CN113623089B - 一种船用氨供给系统及船舶 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种船用氨供给系统及船舶，涉及船舶技术领域。包括液氨储罐、蒸发器，蒸发器入口连通液氨储罐，出口连通有多条支路；第一支路连通有用于生成氢气的重整器，第一支路输出端连通蒸发器和重整器输出端，用于获取氢气、氨气后输入氨气发动机；第二支路上设有混合器，混合器一端连通氨气发动机排放口和蒸发器，另一端连通SCR反应器；蒸发器连接氨气发动机的缸套冷却机构，用于获取热量；通过液氨储罐集中保存氨气，经过蒸发器转化为氨气后分为多条支路，分别供应燃烧、助燃、尾气处理使用，并配合有相应的安全回路，实现氨气供应的整体调控，满足船舶运行时的动力、排放和安全需求。

Description

一种船用氨供给系统及船舶
技术领域
本公开涉及船舶技术领域，特别涉及一种船用氨供给系统及船舶。
背景技术
目前船舶主要使用的传统燃料还是以柴油为主，其燃烧产物中的氮氧化物、二氧化碳、碳氢化物等是污染地球主要污染物来源。为解决传统燃料发动机所面临的资源有限、环境污染等问题，氨燃料中只含有氮和氢元素，其充分燃烧后最终产物是水和氮气，对环境没有污染，并且其价格廉价、运输方便、安全可靠性较强，氨燃料能够作为船舶行业的合理能源。
在船舶发动机以氨作为燃料时，仍需要考虑燃料的存储、供给、尾气处理过程，依据传统化石燃料发动机的应用，分别配置燃料存储和尾气处理系统，但由于氨燃料与传统化石燃料的存储状态、燃烧过程、尾气处理均有不同，因此，不能套用传统发动机的配套设备；而目前的氨气发动机的各个流程无法有效关联，使得整套设备操作繁杂，占用空间较大，难以满足船舶对发动机系统的动力、排放和安全需求。
发明内容
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种船用氨供给系统及船舶，通过液氨储罐集中保存氨气，经过蒸发器转化为氨气后分为多条支路，分别供应燃烧、助燃、尾气处理使用，并配合有相应的安全回路，实现氨气供应的整体调控，满足船舶运行时的动力、排放和安全需求。
本公开的第一目的是提供一种船用氨供给系统，采用以下技术方案：
包括液氨储罐、蒸发器，蒸发器入口连通液氨储罐，出口连通有多条支路；第一支路连通有用于生成氢气的重整器，第一支路输出端连通蒸发器和重整器输出端，用于获取氢气、氨气后输入氨气发动机；第二支路上设有混合器，混合器一端连通氨气发动机排放口和蒸发器，另一端连通SCR反应器；蒸发器连接氨气发动机的缸套冷却机构，用于获取热量。
进一步地，还包括第三支路，设有吸收罐、再液化器，吸收罐一端连通蒸发器，用于吸收事故氨气，另一端接入废水池；再液化器一端连通蒸发器，另一端连通液氨储罐，用于回收过剩氨气。
进一步地，所述蒸发器通过缓冲罐连接第一支路和第二支路，液氨储罐依次经过液氨泵、日用罐连通蒸发器，日用罐、缓冲罐、第一支路、第二支路和蒸发器分别通过安全阀接入吸收罐。
进一步地，所述第二支路上安装有三通阀，三通阀的三个接口分别连通蒸发器、混合器和吸收罐。
进一步地，所述第二支路上三通阀与混合器之间依次设有第二调节阀和预混管段，预混管段连通有用于对第二支路混入空气的风机。
进一步地，所述第一支路上缓冲罐与重整器之间设有第一调节阀，用于调节第一支路输入重整器的氨气量。
进一步地，所述缸套冷却机构的循环管连通蒸发器的换热管，用于将缸套冷却机构的热量输送至蒸发器。
本公开的第二目的是提供一种船舶，利用如上所述的船用氨供给系统。
进一步地，还包括氨气发动机，氨气发动机连接第一支路末端，用于获取混合后的氨气、氢气，氨气发动机的排放口连通混合器。
与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
