CN101825286A - 焚化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焚化炉。具体地，提供了一种特别地但非排它地用于处理LNG运载器上的汽化气体的焚化炉，该焚化炉包括燃烧部分，其中在(42)处允许进入的汽化气体(G)在(44)处允许进入的燃烧空气(A)存在的情况下燃烧。燃烧的热量尤其是由碎块的热屏障吸收，所述碎块的热屏障包括放置在金属托架(64)上的浮石结块的床(62)。碎块形式的床(62)允许焚化炉内的任何水通过排出。

Description

焚化炉

技术领域

本发明涉及焚化炉，该焚化炉特别地但非必需排它地用于处理由海路运载液化天然气(LNG)货物的船舶上的汽化气体，这样的船舶通常被称为LNG运载器。

背景技术

德国专利申请No 102 11 645尤其是针对液化气货物船只上的汽化气体的处理，所述处理例如通过如下方式进行，即，在燃烧室内在存在燃烧空气时使所述汽化气体燃烧以产生烟气且在燃烧空气下游将空气与烟气混合以产生排气，设备操作为限制排气的温度。本领域技术人员将认识到，焚化炉在液化气货物船只上运行本质上是危险的，且空间限制使得不能将焚化炉布置为非常远离货物，且在DE 102 11 645的设备中，排气的温度的限制因为安全原因非常严格。然而，除涉及作为燃烧室内衬的耐火壁外，该专利未论述提供隔热的重要性。

美国专利申请No.2006/166152尤其是涉及一种气体焚化炉装置，所述装置包括具有加热器本体的燃烧室和排气烟道，所述加热器产生燃烧气体，至少一个风扇为加热器本体供给冷空气以保证燃烧，所述排气烟道用于排出由燃烧气体和冷空气形成的混合物，其中燃烧室安装在排气烟道内，其方式为离开燃烧室和排气烟道之间的环形道以使得来自所述至少一个风扇的燃烧冷空气流动和/或冷却空气流动通过，所述燃烧室具有多个喷射孔和/或喷射管，从而使得流入环形道的冷空气的部分被喷射到其内。此装置描述为涉及处理LNG运载器上的汽化气体；但这样的使用可能要求明显大的隔热量(考虑到特别地LNG的挥发性和船上的空间限制)，且特别地提及的唯一的隔离是由环形道内的空气提供的热挡板。

共同待决的欧洲专利申请No.05 802 431.6(其内容通过引用合并在本文中)涉及一种用于处理LNG运载器上的汽化气体的焚化炉，所述焚化炉包括燃烧部分，所述燃烧部分内汽化气体在燃烧空气的存在下燃烧且其中掺混空气与燃烧产物混合，其特征在于：焚化炉构造且布置为使得燃烧空气的供给量不小于与气体的化学计量比混合所要求的量，因此气体的燃烧在燃烧部分内完成；燃烧部分具有内壁和外壁，所述内壁和外壁一起限定第一通道，掺混空气的一部分通过所述第一通道以冷却所述壁；在所述通道内的掺混空气的一部分提供了围绕燃烧部分的隔热层，从而径向限制了从其向外传递的热量；耐火墙位于燃烧部分内且与燃烧部分的内壁分开，以限定与第一通道连通的第二通道，从而接收经其通过的掺混空气的一部分且将掺混空气供给到燃烧部分以与燃烧产物混合；热挡板延伸越过耐火墙的下端；且掺混空气的剩余部分与燃烧产物流体地混合。此布置的热挡板优选为陶瓷材料的热屏障。

发明内容

本发明的目的是提供例如EP 05 802 431.6中的焚化炉，所述焚化炉带有改进的热屏障。

因此，根据本发明提供了一种焚化炉，所述焚化炉包括燃烧部分，其中气体在空气存在的情况下燃烧，燃烧部分具有允许气体进入的近端且大体上垂直地从近端延伸到远端，由此将燃烧产物排出，并且燃烧部分具有邻近燃烧部分的近端越过燃烧部分的大体上水平延伸的热屏障，其特征在于，燃烧屏障包括隔热材料的碎块床。

“碎块”意味着床包括放在一起但不连结在一起的分开的耐火材料块。在此布置中存在两个显著的优点。首先，进入焚化炉的水(在LNG运载器的海运环境中，水几乎是不可避免的)不在燃烧部分中蓄积，在该燃烧部分中水可能导致腐蚀和/或阻塞，而是所述水通过碎块床出去。其次，例如通常用于隔热的耐火材料趋向于是易碎的，并且因此，此材料的固体板易于断裂且变得在由于船只在海上的俯仰和侧倾和其他移动所导致的振动、应力下无效，而碎块床中的任何断裂简单地导致更多的块，从而对于作为热屏障的效果无任何明显减低。

