CN116817307A - 一种lng船高效节能、降噪的天然气燃烧装置及降噪的燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，该装置包括风机、风箱、燃烧腔、带降噪的排气烟管、控制组件。所述天然气阀组与装置通过电线连接，风机、风箱、燃烧腔、带消音效果的排气烟管集成在一体。本发明的船用天然气燃烧装置，结合了节能降噪的功能需求，将风机升级为变频风机，在排气管上集成了降噪的功能，本发明还涉及一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置的降噪燃烧方法，该方法不仅降低了船用天然气燃烧装置的能耗，还降低了操作运行过程中的噪音，提升了装置的操作性、经济性和环境友好性。
Description
技术领域
本发明属于船舶建造技术领域，具体涉及一种船用天然气燃烧装置及燃烧方法。
背景技术
船用天然气燃烧装置用于燃烧自然挥发的天然气，主要用于液化天然气运输船以及液化天然气储存、加注、气化等具有天然气储罐的船。用于为维持储罐压力控制、操作的一种必不可少安全装置。目前市场上掌握此类技术的主要有两家，其设计特点均以安全性为主，以尽可能把自然挥发的天然气利用燃烧装置完全处理。面对日益严格的污染控制要求，目前市场上关于船用天然气燃烧装置在节能降噪方面的设计和应用为空白。
污染包括空气污染、噪声污染、水污染等。全球碳排放控制和标准的日益提高促使各种耗能设备需要更高的效率。在海上、陆上等领域应用普遍的变频技术作为一个成熟可靠的技术已经应用于很多方面，利用空调、通风、输送泵浦等。而天然气燃烧装置在船舶不同的工况，不同的温度条件下，其操作的负荷需求相差很多。在船上大部分工况下，气体燃烧装置不需要全负荷运行，而供给风机则按照全负荷来设计的，也就是说大部分操作时间内供风机消耗的能量多于实际需求量。因此，风机的变频应用必要其重要。
为防治环境噪声污染，各国制定了日益严格的环境噪声污染防治法律和法规。例如英国的SOUTH HOOK港口要求船舶1公里以内居民区的噪声达到23分贝，也就是说船舶的噪声为90分贝。曾经有一条再气化装置液化天然气船在英国港口服役期间，港口居民投诉重大噪音问题，经过分析检测和判断，气体燃烧装置的噪音是扰民的来源，因此船上紧接着在其排气后端加装了消音器。大尺寸大管径的消音器在船用上少之又少。低噪音天然气燃烧装置的需求呼之欲出。
现有技术中，中国实用新型专利201420035348.X公开了一种舰船管路减振降噪管卡，该申请是设置在舰船管道外侧的管卡，与本申请的应用场景和结构均不同。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置及消音的燃烧方法。
为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其结构包括燃烧系统和所述燃烧系统通过动力电线、信号线连接的控制组件，所述燃烧系统的底部设有三个风机，所述风机与所述控制组件连接，所述风机出口连接有风箱，所述风箱的上部设有支座，所述支座一端连接燃烧腔的进口，在所述支座和燃烧腔的进口之间设有可调节的天然气阀组，所述天然气阀组通过燃气管路连接燃烧腔，天然气进入所述燃烧腔内产生高温气体后通过降噪的排气烟管排出机舱外。
进一步优选的技术方案，所述风箱为碳钢板拼接加工而成的方形结构。
进一步优选的技术方案，所述控制组件包括变频风机的变频器、电源箱、执行风机变频动作和调节天然气流量阀的编程逻辑控制箱。
进一步优选的技术方案，所述排气烟管为套管，在圆形的外套管内壁上焊接有水平的圆形支撑座板，所述的圆形支撑座板固定七段相同的带消音功能的内套管，
进一步优选的技术方案，所述圆形支撑座板的中心安装一个带消音功能的内套管，另外六个带消音功能的内套管环形均匀排布在周围，每个带消音功能的内套管的外壁均匀烧焊四个安装基座，通过不锈钢螺栓螺母垫片固定在圆形支撑座板上。
进一步优选的技术方案，所述带消音功能的内套管的为圆柱形排气消音设备，其内部填充有玻璃纤维吸音棉。
进一步优选的技术方案，所述排气烟管的外套管材料为耐高温的镀锌钢板，呈圆柱形。
