CN219889587U - 一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统 - Google Patents

Abstract

一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，有液氨存储舱，液氨存储舱经由液氨缓冲罐分别与主机供给回流阀组、锅炉供气阀组连接，连接后，主机供给回流阀组返回至液氨缓冲罐，锅炉供气阀组返回至液氨存储舱，主机供给回流阀组与氨燃料主机连接，锅炉供气阀组与氨燃料锅炉连接。本发明实现了高压液态氨燃料和低压气态氨燃料分别供应至主机和锅炉，解决了主机及锅炉对氨燃料的相态、供给压力、供给温度要求不匹配问题。通过压缩机压缩或气体自由流动的方式，灵活处理液氨储舱内产生的BOG气体，并作为锅炉燃料使用，从而有效地控制了舱压，避免氨气直接排放至大气所造成的资源浪费和安全隐患，稳定高压泵吸口温度，实现液氨燃料的稳定供应。

Description

一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统

技术领域

本发明属于海上氨燃料船舶设计及建造技术领域，具体涉及一种可以兼顾气态及液态氨燃料供给系统。

背景技术

当前全球气候变暖现象加剧，导致世界各地极端气候现象及自然灾害频发，其罪魁祸首为以CO2为代表的温室气体排放。在船舶航运领域，IMO国际海事组织也制定了最新的关于碳排放减排目标：与2008年值相比，到2030年国际海运的碳排放量至少平均降低40％，到2050年降低70％。随着时间推移，该指标对船舶设计、船舶配套设备、新能源技术应用等提出了更高的要求。

氨(-33.6℃，1大气压，液体)作为一种重要的化工原料，在化学医药及农药领域、冶金工业领域等存在着广泛应用。氨通常以液态方式存储及运输，在陆上已具有成熟应用。同时，氨可作为燃料燃烧，其燃烧产物为氮气和水，不存在碳排放问题，是一种十分清洁的燃料。

氨燃料在船舶上以液体状态存储，以节省燃料存储空间。根据船舶类型、船舶尺度、续航力等需求，采用不同容积、不同型式、不同设计压力的液氨燃料储罐，通常分为半冷半压式(设计温度-40℃，设计压力4～10barg不等，C型储罐)、全冷式(设计温度-40℃，设计压力≤0.7barg，A型储罐或B型储罐或薄膜型储罐)两种。

当前，船用氨燃料锅炉在燃烧时需采用低压力的气态氨，气态氨供给至锅炉的压力根据锅炉厂家要求，通常在6barg以下，供给温度通常在5～20℃。而船用氨燃料主机采用液态喷射技术，需使用高压力的液态氨作为燃料，液态氨供给至主机的压力，根据主机厂家要求通常在83barg左右，供给温度为25～45℃。主机及锅炉对氨燃料供给的相态需求、供给压力、供给温度出现了严重不匹配，这对氨燃料的供给系统提出了更高的要求。

因此需研发一套兼顾气态及液态氨燃料供给的船用氨燃料系统，解决氨燃料同时供给至主机和锅炉用户使用的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，旨在达到给船舶氨燃料主机提供清洁、环保的高压液态氨燃料的同时，将氨燃料舱内BOG蒸发气体或采用强制蒸发的氨气输送至锅炉使用，保证船舶在运行过程中最大化利用液态及气态氨燃料用于船舶主机和锅炉消耗，同时实现液氨燃料舱的舱压控制，避免氨气直接排放至大气所造成的资源浪费和安全隐患的目的，其所采用的技术方案是：

一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，有液氨存储舱，液氨存储舱经由液氨缓冲罐分别与主机供给回流阀组、锅炉供气阀组连接，连接后，主机供给回流阀组返回至液氨缓冲罐，锅炉供气阀组返回至液氨存储舱，主机供给回流阀组与氨燃料主机连接，锅炉供气阀组与氨燃料锅炉连接。

上述一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，更进一步地，液氨缓冲罐通过管路依次与第一液氨滤器、液氨加热器、第二液氨滤器、主机供给回流阀组、液氨冷却器连接后，返回至液氨缓冲罐；液氨缓冲罐通过管路依次与蒸发加热器、锅炉供气阀组、氨气换热器连接后，返回至液氨存储舱。

上述一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，更进一步地，液氨存储舱内设置有液氨低压泵，液氨低压泵与液氨缓冲罐连接。

上述一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，更进一步地，氨气换热器返回至液氨存储舱的通路上，接入有压缩机单元，氨气换热器经过压缩机单元与液氨存储舱连接。

上述一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，更进一步地，第一液氨滤器通往液氨加热器的通路上设置有液氨高压泵。

上述一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，更进一步地，第二液氨滤器通过液氨回流管路返回至第一液氨滤器。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过设备管路配置，实现了高压液态氨燃料和低压气态氨燃料分别供应至主机和锅炉，解决了主机及锅炉对氨燃料的相态、供给压力、供给温度要求不匹配问题。

2.本发明可通过压缩机压缩或气体自由流动的方式，灵活处理液氨储舱内产生的BOG气体，并作为锅炉燃料使用，从而有效地控制了舱压，避免氨气直接排放至大气所造成的资源浪费和安全隐患。

3.本发明在液氨回流管路中设置液氨冷却器，降低并稳定回流管路中液氨的温度，进而稳定高压泵吸口温度，实现液氨燃料的稳定供应。

附图说明

图1是本发明系统示意图；

图2是氨气换热器返回至液氨存储舱通路上带有压缩机单元的系统示意图；

图3是液态氨燃料的供给和回流系统；

图4是采用舱压力供气的气态氨燃料供给系统；

图5是采用压缩机供气的气态氨燃料供给系统；

其中：1-液氨存储舱、2-液氨低压泵、3-液氨缓冲罐、4-第一液氨滤器、5-液氨高压泵、6-液氨加热器、7-第二液氨滤器、8-主机供给回流阀组、9-燃料主机、10-液氨冷却器、11-蒸发加热器、12-锅炉供气阀组、13-氨燃料锅炉、14-氨气换热器、15-压缩机单元。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示的一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，包括锅炉供气阀组、主机供给回流阀组、液氨存储舱、液氨供给及回收利用系统、氨气供给系统等组成。

氨燃料发动机使用83bar压力，25～45℃温度范围的液氨燃料，实现船舶动力推进。氨燃料锅炉使用6bar以下压力，5～20℃温度范围的气态氨燃料，实现液氨舱产生BOG的处理。主机供给回流阀组，可实现液氨燃料供给过程中的压力调节，以及液氨系统切断运行时隔离液氨系统和氨燃料发动机，保障氨燃料发动机操作安全。锅炉供气阀组，可实现气态氨燃料供给过程中的压力调节，以及氨气供给系统切断运行时隔离氨气供给系统和氨燃料锅炉，保障氨燃料锅炉操作安全。氨燃料以低温液体状态存储于液氨存储舱中，液氨存储舱型式可为C型压力储舱、A型/B型/薄膜型压力储舱等型式。

液氨供给及回收利用系统，包括：液氨供给及回收利用系统，主要用于为氨燃料主机提供稳定的高压、液态的氨燃料供应。

液氨低压泵：实现将液氨加压至18bar及以上，并经液氨供给管路驳运至液氨缓冲罐。液氨低压泵可根据要求每个储舱内配置1台或多台。液氨缓冲罐：实现液氨燃料连续供给至液氨高压泵，保证高压泵吸口压头，同时实现主机端液氨回流燃料的回收存储。液氨高压泵：设置在液氨缓冲罐下游，将液氨进一步加压至83bar以上，液氨高压泵可根据要求配置1台或多台。液氨加热器：设置在液氨高压泵下游，通过该加热器实现对液氨燃料温度调节，满足25～45℃温度范围要求。液氨冷却器：设置在液氨回流管路中，通过该冷却器实现对回流液氨温度调节，满足高压泵入口液氨燃料35℃温度要求。液氨滤器：设置在液氨缓冲罐下游的第一液氨滤器为高压泵前置滤器，该滤器按照高压泵吸口要求配置；液氨加热器下游的第二液氨滤器为根据液氨主机要求而设置的滤器。在液氨燃料供给过程中进行两次过滤，使液氨燃料达到系统使用要求。

液氨供给回流阀组与液氨缓冲罐之间设置液氨回流管路，液氨回流管路中设置液氨冷却器。

氨气供给系统，主要用于为氨燃料锅炉提供稳定的低压、气态的氨燃料供应。

a)将液氨储舱内产生的BOG供气至氨燃料锅炉，压缩机单元：对液氨储存舱内产生的BOG气体加压以达到氨燃料锅炉对BOG的供给压力要求，设置在氨气供给管路中液氨储存舱的下游。氨气换热器：实现对管路中的氨气温度进行调节，满足氨燃料锅炉对氨气的温度要求。当采用压缩机单元供气时，氨气换热器设置在管路中压缩机单元的下游。

当液氨储存舱内气相压力无法将BOG气体自由流动至氨燃料锅炉或无法满足锅炉进气压力要求时，需采用压缩机单元对BOG气体加压供气的方式，实现将液氨储舱内产生的BOG供气至氨燃料锅炉；当液氨储存舱内气相压力可以将BOG气体自由流动至氨燃料锅炉并满足锅炉进气压力时，可以采用无BOG压缩机的供气方式，实现将液氨储舱内产生的BOG供气至氨燃料锅炉。

b)采用对液体氨燃料强制蒸发加热供气至氨燃料锅炉

液氨低压泵：实现将液氨加压至18bar及以上，并经液氨供给管路1驳运至液氨缓冲罐。液氨低压泵可根据要求每个储舱内配置1台或多台。

液氨缓冲罐：实现接收液氨低压泵泵出的低压液体氨燃料，并将液氨燃料连续供给至氨气蒸发加热器，同时实现主机端液氨回流燃料的回收再利用。

蒸发加热器：将缓冲罐出口的低压液体氨蒸发为气体氨，并加热至氨燃料锅炉所需的温度，优选温度范围为5～20℃，以满足氨燃料锅炉对氨气的供气温度要求。氨气蒸发加热器设置在氨气供给管路中液氨缓冲罐的下游。

如图3所示，液氨存储舱内液氨经低压泵加压，经液氨供给管路输出至液氨缓冲罐，第一液氨滤器对液氨缓冲罐出口的液氨进行第一次过滤，过滤后的液氨经高压泵二次加压至83bar，然后经液氨加热器加热至25～45℃温度范围，并由第二液氨滤器进行二次过滤，最后液氨经主机供给回流阀组供给至氨燃料发动机。

高压液氨燃料供给至主机使用过程中，随着主机负荷的不同而产生不同的回流量，回流的液氨燃料可通过液氨回流管路1回流至液氨缓冲罐中，或通过液氨回流管路回流至液氨高压泵入口。通过液氨回流管路回流的液氨燃料通过液氨回流管路1中的液氨冷却器冷却至35℃，经液氨回流管路1流入液氨缓冲罐中，与液氨低压泵供给的液氨燃料混合；通过液氨回流管路回流的液氨燃料回流至液氨高压泵入口，与液氨滤器出口的液氨燃料一起供给液氨高压泵。

如图4所示，当液氨储存舱内气相压力可以将BOG气体自由流动至氨燃料锅炉并满足锅炉进气压力时，可以采用无BOG压缩机的供气方式，实现将液氨储舱内产生的BOG供气至氨燃料锅炉。液氨存储舱内产生的BOG气体经氨气供给管路输送至氨气换热器，氨气换热器对氨气进行加热处理使氨气温度达到氨燃料锅炉的进气要求，最后氨气经锅炉供气阀组供给至氨燃料锅炉。

当液氨储舱内产生的BOG供气至氨燃料锅炉无法满足氨燃料锅炉的使用流量要求时，即储舱产生的BOG气体量小于氨燃料锅炉的燃气消耗量，需采用对液体氨燃料强制蒸发为气体氨并加热后，供气至氨燃料锅炉的方式，实现氨燃料锅炉的稳定供气。液氨存储舱内液氨经低压泵加压，建立氨燃料锅炉所需的进气压力，加压后的液氨经液氨供给管路1输出至液氨缓冲罐，液氨缓冲罐中的液氨经氨气供给管路输送至蒸发加热器，蒸发加热器将液氨缓冲罐供给的液氨燃料强制蒸发为气体并使氨气温度达到氨燃料锅炉的进气温度要求，最后氨气经锅炉供气阀组供给至氨燃料锅炉。

如图5所示，当液氨储存舱内气相压力无法将BOG气体自由流动至氨燃料锅炉并满足锅炉进气压力时，需采用设置BOG压缩机的加压供气方式，实现将液氨储舱内产生的BOG供气至氨燃料锅炉。液氨存储舱内产生的BOG气体经氨气供给管路输送至压缩机单元进行加压处理使氨气压力达到氨燃料锅炉的进气要求，然后通过氨气供给管路输送至氨气换热器，氨气换热器对氨气进行调温处理使氨气温度达到氨燃料锅炉的进气温度要求，最后氨气经锅炉供气阀组供给至氨燃料锅炉。

当液氨储舱内产生的BOG供气至氨燃料锅炉无法满足氨燃料锅炉的使用流量要求时，即储舱产生的BOG气体量小于氨燃料锅炉的燃气消耗量，需采用对液体氨燃料强制蒸发为气体氨并加热后，供气至氨燃料锅炉的方式，实现氨燃料锅炉的稳定供气。液氨存储舱内液氨经低压泵加压建立氨燃料锅炉所需的进气压力，加压后的液氨经液氨供给管路输出至液氨缓冲罐，液氨缓冲罐中的液氨经氨气供给管路输送至蒸发加热器，蒸发加热器将液氨缓冲罐供给的液氨燃料强制蒸发为气体并使氨气温度达到氨燃料锅炉的进气温度要求，最后氨气经锅炉供气阀组供给至氨燃料锅炉。

Claims (6)

1.一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，其特征在于：有液氨存储舱，液氨存储舱经由液氨缓冲罐分别与主机供给回流阀组、锅炉供气阀组连接，连接后，主机供给回流阀组返回至液氨缓冲罐，锅炉供气阀组返回至液氨存储舱，主机供给回流阀组与氨燃料主机连接，锅炉供气阀组与氨燃料锅炉连接。

2.根据权利要求1所述的一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，其特征在于：液氨缓冲罐通过管路依次与第一液氨滤器、液氨加热器、第二液氨滤器、主机供给回流阀组、液氨冷却器连接后，返回至液氨缓冲罐；

液氨缓冲罐通过管路依次与蒸发加热器、锅炉供气阀组、氨气换热器连接后，返回至液氨存储舱。

3.根据权利要求2所述的一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，其特征在于：液氨存储舱内设置有液氨低压泵，液氨低压泵与液氨缓冲罐连接。

4.根据权利要求2所述的一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，其特征在于：氨气换热器返回至液氨存储舱的通路上，接入有压缩机单元，氨气换热器经过压缩机单元与液氨存储舱连接。

5.根据权利要求1所述的一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，其特征在于：第一液氨滤器通往液氨加热器的通路上设置有液氨高压泵。

6.根据权利要求1所述的一种兼顾气态及液态氨燃料供给系统，其特征在于：第二液氨滤器通过液氨回流管路返回至第一液氨滤器。