DE10211645B4

DE10211645B4 - Process for burning boil-off gas on a LNG transport ship and using a combustor unit

Info

Publication number: DE10211645B4
Application number: DE10211645.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Jurga Stefan; Dr. Schopf Norbert
Original assignee: SAACKE GmbH
Current assignee: SAACKE GMBH, 28237 BREMEN, DE
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2022-03-16
Also published as: DE10211645A1

Abstract

Verfahren zum Verbrennen von Boil-off-Gas auf einem Flüssiggas-Transportschiff (94), umfassend die Schritte: – Bereitstellen, an Bord des Flüssiggas-Transportschiffes (94), – eines Brenners (2, 54) mit einer Einrichtung (100) zum Zuführen von Boil-off-Gas und einer Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft, – einer innerhalb eines koaxialen Außenmantels (56) angeordneten Brennkammer (4) mit einer Vorbrennkammer (60) und einer Nachbrennkammer (72) zum vollständigen Verbrennen des Boil-off-Gases mit der Verbrennungsluft und zum Erzeugen von Rauchgas, – einer Mischeinrichtung (20, 80) mit einer Einrichtung zum Zuführen von Mischluft zum Vermischen des Rauchgases mit der Mischluft stromab der Brennkammer (4, 60, 72) und zum Erzeugen von Abgas, mit einer Anzahl von in der Nachbrennkammer (72) ausgebildeten Öffnungen (80) zur Bildung von Rauchgas-Einzelstrahlen, – Betreiben des Brenners (2, 54) und der Einrichtungen zum Zuführen von Boil-off-Gas, Verbrennungsluft und Mischluft so, daß stromab der Mischeinrichtung (20, 80) eine vorgegebene maximale Abgastemperatur nicht überschritten wird, wobei das Rauchgas bei Verlassen der Nachbrennkammer (72) in Form zahlreicher in die Mischluft mündender Einzelstrahlen (80) mit dieser vermischt wird und die Mischluft innerhalb des Außenmantels (56) koaxial ringförmig um die Brennkammer (60, 72) geführt wird, an deren axialem Ende das Rauchgas in zahlreichen Einzelstrahlen herausgeführt wird.A method of combusting boil-off gas on a liquefied gas transport vessel (94), comprising the steps of: - providing, on board the liquefied gas transport ship (94), - a burner (2, 54) having means (100) for Supplying boil-off gas and a device for supplying combustion air, - a combustion chamber (4) arranged inside a coaxial outer jacket (56) with a pre-combustion chamber (60) and a post-combustion chamber (72) for completely burning the boil-off gas with the combustion air and for producing flue gas, - a mixing device (20, 80) with a means for supplying mixed air for mixing the flue gas with the mixed air downstream of the combustion chamber (4, 60, 72) and for generating exhaust gas, with a number from openings (80) formed in the afterburner chamber (72) for forming individual flue gas jets, - operating the burner (2, 54) and the means for supplying boil-off gas, combustion air and M ischluft so that downstream of the mixing device (20, 80) a predetermined maximum exhaust gas temperature is not exceeded, the flue gas is mixed on leaving the afterburner chamber (72) in the form of numerous opening into the mixed air single jets (80) with this and the mixed air within the Outer jacket (56) coaxially annularly around the combustion chamber (60, 72) is guided, at the axial end of the flue gas is led out in numerous individual beams.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Boil-off-Gas auf einem Flüssiggas-Transportschiff sowie die Verwendung einer Combustor-Einheit zum sicheren und vollständigen Verbrennen von Boil-off-Gas auf einem Flüssiggas-Transportschiff.The invention relates to a method for burning boil-off gas on a liquefied natural gas transport ship and the use of a combustor unit for safe and complete burning of boil-off gas on a liquefied gas transport ship.