(1)通过液氨储罐集中保存氨气，经过蒸发器转化为氨气后分为多条支路，分别供应燃烧、助燃、尾气处理使用，并配合有相应的安全回路，实现氨气供应的整体调控，满足船舶运行时的动力、排放和安全需求；
(2)结合各个管路上的控制阀，既可以对船舶动力单元供给燃料也可以对尾气处理系统提供还原剂的氨供给系统，该系统既可同时为主机动力单元、SCR系统供给燃料，也可以单独有控制地对单个系统提供供给，节约船舶运行成本，提高船舶运行的安全性；
(3)在氨气缓冲罐往主机动力单元供气的第一支路上设置分离氢气的支路，为氨气发动机注入氨气和氢气的混合气体，氨气混合氢气之后燃烧更加充分，提高氨气发动机内氨气的燃烧效果，从而满足其动力需求。
(4)考虑到要在船舶上使用的安全性，应当避免纯氨直接进入排烟管道，设置氨与空气的预混合装置，通过稀释风机引入空气将氨浓度降低到5％以内，再进入SCR混合器；利用安全回流回路，若发生泄漏时，部分的氨气被转移到喷淋水处区域，将氨气进行稀释和吸收，引入安全区域，部分氨气进入到氨气再液化回收装置，经由液氨泵运输到液氨储罐中供下次使用。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1、2中氨供给系统的结构示意图；
图2为本公开实施例1、2中氨供给系统管路连接示意图。
图中，1.液氨储罐；2.第一电磁阀；3.压力表；4.第一液氨泵；5.第一流量计；6.第二电磁阀；7.液氨日用罐；8.液氨蒸发器；9.第三电磁阀；10.氨气缓冲罐；11.电气阀；12.第四电磁阀；13.第五电磁阀；14.氨气吸收罐；15.第六电磁阀；16.三通阀；17.废水池；18.第七电磁阀；19.第二流量计；20.预混合管段；21.第八电磁阀；22.第三流量计；23.第九电磁阀；24.第十电磁阀；25.重整器；26.压缩机；27.主机动力单元；28.冰机；29.氨气再液化回收装置；30.第二液氨泵；31.稀释风机；32.混合器；33.反应器。
具体实施方式
实施例1
本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图2所示，提供一种船用氨供给系统。
如图1、图2所示，提供一种船舶用氨供给系统，能够为主机动力单元即氨气发动机、SCR系统供应氨气，并能够对其进行调控，满足船舶运行的供应需求和安全需求。
具体的，包括液氨储罐、蒸发器，蒸发器入口连通液氨储罐，出口连通有多条支路。
第一支路连通有用于生成氢气的重整器，第一支路输出端连通蒸发器和重整器输出端，用于获取氢气、氨气后输入氨气发动机；第一支路为船舶动力单元提供燃料，液氨储存罐经液氨泵运输到液氨蒸发器转变为氨气，在氨气缓冲罐经流量计及电磁阀运输到主机动力供给单元；并通过重整器支路输出助燃氢气，液氨燃料在混合一定比列的氢气之后燃烧更加充分，在氨气缓冲罐往主机动力单元供气的支路上分离氢气的支路。
蒸发器连接氨气发动机的缸套冷却机构，用于获取热量。缸套冷却机构的循环管连通蒸发器的换热管，用于将缸套冷却机构的热量输送至蒸发器。
第二支路上设有混合器，混合器一端连通氨气发动机排放口和蒸发器，另一端连通SCR反应器；第二支路为SCR系统提供还原剂，在氨气缓冲罐之后出来另一新的支路，经过流量计、调节阀及单向阀等运输到预混合管段与稀释的空气进行混合，稀释后的氨气与柴油机的尾气在混合器内充分混合，在反应器内进行化学反应，降低尾气中的氮氧化物，达到排放标准。
第三支路设有吸收罐、再液化器，吸收罐一端连通蒸发器，用于吸收事故氨气，另一端接入废水池；再液化器一端连通蒸发器，另一端连通液氨储罐，用于回收过剩氨气；蒸发器通过缓冲罐连接第一支路和第二支路，液氨储罐依次经过液氨泵、日用罐连通蒸发器，日用罐、缓冲罐、第一支路、第二支路和蒸发器分别通过安全阀接入吸收罐；
第三支路为防止紧急情况发生的安全回流回路，若发生泄漏时，一部分的氨气被转移到喷淋水处区域，将氨气进行稀释和吸收，引入安全区域，另一部分的氨气经氨气液化回收装置回收再由液氨泵运输到液氨储存罐中，可供下次使用。
具体的，结合图1、图2，液氨由液氨储罐出来主要有三个去向，一个是主机动力单元，一个是尾气处理单元，第三个是安全处理单元。
氨在环境温度下不易点燃，安全性较高，在环境温度下一般是液态形式运输和储存，成本也比较低。
液氨由第一液氨泵4从液氨储罐1驳运到液氨日用罐7，经由液氨蒸发器8加热变为氨气，储存在氨气缓存罐10内，其中液氨蒸发器8所需的热能由27主机缸套冷却水来提供；提高了整机的能源利用率。
其中，液氨储罐1与第一液氨泵4之间串联有第一电磁阀2和压力表3，用于显示输送压力，并控制输送液氨的速度。
当主机动力单元发出燃烧信号后，第九电磁阀23打开，氨气由氨气缓存罐10经管路、第三流量计22、第九电磁阀23后流向主机动力单元27，从而使得氨气经由管路输送到氨气发动机的燃烧室。
由于氨气作为燃料时燃烧速度较慢，它和空气的混合物的燃点在650℃左右。氨在空气中的最低着火限是15.5％(V/V)，比氢和烃燃料要高，在本实施例中，通过在氨气中混入一定比例的氢气，对氨气进行助燃，使得氨气燃烧效果满足需求。
在连接氨气日用罐与主机动力单元之间有一个支路出来，会有氨气进入重整器，重整器会将氨气分解为氢气和氮气，其中的氢气会进入主机燃烧室与氨气混合，使氨气燃烧更加充分，提供更多的热量。
根据当前负荷设定需要的氢气量，开启第八电磁阀21使得第一支路内的氨气进入重整器25生成氢气，并将第十阀门24打开，重整器分解生成的氢气进入主机燃烧室。
根据当前负荷设定需要的氢气量，安装在支路上的第八调节阀21通过控制开度调剂进入重整器25的氨气量，从而控制进入氨气发动机的氢气量。
对于氨气缓冲罐所连接的第二支路，安装有三通阀16，三通阀的三个接口分别连通蒸发器、混合器和吸收罐；
第二支路上三通阀16与混合器之间依次设有第二调节阀和预混管段20，预混管段20连通有用于对第二支路混入空气的风机。
在液氨日用罐7、液氨蒸发器8及氨气缓冲罐10经由电磁阀及管路与氨气吸收罐14连接，当发生安全报警时，各个支路上的电气阀11、第四电磁阀12、第五电磁阀13打开，将罐内及管路内的氨及时排除到氨气吸收罐14内，避免发生安全事故。
三通阀在正常运行模式下连接氨气缓冲罐10与第七阀门18，若发生安全事故，三通阀16则连接氨气缓冲罐10、氨气吸收罐14及氨气再液化回收装置29。
具体的，结合图1、图2，尾气处理SCR单元主要是由混合器与反应器构成，通过控制氨气缓冲罐支路上的第七电磁阀来设定进入预混合管段的氨气；在输入预混管段的第二支路上还串联有第二流量计19。
稀释空气经由稀释风机31运输到预混合管段20内与氨气混合，在混合器32中与氨气发动机尾气混合。
混合后的尾气，随着管道进入到带有催化剂的反应器33中反应，将氮氧化物转化为氮气和水，再经排放管路排放到大气中。
废水池17与氨气吸收罐14通过第六阀门15连通。液氨日用罐7一端连接用户端支路，一端经由安全阀连接氨气吸收罐14。
氨气再液化回收装置29中的液氨经由第二液氨泵30运输回液氨储罐1中；氨气缓冲罐10中的氨气经由压缩机26变为液氨回送到液氨储罐1中；冰机28会将液氨泵中的氨气变为液态氨回送到管路中。
通过液氨储罐集中保存氨气，经过蒸发器转化为氨气后分为多条支路，分别供应燃烧、助燃、尾气处理使用，并配合有相应的安全回路，实现氨气供应的整体调控，满足船舶运行时的动力、排放和安全需求。
实施例2
本公开的另一典型实施方式中，如图1-图2所示，提出了一种船舶，利用如实施例1中所述的船用氨供给系统。
还包括氨气发动机，氨气发动机连接第一支路末端，用于获取混合后的氨气、氢气，氨气发动机的排放口连通混合器。
该系统主要由四个回路构成：
第一回路是为船舶动力单元提供燃料；
第二回为SCR系统提供还原剂，在氨气缓冲罐之后出来另一新的支路，经过流量计、电磁阀及单向阀等运输到SCR尾气处理单元；
第三个回路为助燃作用，船用SCR废气流量较大，排烟管道直径在600-1200mm,温度在240-300℃，考虑到要在船舶上使用的安全性，应当避免纯氨直接进入排烟管道，设置氨与空气的预混合装置，通过稀释风机引入空气将氨浓度降低到5％以内，再进入SCR混合器，液氨燃料在混合一定比列的氢气之后燃烧更加充分，在氨气缓冲罐往主机动力单元供气的支路上分离氢气的支路；
第四个回路为防止紧急情况发生的安全回流回路，若发生泄漏时，部分的氨气被转移到喷淋水处区域，将氨气进行稀释和吸收，引入安全区域，部分氨气进入到氨气再液化回收装置，经由液氨泵运输到液氨储罐中供下次使用。
在氨气缓冲罐往主机动力单元供气的第一支路上设置分离氢气的支路，为氨气发动机注入氨气和氢气的混合气体，氨气混合氢气之后燃烧更加充分，提高氨气发动机内氨气的燃烧效果，从而满足其动力需求。
结合各个管路上的控制阀，既可以对船舶动力单元供给燃料也可以对尾气处理系统提供还原剂的氨供给系统，该系统既可同时为主机动力单元、SCR系统供给燃料，也可以单独有控制地对单个系统提供供给，节约船舶运行成本，提高船舶运行的安全性。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种船用氨供给系统，其特征在于，包括液氨储罐、蒸发器，蒸发器入口连通液氨储罐，出口连通有多条支路；第一支路连通有用于生成氢气的重整器，第一支路输出端连通蒸发器和重整器输出端，用于获取氢气、氨气后输入氨气发动机；第二支路上设有混合器，混合器一端连通氨气发动机排放口和蒸发器，另一端连通SCR反应器；蒸发器连接氨气发动机的缸套冷却机构，用于获取热量；
还包括第三支路，设有吸收罐、再液化器，吸收罐一端连通蒸发器，用于吸收事故氨气，另一端接入废水池；再液化器一端连通蒸发器，另一端连通液氨储罐，用于回收过剩氨气；
所述蒸发器通过缓冲罐连接第一支路和第二支路，液氨储罐依次经过液氨泵、日用罐连通蒸发器，日用罐、缓冲罐、第一支路、第二支路和蒸发器分别通过安全阀接入吸收罐；
缓冲罐往主机动力单元供气的第一支路上设置分离氢气的支路，为氨气发动机注入氨气和氢气的混合气体；
通过液氨储罐集中保存氨气，经过蒸发器转化为氨气后分为多条支路，分别供应燃烧、助燃、尾气处理使用，并配合有相应的安全回路，实现氨气供应的整体调控，满足船舶运行时的动力、排放和安全需求。
2.如权利要求1所述的船用氨供给系统，其特征在于，所述第二支路上安装有三通阀，三通阀的三个接口分别连通蒸发器、混合器和吸收罐。
3.如权利要求1所述的船用氨供给系统，其特征在于，所述第二支路上三通阀与混合器之间依次设有第二调节阀和预混管段，预混管段连通有用于对第二支路混入空气的风机。
4.如权利要求1所述的船用氨供给系统，其特征在于，所述第一支路上缓冲罐与重整器之间设有第一调节阀，用于调节第一支路输入重整器的氨气量。
5.如权利要求1所述的船用氨供给系统，其特征在于，所述缸套冷却机构的循环管连通蒸发器的换热管，用于将缸套冷却机构的热量输送至蒸发器。
6.一种船舶，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的船用氨供给系统。
7.如权利要求6所述的船舶，其特征在于，还包括氨气发动机，氨气发动机连接第一支路末端，用于获取混合后的氨气、氢气，氨气发动机的排放口连通混合器。
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