为改进热屏障的效果，隔热材料的块可以放入床内，使得不存在使热能够从燃烧部分放射的通过隔热材料的直接(即视线内)开口。

隔热材料优选包括浮石，所述浮石可以是标称直径50mm的结块。

厚度可以为150mm至200mm的床优选由金属托架支撑，所述金属托架可以形成为在焚化炉内提供排水道。

掺混空气可以在燃烧部分上方通过以冷却燃烧部分，且然后与燃烧产物混合。燃烧部分可以具有内壁和外壁，所述内壁和外壁一起限定第一通道，掺混空气通过所述第一通道然后进入到燃烧部分。燃烧部分可以包含耐火墙，所述耐火墙在燃烧部分的内壁内且与之分开，以与内壁一起限定第二通道，掺混空气通过所述第二通道然后进入到燃烧部分。耐火墙可以包含隔热材料的床。

隔热材料的床优选构造且布置为允许水通过，且焚化炉优选包括布置在隔热材料的床下方的排水道，以将通过它的水带走。

本发明延伸到包括焚化炉的LNG运载器。

附图说明

现在仅参考附图通过示例描述本发明，所述附图仅为示意性的且其中：

图1是穿过LNG运载器的从侧舷观察的竖直截面；

图2是穿过图1的LNG运载器的焚化炉的竖直截面，图中示出较大的比例且合并了实施了本发明的热屏障；

图3是类似于图2的视图，图中示出了根据本发明的焚化炉的修改方式；

图4以俯视图从上方示出了图2或图3的热屏障；

图5从下方示出了根据图4的视图；

图6是在图4的X-X处进一步放大的横截面；和

图7是类似于图6的视图，示出了实施本发明的热屏障的修改方式。

具体实施方式

首先参考图1，此图示出了大体指示为10的LNG运载器。运载器10运载了包含在隔热箱(可以为一个或多个隔热箱)内的LNG货物12。运载器10通过推进系统16驱动，所述推进系统16在此情况中包括柴油机，但可以另外是柴油电力系统、双燃料系统或蒸汽驱动的系统。(可以注意到，甚至存在其中可燃烧汽化气体的蒸汽锅炉，在锅炉因任何原因而停止运行的情况中要求处理汽化气体的一些另外的装置)。

虽然箱14是隔热的，但货物的一些必然在途中汽化，且运载器10因此装配有液化站18，所述液化站18连接到箱14且可运行以将所产生的汽化气体再次液化。液化站由推进系统16驱动，使得如果推进系统16停止，则不再可能将汽化气体再次液化。(即使液化站18独立地被驱动，但推进系统16的停止的时间可能使得液化站18不能应对需求)。因此，运载器10提供有具有焚化炉20的形式的用于处理汽化气体的装置。为简化图示，焚化炉20示出为邻近船舶10的船尾，但本领域技术人员将认识到焚化炉20可很好地合并在船舶的烟道组件内或另外地布置。

焚化炉20通过气体管路22连接箱14。控制系统24在26和28处联接到推进系统16和液化系统18中的每个且在30处联接到焚化炉20。在推进系统16或液化系统18的任一个故障的情况下，气体管路22打开且焚化炉20被激活，以将汽化气体燃烧。这意味着汽化气体的处理能够持续直至完成维修，或否则一直是必需的。

现在将参考图2更详细地描述焚化炉20的构造和运行。气体管路22将汽化气体G输送到燃烧部分40的近端(即下端)处的气体入口42，所述燃烧部分40大体是圆柱形的且垂直延伸。燃烧空气A通过与气体入口42同轴的空气入口44吹入燃烧部分40内，且(通过未详述的但本领域技术人员容易理解的方式)点燃空气气体混合物。因此，汽化气体燃烧，如46所指示，且燃烧产物C向上流动通过燃烧部分40，如通过图2中的黑色箭头所指示。

将理解的是燃烧过程生成了大量的热，包括放射热和对流热，且焚化炉20包括用于控制它的五个方式，所述五个方式现在将描述。

首先，燃烧部分40具有内壁48和外壁50，内壁48和外壁50一起限定了大体环形的第一通道52。未示出的风扇将掺混空气D输送到此第一通道52，且如通过图2中的白色箭头所指示，此掺混空气D通过所述通道52，以将燃烧部分40的壁48和50冷却。将注意的是掺混空气D在与大体上向上流动的燃烧产物C相反的方向上向下流过第一通道52，因此提供了反向流动的热交换。

第二，第一通道52提供了围绕燃烧部分40的隔热层，从而径向限制了从燃烧部分40向外的热传输。

第三，耐火墙54位于燃烧部分40内且与燃烧部分40的内壁48分开，以限定第二通道56。第二通道56与第一通道52在燃烧部分40的近端(下端)处连通，以接收通过第一通道52的掺混空气D。掺混空气D因此在焚化炉20的下端处转向，且向上供给到燃烧部分40内，在燃烧部分40内与燃烧产物C混合。因此，掺混空气D将燃烧产物C稀释和冷却，且稀释的混合物M通过大体上具有水平出口60的弯曲的烟道58排放到大气(如通过图2中的灰色箭头所指示)。

