CN106030208A - 排气再循环系统和具有该排气再循环系统的船用锅炉以及排气再循环方法 - Google Patents

排气再循环系统和具有该排气再循环系统的船用锅炉以及排气再循环方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种排气再循环系统和具有该排气再循环系统的船用锅炉以及排气再循环方法，能够将添加的排气再循环系统抑制为最小限度，减少从船用锅炉排出的NOx。排气再循环系统具有：第一惰性气体路线(33)，从排出在锅炉(1)中燃烧的锅炉排气的路径分支，使惰性气体经由洗涤器(25)向原油箱(22)流通；VOC气体路线(34)，使VOC气体从所述原油箱经由VOC气体滤清器(27)向锅炉的炉膛内或者喷烧器(3)流通；惰性气体旁路路线(21)，连接所述洗涤器的下游侧与所述VOC气体滤清器的上游侧；控制装置(50)，在从所述原油箱产生的VOC气体为规定值以下的情况下，使惰性气体向所述惰性气体旁路路线流通，将惰性气体供给到所述锅炉或者所述喷烧器。

Description

排气再循环系统和具有该排气再循环系统的船用锅炉以及排气再循环方法
技术领域
本发明涉及排气再循环系统和具有该排气再循环系统的船用锅炉以及排气再循环方法。
背景技术
为了减少氮氧化物(以下称为“NOx”)，在如船用发动机那样的大型内燃机中进行排气再循环的情况下，排气中所含有的硫氧化物(以下称为“SOx”)等会对内燃机造成腐蚀、堵塞等不良影响，因此公知的是利用洗涤器进行排气处理。
在下述专利文献1中，记载了利用洗涤器对从船舶的发动机排出的排气进行排气清洗，将烟尘和SOx除去而循环的排气再循环系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2002-332919号公报
发明要解决的技术课题
但是，在浮式生产储油卸油装置(FPSO：Floating Production，Storage and Offloading)，浮式海洋石油，天然气储存卸出装置(FSO：Floating Storage and Offloading system)，油轮等船舶中，由于没有对从锅炉排出的NOx的限制，因此不采用在陆上用锅炉等中所采用的通常的减少NOx的方法，并不积极地减少NOx。
发明内容
本发明鉴于这样的情况而作出，其目的在于提供一种将添加的排气再循环系统抑制为最小限度，并能够减少从船用锅炉排出的NOx的排气再循环系统和具有该排气再循环系统的船用锅炉以及排气再循环方法。
用于解决技术课题的手段
本发明的第一方式为一种排气再循环系统，具有：第一路径，从排出在锅炉中燃烧的排气的路径分支，并使所述排气经由洗涤器，作为惰性气体向原油箱流通；第二路径，使从所述原油箱产生的VOC气体向所述锅炉的炉膛内或者作为所述锅炉的点火装置的喷烧器流通；第三路径，连接所述第一路径中的所述洗涤器的下游侧与所述第二路径，在来自所述原油箱的VOC气体的产生量为规定值以下的情况下，使所述惰性气体向所述第三路径流通，将所述惰性气体供给到所述锅炉的炉膛内或者所述喷烧器内。
根据本发明的第一方式，使在第一路径流通的惰性气体经由洗涤器输送到原油箱，所述第一路径从排出在锅炉中燃烧的锅炉排气的路径分支，在第二路径流通的VOC气体经由滤清器从原油箱输送到锅炉或者锅炉的点火装置即喷烧器。在进行原油箱的原油的装卸作业的情况下，由于几乎不产生VOC气体，因此VOC气体为未处理的规定值以下，因此从锅炉排出，经由洗涤器流通的惰性气体经由的第三路径、第二路径，供给到锅炉或者喷烧器，该第三路径连接第一路径中的洗涤器的下游侧与第二路径中的滤清器的上游侧。
在进行原油的装卸作业的情况下，锅炉以高负荷运转，此时，产生大量NOx。在本发明中，着眼于在原油的装卸作业时不产生VOC的情况，在不处理VOC气体的期间，利用第二路径，使惰性气体在第二路径、第三路径流通，从而将惰性气体供给到锅炉。利用该结构，不需要另外搭载现有技术所必需的排气再循环路线、风扇、排气再循环喷烧器，能够将排气再循环系统抑制为最小限度，能够谋求缩短工期、降低成本。
另外，由于能够利用洗涤器除硫，降低排气气体温度，因此通过使经由洗涤器流通的惰性气体经由第三路径、第二路径供给到锅炉，由于排气温度低，因此能够提高锅炉的火炎温度冷却(降低)效果，能够抑制惰性气体对作为流通路径的配管的腐蚀而产生的损失。
另外，来自原油箱的VOC气体的产生量例如根据原油箱内的VOC浓度判断。
本发明的第二方式为一种船用锅炉，其具有上述排气再循环系统。
本发明的第三方式为一种排气再循环方法，在来自原油箱的VOC气体的产生量为规定值以下的情况下，使在锅炉中产生的排气中的惰性气体向所述锅炉的炉膛内或者所述锅炉的点火装置即喷烧器流通，该惰性气体为清洗后的惰性气体。
发明效果
根据本发明，能够将添加的排气再循环系统抑制在最小限度，能够减少从船用锅炉排出的NOx。
附图说明
图1是表示本发明的船用锅炉的纵剖视图。
图2是适用于本发明的船用锅炉的排气再循环系统的整体概略结构图。
图3适用于本发明的船用锅炉的排气再循环系统的变形例的整体概略结构图。
符号说明
1 锅炉
20 排气再循环系统
21 惰性气体旁路路线(第三路径)
22 原油箱
25 惰性气体洗涤器
33 第一惰性气体路线(第一路径)
34 VOC气体路线(第二路径)
50 控制装置
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式的排气再循环系统和具有该排气再循环系统的船用锅炉以及排气再循环方法。
在图1所示的船用锅炉1中，在炉膛2的上部设置的风箱14内设置有多个喷烧器3。喷烧器3利用经由空气管道13导入的燃烧用空气，使燃料燃烧而生成燃烧气体。所生成的高温燃烧气体依次通过配设于炉膛2的下游的前储存管4、过热器5和蒸发管组(后储存管)6而与在管内流动的水等流体进行热交换。这样地完成了热交换的燃烧气体通过出口侧气体管道7而从气体出口8向船用锅炉1的外部排出。另外，船用锅炉1具有：设于蒸发管组6的下方的水筒9，设于蒸发管组6的上方的蒸气筒10，与前储存管4连接的集管11、12。
图2是适用于本发明的船用锅炉的排气再循环系统20的概略结构图。如图2所示，排气再循环系统20具有：第一惰性气体路线(第一路径)33、VOC(Volatile OrganicCompounds：挥发性有机化合物)气体路线(第二路径)34、惰性气体旁路路线(第三路径)21、主燃料路线35、控制装置50。
主燃料路线35将锅炉主燃料(例如，HFO(Heavy Fuel Oil：重燃油)、MDO(MarineDiesel Oil：船用柴油)、甲烷等)供给到锅炉1。主燃料路线35还具有截断阀41、控制阀30。控制阀30通过来自控制装置50的指令来调节开度，从而控制供给到锅炉1的锅炉主燃料的量。
第一惰性气体路线33具有：截断阀45、惰性气体洗涤器(洗涤器)25、惰性气体鼓风机(鼓风机)26、截断阀43。在进行从原油箱卸载原油的卸载作业的情况下，第一惰性气体路线33从使在锅炉1燃烧的排气向烟囱31排出的路径32分支，并经由惰性气体洗涤器25，利用惰性气体鼓风机26，使惰性气体向下游侧(原油箱22)流通。在排气中含有二氧化碳、氮气、烟尘、NOx、SOx等。
VOC气体路线34具有：截断阀44、VOC气体滤清器(滤清器)27、VOC鼓风机(鼓风机)28、控制阀29、截断阀40。在进行向原油箱22装载原油的装载作业的情况下，VOC气体路线34使惰性气体和VOC气体从原油箱22经由VOC气体滤清器27向锅炉1的炉膛内或者锅炉1的点火装置即喷烧器3流通。另外，VOC气体路线34在VOC鼓风机28的下游侧，在比截断阀40靠上游侧的位置具有控制阀29，控制阀29的开度利用控制装置50控制调节。在惰性气体、VOC气体向VOC气体路线34流通的情况下，通过调节控制阀29的开度，能够调节供给到锅炉1或者喷烧器3的惰性气体流量。然后，对供给到喷烧器3的VOC气体进行燃烧处理。
惰性气体旁路路线21与第一惰性气体路线33的惰性气体鼓风机26的下游侧、VOC气体路线34的VOC气体滤清器27的上游侧旁路连接。惰性气体旁路路线21具有截断阀51，在进行从原油箱22卸载原油的卸载作业的情况下，打开截断阀51，以使惰性气体向惰性气体旁路路线21流通。在截断阀51打开时，在第一惰性气体路线33中流通，并从惰性气体鼓风机26输送的惰性气体经由惰性气体旁路路线21流通到VOC气体路线34。然后，惰性气体供给到喷烧器3，并供给到锅炉1。在进行原油的卸载作业的情况下，锅炉1以高负荷工作，但通过向锅炉1供给惰性气体，来谋求减少NOx。
另外，在进行向原油箱22装载原油的装载作业的情况下，使截断阀51关闭。
在来自原油箱22的VOC气体的产生量为规定值以下的情况下，控制装置50使惰性气体向惰性气体旁路路线21流通，将惰性气体供给到锅炉1的炉膛内或者喷烧器3。具体而言，在进行从原油箱22卸载原油的卸载作业的情况下，几乎不产生VOC气体，VOC气体的产生量为规定值以下，因此控制装置50将控制阀29控制为打开，将截断阀51控制为打开，使惰性气体向惰性气体旁路路线21流通，将惰性气体供给到锅炉1或者喷烧器3。另外，控制装置50除此之外还适当地控制截断阀、控制阀，来调节其开度。
以下参照图1和图2说明本实施方式的排气再循环系统20的作用。
在锅炉1中燃烧的排气从气体出口8排出，并在路径32中流通。排气在从路径32与烟囱31之间分支的第一惰性气体路线33中流通，在惰性气体洗涤器25中，利用洗涤器水清洗而除硫，并利用冷却水降低排气温度，在锅炉1燃烧的排气作为惰性气体，利用惰性气体鼓风机26输送到原油箱22。
在锅炉1中使VOC气体燃烧的情况下，利用控制装置50向闭方向控制截断阀43，向闭方向控制截断阀51，向开方向控制截断阀44，向开方向控制截断阀40。这样，VOC气体从原油箱22输送到VOC气体路线34，并经由VOC气体滤清器27从VOC鼓风机28输送到喷烧器3。与锅炉必要蒸汽量对应而需要的锅炉主燃料和VOC气体从喷烧器3供给，在锅炉1中燃烧，而产生排气。排气从排气出口8排出，并从烟囱31排出，并且利用惰性气体洗涤器25清洗的排气作为惰性气体在第一惰性气体路线33中流通。
在进行从原油箱22卸载原油的卸载作业的情况下，利用控制装置50向开方向控制截断阀51，并且，向开方向控制控制阀29。另外，此时，向开方向控制截断阀43，向闭方向控制截断阀44。在第一惰性气体路线33中流通的惰性气体在洗涤器25中被清洗，清洗后利用冷却水降低了温度的惰性气体在惰性气体旁路路线21流通而输送到VOC气体路线34、原油箱22。在第一惰性气体路线33中流通的惰性气体流量中，10～30％的流量向惰性气体旁路路线21流通，除此之外(90～70％)的流量的惰性气体输送到原油箱22。
另外，惰性气体的降低后的温度与配管设计温度有关，80℃以下的程度即可。
在进行从原油箱22卸载原油的卸载作业的情况下，由于几乎不产生VOC气体，因此VOC气体成为规定值以下，而不处理VOC气体，因此将截断阀51打开，通过在惰性气体洗涤器25中被清洗而使温度降低的惰性气体在VOC气体路线34流通而供给到喷烧器3。
在此，不需要VOC气体处理的规定值以下是指，例如原油箱22内的VOC浓度为几十ppm以下等实际上未识别到VOC气体连续增加的状态。
这样，在锅炉1产生的排气在惰性气体洗涤器25中清洗，在清洗后，利用冷却水降低温度而成为惰性气体，而能够在锅炉1中再循环。由于在原油的卸载作业时，油泵动作而使锅炉成为高负荷状态，产生大量Nox，因此可以预计通过排气再循环减少Nox的效果。
在如以上说明，在本实施方式的排气再循环系统20和具有该排气再循环系统20的船用锅炉以及排气再循环方法中，在进行卸载原油的卸载作业的情况下，锅炉1以高负荷运转，此时产生大量NOx。本发明着眼于在卸载原油的卸载作业时几乎不产生VOC气体的情况，在不处理VOC气体的期间，利用VOC气体路线34，使惰性气体在VOC气体路线34、惰性气体旁路路线21流通，从而将惰性气体供给到锅炉1。这样，由于利用现有的VOC气体路线34将惰性气体供给到锅炉1，因此不会花费设备成本。因此，将排气再循环系统限制为最小限度，能够谋求缩短工期、降低成本。
另外，由于能够利用惰性气体洗涤器25除硫，降低排气温度，因此通过使经由惰性气体洗涤器25流通的惰性气体经由惰性气体旁路路线21和VOC气体路线34供给到锅炉1，由于排气温度低，因此能够提高锅炉1的火焰温度冷却(降低)效果，能够抑制惰性气体对作为流通路径的配管的腐蚀而产生的损失。另外，通过这样地控制，与现有船用锅炉相比，最大能够减少20％到35％程度的NOx。
另外，在图2所示的本实施方式中，VOC气体路线34与喷烧器3连接，但不限于该结构，VOC气体路线34也可以与锅炉1连接。
另外，也可以将喷嘴24装备于风箱、空气管道，来供给惰性气体。
〔变形例〕
在上述实施方式中，经由与第一惰性气体路线33和VOC气体路线34旁路连接的惰性气体旁路路线21，将惰性气体供给到锅炉1，但是将惰性气体供给到锅炉1的结构不限于此。例如，如图3所示，除了上述实施方式的结构以外，也可以设置从第一惰性气体路线33的惰性气体鼓风机26的下游侧分支而与锅炉1连接的第二惰性气体路线23。
第二惰性气体路线23从第一惰性气体路线33的惰性气体鼓风机26的下游侧分支，将设于顶端的喷嘴24安装在锅炉1(或者喷烧器3)上，而将惰性气体供给到锅炉1的炉膛内(或者喷烧器3)。
在进行从原油箱22卸载原油的卸载作业的情况下，利用控制装置50向开方向控制截断阀42，向开方向控制截断阀43，向闭方向控制截断阀51、截断阀44和截断阀40。这样，惰性气体向从第一惰性气体路线33的惰性气体鼓风机26的下游侧分支的第二惰性气体路线23流通而被清洗。通过被清洗而使温度降低的惰性气体经由喷嘴24供给到锅炉1。另外，经由与第一惰性气体路线33的惰性气体鼓风机26的下游侧的原油箱22连接的路径，使惰性气体供给到原油箱22。
本变形例为添加了第二惰性气体路线23和喷嘴24的结构。在将本变形例与上述实施方式说明的经由惰性气体旁路路线21，并使用VOC气体路线34的情况相比，经由惰性气体旁路路线21并使用VOC气体路线34来将惰性气体供给到锅炉1的情况的一方能够抑制成本。
以上，说明了本发明的实施方式，本发明不限于上述实施方式，在本发明的范围内能够进行各种变形实施。

Claims (3)

1.一种排气再循环系统，其特征在于，具有：
第一路径，所述第一路径从排出在锅炉中燃烧的排气的路径分支，并使所述排气经由洗涤器，作为惰性气体向原油箱流通；
第二路径，所述第二路径使从所述原油箱产生的VOC气体向所述锅炉的炉膛内或者作为所述锅炉的点火装置的喷烧器流通；以及
第三路径，所述第三路径连接所述第一路径中的所述洗涤器的下游侧与所述第二路径，
在来自所述原油箱的VOC气体的产生量为规定值以下的情况下，使所述惰性气体向所述第三路径流通，将所述惰性气体供给到所述锅炉的炉膛内或者所述喷烧器内。
2.一种船用锅炉，其特征在于，
具有如权利要求1所述的排气再循环系统。
3.一种排气再循环方法，其特征在于，
在来自原油箱的VOC气体的产生量为规定值以下的情况下，使在锅炉中产生的排气中的惰性气体向所述锅炉的炉膛内或者所述锅炉的点火装置即喷烧器流通，该惰性气体为清洗后的惰性气体。
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