Системы и компоненты системы рециркуляции отработавших газов

Системы и компоненты системы рециркуляции отработавших газов

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите для просмотра полной версии этой статьи.

Абстрактные: Системы рециркуляции отработавших газов были коммерциализированы в качестве метода снижения выбросов NOx для широкого спектра дизельных двигателей от легких, средних и тяжелых дизельных двигателей до двухтактных тихоходных судовых двигателей. При проектировании систем рециркуляции отработавших газов необходимо учитывать ряд соображений, в том числе: накопление отложений, загрязняющие вещества, смазку двигателя, комплектацию системы и многое другое. Основными компонентами систем EGR являются клапаны EGR и охладители EGR.

Коммерческие системы рециркуляции отработавших газов

Обзор

Рециркуляция отработавших газов (EGR) — это метод контроля выбросов NOx, применимый к широкому спектру дизельных двигателей от легких, средних и тяжелых дизельных двигателей до двухтактных тихоходных судовых двигателей. Системы рециркуляции отработавших газов также используются во многих категориях двигателей с циклом Отто, где преимущества могут варьироваться от повышения эффективности (снижение расхода топлива) до снижения проскальзывания метана в низкоскоростных двухтопливных двигателях.

Конфигурация системы EGR зависит от требуемой скорости EGR и других требований конкретного применения. Большинство систем EGR включают в себя следующие основные аппаратные компоненты:

  • Один или несколько регулирующих клапанов EGR
  • Один или несколько охладителей EGR
  • Трубопроводы, фланцы и прокладки

В различных типах систем возможен ряд других специализированных компонентов. Общие примеры включают смесители с соплом Вентури (смеситель Вентури or насос Вентури) и насосы EGR, также называемые нагнетателями EGR, которые приводятся в действие электродвигателем или механическим соединением с двигателем.

Двигатели для тяжелых условий эксплуатации

Система рециркуляции отработавших газов для двигателей DDC Series 60, рис. 1, является примером систем, применяемых во многих двигателях большой мощности в Северной Америке в 2002 модельном году и позже. Система рециркуляции отработавших газов представляет собой систему контура высокого давления (HPL), в которой часть выхлопных газов берется перед турбокомпрессором. Турбокомпрессор с изменяемой геометрией, помимо прочего, обеспечивает положительную разницу давлений между выпускным и впускным коллекторами, чтобы при необходимости обеспечить достаточный поток рециркуляции отработавших газов. Затем EGR проходит через охладитель EGR, снабженный водой из рубашки охлаждения двигателя. Из охладителя EGR проходит через трубу EGR на другую сторону двигателя к расходомеру типа Вентури, который обеспечивает сигнал обратной связи для контроля скорости EGR. Клапан управления рециркуляцией отработавших газов, расположенный непосредственно перед корпусом смесителя, отвечает за регулирование скорости рециркуляции отработавших газов. Затем EGR проходит во впускной коллектор, где смешивается с охлажденным наддувочным воздухом перед подачей в двигатель. Деталь клапана EGR на рис. 1 также показывает пластину нагревателя EGR, предназначенную для использования при низких температурах окружающей среды. Пластина нагревателя нагревает EGR, проходящий через клапан, чтобы предотвратить образование льда в корпусе смесителя.

Читайте также:
Как установить освещение на лестнице

Рисунок 1. Detroit Diesel Corporation US EPA 2007 Series 60, оснащенная охлаждаемой системой HPL EGR.

В этой системе EGR произошел ряд изменений с момента ее появления в 2002 году. В более старых версиях этого двигателя (US EPA 2002/2004) клапан EGR располагался на впускной стороне охладителя EGR. В ранних версиях использовался клапан с пневматическим приводом, который был заменен клапаном с гидравлическим приводом, и, наконец, клапан с электрическим приводом, показанный на рис. Обратная связь по скорости рециркуляции отработавших газов вместо расходомера типа Вентури. К 1 году расходомер Вентури был полностью удален.

Другим примером охлаждаемой системы рециркуляции отработавших газов для двигателей большой мощности является система Scania Euro IV, показанная на рис. 2. Выхлопные газы перед турбиной (HPL) направляются через регулирующий клапан рециркуляции отработавших газов и охладитель рециркуляции отработавших газов во впускную систему двигателя. Вода в рубашке двигателя также используется в качестве охлаждающей среды в охладителе рециркуляции отработавших газов и в этом примере. Как правило, система рециркуляции отработавших газов может охлаждаться охлаждающей жидкостью двигателя, окружающим воздухом или низкотемпературной жидкостью.

[схема]

Рисунок 2. Система EGR с одноступенчатым охлаждением для двигателей Scania Euro IV

Легкие двигатели

Применение EGR не ограничивается двигателями большой мощности, но распространяется и на двигатели легковых автомобилей. На рис. 3 схематически представлена ​​система рециркуляции отработавших газов легкового автомобиля от двигателя Audi 3.3 л V8 TDI Euro 3, представленного в 1999 году [1132].

[схема]

Рисунок 3. Схематическое изображение системы рециркуляции отработавших газов/впускной дроссельной заслонки высокоскоростного легкового автомобиля для применения Евро 3

Двигатель Audi 3.3 л V8 TDI

Система EGR представляет собой контур высокого давления с охлаждением EGR. Часть выхлопных газов направляется через регулирующий клапан EGR и поступает в охладитель EGR. Из охладителя система рециркуляции отработавших газов поступает в узел дроссельной заслонки, где смешивается с отфильтрованным свежим воздухом для горения под высоким давлением, который охлаждается промежуточным охладителем для частичного восстановления его плотности. Затем смесь воздуха и EGR подается в двигатель через впускной коллектор. Хотя двигатель оснащен турбонагнетателем с изменяемой геометрией (VTG), который может создавать более высокое давление в выпускном коллекторе, чем давление на впуске, для привода EGR, дроссельная заслонка на впуске используется в некоторых условиях, когда невозможно создать достаточный дифференциал с помощью VTG. Эта система очень похожа на системы EGR, используемые в других приложениях Euro 3, а также в приложениях EPA Tier 1 и Tier 2 Bin 10.

Читайте также:
Как восстановить отделку деревянной мебели: советы и рекомендации | Как это работает

В начале 2000-х годов существовало некоторое мнение, что будущие двигатели с более высокой скоростью рециркуляции отработавших газов потребуют какой-либо формы насоса рециркуляции отработавших газов для достижения требуемых выбросов NOx на выходе двигателя, требуемых будущими стандартами выбросов. Система HPL EGR, обеспечивающая такие высокие скорости EGR, приведет к неприемлемому снижению расхода топлива. Однако вместо насоса во многих из этих систем использовалась гибридная конфигурация, такая как показанная на рис. 4 для 2.0-литрового двигателя Volkswagen TDI, представленного в Северной Америке для применения в соответствии с требованиями EPA Tier 2009 Bin 2 в 5 году. HPL EGR управляется клапаном HP EGR и положением лопаток турбонагнетателя. HPL EGR используется при более низких оборотах двигателя и нагрузках. При более высоких нагрузках и оборотах двигателя подача EGR переключается на систему LPL EGR. Хотя это и не показано, LPL системы EGR на рисунке 4 включает в себя фильтр EGR (рисунок 29).

[схема]

Рисунок 4. Гибридная система рециркуляции отработавших газов для дизельных двигателей, соответствующих стандарту Агентства по охране окружающей среды США Tier 2 Bin 5

Двигатель VW 2.0 л TDI. Положение клапанов 1, 2 и 3 типично для работы LP EGR при высоких оборотах двигателя и нагрузках. При низких оборотах двигателя и нагрузке клапан 3 полностью закрыт, а клапаны 1 и 2 открыты, чтобы обеспечить работу рециркуляции ОГ высокого давления.

Асимметричная система турбонаддува Daimler показана на рис. 5. EGR высокого давления подается на все 6 цилиндров только из 3 цилиндров. Турбина турбонагнетателя с фиксированной геометрией представляет собой конструкцию с двойной спиралью, но спираль для цилиндра, подающего EGR, имеет меньшую площадь поперечного сечения, что позволяет этим цилиндрам создавать более высокое противодавление и обеспечивает адекватный поток EGR в более широком диапазоне рабочих условий, чем было бы возможно с турбиной с фиксированной геометрией, имеющей одинаковые размеры витков. Этот подход позволяет избежать использования турбины с изменяемой геометрией. Другая спираль большего размера может быть оптимизирована для продувки других трех цилиндров [3934] .

[схема]

Рисунок 5. Асимметричная система турбонаддува Daimler

Двухтактные тихоходные дизельные двигатели

Для низкоскоростных двухтактных судовых двигателей, предназначенных для сжигания мазута (HFO), система рециркуляции отработавших газов может стать довольно сложной из-за необходимости очистки рециркулирующих выхлопных газов от вредных металлов и серы, а также необходимости обслуживания выпускного коллектора. давление ниже давления во впускном коллекторе для обеспечения продувки цилиндра. На рис. 6 показана одна такая система, предназначенная для модернизации [2466].

Читайте также:
Японские садовые фонари

[схема]

Рисунок 6. Система рециркуляции отработавших газов для низкоскоростного двухтактного морского двигателя, работающего на тяжелом дизельном топливе с высоким содержанием серы.

(Источник: MAN Diesel & Turbo)

Основными компонентами являются: скруббер, охладитель, уловитель водяного тумана, воздуходувка, запорный клапан, переключающий клапан, установка водоподготовки (WTP), состоящая в основном из буферного резервуара, системы дозирования NaOH и блока очистки воды. Система управления контролирует количество рециркуляции отработавших газов, давление продувочного воздуха, дозировку NaOH, циркуляцию воды в скруббере и выпуск воды из скруббера.

Очистку можно проводить морской или пресной водой. При очистке морской водой, предназначенной в качестве основного режима работы, морская вода проходит через скруббер один раз и сбрасывается в море. Для главного двигателя мощностью 20 МВт необходимо перекачивать не более 900 м 3 /ч морской воды, что соответствует максимальному расходу топлива примерно на 1%.

При промывке пресной водой, используемой в районах, где сбросы запрещены, около 99% промывочной воды рециркулируется. Когда пресная вода проходит через скруббер, она становится кислой из-за серы в выхлопных газах. Система дозирования NaOH используется для нейтрализации этой кислоты. Буферный бак обеспечивает постоянный приток воды к скрубберу. Установка очистки воды (WCU) используется для удаления твердых частиц, взвешенных в воде скруббера. Твердые частицы сбрасываются в виде концентрированного ила в отстойник на судне. WCU предназначен для очистки воды скруббера до такой степени, чтобы ее можно было сбрасывать в открытое море в соответствии с критериями сброса воды скруббера IMO.

Максимальный расход свежей воды через скруббер составляет 200 м 3 /ч при ПДК (максимальная непрерывная мощность). Поскольку это лишь около одной пятой потока, необходимого для промывки морской водой, результатом будет снижение расхода топлива. Однако для нейтрализации кислой промывочной воды требуется NaOH. При работе на тяжелом топливе с содержанием серы 3% потребуется максимальное потребление NaOH примерно 10-12 кг/МВтч. Поскольку очистка пресной водой используется только во время плавания в гавани или прибрежном плавании, мощность главного двигателя будет низкой, а время плавания будет коротким, что еще больше снизит потребление NaOH. Типичное время прибытия в порт составляет не более двух часов при мощности двигателя 2-3 МВт, что дает общее потребление около 50 кг NaOH.

Читайте также:
Как узнать, исходят ли запахи в колодезной воде из колодца или вашего дома

Для систем, предназначенных для судового топлива, содержащего менее 0.5% серы, по-прежнему требуется буферизация для нейтрализации серной кислоты, но не очистка воды и удаление шлама [4066] .

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: