CN103225814A - 用于蒸发气体的焚烧炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于蒸发气体的焚烧炉(20),用于在液化天然气运输船上处理蒸发气体。所述焚烧炉(20)包括燃烧部分(40),其中允许在(42)进入的蒸发气体在有允许在(44)进入的燃烧空气参与的情况下燃烧,从而产生火焰(46)和燃烧产物(C)。稀释空气(A)被输送至燃烧部分(40)内并与燃烧产物(C)混合以产生稀释的混合物(M)。燃烧部分(40)具有一起限定第一通道(52)的内壁(48)和外壁(50),稀释空气(A)在与燃烧产物(C)混合之前通过该第一通道(52),由此稀释空气A冷却燃烧部分(40)。第一通道(52)中的稀释空气也提供热隔离层,该热隔离层限制从燃烧部分(40)的径向热量传递。稀释空气的一部分(AP)与燃烧产物(C)直接混合。
Description
本申请是申请日为2005年11月14日、进入中国国家阶段日为2007年5月11日、国家申请号为200580038704.7且发明名称为“用于蒸发气体的焚烧炉”的PCT发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及焚烧炉,该焚烧炉尤其但并非必须专门用于在由海路运载液化天然气(LNG)的货物的船只上处理蒸发气体,这种船只通常称之为液化天然气运输船。
背景技术
通过海路运载LNG已经具有超过四十年的历史,并且一直以来,大多数液化天然气运输船由汽轮机利用来自货物的蒸发气体作为燃料来提供动力。如果不加利用,则蒸发气体将排放到空气中并且丧失,故认为它是基本上免费的。
现在商业压力促使其改变。LNG的运输作为与生产和供应不同的操作变得有组织的(且有时候受管理的),并且需要单独考虑。不再认为蒸发气体是免费的,并且LNG的现货市场的出现增强对其运输船的经济性需要。传统使用的蒸汽推进不如目前可用的例如柴油机或双燃料发动机的其它推进装置经济。
然而,采用不同的推进装置将产生另一个问题,即由于没有锅炉装置,故没有处理蒸发气体的简易方法,其中该蒸发气体不能被再次液化,或者被用于推进或诸如加热的其它目的。法令不再允许将蒸发气体排放到空气中作为标准的后备程序。如果发动机在任何时候失效,这个问题将格外地严重和危险。
在用于油和燃气的生产设施中,已知通过火焰燃烧器处理不需要的燃气。然而,这种火焰燃烧器不能简单地安装在液化天然气运输船上,其原因如下:火焰燃烧器体积很大、产生噪音、运行温度很高和产生巨大的和高度可视的火焰,所有这些(尤其是后者)将是令人担忧的且可能对运输船的船员及附近的其它人造成危险。
本发明的目的是提供液化天然气运输船,其具有处理蒸发气体的有效的和令人满意的焚烧炉。
发明内容
因此,根据本发明的第一方面,提供在液化天然气运输船上处理蒸发气体的焚烧炉,该焚烧炉包括燃烧部分,其中,蒸发气体在有燃烧空气参与的情况下燃烧,并且其中稀释空气与燃烧产物相混合,其特征在于:所述稀释空气在与燃烧产物混合之前经过燃烧部分以冷却燃烧部分。
在本申请中,以以下意义使用术语“燃烧空气”和“稀释空气”。燃烧空气是被允许进入燃烧部分中从而为蒸发气体中的可燃组分的氧化提供氧气的空气。(虽然燃烧空气通常但并非始终包括超出计算的化学计量需要之外的过量空气,但是该空气可能是化学计量的,也就是说提供用于完全氧化的氧气的精确量的空气量)。稀释空气是被允许进入燃烧部分中以对燃烧产物进行冷却或淬冷的空气。
在此应注意的是,在本发明中,稀释空气(其可由风扇输送)用于冷却燃烧部分和由燃烧部分散发的燃烧产物,由此焚烧炉可安全地容纳在船只上的相对有限的空间内。
优选地,燃烧部分具有形成有第一通道的壁,稀释空气在被允许进入燃烧部分之前通过该第一通道。焚烧炉可具有一起限定所述第一通道的内壁和外壁。第一通道可包括多个槽道。优选地,稀释空气以与燃烧部分中的燃烧产物反向流动地通过第一通道。
在燃烧部分内可包含挡火板,该挡火板与燃烧部分的壁相间隔以与壁限定第二通道,该第二通道在近端处或近端附近与第一通道连通,并从近端延伸至燃烧部分内。优选地,在其近端处或其近端附近存在横跨挡火板延伸的挡热板,这种挡热板可由金属例如诸如耐热合金材料形成。可选地,挡热板可包括耐热材料,由于如果耐热材料在船载火焰燃烧器上大规模使用,可能由于振动而使耐热材料损坏并因此使耐热材料脱落,尤其是如果耐热材料应用于竖直表面时,故优选地,焚烧炉中的耐热材料基本上限制于所述挡热板。
焚烧炉优选地构造成和布置成包含来自燃烧的所有火焰(这对避免在附近的人员中引起恐慌来说是重要的,至少是出于安全原因)。为此,燃烧部分可大致竖直地延伸至远端,且该燃烧部分可在其远端由烟道所终止,该烟道具有基本水平的或倾斜的出口。
焚烧炉可包括风扇,可操作该风扇以将稀释空气输送至燃烧部分。
可能大约为50%的一定比例的稀释空气可被改变方向以与所述燃烧产物直接混合,而不是经过燃烧部分以冷却燃烧产物。
优选地,在燃烧部分内不存在用于混合稀释空气和燃烧产物的结构装置。通过消除这种混合装置,在燃烧部分内不存在暴露于非常热的燃烧产物并因此易于在使用中损坏的结构。
本发明还涉及包括这种焚烧炉的液化天然气运输船。该液化天然气运输船可具有推进系统,该推进系统可利用蒸发气体作为燃料进行操作,该蒸发气体不在焚烧炉中进行燃烧,且这种推进系统可选地利用除蒸发气体以外的燃料进行操作(即作为双燃料系统)。另外,液化天然气运输船可具有柴油机或柴油发电机或燃气轮发电机推进系统。液化天然气运输船优选地包括LNG液化系统,以及控制系统,如果LNG液化系统或推进系统变得不可操作,则可操作该控制系统以启动焚烧炉。
本发明的另一方面提供一种操作焚烧炉的方法(该方法可能但并非必须用于处理蒸发气体,以及可能但并非必须在船只上),该方法包括将燃烧空气和稀释空气都输送至焚烧炉,其特征在于:稀释空气冷却焚烧炉以及与燃烧产物混合。
稀释空气也可热隔离焚烧炉。
优选地,稀释空气与燃烧产物流体混合,而不是通过燃烧部分内的结构混合装置混合。
附图说明
现在将仅参考附图通过示例描述本发明,该附图完全是示意性的,其中:
图1为从左舷观看的体现本发明的液化天然气运输船的竖直剖面图;和
图2为以更大比例示出的图1的液化天然气运输船的焚烧炉的竖直剖面图。
具体实施方式
首先参考图1,图1将液化天然气运输船总体表示为10。运输船10运载包含在隔离的薄膜贮罐(隔离的薄膜贮罐不形成本发明的一部分,其可由所谓的MOSS形式的球形贮罐所替代)中的液化天然气12的货物。运输船10由推进系统16驱动,在这种情况下该推进系统16包括柴油机,但是其可另外地为柴油发电机系统、双燃料系统或蒸汽动力系统。(此时应注意的是,即使存在蒸发气体可在其中燃烧的蒸汽锅炉,在锅炉由于任何原因不可使用的情况下也需要处理蒸发气体的一些另外的装置)。
虽然储罐14是隔离的,但是在航行期间必然蒸发一些货物,因此运输船10配备有液化设备18,该液化设备18连接至贮罐14并可操作该液化设备18以再次液化所产生的蒸发气体。液化设备由推进系统16提供动力,以便如果推进系统16失效时液化设备不再可能再次液化蒸发气体。(即使液化设备18被独立地提供动力,推进系统16也可能失效一定时间以使液化设备18不能满足需要)。因此,运输船10具有处理蒸发气体的装置,该装置采用焚烧炉20的形式。为了简单说明起见,焚烧炉20示出为邻近船10的船尾,但是本领域的技术人员将理解焚烧炉20可并入船只的烟囱组件或以其它方式布置。
焚烧炉20通过气体管路22连接至贮罐14。控制系统24在26和28处连接至推进系统16和液化系统18的每一个,并且在30处连接至焚烧炉20。如果推进系统16或液化系统18中的任何一个失效,打开气体管路22并启动焚烧炉20以燃烧蒸发气体。处理蒸发气体的这些装置可继续运行直到完成修理,或者可继续运行必要长的时间。
现在将参考图2更加详细地描述焚烧炉20的结构和操作。气体管路22将蒸发气体输送至燃烧部分40的近端(即低端)处的气体入口42,该燃烧部分40为大致圆柱形并竖直地延伸。燃烧空气通过空气入口44吹入燃烧部分40并点燃空气和燃气混合物(其通过未详细示出的装置点燃,但是该装置容易为本领域的技术人员所了解)。因此,蒸发气体如46所示地燃烧,燃烧产物通过燃烧部分40向上流动,如箭头C所示(在图2中用黑色表示)。
应了解的是,燃烧过程产生大量的辐射的和对流的热量,焚烧炉20包括控制该热量的五个装置,现在将描述该五个装置。
首先,燃烧部分40具有内壁48和外壁50,该内壁48和外壁50共同限定大致环形的第一通道52。未示出的风扇将空气输送至该第一通道52,该空气如箭头A所示(在图2中用白色表示)通过第一通道52以便冷却燃烧部分40的壁48和50。应注意的是,空气通过第一通道52大致向下流动,其方向与大致向上流动的燃烧产物的方向相反,从而提供逆流的热交换。
第二,第一通道52中的空气在燃烧部分40的周围提供热隔离层,从而限制热量从燃烧部分40径向向外传递。
第三,挡火板54位于燃烧部分40内并与燃烧部分40的内壁48相间隔从而限定第二通道56。该第二通道56在燃烧部分40的近端(低端)处与第一通道52连通,以便容纳经过第一通道52的空气。因此。空气在焚烧炉20的低端改变方向,并向上供应至焚烧炉20中的燃烧部分40内,以与燃烧产物混合。因此,空气稀释和冷却燃烧产物,稀释的混合物(由灰色箭头M所示)通过弯曲烟道58排出至大气,其中该弯曲烟道58具有大致水平的出口60。
第四,挡热板62横跨挡火板54的低端延伸以防止焚烧炉20的这个区域(输送燃气的区域)过热。挡热板62包括耐热材料,该耐热材料为焚烧炉20中的唯一的耐热材料。可选地,该挡热板62可由合适的耐热金属合金形成(在这种情况下该焚烧炉20基本上完全由金属形成)。
第五,稀释空气的部分AP通过燃烧部分40的上部中的端口64改变方向,并与燃烧产物C直接混合。应注意的是端口64可以是喷口或任何其它的方便形式,但是本发明的重要特征是稀释空气A和燃烧产物C完全流体混合。也就是说,没有结构混合装置暴露于燃烧产物C。而传统地,在燃烧部分内存在结构混合装置,该装置必然在使用中变得非常热。为了经受这些热量,这种混合装置通常采用耐热材料。如果在使用期间存在电力故障,使得焚烧炉停工,这些非常热的混合装置本身将变得极其危险,尤其当混合装置由保温的耐热材料制成时(然而,当然焚烧炉意图是有助于安全)。为了解决上述问题,已经提出在发生电力故障时利用水浸湿混合装置,但是本领域的技术人员将认识到热冲击可能导致混合装置的严重损坏,尤其当混合装置由耐热材料制成时。通过在燃烧部分内的消除任何结构混合装置,本发明避免上述所有问题。
现在将指出本发明的其它优点。
第一,在船只上不可避免地存在特别是来自推进系统的大量的振动,该振动可能损坏耐热材料或类似的热隔离形式。迄今为止,已经习惯利用耐热材料隔离焚烧炉的壁,但是不能期望其在长时期内保持在适当位置。当在本发明中,挡热板62使用耐热材料时,限制、水平布置并良好地支撑耐热材料,使得振动对其几乎没有影响。在其它方面,大体上全金属结构是可能的,从而便于制造和提供延长的工作寿命。
第二,通过混合稀释空气和燃烧产物,迅速冷却该燃烧产物。因此该烟道可较短。与平行流热交换相比,逆流热交换也允许长度降低。因此,根据本发明的火焰燃烧器可安装在液化天然气运输船上,而仍然构造成和布置成包含来自燃烧过程的所有火焰。
最后,与燃烧产物相混合的稀释空气首先用于冷却火焰燃烧器的壁。因此该过程是高效率的且有效的,其不需要额外的冷却机构。
应理解的是,本发明当应用于液化天然气运输船上用来处理蒸发气体时具有特殊的优点。然而,应注意的是,本发明的运行的基础模式在其它方面可能具有益处,其并非必须要用于处理液化天然气蒸发以及并非必须要在船只上,其中在本发明中稀释空气用于冷却和用于热隔离以及用于与燃烧产物混合。例如,本发明可用于空气加热器中以将均匀温度的空气供应至蒸汽发生器。在此描述的装置的其它应用和改进将对本领域的技术人员显而易见。
Claims (20)
1.一种用于在液化天然气运输船上处理蒸发气体的焚烧炉,其特征在于,该焚烧炉包括:
燃烧部分,所述燃烧部分具有形成有第一通道的壁,并且所述燃烧部分大致竖直地从近端延伸到远端,
气体入口,所述蒸发气体输送至所述气体入口并且所述气体入口位于所述燃烧部分的近端处;和
空气入口,所述空气入口位于所述燃烧部分的近端处,所述燃烧空气能够通过所述空气入口吹入所述燃烧部分中,所述空气入口构造并布置成输送化学计量的空气用于所述蒸发气体在所述燃烧部分中的完全氧化,并且由此用于产生燃烧产物,其中
所述燃烧部分还包含挡火板,所述挡火板位于所述燃烧部分内并且从所述燃烧部分的壁间隔开以与所述壁限定第二通道,所述第二通道在所述近端处与所述第一通道连通,并从所述近端处延伸至所述燃烧部分内,
稀释空气在被允许进入所述燃烧部分之前向下通过所述第一通道,以便冷却所述燃烧部分的壁,并且
所述第二通道容纳经过所述第一通道的空气,由此所述稀释空气在所述近端处改变方向,并向上供应至所述燃烧部分内以与所述燃烧产物混合,由此稀释和冷却所述燃烧产物。
2.如权利要求1所述的焚烧炉,其特征在于:所述燃烧部分具有限定第一通道的内壁和外壁,所述稀释空气在被允许进入所述燃烧部分之前通过该第一通道。
3.如权利要求2所述的焚烧炉,其特征在于:所述稀释空气以与所述燃烧部分中的所述燃烧产物反向流动的方式通过所述第一通道。
4.如权利要求1所述的焚烧炉,其特征在于:所述燃烧部分在其近端处或近端附近具有横跨所述挡火板延伸的挡热板。
5.如权利要求4所述的焚烧炉,其特征在于:所述挡热板包括耐热材料,并且所述焚烧炉中大致不存在其它耐热材料。
6.如上述权利要求中的任一项所述的焚烧炉,其特征在于:所述焚烧炉构造成并布置成包含来自燃烧的所有火焰。
7.如上述权利要求中的任一项所述的焚烧炉,其特征在于:所述焚烧炉包括风扇,可操作该风扇以将所述稀释空气输送至所述燃烧部分。
8.如上述权利要求中的任一项所述的焚烧炉,其特征在于:所述稀释空气的一部分被导向以与所述燃烧产物直接混合,而不是经过所述壁以冷却该壁。
9.如权利要求8所述的焚烧炉,其特征在于:所述一部分是所述稀释空气的约50%。
10.如上述权利要求中的任一项所述的焚烧炉,其特征在于:在所述燃烧部分内不存在用于混合所述稀释空气和所述燃烧产物的结构装置。
11.一种液化天然气运输船,其包括如上述权利要求中的任一项所述的焚烧炉。
12.如权利要求11所述的液化天然气运输船,其特征在于:所述液化天然气运输船包括推进系统,该推进系统可利用在所述焚烧炉中未燃烧的蒸发气体作为燃料进行操作。
13.如权利要求12所述的液化天然气运输船,其特征在于:所述推进系统可利用除了蒸发气体以外的燃料进行操作。
14.如权利要求12或13所述的液化天然气运输船,其特征在于:所述液化天然气运输船包括液化天然气液化系统。
15.如权利要求14所述的液化天然气运输船,其特征在于:所述液化天然气运输船包括控制系统,如果所述液化天然气液化系统或所述推进系统变得不起作用,则可操作该控制系统以启动所述焚烧炉。
16.一种操作用于处理蒸发气体的焚烧炉的方法,其特征在于,该方法包括:
通过气体管路将所述蒸发气体输送至所述焚烧炉的燃烧部分的近端处的气体入口,
将化学计量的燃烧空气通过空气入口吹入所述燃烧部分内;
点燃所述燃烧空气和所述蒸发气体的混合物从而所述蒸发气体在所述燃烧空气中完全燃烧并且产生燃烧产物,
通过风扇将稀释空气输送至第一通道,所述稀释空气向下通过所述第一通道以便冷却所述燃烧部分的壁,并且
所述稀释空气在所述焚烧炉的燃烧部分的近端改变方向,并向上供应至所述燃烧部分内以与所述燃烧产物混合,因此所述稀释空气稀释和冷却所述燃烧产物。
17.如权利要求16所述的操作焚烧炉的方法,其特征在于:所述稀释空气也将所述焚烧炉热隔离。
18.如权利要求16或17所述的操作焚烧炉的方法,其特征在于:所述稀释空气的一部分被改变方向以与所述燃烧产物直接混合,而不是经过所述燃烧部分以冷却该燃烧部分。
19.如权利要求18所述的操作焚烧炉的方法,其特征在于:大约一半的所述稀释空气经过所述壁以冷却该壁,并且大约一半的稀释空气被改变方向以与所述燃烧产物直接混合。
20.如权利要求18或19所述的处理蒸发气体的方法,其特征在于:所述稀释空气与所述燃烧产物流体混合,而不是通过结构混合装置混合。
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