CN213040306U - 全自动天然气/燃料加热整体式气化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及液化天然气气化系统技术领域，尤其涉及全自动天然气/燃料加热整体式气化器，包括燃烧区和换热区，燃烧区包括燃烧器和燃烧器控制系统，换热区包括水浴储罐、烟囱和循环水泵，水浴储罐内部设置有换热管束、烟气换热管和溢水管，燃烧区内还设置有通风系统和报警系统，燃烧器设置为组合式预混燃烧器，预混燃烧器内设置有锥形螺旋状的预混管，预混燃烧器上设置有导流器，烟气换热管与烟囱连接处设置有节能器，本实用新型通过特殊结构的预混燃烧器、换热器和节能器提高了热效率，降低了维护成本及电力成本，通过L型与U形结合的烟气换热管提高了换热效率，并且本实用新型还具有结构紧凑，灵活性高的优点。

Description

全自动天然气/燃料加热整体式气化器

技术领域

本实用新型涉及液化天然气气化系统技术领域，尤其涉及一种全自动天然气/燃料加热整体式气化器。

背景技术

天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，天然气燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。伴随着我国社会环保意识的兴起和经济结构的转型升级，我国能源供给结构的优化正在进行，天然气的消费将长期保持高速增长。

LNG即是液化天然气(liquefied natural gas)的缩写。LNG是天然气经压缩、冷却至其沸点(-161.5℃)温度后变成液体。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625， LNG的重量仅为同体积水的45％左右，利用其特性，LNG通常储存在低温储罐内，用专用船或罐车运输，需要使用时再重新气化。目前， LNG已成为无法使用管输天然气供气城市的主要气源或过渡气源，也是许多使用管输天然气供气城市的补充气源或调峰气源。LNG气化站是一个接收、储存和分配LNG的卫星站，也是城镇或燃气企业把LNG从生产厂家转往用户的中间调节场所。LNG气化站凭借其建设周期短以及能迅速满足用气市场需求的优势，已逐渐在我国东南沿海众多经济发达、能源紧缺的中小城市建成，成为永久供气设施或管输天然气到达前的过渡供气设施。

现有的LNG气化装置占地面积较大，制约其大型化的发展应用，并且加热式的LNG气化装置热效率不高，而热效率主要受烟气排放温度的影响，所以降低排烟温度也是现有技术需要解决的问题之一。

中国专利CN201510609508.6公开了专利名称为节能型浸没燃烧式气化器的专利，其技术要点在于：一种节能型浸没燃烧式气化器，包括鼓风机、空气风道、燃烧器、燃烧室、烟气分布器、水槽、换热管束、堰流箱、碱液罐、烟囱以及气液分离器、烟窗调节阀；烟气分布器包括集合管和鼓泡管，鼓泡管的一端与集合管连通，鼓泡管位于换热管束的下方，每根鼓泡管顶部设置至少一排喷射孔；堰流箱通过固定在水槽底部的支架支撑，换热管束由堰流箱顶部的悬挂支撑结构悬挂支撑，并浸没在水槽内的水浴液中；在烟囱内部安装有气液分离器；烟囱下部设置有旁路，旁路经第一支路、第二支路分别与燃烧器、烟气分布器连接；其解决了占地面积大以及热效率不高的问题，该专利中虽然有设置有碱液罐用来中和水浴液，但是其维护成本更高了，而且需要较大马力的风机将火焰喷入水中，提高了设备营运的电力成本。

实用新型内容

本实用新型针对占地面积大，维护成本和电力成本高但是热效率不高的问题，提供了全自动天然气/燃料加热整体式气化器。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

全自动天然气/燃料加热整体式气化器，包括燃烧区和换热区，燃烧区包括燃烧器和燃烧器控制系统，换热区包括水浴储罐、烟囱和循环水泵，循环水泵安装于水浴储罐的侧方，水浴储罐内部设置有换热管束、烟气换热管和溢水管，在设备运行过程过，循环水泵使水浴储罐中的热水和换热管束可通过自然对流方式进行有效换热；燃烧区通过烟气换热管与换热区连通，水浴储罐的一端设置有穿插孔，烟气换热管的一端从穿插孔处穿出，与设置在水浴储罐外部的燃烧器连接，另一端与设置在水浴储罐顶部的烟囱连接，本装置的燃烧器产生的烟气通过烟气换热管道与水浴储罐中的水换热后排出，不与水直接接触，因而不会产生高浓度的化学废水，降低了维护成本；燃烧器控制系统嵌入在水浴储罐端部的控制柜里，带有入孔门；水浴储罐外部设置有 LNG进液口、天然气出口、进水口和溢水出水口；换热管束的一端与LNG进液口连接，另一端与天然气出口连接；溢水管的一端与溢水出水口连接，另一端设置在水浴储罐内部。

作为优选，燃烧区内还设置有通风系统和报警系统，通风系统包括通风窗与通风口，通风系统可以确保燃烧室良好的通风，也能减少外部环境因素对燃烧器等主要部件的影响；报警系统包括自动燃烧安全警示装置和气体传感器，自动燃烧安全警示装置内设置有燃烧器状态和故障发生的扩展报警器，当燃烧器系统关闭时，控制面板会显示故障位置并且发出声音报警；燃烧器火焰安全自动保护系统，可以满足现场频繁开启或暂停的操作。

作为优选，燃烧器设置为组合式预混燃烧器，选用预混燃烧器的氮氧化物排放比标准燃烧器更低，设备不需要加装烟道气再循环系统，预混燃烧器包括预混室、点火器和发火圈，预混室内设置有预混管，点火器设置在预混室靠近发火圈一端，发火圈的表面设置有导流器，本装置可提供单个100％，两个100％或两个50％的燃烧器系统组合，气化流量可以根据项目实际运行情况进行自动调节。

作为优选，预混管设置为锥形螺旋状，预混管底部设置有混合圈，混合圈的两侧设置有第一进气管和第二进气管，预混管通过第一进气管和第二进气管固定在预混室内部，第一进气管和第二进气管固定在预混室远离发火圈的一端。

作为优选，导流器设置为半圆环形，导流器的顶端设置有通孔，导流器的侧面设置有辅助火孔，导流器顶端的通孔与发火圈上的出气孔设置为同轴线结构，为了使燃料燃烧得更加充分，从出气孔中排出的可燃气体大部分会从导流器顶端的通孔中排出，而来不及从通孔中排出的可燃气体不会在发火圈内循环，而是从辅助火孔中排出并点燃，提高燃烧效率，加快水温提升。

作为优选，烟气换热管与烟囱的连接处设置有节能器，节能器内设置有循环水箱和进气筒，节能器的侧面设置有循环水管，循环水管的截面设置为矩形，循环水管的一端插接在节能器内与循环水箱的底部连接，既能起到水循环的作用，又可以起到一定的支撑作用，防止水箱掉下；循环水管的另一端与循环水泵连接；循环水箱通过设置在节能器内部的固定块与节能器的内壁连接，固定块设置在循环水箱的外表面的上部分，不与循环水管设置在同一面，使支撑水箱的支撑力分布均匀，防止发生使用久了之后由于力的分布不均匀产生部件劳损的状况；进气筒设置在循环水箱的下方，循环水箱的底部悬空，不与任何部件接触，保证循环水箱不会由于长期高温而产生损坏，进气筒的一端与节能器的底部固定连接，节能器的下表面的外侧对进气筒处与烟气换热管固定连接，节能器的顶部设置有出气筒，出气筒设置在节能器的外侧，该节能器能够保证从烟囱排出的烟气温度控制在65℃～100℃左右。

作为优选，进气筒设置为圆锥台结构，进气筒靠近循环水箱一端的直径大于远离循环水箱一端的直径，圆锥台结构设计使得排出的烟气与循环水箱底部的接触面积更大，从而提高热交换效率。

作为优选，出气筒由若干弧形片组合而成，弧形片的底部与节能器的顶部固定连接，弧形片顶部弧长小于弧形片底部弧长，出气筒顶部的直径会随着烟气换热管中的烟气排出的动力大小而改变：当烟气排出的动力最大时，出气筒顶部的直径会增大至与出气筒底部直径一样大，为圆柱结构；当烟气排出的动力最小时，出气筒顶部的直径小于出气筒底部直径，为圆锥台结构，这种结构设计能够在烟气不足时，减缓烟气排出的速率，使得烟气的温度能够充分被循环水箱中的水吸收。

