CN103322406B - 一种浸没式气化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浸没式气化装置，包括注有一定量冷却浴水的水池，其中：水池内分别安装有设置在冷却浴水中为冷却浴水提供热能的浸没式燃烧器和浸没在冷却浴水下管内流动有液化天然气的换热管束，换热管束的上下两端口分别连接有天然气出气管和天然气进气管，并且该换热管束下方并列排布有多根喷射管，每根喷射管上均排列制有至少两排倾斜向上的喷射小孔，浸没式燃烧器的烟气排道与每根喷射管相连通，该浸没式燃烧器燃烧产生的高温烟气从喷射管的喷射小孔喷出释放热能并扰动冷却浴水高度湍动，液化天然气经换热管束与高度湍动的冷却浴水冷热交换气化形成常态天然气，水池开有排放烟气的烟囱。
Description
技术领域
本发明涉及液化天然气的气化技术，特别是涉及一种浸没燃烧式的气化装置，具体地说是一种浸没式气化装置。
背景技术
目前，液化天然气(LNG)正以每年约12%的高增长率，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。近年来，我国的LNG项目发展很快，对LNG的需求量也迅猛增长。气化装置作为接收站的重要设备决定并影响着整个LNG接收站及输气管道的正常运行。世界LNG接收站中使用最多的气化装置为开架式气化装置和浸没燃烧式气化装置，开架式气化装置作为基荷气化器，浸没燃烧式气化装置作为调峰用气化装置。我国自行生产的LNG气化装置大多是空温式气化装置和电加热式气化装置两种，空温式气化装置是采用空气作为热源，在温度太低时则需要起用备用热源，因此装置占地较大、一次性投入大、操作成本较高。电加热式气化装置则温度控制容易，操作方便，但是能源消耗相对较大。浸没燃烧式气化装置在我国尚属于开发阶段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供结构紧凑、响应快、无明火接触、安全可靠且热效率能高达95%以上的一种浸没式气化装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种浸没式气化装置，包括注有一定量冷却浴水的水池，其中：水池内分别安装有设置在冷却浴水中为冷却浴水提供热能的浸没式燃烧器和浸没在冷却浴水下管内流动有液化天然气的换热管束，换热管束的上下两端口分别连接有天然气出气管和天然气进气管，并且该换热管束下方并列排布有多根喷射管，每根喷射管上均排列制有至少两排倾斜向上的喷射小孔，浸没式燃烧器的烟气排道与每根喷射管相连通，该浸没式燃烧器燃烧产生的高温烟气从喷射管的喷射小孔喷出释放热能并扰动冷却浴水高度湍动，液化天然气经换热管束与高度湍动的冷却浴水冷热交换气化形成常态天然气，水池开有排放烟气的烟囱。
为优化上述技术方案，采取的措施还包括：
上述的换热管束的四周面围挡有能从底部进水的溢流堰挡板，溢流堰挡板将水池中的冷却浴水分割成内围的气化热交换浴水区和外围的冷却循环浴水区，高温烟气在气化热交换浴水区内与浴水形成水气两相混合的气泡，两相混合的气泡在气化热交换浴水区的水面上和溢流堰挡板处发生水气分离，分离的烟气由水池的烟囱排出，分离的浴水从溢流堰挡板处跌落到水池的冷却循环浴水区实现冷却浴水的冷却循环。