第四，掺混空气的部分D^P通过燃烧部分40的上部分内的口61转向且然后直接与燃烧产物C混合，以在燃烧产物C排放前将其冷却。这保证了无火焰或“焰羽”从焚化炉发出，且排气低于535℃，这是汽化气体的自燃温度。

最后，热屏障大体上水平地延伸越过耐火墙54的下端，以防止在此区域内过度加热焚化炉20(在焚化炉20中输送气体)。热屏障包括由金属托架64支撑的隔热材料的碎块床62。

在图3中示出的焚化炉大体上类似于图2的焚化炉，且两个图在合适之处使用了相同的附图标记。然而，存在明显的差异，即图3的设备内的烟道68大体上竖直向上延伸而非如图2所示弯曲，以形成水平出口。这是使制造更简单且更廉价，但提供了雨或其他降水进入焚化炉的更容易的通道。(图2的弯曲的烟道58提供了一些遮蔽，但将理解的是雨以及海上常见的飞沫和其他风吹的水仍可以进入焚化炉)。

图2和图3的焚化炉每个装配有在图4和图6中更清晰地示出的热屏障。

参考图4和图5，内壁54可见大体上在俯视图中是圆形的(如焚化炉作为整体)。内壁54处于金属托架64周围且支撑金属托架64，所述金属托架64在俯视图中是类似圆形。托架64支撑隔热材料的碎块床62，所述碎块床62在侧向由内壁54包围。相互同轴的入口42和44延伸通过床62，以分别输送汽化气体和空气用于燃烧。

现在参考图6，床62示出为包括厚度(即垂直尺寸)150mm至200mm的浮石结块。浮石是隔热材料且作为标称直径为50mm的结块，所述浮石结块填充了焚化炉内壁54内的大约5000mm的直径。将理解的是，制成托架64的材料必须抵抗通过床62导致的相对慢的加热，但不需要应对焚化炉的燃烧部分内的明显更高的热。

现在阐述碎块形式的床62的特别的优点。例如通常用于焚化炉的耐火材料趋向于是易碎的且因此容易受到由于海上常见的俯仰和侧倾和其他机械震动所导致的振动、应力的损坏。此易损性当然随尺寸增加而增加，且大至5000mm的板具有相当大的断裂的风险。即使(如通常)这样的板承载在金属基质上，板上的撞击或应变可能导致板的破裂，从而降低其作为热屏障的有效性且可能导致隔热材料从基质的分层和/或基质和周围结构的腐蚀。碎块的床62大体上不易受到振动、震动和其他移动的损坏，这仅导致隔热材料的单独的块松散地位于托架64上，以略微在周围移动。本质上，碎块的床不能在对其用途而言变成不适用的意义上“断裂”。即使一个块的确断裂，但在原处存在许多更多的块，以保持床62作为热屏障的有效性。这与固体或结合的隔热材料的热屏障形成对比，后者能够断裂或受到连结故障的影响，从而不仅使其有效性变差而且可能是危险的，且另外造成了滑脱故障，因为水和/或热将趋向于渗透出任何这样的裂缝且导致更大的损坏。

如在图6中指示，虽然仅为示意性地指示，形成床62的浮石结块松散地叠置(三个或四个深，或可能更深)。这意味着水能够溢出。在LNG运载器的海运环境中，且特别地对于如在图3的设备中的大体上垂直的烟道，水能够穿透焚化炉；当水聚集时水导致腐蚀和/或阻塞；且在用于汽化气体的焚化炉中这是危险的，因为所述焚化炉的及时和每时的正常运行对于船舶的安全是关键的，且气体和空气入口和点火器的故障等是不可接受的。通过床62在浮石结块之间的多个通道允许焚化炉内的任何水通过床62滤出且排出。如在本发明中的碎块形式的热屏障一般比整体的挡板和由元件螺栓连接在一起的挡板更容易制造、运载和安装，且通过简单地加满更多的浮石结块而容易维修。本领域技术人员也认识到，碎块形式意味着热屏障不易受到由引起水、冰、或蒸气的膨胀和收缩的热改变导致的损坏。

浮石具有特别的益处。浮石是不易碎的且因此床不粉碎。作为浮石，一般具有圆形形式，这使得它容易处理。特别地，也在如本发明中在整体方面，浮石不趋向于滚动且即使仅松散地放置也不变得位移。

