EGR产生背景 对于船用主机,在北美洲排放控制区(下图绿色区域),从2016年1月对NOx排放开始实行Tier III排放标准,而在北欧的排放控制区,将于2021年1月开始施行该标准(下图蓝色区域)。当然,还有很多的国家也有相关的规定区域。 排放控制区域 由于排放值从Tier II规定的14.4g/kW*h降低到Tier III规定的3.4g/kW*h,通过对主机本身的零部件修改也不能够满足排放要求。此时,对于大型船用主机,MAN-ES给出了两种解决方案:EGR或者SCR。今天我们介绍一下EGR系统。 EGR的全称是Exhaust Gas Recirculation,中文名:废气再循环。 循环过程在发动机内部进行,通过控制燃烧过程以防形成NOx,该方法可以将船用柴油发动机产生的NOx控制在符合 III级要求的水平。 在EGR系统中,经过冷却和净化之后,部分废气再循环到扫气箱中。扫气中的部分氧气通过这种方式被燃烧过程中产生的CO2替代。这种替换过程减少了O2含量,提高了扫气的热容,从而降低了最高燃烧温度和NOx的生成。NOx的减少几乎与排气再循环率成线性关系。 EGR系统有三种不同的配置方案: 1.带有旁通的EGR(EGR with bypass/EGRBP),只配有一个涡轮增压器,适用于缸径不大于70cm的发动机; 配有旁通的EGR如上图所示,该系统通过两条管线(主管线和EGR管系)使扫气流入扫气箱中:
工作过程 1.Tier II模式在Tier II模式下只有主管线处于工作状态。EGR管线(SOV/BTV)和气缸旁通阀(CBV)中的阀保持关闭。在此模式下,废气旁通(EGB)在高负载下完全打开,在低负载下部分打开,以平衡涡轮增压器。但是,在缸径为40或更小的发动机上,废气旁通将在高负载下关闭,EGR管线打开,以获得足够的扫气压力,同时满足涡轮增压器转速的限制。 EGR TC 1. 主管线将高达70%的扫气空气引导至基本涡轮增压器和扫气空冷器。 2.切断管线将高达40%的扫气通过切断涡轮增压器和EGR单元(EGR空冷器和水雾捕捉器WMC),再通过平衡管进入扫气箱。 3. EGR管线通过预喷射和EGR装置将高达40%的废气引至主管线中的一个混合点,由一个或多个EGR鼓风机强制吹入扫气箱中。在这种情况下,切断管线关闭。 在一些更大缸径的发动机上,将需要一个有两个以上涡轮增压器的配置。虽然涡轮增压器和EGR单元的数量有所增加,但原理不变。 工作过程 1.Tier II模式 2.Tier II模式–TC切断 切断管线提供了一个机会,使发动机在Tier II模式下在低负荷时以TC切断装置运行,相应地降低SFOC。在这种情况下,只有主管线打开,而气缸旁通(CBV)保持关闭。 3.Tier III模式 在Tier III模式下,切断管线关闭(TCV/CCV)。EGR管线通过EGR切断阀和鼓风机节流阀(SOV/BTV)打开。废气通过预喷和EGR装置被EGR鼓风机强制引至混合点和扫气箱,通过改变EGR鼓风机的流量来控制EGR比率。在此模式下,气缸旁通(CBV)部分开启,以增加扫气压力,从而降低SFOC。 EcoEGR 无论航行区域如何,EcoEGR系统都会在EGR状态下永久运行。EGR率适应该区域的NOx限制,即NECA内部的Tier III模式和NECA外部的Tier II模式。Tier II模式下的油耗(SFOC)减少约为2.5%,Tier III模式下为1.0%。 当EGR系统发生严重故障时,可使用Tier II失效模式来保证Tier II排放限值要求。 EcoEGR系统的配置与EGRBP概念类似,并且可以安装一个或两个涡轮增压器。 工作过程 1.EcoEGR Tier II模式 在EcoEGR Tier II模式下,发动机以较低的EGR率运行,大约10-15%。EGR切断阀(SOV)和鼓风机节流阀(BTV)完全打开,而气缸旁通阀(CBV)关闭。除高负荷外,废气旁通阀(EGB)也关闭。 2.EcoEGR Tier III模式 在EcoEGR Tier III模式下,发动机以25-45%的EGR率运行,类似于EGRBP匹配。EGR切断阀(SOV)和鼓风机节流阀(BTV)完全打开。气缸旁通阀(CBV)打开(低负载除外),而废气旁通阀(EGB)关闭。 3.EcoEGR Tier II失效模式 仅在EGR发生故障的情况下,在没有EGR的情况下运行。相应地,EGR切断阀(SOV)和鼓风机节流阀(BTV)关闭。除高负荷外,废气旁通阀(EGB)也关闭。 EGR布置 EGRBP EGRTC |
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