上述的溢流堰挡板的上边缘等间距制有溢流下凹开口，溢流下凹开口的底部略高于冷却浴水的水面，溢流下凹开口的形状为半圆形、齿形或矩形。
上述的换热管束围挡在由后溢流堰挡板、左溢流堰挡板、右溢流堰挡板和前溢流堰挡板围成的长方形区域内，前溢流堰挡板内侧相对靠近下部设置有喷射总管，该喷射总管的进气口与浸没式燃烧器的烟气排道相连通，喷射管并列式的与喷射总管相连通。
上述的换热管束由多根换热管和多个用于定位固定换热管的支撑板组成；每根换热管的进气端口均与天然气进气管相连通，每根换热管的出气端口均与天然气出气管相连通。
上述的浸没式燃烧器设置在左溢流堰挡板的外侧，所述的右溢流堰挡板的外侧面分别固定安装有上集合管和下集合管，每根换热管的进气端口均经下集合管与天然气进气管相连通，每根换热管的出气端口均经上集合管与天然气出气管相连通。
上述的喷射总管的下部设置有用于支撑喷射总管的总管支撑架，浸没式燃烧器的烟气排道经锥形过渡管节穿过左溢流堰挡板与喷射总管相连通。
上述的浸没式燃烧器由燃烧炉体和设置该燃烧炉体内底部中心位置处的燃烧嘴组成；燃烧嘴分别连接有主燃料进气管和一次空气进气管，燃烧嘴的外周环绕有循环冷却水盘管，并且该燃烧嘴内设置有喷雾冷却燃烧嘴的喷雾水管。
上述的燃烧炉体由下至上依次由底部蜗壳、中间燃烧锥体和顶部蜗壳组成；烟气排道沿底部蜗壳的切线方向引出，中间燃烧锥体的外周环绕有具有上开口且与中间燃烧锥体间形成有循环冷却水腔的冷却水夹套，该冷却水夹套的底部开有冷却水进口，顶部蜗壳制有沿切线方向进入顶部蜗壳中的二次空气进气口。
上述的水池中冷却浴水的水面高度低于冷却水夹套的上开口，循环冷却水腔中的冷却水由冷却水进口进入并从冷却水夹套的上开口回落至水池中完成中间燃烧锥体的冷却循环。
与现有技术相比，本发明的气化装置主要由水池、浸没式燃烧器、换热管束和喷射管组成，水池的顶部开有烟囱。由于浸没式燃烧器和换热管束均设置在水池的冷却浴水中，因此浸没式燃烧器燃烧的热能的利用率可达到95%以上，同时浸没式燃烧器燃烧排出高温烟气经喷射管喷射，能使冷却浴水高度湍动，从而加大与换热管束内流动的液化天然气充分换热，大大提高了本发明的气化效率。本发明的主要优点是：
1、安全性高，液化天然气换热管束没有接触火焰。
2、响应快，操作方便，能快速启动和关闭。
3、结构紧凑，占地面积小，组装容易。
4、热损耗小，热效利用率高达95%及以上。
5、水池能保持恒定的温度，能很好地适应由负载波动产生的水流变化。
附图说明
图1是本发明实施例的结构原理示意图；
图2是图1中浸没式燃烧器和换热管束组配的俯看结构图；
图3是图2的F-F向结构示意图；
图4是图1中浸没式燃烧器和换热管束组配的左视结构图；
图5是图1中浸没式燃烧器和换热管束组配的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
图5所示为本发明的原理结构示意图。
其中的附图标记为：冷却水进口A、二次空气进气口B、循环冷却水腔K、水池1、烟囱11、浸没式燃烧器2、烟气排道2a、燃烧炉体21、底部蜗壳21a、中间燃烧锥体21b、顶部蜗壳21c、冷却水夹套21d、燃烧嘴22、主燃料进气管22a、一次空气进气管22b、冷却水盘管22c、喷雾水管22d、换热管束3、换热管31、支撑板32、天然气进气管41、天然气出气管42、下集合管51、上集合管52、喷射管6、喷射小孔6a、溢流堰挡板7、溢流下凹开口7a、后溢流堰挡板71、左溢流堰挡板72、右溢流堰挡板73、喷射总管8、总管支撑架81、锥形过渡管节9。
如图1至5所示，本发明的一种浸没式气化装置，包括注有一定量冷却浴水的水池1，水池1内分别安装有设置在冷却浴水中为冷却浴水提供热能的浸没式燃烧器2和浸没在冷却浴水下管内流动有液化天然气的换热管束3，换热管束3的浸没深度为50mm-500mm。换热管束3的上下两端口分别连接有天然气出气管42和天然气进气管41，并且该换热管束3下方并列排布有多根喷射管6，每根喷射管6上均排列制有至少两排倾斜向上的喷射小孔6a，浸没式燃烧器2的烟气排道2a与每根喷射管6相连通，该浸没式燃烧器2燃烧产生的高温烟气从喷射管6的喷射小孔6a喷出释放热能并扰动冷却浴水高度湍动，液化天然气经换热管束3与高度湍动的冷却浴水冷热交换气化形成常态天然气，水池1开有排放烟气的烟囱11。本发明的浸没式燃烧器2设置在水池1的冷却浴水，这样浸没式燃烧器2燃烧时产生的热能能直接被冷却浴水吸收，因此冷却浴水不仅能够维持相对稳定的温度，而且还能起到对浸没式燃烧器2降温冷却的效果，从而大大的提高了浸没式燃烧器2的使用寿命。本发明还同时利用了浸没式燃烧器2燃烧时产生的高温烟气，利用高温烟气的喷射时，使冷却浴水高速湍动形成在换热管束3管壁外激烈的循环水流来加大与换热管束3中液化天然气的热交换效率。高温烟气在与冷却浴水混合时还能释放大量的热能，大大提高了换热区域浴水的温度，减少了浸没式燃烧器2燃烧热能的损耗。本发明为一种调峰用气化装置，具有结构紧凑，安全性高，无明火接触的特点，其热效利用率高达95%以上。
为进上步优化本产品的结构性能，实施例中，换热管束3的四周面围挡有能从底部进水的溢流堰挡板7，溢流堰挡板7将水池中的冷却浴水分割成内围的气化热交换浴水区和外围的冷却循环浴水区，高温烟气在气化热交换浴水区内与浴水形成水气两相混合的气泡，两相混合的气泡在气化热交换浴水区的水面上和溢流堰挡板处发生水气分离，分离的烟气由水池1的烟囱11排出，分离的浴水从溢流堰挡板7处跌落到水池的冷却循环浴水区实现冷却浴水的冷却循环。设置有溢流堰挡板7能够使冷却浴水的循环有序合理，同时保证局部区域内能具有温度较高的冷却浴水。高温烟气在与浴水混合后形成许多由水包裹的小气泡，由于气泡密度低而产生一个提升的作用，从而使浴水循环。
实施例中，溢流堰挡板7的上边缘等间距制有溢流下凹开口7a，溢流下凹开口7a的底部略高于冷却浴水的水面，溢流下凹开口7a的形状为半圆形、齿形或矩形。
实施例中，换热管束3围挡在由后溢流堰挡板71、左溢流堰挡板72、右溢流堰挡板73和前溢流堰挡板围成的长方形区域内。本实用新型所提供的各参考图中为了方便理解和观看，前溢流堰挡板均未示出。前溢流堰挡板内侧相对靠近下部设置有喷射总管8，该喷射总管8的进气口与浸没式燃烧器2的烟气排道2a相连通，喷射管6并列式的连通在喷射总管8的内侧。
实施例中，换热管束3由多根换热管31和多个用于定位固定换热管31的支撑板32组成；每根换热管31的进气端口均与天然气进气管41相连通，每根换热管31的出气端口均与天然气出气管42相连通。
实施例中，浸没式燃烧器2设置在左溢流堰挡板72的外侧，右溢流堰挡板73的外侧面分别固定安装有上集合管52和下集合管51，每根换热管31的进气端口均经下集合管51与天然气进气管41相连通，每根换热管31的出气端口均经上集合管52与天然气出气管42相连通。
实施例中，喷射总管8的下部设置有用于支撑喷射总管8的总管支撑架81，浸没式燃烧器2的烟气排道2a经锥形过渡管节9穿过左溢流堰挡板72与喷射总管8相连通。
实施例中，浸没式燃烧器2由燃烧炉体21和设置该燃烧炉体21内底部中心位置处的燃烧嘴22组成；燃烧嘴22分别连接有主燃料进气管22a和一次空气进气管22b，燃烧嘴22的外周环绕有循环冷却水盘管22c，并且该燃烧嘴22内设置有喷雾冷却燃烧嘴22的喷雾水管22d。由于燃烧嘴22位于燃烧炉体21内，因此温度相对较高，为了提高燃烧嘴22的使用寿命，降低燃烧嘴22的周围环境温度，同时也能提高水池的温度，所以在燃烧嘴22的外周设有循环冷却水盘管22c，为了更好的达到降温的目的，燃烧嘴22还穿装有喷雾水管22d，喷雾水管22d的端头安装有喷雾头。
实施例中，燃烧炉体21由下至上依次由底部蜗壳21a、中间燃烧锥体21b和顶部蜗壳21c组成；烟气排道2a沿底部蜗壳21a的切线方向引出，中间燃烧锥体21b的外周环绕有具有上开口且与中间燃烧锥体21b间形成有循环冷却水腔K的冷却水夹套21d，该冷却水夹套21d的底部开有冷却水进口A，顶部蜗壳21c制有沿切线方向进入顶部蜗壳21c的二次空气进气口B。燃烧嘴22位于底部蜗壳21a，中间燃烧锥体21b为主燃烧区，一次空气进气管22b进入的空气和主燃料进气管22a进入的燃料气体在燃烧嘴22的周围形成小范围的燃烧，燃料气体在中间燃烧锥体21b中与顶部蜗壳21c螺旋进入的二次空气旋转均匀混合发生燃烧，燃烧产生的高温烟气沿中间燃烧锥体21b内周壁向下进入底部蜗壳21a，高温烟气在底部蜗壳21a中旋转沿切线方向从烟气排道2a进入喷射总管8，然后经喷射管6的喷射小孔6a喷出。
实施例中，水池1中冷却浴水的水面高度低于冷却水夹套21d的上开口，循环冷却水腔K中的冷却水由冷却水进口A进入并从冷却水夹套21d的上开口回落至水池中完成中间燃烧锥体21b的冷却循环。燃烧炉体21在燃烧时，冷却水夹套21d中的冷却水从冷却水进口A从上开口回落入水池1。
本发明燃烧利用率高，燃气的放热量基本相当于LNG气化所需的热量，水池的温度能保持不变，并且在整个气化过程中液化天然气管束位于水中没有接触明火，因此安全性高，由于该类装置具有结构紧凑，占地面积小，操作方便简单的特点，因此可作为一种理想的调峰用气化装置。
Claims (6)
1.一种浸没式气化装置，包括注有一定量冷却浴水的水池(1)，其特征是：所述的水池(1)内分别安装有设置在冷却浴水中为冷却浴水提供热能的浸没式燃烧器(2)和浸没在冷却浴水下管内流动有液化天然气的换热管束(3)，所述的换热管束(3)的上下两端口分别连接有天然气出气管(42)和天然气进气管(41)，并且该换热管束(3)下方并列排布有多根喷射管(6)，每根喷射管(6)上均排列制有至少两排倾斜向上的喷射小孔(6a)，所述的浸没式燃烧器(2)的烟气排道(2a)与每根喷射管(6)相连通，该浸没式燃烧器(2)燃烧产生的高温烟气从喷射管(6)的喷射小孔(6a)喷出释放热能并扰动冷却浴水高度湍动，液化天然气经换热管束(3)与高度湍动的冷却浴水冷热交换气化形成常态天然气，所述的水池(1)开有排放烟气的烟囱(11)；
所述的换热管束(3)的四周面围挡有能从底部进水的溢流堰挡板(7)，所述的溢流堰挡板(7)将水池中的冷却浴水分割成内围的气化热交换浴水区和外围的冷却循环浴水区，所述的高温烟气在气化热交换浴水区内与浴水形成水气两相混合的气泡，两相混合的气泡在气化热交换浴水区的水面上和溢流堰挡板处发生水气分离，分离的烟气由水池(1)的烟囱(11)排出，分离的浴水从溢流堰挡板(7)处跌落到水池的冷却循环浴水区实现冷却浴水的冷却循环；
所述的换热管束(3)围挡在由后溢流堰挡板(71)、左溢流堰挡板(72)、右溢流堰挡板(73)和前溢流堰挡板围成的长方形区域内，所述的前溢流堰挡板内侧相对靠近下部设置有喷射总管(8)，该喷射总管(8)的进气口与浸没式燃烧器(2)的烟气排道(2a)相连通，所述的喷射管(6)并列式的与喷射总管(8)相连通；
所述的浸没式燃烧器(2)由燃烧炉体(21)和设置该燃烧炉体(21)内底部中心位置处的燃烧嘴(22)组成；所述的燃烧嘴(22)分别连接有主燃料进气管(22a)和一次空气进气管(22b)，所述的燃烧嘴(22)的外周环绕有循环冷却水盘管(22c)，并且该燃烧嘴(22)内设置有喷雾冷却燃烧嘴(22)的喷雾水管(22d)；
所述的燃烧炉体(21)由下至上依次由底部蜗壳(21a)、中间燃烧锥体(21b)和顶部蜗壳(21c)组成；所述的烟气排道(2a)沿底部蜗壳(21a)的切线方向引出，所述的中间燃烧锥体(21b)的外周环绕有具有上开口且与中间燃烧锥体(21b)间形成有循环冷却水腔(K)的冷却水夹套(21d)，该冷却水夹套(21d)的底部开有冷却水进口(A)，所述的顶部蜗壳(21c)制有沿切线方向进入顶部蜗壳(21c)的二次空气进气口(B)。
2.根据权利要求1所述的一种浸没式气化装置，其特征是：所述的溢流堰挡板(7)的上边缘等间距制有溢流下凹开口(7a)，所述的溢流下凹开口(7a)的底部略高于冷却浴水的水面，所述的溢流下凹开口(7a)的形状为半圆形、齿形或矩形。
3.根据权利要求2所述的一种浸没式气化装置，其特征是：所述的换热管束(3)由多根换热管(31)和多个用于定位固定换热管(31)的支撑板(32)组成；每根换热管(31)的进气端口均与天然气进气管(41)相连通，每根换热管(31)的出气端口均与天然气出气管(42)相连通。
4.根据权利要求3所述的一种浸没式气化装置，其特征是：所述的浸没式燃烧器(2)设置在左溢流堰挡板(72)的外侧，所述的右溢流堰挡板(73)的外侧面分别固定安装有上集合管(52)和下集合管(51)，每根换热管(31)的进气端口均经下集合管(51)与天然气进气管(41)相连通，每根换热管(31)的出气端口均经上集合管(52)与天然气出气管(42)相连通。
5.根据权利要求4所述的一种浸没式气化装置，其特征是：所述的喷射总管(8)的下部设置有用于支撑喷射总管(8)的总管支撑架(81)，所述的浸没式燃烧器(2)的烟气排道(2a)经锥形过渡管节(9)穿过左溢流堰挡板(72)与喷射总管(8)相连通。
6.根据权利要求5所述的一种浸没式气化装置，其特征是：所述的水池(1)中冷却浴水的水面高度低于冷却水夹套(21d)的上开口，所述的循环冷却水腔(K)中的冷却水由冷却水进口(A)进入并从冷却水夹套(21d)的上开口回落至水池中完成中间燃烧锥体(21b)的冷却循环。
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