质侧依次连接组成有机朗肯循环热力发电***。发动机排气管通过SCR催化还原装置接至蒸发器气侧，试剂箱接有左旁通阀；水箱接有右旁通阀，左右两个旁通阀并联后接于喷嘴，喷嘴接于发动机排气管。发动机循环冷却水高温出水接于预热器的水侧入口，预热器的水侧出口接至发动机循环冷却水入口构成封闭循环。本发明突破（较低的有机工质分解温度）ORC技术在柴油机排气余热回收上的限制，实现了废气余热的安全高效回收，同时可降低柴油机NOx排放，达到节能减排的目的。

Description

柴油机排气余热双效回收***
技术领域
本发明属于内燃机节能减排技术，具体涉及一种有机朗肯循环与排气选择性还原技术相结合的柴油机余热回收装置。
背景技术
随着能源日益短缺和环境问题的日益严峻，内燃机的节能减排受到世人关注。利用有机朗肯循环（ORC）技术回收柴油机余热是目前的研究热点，其热效率和安全性较高，结构简单。然而ORC所用工质的分解温度一般低于350℃，而发动机排气温度一般高达500℃～600℃。较高的温度有可能会造成有机工质分解，这是制约ORC在高温余热回收利用的关键点之一。
柴油机氮氧化物（NOx）排放是大气主要污染物之一。目前欧VI标准NOx的排放值为80mg/km，将比欧IV减少68%，中国汽车的排放标准是以欧洲为参考。目前柴油机仅凭机内处理技术很难达到该标准。目前经研究发现，排气选择性还原（SCR）技术是一种能有效降低车用柴油机NOx排放的后处理技术。SCR技术是将适量还原剂，如氨水、尿素等喷入排气中，在催化剂的作用下，使NOx还原，生成无害的水和氮气，所以SCR在还原NOx的同时，也具有降低排气温度的目的。但传统的SCR技术还原NOx所使用的尿素溶液很少，不能显著地降低排气温度，对满足使用ORC所需的工质条件帮助不大。
因此，针对上述两种现状，如果能提出一种将SCR-ORC进行结合、回收柴油机排气余热并降低NOx排放的***，则对内燃机节能减排技术的提高意义重大。
发明内容
本发明的目的是，提出一种有机朗肯循环与排气选择性还原技术相结合的柴油机排气余热双效回收***，利用SCR技术降低排气温度和NOx排放，利用ORC技术进行余热利用，由此实现柴油机节能减排的目的。
以下结合附图对本发明的原理与***组成进行说明。柴油机排气余热双效回收***，包括蒸发器、汽轮机、发电机、冷凝器、工质泵、预热器、发动机、喷嘴、试剂箱、左右旁通阀、水箱、SCR催化还原装置、NOx传感器以及温度传感器等。所采用的技术方案为：汽轮机与发电机轴连接、由蒸发器工质侧、汽轮机、冷凝器工质侧、工质泵以及预热器工质侧依次连接组成有机朗肯循环热力发电***。其技术方案是：发动机排气管通过SCR催化还原装置接至蒸发器气侧，试剂箱接有左旁通阀；水箱接有右旁通阀，左右两个旁通阀并联后接于喷嘴，喷嘴接于发动机排气管。发动机循环冷却水高温出水接于预热器的水侧入口，预热器的水侧出口接至发动机循环冷却水入口构成封闭循环。
为适应不同的排气温度，提高能量的利用效率，本发明设计有自动控制装置，在SCR催化还原装置与蒸发器气侧之间的管路设有NOx传感器和温度传感器。当该段的排气NOx含量未达到要求时，左旁通阀开启，右旁通阀关闭，喷嘴向排气管喷出尿素。当该段的排气NOx含量达到要求，而排气温度尚未降到设定温度时，左旁通阀关闭，右旁通阀开启，喷嘴向排气管内喷水。当该段的NOx含量达到要求，同时排气温度也达到设定温度时，左右两个旁通阀均关闭。
虽然排气温度的降低会导致了部分能量损失，但是此***使得排气流量增大，可以在一定程度上补偿该损失。使其能显著降低柴油机排气温度来匹配较低的有机工质分解温度，同时增加排气流量来补偿因排气温度下降而减少的余热回收量，从而达到高效回收排气余热和降低NOx排放的目的。
本发明的特点及有益效果是，可以突破（较低的有机工质分解温度）ORC技术在柴油机排气余热回收上的限制，实现了废气余热的安全高效回收，同时可以降低柴油机NOx排放，达到节能减排的目的。
附图说明
所示附图是发明原理与***结构图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的原理与***做进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而非是限定性的，不以此限定本发明的保护范围。
柴油机排气余热双效回收***，其***组成为：汽轮机2与发电机3轴连接、由蒸发器1工质侧、汽轮机2、冷凝器4工质侧、工质泵5以及预热器6工质侧依次连接组成有机朗肯循环热力发电***。发动机7排气管通过SCR催化还原装置13接至蒸发器气侧，试剂箱9接有左旁通阀10。水箱12接有右旁通阀11，左右两个旁通阀并联后接于喷嘴8，喷嘴接于发动机排气管。发动机循环冷却水高温出水接于预热器的水侧入口，预热器的水侧出口接至发动机循环冷却水入口构成封闭循环。SCR催化还原装置与蒸发器气侧之间的管路设有NOx传感器14和温度传感器15。试剂箱中装有还原剂，还原剂为尿素。有机朗肯循环热力发电***所采用的循环工质为R141b，或R123，或R245fa。本实施例所采用的工质为R141b。
本发明的工作过程为：左旁通阀开启，右旁通阀关闭，发动机高温废气流经排气管时，试剂箱中的尿素经过喷嘴喷入排气管，混有尿素的排气接着进入SCR催化还原装置。在SCR催化还原装置中，CO(NH2)2先与排气中的水发生反应，可生成NH3和CO2，产生的NH3再与排气中的NOx发生反应，生成N2和水。在SCR催化还原装置后面设有NOx传感器和温度传感器。当排气中NOx的含量达到标准而排气温度尚未降到设定温度时，关闭左旁通阀，开启右旁通阀，此时常温下的水从水箱流出，经过喷嘴喷向排气管，使排气降低到合适的温度，关闭右旁通阀。排气进入蒸发器，对（有机朗肯循环***中）已充分预热的有机工质进行加热，工质经过换热蒸发为饱和（或过热）的高温高压气体，进入汽轮机做功，汽轮机驱动发电机发电。从蒸发器排出的低温、低NOx含量的废气排向大气。
其中从汽轮机做功后的工质乏气，进入冷凝器中，被外接冷却水冷却为液体。液态工质进入工质泵，被加压为低温高压液体后，进入预热器，经发动机高温冷却水预热使其温度升高，然后液态工质进入蒸发器开始下一个循环。

Claims (4)

1.柴油机排气余热双效回收***，包括蒸发器、汽轮机、发电机、冷凝器、工质泵、预热器、发动机、喷嘴、试剂箱、左右旁通阀、水箱、SCR催化还原装置、NOx传感器以及温度传感器，其特征在于：汽轮机（2）与发电机（3）轴连接、由蒸发器（1）工质侧、汽轮机（2）、冷凝器（4）工质侧、工质泵（5）以及预热器（6）工质侧依次连接组成有机朗肯循环热力发电***，发动机（7）排气管通过SCR催化还原装置（13）接至蒸发器气侧，试剂箱（9）接有左旁通阀（10）；水箱（12）接有右旁通阀（11），左右两个旁通阀并联后接于喷嘴（8），喷嘴接于发动机排气管，发动机循环冷却水高温出水接于预热器的水侧入口，预热器的水侧出口接至发动机循环冷却水入口构成封闭循环。
2.根据权利要求1所述的柴油机排气余热双效回收***，其特征是所述SCR催化还原装置（13）与蒸发器（1）气侧之间的管路设有NOx传感器（14）和温度传感器（15）。
3.根据权利要求1所述的柴油机排气余热双效回收***，其特征是所述试剂箱（9）中装有还原剂，还原剂是氨水，或者是尿素。
4.根据权利要求1所述的柴油机排气余热双效回收***，其特征是所述有机朗肯循环热力发电***所采用的循环工质为R141b，或者是R123，或者是R245fa。
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