进一步优选的技术方案，所述天然气阀组包括手动截止阀、滤器、吹扫阀、双隔离阀、安全透气阀、天然气控制阀和流量计。
进一步优选的技术方案，所述燃烧腔的进口处设有燃烧器。
一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置的降噪燃烧方法，包括以下步骤：
置的降噪燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据船舶不同的工况，不同的温度条件下，船上自然挥发的天然气含量，通过控制组件调节天然气阀组内的流量控制阀，通过天然气阀组内流量控制阀的开度和流量计的信号判断气体燃烧器的负荷，从而通过控制组件的作用进一步调节变频风机运行的频率和速度；
S2，通过可变频调速的变频马达驱动变频的风机，所述风机的出口从不同的角度连到风箱上，所述风机与风箱形成供给新鲜空气的腔室；
S3，所述风箱连接燃烧腔，天然气阀组通过燃气管路连接到燃烧腔；
S4，自然挥发的天然气在管道内流动，通过天然气阀组，在保证安全吹扫后，气体的压力、温度、流量均在燃烧装置的工作范围内，经过滤器、流量计、流量调节阀、开启状态的隔离阀后，进入燃烧腔；
S5，燃烧腔用来把来自风箱和天然气阀组的天然气通过，燃烧器在腔内燃烧，燃烧产生的高温气体弥漫于排气烟管内；
S6，高温气体在排气烟管内部通过内套管时，部分声能通过微孔管被吸音棉吸收，达到降噪消声的效果；
S7，所述高温气体通过带消音功能的排气烟管排出机舱外。
本发明一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置及燃烧方法在船舶建造的实践中，经过使用取得了以下有益效果：
(1)本发明一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，将风机设计为变频风机，风机的速度和功率随着天然气的流量而变化，节约了装置运行时的耗电量。；
(2)本发明一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，将降噪的功能集成在排气烟管内，减少了额外安装独立式降噪消音器的工作。
(3)发明一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置及降噪的燃烧方法，可以有效地降低风机的能耗、降低废气的噪音，提高天然气燃烧装置作为控制货舱压力安全装置的绿色环保性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为发明一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置的结构图。
图2为发明一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置的排气烟管结构图。
图3为发明一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置的原理图。
图中标号表示为：
1变频风机、2风箱、3燃烧腔、4排气烟管、5电气箱、6天然气阀组
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，LNG船的货舱内自然挥发的天然气通过气体管路进入天然气燃烧装置，其结构包括燃烧系统和所述燃烧系统通过动力电线、信号线连接的控制组件5，所述燃烧系统的底部设有多个风机1，所述风机1与所述控制组件5连接，变频的所述风机1的两侧和底部分别设有风机出口，变频的所述风机的出口连接有风箱2，出口从不同的角度连到风箱2上，形成供给新鲜空气的腔室。所述风箱2的上部设有支座，所述支座一端连接燃烧腔3，在所述支座和燃烧腔3之间设有可调节的天然气阀组6，天然气阀组6包括截止阀、安全阀等必要动作的阀件，含一个气体流量计，用来测量燃烧的气体流量，并反馈信号给控制箱，天然气通过燃气管路从阀组6连接到燃烧腔3，燃烧腔3用来把来自风箱2和天然气阀组6的天然气通过点火器/燃烧器在腔内燃烧，燃烧产生的废气弥漫于排气烟管4，排气4内部集成了一个内套消音设备，在所述燃烧腔3内产生高温气体后通过降噪的废弃烟管4排出机舱外。
所述风机1是船用离心式风机，风机的马达为可变频调速的节能马达。
所述风箱2为一个方形的结构，来自三个方向的三台风机出口的风都通到风箱内，风箱由碳钢板拼接加工而成。
所述燃烧腔3内含点火器，通过点火器在富氧的状态下把供给的天然气点燃，产生高温气体。
如图2所示，所述排气烟管4为套管，套管内设有七段相同尺寸带消音功能的内套管，在圆形的外套管内壁上焊接一个水平的支撑座板，用来固定安装七段内套排气消音器，圆形支撑座板中心安装一个消音器，另外六个消音器环形均匀排布在周围，每个消音器外壁均匀烧焊四个安装基座，通过不锈钢螺栓螺母垫片固定在支撑板上。排气烟管4的外套管材料为耐高温的镀锌钢板，呈圆柱形。排气烟管4的内套管为圆柱形排气消音设备，消音功能主要由吸音棉实现。在内套管内部填充玻璃纤维吸音棉，内部安装微孔管，气流穿过微孔管内部，经过吸音棉的作用使得排气气流的声音减弱。
所述控制组件5包含变频风机的变频器、电源箱、执行风机变频动作和调节天然气流量阀等的编程逻辑控制箱，放置在燃烧系统附近，通过动力电线、信号线与天然气燃烧装置本体相连接。
所述含流量计的天然气阀组包含手动截止阀、滤器、吹扫阀、双隔离阀、安全透气阀、流量控制阀和流量计。天然气阀组用来开闭管路的供给、控制流向、调节和控制天然气的压力温度流量等。
如图3所示，所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置的燃烧方法，包括以下步骤：
S1，根据船舶不同的工况，不同的温度条件下，船上自然挥发的天然气含量，通过控制组件5调节天然气阀组6内的流量控制阀，通过阀组6内流量控制阀的开度和流量计的信号判断气体燃烧器的负荷，从而通过控制组件5的作用进一步调节变频风机1运行的频率和速度；
S2，通过可变频调速的变频马达驱动变频的风机1，所述风机1的出口从不同的角度连到风箱2上，所述风机1与风箱2形成供给新鲜空气的腔室；
S3，所述风箱2连接燃烧腔3，天然气阀组6通过燃气管路连接到燃烧腔3；
S4，自然挥发的天然气在管道内流动，通过天然气阀组6，在保证安全吹扫后，气体的压力、温度、流量均在燃烧装置的工作范围内，经过滤器、流量计、流量调节阀、开启状态的隔离阀后，进入燃烧腔3；
S5，燃烧腔3用来把来自风箱2和天然气阀组6的天然气通过，燃烧器在腔内燃烧，燃烧产生的高温气体弥漫于排气烟管4内；
S6，高温气体在排气烟管4内部通过内套管时，部分声能通过微孔管被吸音棉吸收，达到降噪消声的效果；
S7，所述高温气体通过带消音功能的排气烟管4排出机舱外。
本实施例中以17.4万方液化天然气运输船上所使用的天然气燃烧装置为例，货舱内的全部自然挥发燃气量高达3600千克每小时，为保证货舱平稳的压力，在最恶劣工况下，这些自然挥发的天然气需要全部由燃烧装置处理。目前市场上具有3600千克每小时天然气处理能力的燃烧装置，配置的风机为3台50％供风量的恒速风机，每台马达的额定功率为250千瓦，当设备运行时必须两台风机同时运转，供给燃烧和稀释废气的风量。然而大部分工况下，例如当船舶以低于13节的航速正常航行时，货舱内有少量的自然挥发气不能被消耗掉，大约需要处理的天然气的量仅为360千克每小时，即天然气燃烧装置仅需要运行在10％的负荷。按照市场上的燃烧装置风机所消耗的电量为500千瓦。而集节能和降噪于一体的新型气体燃烧装置上配置了变频风机后，在保证足够最低送风压力的前提下，风机所消耗的电量仅为额定功率的20％，即100千瓦。在节能方面的效果显著。当市场上的天然气燃烧装置以全负荷运行时，烟管内的废气流速为7,500m3/min，排气管直径为3700mm,在船舶甲板上所测得的噪音为110分贝。而当同样的废气量通过集成了消音功能的排气管后，其消音效果有30％，预测可降噪至90分贝。
以上只是本发明专利的一个实现方式，基于相同的思路还可以有其他类似的方法替换和结构替代，不限于已经描述的步骤和结构组成。总而言之，本发明的保护范围还包括其他对于本领域技术人员来说显而易见的变换和替代。
Claims (10)
