CN212535797U - 一种船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，从主机产生的废气输送至组合锅炉废气侧的废气输入端用于对组合锅炉加热；组合锅炉废气侧的废气输出端连通至烟囱顶；从发电机产生的废气分别通入第一分支管道和第二分支管道；第一分支管道连通于发电机端SCR系统的废气输入端；发电机端SCR系统的废气输出端连通于第一废气输出管道；第二分支管道连通于组合锅炉废气侧的废气输入端；组合锅炉废气侧的废气输出端连通于第二废气输出管道；第一废气输出管道与第二废气输出管道一同连接于废气总输出管道，废气总输出管道连通至烟囱顶；本发明将SCR设备和旁通系统相互结合，达到了节省配置和空间的目的。

Description

一种船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统

技术领域

本发明涉及一种，更具体地说，涉及一种船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统。

背景技术

船舶航行需要很多加热设备，蒸汽作为船舶加热的一种热源被广泛应用，根据船舶使用要求、运营工况和重要参数可以确定船舶的主机和发电机容量，再根据上述数据进行全船蒸汽耗量计算，确定船舶主要工况包括正常航行所需的蒸汽量，用以确定组合锅炉的容量。

组合锅炉分为燃油侧和废气侧，本发明涉及锅炉的蒸汽产生由四个部分组成，燃油侧由燃烧器消耗燃油产生蒸汽，废气侧包括主机排烟和两个发电机排烟部分，利用主机和发电机运行时排烟的废热产生蒸汽。船舶正常航行时，主机和发电机分别工作在额定负荷，船舶蒸汽应该仅利用设备废热即可满足需求，而不必运行组合锅炉燃油侧消耗燃油。

组合锅炉废气侧的蒸汽量依靠主机或发电机排烟废热产生，排烟废热量主要取决于烟气的温度和流量等参数，主机排烟的这些参数取决于主机的负荷和工作模式，一般船舶设计中的锅炉选型仅考虑主机正常负荷和ISO环境条件以确定锅炉容量。

随着船舶节能减排要求的提高，船舶主机的功率不断减小，主机排烟废热回收所产生的蒸汽量也相应减小，很可能不满足船舶日常航行所需蒸汽量。为满足排放要求，主机需要安装SCR系统或EGR系统，发电机需要安装SCR系统，这些又为蒸汽量满足要求提出一些新问题。

根据IMO船舶排放要求，主机和发电机等内燃机设备应该在排放区以内满足氮氧化物排放的TIER III要求，而在排放区以外仅满足TIER II要求。为满足氮氧化物排放的TIER III要求，主机需要安装SCR系统或EGR系统，发电机需要安装SCR系统，本发明仅考虑主机安装SCR系统满足排放的情况。

当排放不需要满足TIER III要求，而仅需要满足TIER II时，随着主机负荷的减小和主机效率的提高也存在船舶航行日用蒸汽量不足的问题，因为主机和发电机都不需要安装SCR系统，设备配置相对简单一些，因此，通常采用将发电机排烟接入组合锅炉废气侧的方案，可以达到日用航行需求。

为同时满足TIER III要求和蒸汽用量的要求，按照传统方案很难解决该问题，因为发电机排烟系统上，发电机排烟管后需要串联安装SCR设备、通过组合锅炉废气侧、消音器、有的甚至还要安装洗涤塔，这样的设备布置需要烟囱很高，很难布置。另外，排烟管的背压太大对发电机的配置和性能的负面影响很大。

目前船舶解决蒸汽量问题的解决方案可以多种，比如主机可以选用EGR系统，这样增加主机废气热量，在两种工作模式下均可以满足，主机EGR设备为独家设备，受技术限制和保护，在小型船舶上价格很贵，详细说明不在此赘述；或者机舱额外安装燃油舱热油循环系统减少蒸汽量的需求，这样需要额外的设备以及增加发电机容量；也可以增加电加热器的设计，同样需要增加发电机容量。这么多方案均要增加很多额外的成本，而且价格不菲。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，旨在应用最简化的设计方案，在满足船舶蒸汽需求的同时节约造船成本和营运成本。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，包括主机与发电机，从主机的燃烧室产生的废气经过主机端SCR系统处理后输送至组合锅炉废气侧的废气输入端用于对组合锅炉加热(加热液体产生蒸汽，蒸汽用于对船舶的取暖)；组合锅炉废气侧的废气输出端连通至烟囱顶用于排出废气；

从发电机产生的废气分别通入第一分支管道和第二分支管道，第一分支管道与第二分支管道上均设置有阀门；

第一分支管道连通于发电机端SCR系统的废气输入端；发电机端SCR系统的废气输出端连通于第一废气输出管道；第一废气输出管道上设置有阀门；

第二分支管道连通于组合锅炉废气侧的废气输入端；组合锅炉废气侧的废气输出端连通于第二废气输出管道；第二废气输出管道上设置有阀门；

第一废气输出管道与第二废气输出管道一同连接于废气总输出管道，废气总输出管道连通至烟囱顶。

优选的，发电机设置有多个；每个发电机排出的废气均分别通入一个第一分支管道以及一个第二分支管道；每个第一分支管道均连通于一个发电机端SCR系统的废气输入端。组合锅炉的废气侧设置有多个相互隔开的废气通道；每个第二分支管道分别连接于一个废气通道的输入端。每个废气通道的输出端均连接于一个第二废气输出管道。每个第一废气管道、每个第二废气管道以及每个第二废气输出管道上均设置有阀门。

优选的，废气总输出管道上设置有发电机消声器。

本发明应用了发电机排烟接入组合锅炉废气侧的技术方案，并将该方案与SCR设备和旁通系统(第二分支管道)相互结合，达到了节省配置和空间的目的。本发明在满足船舶需求的同时节约造船成本和营运成本：在TIER II工作模式下，发电机排烟进入组合锅炉废气侧，合理利用发电机废热产生蒸汽，和主机废热产生的蒸汽一起满足船舶正常需求；在TIER III工作模式下，发电机仅为满足TIER III要求并保持排烟背压基本不变，而此时主机满足TIER III要求，排烟温度增加导致蒸汽量比TIER II工作模式下增加，也满足船舶正常需求。综上所述，本发明方案是综合现存的必须的系统形成的优化设计方案，以最低的成本达到设计要求。

附图说明

图1是本发明系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。

如图1所示，本发明一种船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，包括主机与发电机，从主机的燃烧室产生的废气经过主机端SCR系统处理后输送至组合锅炉废气侧的废气输入端用于对组合锅炉加热(加热液体产生蒸汽，蒸汽用于对船舶的取暖)；组合锅炉废气侧的废气输出端连通至烟囱顶用于排出废气；

从发电机产生的废气分别通入第一分支管道和第二分支管道，第一分支管道与第二分支管道上均设置有阀门；

第一分支管道连通于发电机端SCR系统(图中包括混合段与发电机SCR设备，它们都是现有技术中SCR系统，不多赘述)的废气输入端；发电机端SCR系统的废气输出端连通于第一废气输出管道；第一废气输出管道上设置有阀门；

第二分支管道连通于组合锅炉废气侧的废气输入端；组合锅炉废气侧的废气输出端连通于第二废气输出管道；第二废气输出管道上设置有阀门；

第一废气输出管道与第二废气输出管道一同连接于废气总输出管道，废气总输出管道连通至烟囱顶。

发电机设置有多个；每个发电机排出的废气均分别通入一个第一分支管道以及一个第二分支管道；每个第一分支管道均连通于一个发电机端SCR系统的废气输入端。组合锅炉的废气侧设置有多个相互隔开的废气通道；每个第二分支管道分别连接于一个废气通道的输入端。每个废气通道的输出端均连接于一个第二废气输出管道。每个第一废气管道、每个第二废气管道以及每个第二废气输出管道上均设置有阀门。图中也绘制了一个发电机不与组合锅炉连接的传统情形，它不妨碍其他两个发电机的创新连接。

废气总输出管道上设置有发电机消声器。

更具体的内容如下：

组合锅炉的废气侧必须要增加两组发电机排烟的受热部分，将其独立旁通管引入组合锅炉废气侧，相当于将SCR设备和组合锅炉并联设计，这样能够减少整个系统的高度要求，降低组合锅炉高度也能减小烟囱尺寸，节省布置空间。另外这种设计减少了发电机排烟的背压要求，由传统的串联布置改为并联布置，并在不同的工作模式下，排烟仅通过一个设备，减小了排烟管路的压力降。联合考虑布置优势和压降优势，也为船舶以后可能安装洗涤塔等设备提供了可能性。

船舶日常航行仅开一台发电机即可满足电力需求，接入组合锅炉的发电机仅为两台，因此，船舶TIER II模式日常航行中，必须运行接入组合锅炉的两台发电机中的任意一台的排烟产生蒸汽，能达到节能效果。电站管理系统的设备转换功能也应该相应优化，不在本说明范围不详述。

新发明系统功能虽然复杂，不同的设备之间互相关联，但是控制系统不变，SCR旁通阀的控制不变，组合锅炉废气侧的烟管型式保证了锅炉具有干烧功能，发电机排烟随时接入锅炉，不论锅炉当时的状态而对锅炉不会造成任何影响。另外，在不要求满足TIER III的港口，主机即使不开，甚至可以用发电机产生部分蒸汽。

发电机的配置也可以有不同的方案，如不接入组合锅炉的发电机配置成TIER III的，而接入组合锅炉的两台发电机可以有一台按TIER II配置即可，这样在两种工作模式下都有两台发电机可以参与运行，为进一步降低成本成为可能。

不同的船型或船舶的设备配置情况是不相同的，主机和发电机负荷不同，船舶所需的蒸汽量和蒸汽产出量不同，在应用本发明进行设备选型和系统设计等船舶设计工作中，都要经过详细的计算才能确定设计方案，个别方案还需要在此基础上进行一定的调整。

SCR设备是一种向反应器内喷射尿素溶液等化学药剂，并经雾化在SCR设备内的触媒上与烟气中的氮氧化物反应，达到减少发动机氮氧化物排放的目的经认证的设备。发电机SCR设备属于废气后处理装置，需要安装旁通管路，满足TIER III要求时，废气通过SCR设备，满足TIER II要求时，废气走旁通管路，另外还需要一些挡板关断阀完成系统功能。市场上部分厂家为节省安装空间生产一种旁通管、反应器和阀件集成的SCR产品，而本发明不能选用上述形式SCR设备，而必须选用发电机带独立SCR设备旁通的设备，这样才能将SCR设备旁通管引入组合锅炉，达到节省配置和空间的目的。

以下为具体的三种工作模式：

基于TIER III船排烟系统，主机选用的SCR系统满足TIER III排放要求，可以认为该SCR系统封闭于主机内部，烟气从主机排烟管连接到组合锅炉的废气侧，从组合锅炉顶排至烟囱外。组合锅炉的燃油侧的排烟从锅炉顶部排至烟囱外。三台发电机都满足TIER III要求安装各自的SCR设备，发电机的SCR设备(也包含很多附件，不详细列出)安装要求的距离比较长，发电机SCR设备配置旁通排烟管路，TIER III工作模式时，发电机烟气走SCR设备，TIER II工作模式时，发电机烟气走旁通排烟管，不同发电机工作模式的转换由发电机的SCR控制系统完成，控制的是SCR设备的关断阀。每个SCR设备配置三个关断阀，安装位置如图所示，关断阀密封一般由压缩空气执行，控制系统也包括在SCR控制系统内。上述系统相当于发电机SCR设备和组合锅炉并联安装，发电机排烟管再汇总连接到发电机消音器，再排至烟囱外。

当TIER III船舶工作在TIER II工作模式时，本发明中参与产生蒸汽的系统描述如下，主机和发电机设备均工作在TIER II工作模式，为满足TIER III的SCR设备均不参与工作，发电机的SCR设备被关断阀关断，运行发电机烟气走旁通排烟管路。因主机在TIER II时烟气能量不足，不能产生足够的蒸汽，因此需要发电机排烟接至组合锅炉废气侧补充产生蒸汽。这时应该仅选择排烟管接至组合锅炉的两台发电机运行，一般正常航行船舶仅需开一台发电机，因此仅以一台发电机产生的蒸汽作为补充，加上主机产生蒸汽，满足船舶日常航行需求。

当TIER III船舶工作在TIER III工作模式时，本发明中参与产生蒸汽的系统描述如下，主机和发电机设备均工作在TIER III工作模式，为满足TIER III的SCR设备均参与工作，这时因主机烟气产生的蒸汽可以直接满足船舶航行需求，因此不需要发电机烟气接入组合锅炉。可以选择任意一台发电机运行，排烟通过SCR设备后最后排出船外，旁通管路及关断阀都关闭。另外因为设备配置原因，如果发电机烟气通过SCR设备后再通过组合锅炉废气侧，再通过消音器再排船外，引起背压增大问题，可能已经超出了如本发明设计的系统的发电机排烟背压要求，影响发电机性能，而本发明的特点就是减少背压要求，按常规设计节约设备成本。

常规的TIER II船舶的排烟系统配置因为没有安装满足TIER III的SCR设备，而TIER II模式也存在船舶蒸汽量不足问题，因此也有两台发电机排烟管接至组合锅炉废气侧，并配有旁通管路，密封关断阀都不能减少。本发明适用于TIER III船舶，却也巧妙的利用了TIER II船的组合锅炉旁通管路及阀门，满足TIER III要求和蒸汽量的要求，用于旁通的设备成本并没有增加，即节省了成本。

TIER III船舶的传统排烟系统配置，与常规的TIER II船舶相比，排烟系统除增加了满足TIER III排放要求的SCR设备外，与本发明相比，还需要增加组合锅炉的发电机排烟旁通管路及阀门，组合锅炉的发电机排烟旁通控制系统，另外，发电机的设备能力要求增加，以防止背压加大发电机性能下降。本发明对设备布置要求降低，节省更多机舱空间和空船重量。

应用本发明方案进行船舶排烟系统设计需要首先进行全船蒸汽耗量计算，保证所配置设备在不同工作模式下均能满足蒸汽需求为前提进行设计。如果不按本发明的设计，也有很多方案能够满足TIER III船舶要求的蒸汽需求，但是每种方案的成本都很高。初步测算本发明方案与其它方案相比，每船节省二十万元人民币以上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，其特征在于，包括主机与发电机，从所述主机的燃烧室产生的废气经过主机端SCR系统处理后输送至组合锅炉废气侧的废气输入端用于对所述组合锅炉加热；所述组合锅炉废气侧的废气输出端连通至烟囱顶用于排出废气；

从所述发电机产生的废气分别通入第一分支管道和第二分支管道，所述第一分支管道与所述第二分支管道上均设置有阀门；

所述第一分支管道连通于发电机端SCR系统的废气输入端；所述发电机端SCR系统的废气输出端连通于第一废气输出管道；所述第一废气输出管道上设置有阀门；

所述第二分支管道连通于所述组合锅炉废气侧的废气输入端；所述组合锅炉废气侧的废气输出端连通于第二废气输出管道；所述第二废气输出管道上设置有阀门；

所述第一废气输出管道与所述第二废气输出管道一同连接于废气总输出管道，所述废气总输出管道连通至所述烟囱顶。

2.根据权利要求1所述船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，其特征在于，所述发电机设置有多个。

3.根据权利要求2所述船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，其特征在于，每个所述发电机排出的废气均分别通入一个所述第一分支管道以及一个所述第二分支管道。

4.根据权利要求3所述船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，其特征在于，每个所述第一分支管道均连通于一个所述发电机端SCR系统的废气输入端。

5.根据权利要求4所述船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，其特征在于，所述组合锅炉的废气侧设置有多个相互隔开的废气通道；每个所述第二分支管道分别连接于一个所述废气通道的输入端。

6.根据权利要求5所述船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，其特征在于，每个所述废气通道的输出端均连接于一个所述第二废气输出管道。

7.根据权利要求1所述船舶中可用于产生蒸汽的排烟系统，所述废气总输出管道上设置有发电机消声器。

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