作为优选，换热管束设置为可拆卸结构，换热管束由不锈钢U 型管结构制成，该结构提高了气化效率，具有低应力、耐低温的特性，延长了设备的工作寿命。

作为优选，烟气换热管设置为L型管与U型管相结合的结构，溢水管设置为双U型管，结构高效的火管传热设计，通常效率可以达到90％以上，可降低燃料成本，SCV和本装置相比，需要更大马力的风机将火焰喷入水中(SCV所需风机马力比本装置高5倍以上)，这提高了设备营运的电力成本。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本实用新型可以被组装成一个没有外部管道和加热器的撬装式气化器，不需要额外的设备和管路连接，紧凑的设计可以满足客户现场占地面积有限但需要较大流量气化器的要求，必要时可以搬迁或做成移动式气化系统，更为灵活机动；换热管束设置为由不锈钢U型管结构制成的可拆卸结构，提高了气化效率，具有低应力、耐低温的特性，延长了设备的工作寿命，本装置的燃烧器产生的烟气通过烟气换热管道与水浴储罐中的水换热后排出，不与水直接接触，因而不会产生高浓度的化学废水，降低了维护成本，减少了污染，特殊的节能器以及预混室结构提高了换热效率和燃烧效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的平面结构示意图。

图2是本实用新型实施例1的原理示意图。

图3是本实用新型实施例1中预混燃烧器的结构示意图。

图4是本实用新型实施例1中预混管的结构示意图。

图5是本实用新型实施例1中导流器与发火圈固定连接处的截面示意图。

图6是本实用新型实施例1中导流器的结构示意图。

图7是本实用新型实施例1中节能器的结构示意图。

图8是图7的俯视图。

图9是图7中C-C的截面示意图。

图10是本实用新型实施例1中节能器的内部结构示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1-燃烧区、11- 燃烧器、111-预混室、112-点火器、113-发火圈、1131-出气孔、114- 预混管、115-导流器、1151-通孔、1152-辅助火孔、116-混合圈、117-第一进气管、118-第二进气管、12-燃烧器控制系统、13-通风系统、131- 通风窗、132-通风口、14-报警系统、141-自动燃烧安全警示装置、2- 换热区、21-水浴储罐、211-换热管束、212-烟气换热管、213-溢水管、 214-LNG进液口、215-天然气出口、216-进水口、217-溢水出水口、 218-控制柜、22-烟囱、23-循环水泵、24-节能器、241-循环水箱、242- 进气筒、243-循环水管、244-固定块、245-出气筒。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1至图10所示，全自动天然气/燃料加热整体式气化器，包括燃烧区1和换热区2，燃烧区1包括燃烧器11和燃烧器控制系统 12，换热区2包括水浴储罐21、烟囱22和循环水泵23，循环水泵 23安装于水浴储罐21的侧方，水浴储罐21内部设置有换热管束211、烟气换热管212和溢水管213，换热管束211设置为可拆卸结构，换热管束211由不锈钢U型管结构制成，该结构提高了气化效率，具有低应力、耐低温的特性，延长了设备的工作寿命；水浴储罐21的容积足够大，保证当燃烧系统因燃料不足或电力受阻而不能正常运作时，水浴储罐21缓冲气化运行时间可以达到30分钟或者更长，以保证后端工艺气体依然能继续气化，使换热管束211能在低热应力的条件下操作，延长了本实施例所述气化系统的使用寿命，而溢水管213 设置为双U型管结构，烟气换热管212设置为L型管与U型管相结合的结构，该设计提高了火管的传热效率，其传热效率通常可以达到 90％以上，降低了燃料成本，现有的SCV和本装置相比，需要更大马力的风机将火焰喷入水中(SCV所需风机马力比本装置高5倍以上)，这提高了设备营运的电力成本。

其中，燃烧区1通过烟气换热管212与换热区2连通水浴储罐 21的一端设置有穿插孔，烟气换热管212的一端从穿插孔处穿出，与设置在水浴储罐21外部的燃烧器11连接，另一端与设置在水浴储罐21顶部的烟囱22连接；燃烧器控制系统12嵌入在水浴储罐21端部的控制柜218里，燃烧器控制系统12有两种操作方式，第一：通过PLC编程控制系统程控制；第二：通过燃烧器控制系统12自带的控制面板控制；水浴储罐21外部设置有LNG进液口214、天然气出口215、进水口216和溢水出水口217；换热管束211的一端与LNG 进液口214连接，另一端与天然气出口215连接；溢水管213的一端与溢水出水口217连接，另一端设置在水浴储罐21内部。

本实施例的燃烧区1内还设置有通风系统13和报警系统14，通风系统13包括通风窗131与通风口132，报警系统14包括自动燃烧安全警示装置141和气体传感器，自动燃烧安全警示装置141内设置有燃烧器11状态和故障发生的扩展报警器。

进一步的，燃烧器11设置为组合式预混燃烧器11，预混燃烧器 11包括预混室111、点火器112和发火圈113，预混室111内设置有预混管114，点火器112设置在预混室111靠近发火圈113一端，发火圈113的表面设置有导流器115。

为了更好地混合燃料和助燃气体，本实施例将预混管114设置为锥形螺旋状，预混管114底部设置有混合圈116，混合圈116的两侧设置有第一进气管117和第二进气管118，预混管114通过第一进气管117和第二进气管118固定在预混室111内部，第一进气管117和第二进气管118固定在预混室111远离发火圈113的一端。

本实施例中的导流器115设置为半圆环形，导流器115的顶端设置有通孔1151，导流器115的侧面设置有辅助火孔1152，导流器115 顶端的通孔1151与发火圈113上的出气孔1131设置为同轴线结构。

基于节能以及提高热效率的目的，本实施例的烟气换热管212与烟囱22连接处设置有节能器24，该节能器24能够保证从烟囱22排出的烟气温度控制在65℃～100℃左右，烟气换热管212与烟囱22的连接处设置有节能器24，节能器24内设置有循环水箱241和进气筒242，节能器24的侧面设置有循环水管243，循环水管243的截面设置为矩形，循环水管243的一端插接在节能器24内与循环水箱241 的底部连接，既能起到水循环的作用，又可以起到一定的支撑作用，防止循环水箱241掉下，循环水管243的另一端与循环水泵23连接；循环水箱241通过设置在节能器24内部的固定块244与节能器24的内壁连接，固定块244设置在循环水箱241的外表面的上部分，不与循环水管243设置在同一面，循环水箱241的底部悬空，不与任何部件接触，使支撑循环水箱241的支撑力分布均匀，防止发生使用久了之后由于力的分布不均匀产生部件劳损的状况；进气筒242设置在循环水箱241的下方，进气筒242的一端与节能器24的底部固定连接，节能器24的下表面的外侧对进气筒242处与烟气换热管212固定连接，节能器24的顶部设置有出气筒245，出气筒245设置在节能器 24的外侧，并且该节能器24还能通过改变循环水箱241的容积大小来控制排出的烟气温度。

本实施例所述的气化系统是一个单独的“内热式气化器”系统，气化系统通常在现场固定后使用，使用时将燃料送入燃烧器11进行燃烧，燃料燃烧后产生的热量通过烟气换热管212加热水浴储罐21的水，热气在经过热交换冷却后排向大气，水浴储罐21内的水通过循环水泵23进行循环，与水浴储罐21内的换热管束211进行对流，从而提高换热效率，换热管束211通过水的热传导将管束内的低温液体气化，从而完成整个气化过程。

本实施例所述气化系统可以被组装成一个没有外部管道和加热器的撬装式气化器，不需要额外的设备和管路连接，紧凑的设计可以满足客户现场占地面积有限但需要较大流量气化器的要求，必要时可以搬迁或做成移动式气化系统，并且水浴储罐21的外部设置有保温层。能够在出厂前对设备做整体的保温，货到现场后连接即可使用。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于：出气筒245由若干弧形片组合而成，弧形片的底部与节能器24的顶部固定连接，弧形片顶部弧长小于弧形片底部弧长，出气筒245顶部的直径会随着烟气换热管 212中的烟气排出的动力大小而改变：当烟气排出的动力最大时，出气筒245顶部的直径会增大至与出气筒245底部直径一样大，为圆柱结构；当烟气排出的动力最小时，出气筒245顶部的直径小于出气筒 245底部直径，为圆锥台结构，这种结构设计能够在烟气不足时，减缓烟气排出的速率，使得烟气的温度能够充分被循环水箱241中的水吸收，提高热交换的效率。

实施例3

本实施例与实施例1的区别之处在于：进气筒242设置为圆锥台结构，进气筒242靠近循环水箱241一端的直径大于进气筒242与节能器24固定连接的一端的直径，圆锥台结构设计使得排出的烟气与循环水箱241底部的接触面积更大，从而提高热交换效率。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.全自动天然气/燃料加热整体式气化器，包括燃烧区(1)和换热区(2)，其特征在于：燃烧区(1)包括燃烧器(11)和燃烧器控制系统(12)，换热区(2)包括水浴储罐(21)、烟囱(22)和循环水泵(23)，循环水泵(23)安装于水浴储罐(21)的侧方，水浴储罐(21)内部设置有换热管束(211)、烟气换热管(212)和溢水管(213)；燃烧区(1)通过烟气换热管(212)与换热区(2)连通，水浴储罐(21)的一端设置有穿插孔，烟气换热管(212)的一端从穿插孔处穿出，与设置在水浴储罐(21)外部的燃烧器(11)连接，另一端与设置在水浴储罐(21)顶部的烟囱(22)连接；燃烧器控制系统(12)嵌入在水浴储罐(21)端部的控制柜(218)里；水浴储罐(21)外部设置有LNG进液口(214)、天然气出口(215)、进水口(216)和溢水出水口(217)；换热管束(211)的一端与LNG进液口(214)连接，另一端与天然气出口(215)连接；溢水管(213)的一端与溢水出水口(217)连接，另一端设置在水浴储罐(21)内部。

2.根据权利要求1所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：燃烧区(1)内还设置有通风系统(13)和报警系统(14)，通风系统(13)包括通风窗(131)与通风口(132)，报警系统(14)包括自动燃烧安全警示装置(141)和气体传感器，自动燃烧安全警示装置(141)内设置有燃烧器(11)状态和故障发生的扩展报警器。

3.根据权利要求1所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：燃烧器(11)设置为组合式预混燃烧器(11)，预混燃烧器(11)包括预混室(111)、点火器(112)和发火圈(113)，预混室(111)内设置有预混管(114)，点火器(112)设置在预混室(111)靠近发火圈(113)一端，发火圈(113)的表面设置有导流器(115)。

4.根据权利要求3所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：预混管(114)设置为锥形螺旋状，预混管(114)底部设置有混合圈(116)，混合圈(116)的两侧设置有第一进气管(117)和第二进气管(118)，预混管(114)通过第一进气管(117)和第二进气管(118)固定在预混室(111)内部，第一进气管(117)和第二进气管(118)固定在预混室(111)远离发火圈(113)的一端。

5.根据权利要求3所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：导流器(115)设置为半圆环形，导流器(115)的顶端设置有通孔(1151)，导流器(115)的侧面设置有辅助火孔(1152)，导流器(115)顶端的通孔(1151)与发火圈(113)上的出气孔(1131)设置为同轴线结构。

6.根据权利要求1所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：烟气换热管(212)与烟囱(22)的连接处设置有节能器(24)，节能器(24)内设置有循环水箱(241)和进气筒(242)，节能器(24)的侧面设置有循环水管(243)，循环水管(243)的截面设置为矩形，循环水管(243)的一端插接在节能器(24)内与循环水箱(241)的底部连接，循环水管(243)的另一端与循环水泵(23)连接；循环水箱(241)通过设置在节能器(24)内部的固定块(244)与节能器(24)的内壁连接，固定块(244)设置在循环水箱(241) 的外表面的上部分，不与循环水管(243)设置在同一面，循环水箱(241)的底部悬空，不与任何部件接触，进气筒(242)设置在循环水箱(241)的下方，进气筒(242)的一端与节能器(24)的底部固定连接，节能器(24)的下表面的外侧对进气筒(242)处与烟气换热管(212)固定连接，节能器(24)的顶部设置有出气筒(245)，出气筒(245)设置在节能器(24)的外侧。

7.根据权利要求6所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：进气筒(242)设置为圆锥台结构，进气筒(242)靠近循环水箱(241)一端的直径大于进气筒(242)与节能器(24)固定连接的一端的直径。

8.根据权利要求6所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：出气筒(245)由若干弧形片组合而成，弧形片的底部与节能器(24)的顶部固定连接，弧形片顶部弧长小于弧形片底部弧长，出气筒(245)顶部的直径会随着烟气换热管(212)中的烟气排出的动力大小而改变：当烟气排出的动力最大时，出气筒(245)顶部的直径会增大至与出气筒(245)底部直径一样大，为圆柱结构；当烟气排出的动力最小时，出气筒(245)顶部的直径小于出气筒(245)底部直径，为圆锥台结构。

9.根据权利要求1所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：换热管束(211)设置为可拆卸结构，换热管束(211)由不锈钢U型管结构制成。

10.根据权利要求1所述的全自动天然气/燃料加热整体式气化器，其特征在于：烟气换热管(212)设置为L型管与U型管相结合的结构，溢水管(213)设置为双U型管结构。

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