Aufgrund der begrenzten Wärmeisolierung und der ebenfalls begrenzten Druckfestigkeit von Flüssiggas-Tanks auf Flüssiggas-Transportschiffen besteht die Notwendigkeit, das aus dem tiefkalten Flüssiggas (jede Art von Flüssiggas, bspw. Erdgas, Methan, Wasserstoff, Butan, ...) ständig in mehr oder weniger großen Mengen verdampfende Gas einer sicheren Behandlung zuzuführen, wobei sich hierfür aus naheliegenden Gründen in erster Linie der Verbrauch für Antriebs- und sonstige Leistungen unmittelbar an Bord des Transportschiffs anbietet. Bei bekannten Flüssiggastankern werden hierfür speziell entwickelte Gasmotoren zum Einsatz kommen. Aufgrund regelmäßiger Stillstandszeiten der Maschinen (Liegezeiten in Häfen usw.) genügt diese Verwendung jedoch nicht, so daß als weitere Behandlungs- bzw. Verarbeitungsmöglichkeiten eine Rückverflüssigung oder aber eine Verbrennung des Boil-off-Gases vorgeschlagen worden ist. Aufgrund der erforderlichen Redundanz zur Aufrechterhaltung der Sicherheit im Störungsfall ist eine ausschließliche Rückverflüssigung der anfallenden Gase sehr kostenaufwendig, so daß in der Regel zusätzlich, wenn nicht ausschließlich eine Entsorgung von nicht für Antriebszwecke verwendbaren Gasen durch Verbrennen gewählt wird.Due to the limited thermal insulation and the limited compressive strength of LPG tanks on liquefied gas transport vessels, there is a need for more or less of the cryogenic LPG (any type of LPG, eg natural gas, methane, hydrogen, butane, ...) For a more obvious reason, consumption of fuel and other services directly on board the transport vessel is recommended for this purpose. In the case of known liquefied gas tankers, specially developed gas engines will be used for this purpose. Due to regular downtime of the machines (waiting times in harbors, etc.), however, this use does not suffice, so that a further liquefaction or combustion of the boil-off gas has been proposed as further treatment or processing options. Due to the required redundancy to maintain safety in case of failure, an exclusive reliquefaction of the resulting gases is very expensive, so that in addition usually, if not exclusively a disposal of not usable for propulsion gases by burning is selected.

Bei Verbrennung der Boil-off-Gase muß selbstverständlich aus Sicherheitsgründen darauf geachtet werden, daß die erzeugten Abgase eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten, wobei zur Zeit eine Maximaltemperatur von 450°C vorgeschrieben ist. Dies ist technisch nicht leicht zu erreichen, da bei Stillstand der Antriebsmaschine erhebliche Mengen an Boil-off-Gas frei werden und aufgrund der relativ niedrigen Endtemperatur von 450°C große Mengen an Mischluft erforderlich sind, die bei bzw. im Anschluß an die Verbrennung zugemischt werden muß, wobei die Mischung so erfolgen muß, daß möglichst keine Heißgassträhnen aus dem Schornstein austreten.When burning the boil-off gases, it must of course be ensured for safety reasons that the exhaust gases generated do not exceed a certain temperature, which is currently prescribed a maximum temperature of 450 ° C. This is not technically easy to achieve because at standstill of the engine significant amounts of Boil-off gas are released and due to the relatively low end temperature of 450 ° C large amounts of mixed air are required, which admixed at or following the combustion must be, the mixture must be made so that if possible no hot gas strands emerge from the chimney.

Aus der DE 23 07 390 B2 ist ein Verfahren zur Behandlung bzw. Verwertung des in einem Transportschiff für Erdgas durch Verdunsten aus dem Flüssiggasbehälter anfallenden Gases und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens bekannt, wobei das gesamte anfallende Gas komprimiert und ein erster Teilstrom einer Kraftanlage als Brennstoff und der verbleibende zweite Teilstrom weiter komprimiert, nach Abkühlung expandiert und rückverflüssigt wird.From the DE 23 07 390 B2 is a method for the treatment or utilization of in a transport ship for natural gas by evaporation from the liquefied gas tank resulting gas and a system for performing the method known, wherein the entire resulting gas compressed and a first partial flow of a power plant as fuel and the remaining second partial flow on compressed, expanded after cooling and reliquefied.

In der DE 34 37 970 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines selbstbrennenden Tunnelofens beschrieben, wobei die entstehenden Rauchgase abgezogen, mit Kühl- und Frischluft gemischt und in einen Vorwärmer eingedüst werden.In the DE 34 37 970 A1 describes a method and an apparatus for operating a self-firing tunnel furnace, wherein the resulting flue gases are drawn off, mixed with cooling and fresh air and injected into a preheater.