1.一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，其结构包括燃烧系统和所述燃烧系统通过动力电线、信号线连接的控制组件(5)，所述燃烧系统的底部设有三个风机(1)，所述风机(1)与所述控制组件(5)连接，所述风机(1)出口连接有风箱(2)，所述风箱(2)的上部设有支座，所述支座一端连接燃烧腔(3)的进口，在所述支座和燃烧腔(3)的进口之间设有可调节的天然气阀组(6)，所述天然气阀组(6)通过燃气管路连接燃烧腔，天然气进入所述燃烧腔(3)内产生高温气体后通过降噪的排气烟管(4)排出机舱外。
2.根据权利要求1所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，所述风箱(2)为碳钢板拼接加工而成的方形结构。
3.根据权利要求1所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，所述控制组件(5)包括风机的变频器、电源箱、执行风机变频动作和调节天然气流量阀的编程逻辑控制箱。
4.根据权利要求1所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，所述排气烟管(4)为套管，在圆形的外套管内壁上焊接有水平的圆形支撑座板，所述的圆形支撑座板固定七段相同的带消音功能的内套管。
5.根据权利要求4所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，所述圆形支撑座板的中心安装一个带消音功能的内套管，另外六个带消音功能的内套管环形均匀排布在周围，每个带消音功能的内套管的外壁均匀烧焊四个安装基座，通过不锈钢螺栓螺母垫片固定在圆形支撑座板上。
6.根据权利要求5所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，所述带消音功能的内套管的为圆柱形排气消音设备，其内部填充有玻璃纤维吸音棉。
7.根据权利要求1所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，所述排气烟管(4)的外套管材料为耐高温的镀锌钢板，呈圆柱形。
8.根据权利要求1所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，所述天然气阀组(6)包括手动截止阀、滤器、吹扫阀、双隔离阀、安全透气阀、天然气控制阀和流量计。
9.根据权利要求1所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置，其特征在于，所述燃烧腔的进口处设有燃烧器。
10.根据权利要求1-9所述的一种LNG船高效节能、降噪的天然气燃烧装置的降噪燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
置的降噪燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据船舶不同的工况，不同的温度条件下，船上自然挥发的天然气含量，通过控制组件(5)调节天然气阀组(6)内的流量控制阀，通过天然气阀组(6)内流量控制阀的开度和流量计的信号判断气体燃烧器的负荷，从而通过控制组件(5)的作用进一步调节变频风机(1)运行的频率和速度；
S2，通过可变频调速的变频马达驱动变频的风机(1)，所述风机(1)的出口从不同的角度连到风箱(2)上，所述风机(1)与风箱(2)形成供给新鲜空气的腔室；
S3，所述风箱(2)连接燃烧腔(3)，天然气阀组(6)通过燃气管路连接到燃烧腔(3)；
S4，自然挥发的天然气在管道内流动，通过天然气阀组(6)，在保证安全吹扫后，气体的压力、温度、流量均在燃烧装置的工作范围内，经过滤器、流量计、流量调节阀、开启状态的隔离阀后，进入燃烧腔(3)；
S5，燃烧腔(3)用来把来自风箱(2)和天然气阀组(6)的天然气通过，燃烧器在腔内燃烧，燃烧产生的高温气体弥漫于排气烟管(4)内；
S6，高温气体在排气烟管(4)内部通过内套管时，部分声能通过微孔管被吸音棉吸收，达到降噪消声的效果；
S7，所述高温气体通过带消音功能的排气烟管(4)排出机舱外。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |