基于柴油机废气旁通装置的废气锅炉能量控制方法与流程

本发明涉及船用柴油机系统，具体涉及一种基于柴油机废气旁通装置的废气锅炉能量控制方法，属于柴油机技术领域。

背景技术：

船舶日常运行时，需要大量的蒸汽用于燃油加热、箱柜加热和清洁以及灭火等。一般船舶利用柴油机增压器排出的废气作为热源，通过废气锅炉加热淡水的方法获得蒸汽。当柴油机提供的废气量不足时，就需要额外起动燃油锅炉，通过燃烧燃油来加热淡水，以补充蒸汽量，但是燃油锅炉的油耗很高，经济性非常差。当柴油机提供的废气量过多时，又需要打开蒸汽排放阀，释放过量蒸汽。

随着船舶行业的发展以及各种环保控制法律法规的出台，船舶低速柴油机不断向着长冲程、低转速、低功率和低单位油耗的方向发展。但柴油机长期在低负荷和部分负荷条件下运行，会导致柴油机产生的废气能量减少，为了保证蒸汽的供给量，燃油锅炉的开启时间变长，导致船舶的运行成本增加。

船用柴油机废气系统请参见图1，常规的废气系统中，废气锅炉的废气来源只是柴油机增压器1后的废气。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于柴油机废气旁通装置的废气锅炉能量控制方法，通过自动控制废气旁通装置来调整废气锅炉获得的废气量，在一定的柴油机负荷范围内，尽可能避免或减少打开蒸汽排放阀或开启燃油锅炉的时间，从而达到提高整船运行效率的目的。

基于上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于柴油机废气旁通装置的废气锅炉能量控制方法，所述柴油机包括有增压器、排气集管和废气锅炉，该排气集管连接所述增压器，该增压器向所述废气锅炉提供废气，该废气锅炉上连接有蒸汽压力传感器，其特征在于：在所述柴油机的排气集管与废气锅炉之间增设废气旁通装置，该废气旁通装置包括废气旁通阀、截流孔板、PID控制单元和废气旁通控制单元，所述排气集管依次通过所述废气旁通阀和截流孔板连接所述废气锅炉，所述PID控制单元连接所述蒸汽压力传感器和废气旁通控制单元，该废气旁通控制单元连接所述废气旁通阀；

所述PID控制单元和废气旁通控制单元在一定的柴油机负荷范围内，以所述废气锅炉输出的蒸汽压力为控制参数，自动控制所述废气旁通阀，对该废气锅炉得到的废气量进行调整和补偿，避免或减少打开所述柴油机的蒸汽排放阀或开启燃油锅炉的时间。

进一步地，所述能量控制方法包括如下步骤：

1)获取初始参数：

柴油机运行至75％负荷，记录废气旁通阀全开和全闭两种情况下的扫气压降，确认连接于废气旁通阀之后的节流孔板的规格范围，保证降压在0.3-0.45bar范围内；

柴油机运行至100％负荷，废气旁通阀全开，根据额定的扫气压力，确认连接于废气旁通阀之后的节流孔板的最终规格；

柴油机分别运行至25％，50％，85％，100％负荷，在满足各负荷额定性能参数的条件下，确认废气旁通阀的最大开度和最小开度，并画出线性曲线；

2)将蒸汽压力传感器反馈输出的废气锅炉产生的蒸汽压力信号以及期望的蒸汽压力值输入到PID控制单元，PID控制单元经过计算处理后，输出IEGE控制信号给废气旁通控制单元；

3)废气旁通控制单元采用如下的逻辑对PID控制单元输出的数据进行处理，计算出废气旁通阀的执行开度：

EGB pos＝min.bypass+(max.bypass-min.bypass)*IEGE，

EGB pos：废气旁通阀的执行开度，

min.bypass：废气旁通阀的最小开度，

max.bypass：废气旁通阀的最大开度，

IEGE：PID输出的控制信号；

4)废气旁通控制单元向废气旁通阀输出执行开度信号并控制废气旁通阀。

进一步地，所述步骤4)中，所述的执行开度信号是4-20mA电流信号，其中，4mA对应废气旁通阀最小开度，20mA对应废气旁通阀最大开度。

进一步地，所述最小开度为全关，所述最大开度为全开。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：从整船的能效角度出发，在系统中增设了废气旁通装置，在保证柴油机正常运行的前提下，以船舶废气锅炉输出的蒸汽压力为控制参数，自动控制调整废气锅炉获得的废气量，避免或减少了打开蒸汽排放阀或开启燃油锅炉的时间，从而达到了降低船舶运行油耗，提高船舶运行效率的效果，具有自动化程度高、操作简便、经济性好的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为废气旁通阀开度图。

图3为本发明的控制原理图。

图4为本发明实例的控制过程图·。

图中，1—增压器，2—扫气集管，3—扫气压力传感器，4—排气集管，5—废气旁通阀，6—截流孔板，7—废气锅炉，8—蒸汽压力传感器，9—PID控制单元，10—废气旁通控制单元。

具体实施方式

本发明提出了一种基于柴油机废气旁通装置的废气锅炉能量控制方法，应用于船舶低速柴油机，通过废气旁通装置把柴油机排气集管里的部分废气输送到废气锅炉，并自动控制废气锅炉获得的废气量，尽可能避免或减少打开蒸汽排放阀或开启燃油锅炉的时间，从而达到提高整船运行效率的目的。

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。凡依据本说明书的内容所做的等效变化及修改，都属于本发明专利申请的技术范围。

本发明的结构布置图请参阅图1，从柴油机增压器1排出的废气输送到废气锅炉7是常规的管路，该废气锅炉7上连接有蒸汽压力传感器8，排气集管4和扫气集管2连接所述增压器1，该扫气集管2上连接有扫气压力传感器3。

请结合参阅图1和图3，本发明在所述柴油机的排气集管4与废气锅炉7之间增设废气旁通装置，该废气旁通装置包括废气旁通阀5、截流孔板6、PID控制单元9和废气旁通控制单元10。所述排气集管4依次通过所述废气旁通阀5和截流孔板6连接所述废气锅炉7，所述PID控制单元9连接所述蒸汽压力传感器8和废气旁通控制单元10，该废气旁通控制单元10连接所述废气旁通阀5。

所述PID控制单元9和废气旁通控制单元10在一定的柴油机负荷范围内，以所述废气锅炉7输出的蒸汽压力为控制参数，自动控制所述废气旁通阀5，对该废气锅炉7得到的废气量进行调整和补偿，避免或减少打开所述柴油机的蒸汽排放阀或开启燃油锅炉的时间。

所述废气锅炉能量控制方法包括如下步骤：

1)参数初始获取过程描述如下：

1.柴油机运行至75％负荷，记录废气旁通阀全开和全闭两种情况下的扫气压降，确认废气旁通阀后的节流孔板的规格范围，保证降压在0.3-0.45bar范围内。

2.柴油机运行至100％负荷，废气旁通阀全开，根据额定的扫气压力，确认废气旁通阀后的节流孔板的最终规格。

3.柴油机分别运行至25％、50％、85％和100％负荷，在满足各负荷额定性能参数的条件下，确认最大和最小的废气旁通阀的开度，并画出线性曲线，请参阅图2。

2)请参阅图3，将蒸汽压力传感器8反馈输出的废气锅炉7产生的蒸汽压力信号以及期望的蒸汽压力值输入到PID控制单元9，PID控制单元9经过计算处理后，输出IEGE控制信号给废气旁通控制单元10。

3)废气旁通控制单元10采用如下的逻辑对PID控制单元9输出的数据进行处理，计算出废气旁通阀5的执行开度：

EGB pos＝min.bypass+(max.bypass-min.bypass)*IEGE，

EGB pos：废气旁通阀的执行开度，

min.bypass：废气旁通阀的最小开度，

max.bypass：废气旁通阀的最大开度，

IEGE：PID输出的控制信号。

4)废气旁通控制单元10向废气旁通阀5输出执行开度信号并控制废气旁通阀5；所述的执行开度信号是4-20mA电流信号，其中，4mA对应废气旁通阀包括全关的最小开度，20mA对应废气旁通阀包括全开的最大开度。

请参阅图4，现结合实例对本发明的控制过程进行描述：

区域A：当柴油机刚启动时，燃油锅炉也启动，废气旁通阀开到最大，随着蒸汽压力的上升，燃油锅炉关闭，直到达到蒸汽压力期望值；

区域B:达到蒸汽压力期望值，通过上述的控制逻辑不断调整废气旁通阀的开度，维持蒸汽压力；

区域C:蒸汽压力过大，废气旁通阀开度开到允许的最小，蒸汽压力仍然过大，这时候蒸汽排放阀要打开，直到蒸汽压力达到期望值；

区域D：蒸汽压力达到期望值后，通过上述的控制逻辑不断调整废气旁通阀的开度，维持蒸汽压力。

本发明要求的保护范围不仅限于上述实施例，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，所作出的任何修改、等同替换、显而易见的变型和改进，均应属于本发明的保护范围。

本发明在一定的柴油机负荷范围内，以船舶废气锅炉输出的蒸汽压力为控制参数，通过废气旁通装置，在柴油机正常工作允许的范围内，调整废气旁通阀，对废气锅炉得到的废气量进行补偿，尽可能地避免或减少了打开蒸汽排放阀或开启燃油锅炉的时间，达到了降低船舶运行油耗，提高经济性的目的。