前述类型的用于处理汽化气体的焚化炉上的测试表明，床62的热表面(即床的暴露于燃烧部分的表面)的温度不超过700℃。浮石在大约1200℃的温度下熔化且因此能够安全地使用在此应用中。应指出的是在一些其他应用中，例如地面火焰的应用中，热面的温度可能超过1200℃，在此情况中，浮石不是满意的隔热材料，因为它将在燃烧期间熔化且然后固化，从而失去其隔热特性及其透水性。在这样的其他应用中，其他隔热材料可用于形成碎块的床62。

如在共同待决的欧洲专利申请No.05802431.6中所指出，施加到船上焚化炉的壁的耐火材料不能期待其长期保持到位，原因是至少不来自推进系统的振动量加上俯仰和侧倾和其他机械振动。在本发明中，无耐火材料施加到焚化炉壁或任何其他表面，且如上文所解释，这避免了由于振动和其他震动导致的问题。因此，根据本发明的焚化炉能够具有延长的维护时间和更长的工作寿命。

图6的热屏障的可能的修改在图7中示出。图7的托架64提供了固体底面，但提供了允许水向下排放到排水道72内的穿孔的罐70。

在此阐明设备的其他修改，且在此描述不同的应用，且将对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，虽然在图6或图7中未详述(为图示简单性起见)，但托架64可以形成为带有多个隔间，所述隔间有助于将浮石结块保持到位，或托架64可以通过金属栅格替代。

也应理解的是，虽然本发明已特别为使用在LNG运载器上的汽化气体焚化炉而开发，但碎块热屏障(特别是如果为浮石碎块热屏障)可以在基于陆地的焚化炉中具有益处。

最后，典型有益的但不直接涉及本发明的另外的可优选的特征可以通过将图3与图2比较注意到。如在图2中所示，掺混空气的部分D^P通过燃烧部分40的上部分内的口61转向，且然后直接与燃烧产物C混合，以冷却燃烧产物然后排出，以保证无火焰或“焰羽”从焚化炉放出，且排气在汽化气体的自燃温度以下。这能够通过将掺混空气的部分D^P通过喷嘴68喷射来更有效地完成，如在图3中所图示。这迅速地将燃烧产物C的流动打碎且通过湍流混合从流中去除热点。对于图3的大体上竖直的烟道68，这是特别有利的。

Claims (14)

1.一种焚化炉，包括燃烧部分(40)，其中气体(G)在存在空气(A)的情况下进行燃烧，所述燃烧部分(40)具有允许所述气体(G)进入的近端，且大体上竖直地从所述近端延伸到远端，由此将燃烧产物(C)排出，并且热屏障(62)在邻近所述燃烧部分的近端处越过所述燃烧部分大体上水平地延伸，其特征在于，所述热屏障(62)包括隔热材料的碎块床。

2.根据权利要求1所述的焚化炉，其特征在于，所述床包括放置在所述床中的隔热材料块，使得不存在如下的直接开口：热量能够通过上述直接开口由此从所述燃烧部分辐射。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的焚化炉，其特征在于，所述隔热材料包括浮。

4.根据权利要求3所述的焚化炉，其特征在于，所述浮石包括标称直径50mm的结块。

5.根据权利要求4所述的焚化炉，其特征在于，所述床具有150mm和200mm之间的竖直厚度。

6.根据前面任一权利要求所述的焚化炉，其特征在于，所述床由金属托架(64)支撑。

7.根据权利要求6所述的焚化炉，其特征在于，所述托架(64)形成有用于保持所述隔热材料的隔间。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的焚化炉，其特征在于，所述托架(64)形成为从所述床排水。

9.根据前面任一权利要求所述的焚化炉，其特征在于，掺混空气(D)经过所述燃烧部分(40)上方以冷却所述燃烧部分(40)，然后与所述燃烧产物(C)混合。

10.根据权利要求9所述的焚化炉，其特征在于，所述燃烧部分(40)具有内壁(48)和外壁(50)，所述内壁(48)和外壁(50)一起限定第一通道(52)，所述掺混空气(D)在允许进入到所述燃烧部分(40)之前通过所述第一通道(52)。

11.根据权利要求10所述的焚化炉，其特征在于，所述燃烧部分(40)包含耐火墙(54)，所述耐火墙(54)处于所述燃烧部分(40)的内壁(48)内且与该内壁(48)隔开，以便与所述内壁(48)一起限定第二通道(56)，所述掺混空气(D)在允许进入到所述燃烧部分(40)之前通过所述第二通道(56)。

12.根据权利要求11所述的焚化炉，其特征在于，所述耐火墙(54)包含隔热材料的床。

13.一种基本上如在上文中参考附图所描述且如所述附图中所示的焚化炉。

14.一种液化天然气运载器，所述液化天然气运载器包括如前面任一权利要求所述的焚化炉，所述焚化炉构造且布置成用于处理来自液化天然气的汽化气体。

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