Aus der US 4,417,878 A ist eine Maschinenanordnung für Flüssiggastanker bekannt geworden, die aus einem Dieselantrieb und einem kombinierten elektrischen System mit Gas- und Dampfturbine besteht, welches von der Ladung verdampfendes Gas verbrennt.From the US 4,417,878 A a machine assembly for liquefied gas tanker has become known, which consists of a diesel engine and a combined electrical system with gas and steam turbine, which burns gas evaporating from the charge.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, das anfallende Boil-off-Gas in einer Fackel zu verbrennen, deren Austritt weit oberhalb des Schiffsdecks liegt, so daß nach Möglichkeit die frei austretende Flamme nicht in die Nähe von Teilen der Schiffsaufbauten geraten kann, was allerdings bei ungünstigen Windverhältnissen nie ganz auszuschließen ist, so daß auch diese Lösung unter Sicherheitsaspekten als unbefriedigend anzusehen ist.It has also been proposed to burn the resulting boil-off gas in a torch, the exit of which is far above the ship's deck, so that if possible, the free-coming flame can not get in the vicinity of parts of the ship's superstructure, but at unfavorable Wind conditions can never be completely ruled out, so that this solution is to be regarded as unsatisfactory in terms of safety.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Alternative für das Verbrennen von Boil-off-Gas auf einem Flüssiggas-Transportschiff anzugeben, mit dem eine sichere und vollständige Verbrennung anfallender Boil-off-Gase gewährleistet ist.The object of the invention is to provide an alternative for the burning of boil-off gas on a liquefied natural gas transport ship, with the safe and complete combustion accumulating boil-off gases is ensured.

Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Verbrennen von Boil-off-Gas auf einem Flüssiggas-Transportschiff nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved in a first aspect according to the invention by a method for burning boil-off gas on a liquefied natural gas transport ship according to claim 1.

Die maximale Abgastemperatur kann 450°C betragen. Es kann vorgesehen sein, daß Boil-off-Gas und Verbrennungsluft mit einem Luftverhältnis von mehr als 1,5 und insbesondere als 2 zugeführt werden.The maximum exhaust gas temperature can be 450 ° C. It can be provided that boil-off gas and combustion air are supplied with an air ratio of more than 1.5 and in particular as 2.

Es kann vorgesehen sein, daß in der Brennkammer eine nicht oder schwach verdrallte Flamme erzeugt wird. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, daß in der Brennkammer eine stark verdrallte Flamme mit einer zentralen Rückströmzone erzeugt wird. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Verbrennungsluft mit einem Überdruck von 10 bis 50 mbar, bevorzugt 40 mbar, zugeführt wird.It can be provided that in the combustion chamber, a non or weakly twisted flame is generated. However, it is preferably provided that a strongly twisted flame with a central backflow zone is produced in the combustion chamber. Appropriately, it is provided that the combustion air with an excess pressure of 10 to 50 mbar, preferably 40 mbar, is supplied.

Die Mischluft kann ringförmig oder in mehreren radialen Strahlen zugeführt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Mischluft an mehreren axial aufeinanderfolgenden Stationen zugeführt wird.The mixed air can be supplied annularly or in a plurality of radial jets. It is preferably provided that the mixed air is supplied to a plurality of axially successive stations.

Eine besonders gute Mischwirkung wird erreicht, wenn die Mischluft mit einer Tangentialkomponente zugeführt wird.A particularly good mixing effect is achieved when the mixed air is supplied with a tangential component.

Eine besonders gute Mischung läßt sich erzielen, wenn die Einzelstrahlen schräg axial/radial gerichtet sind und mit einer Längsachse der Brennkammer einen Winkel von etwa 20° bis 70°, bevorzugt etwa 60° einschließen. Hierbei reicht es aus, wenn die Mischluft mit einem Überdruck von etwa 10 mbar zugeführt wird. A particularly good mixture can be achieved if the individual jets are directed obliquely axially / radially and enclose with a longitudinal axis of the combustion chamber an angle of about 20 ° to 70 °, preferably about 60 °. It is sufficient if the mixed air is supplied with an overpressure of about 10 mbar.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß das Boil-off-Gas in der Brennkammer bei etwa 1200°C verbrannt wird, wodurch der NOx-Gehalt minimal gehalten wird. Ferner ist die Verbrennung zweckmäßigerweise so eingestellt, daß das Boil-off-Gas im wesentlichen rußfrei verbrannt wird.It is preferably provided that the boil-off gas is burned in the combustion chamber at about 1200 ° C, whereby the NOx content is minimized. Furthermore, the combustion is suitably adjusted so that the boil-off gas is burnt substantially soot-free.

Die Aufgabe der Erfindung wird in einem zweiten Aspekt gelöst durch Verwendung einer Combustor-Einheit zum sicheren und vollständigen Verbrennen von Boil-off-Gas auf einem Flüssiggas-Transportschiff nach Anspruch 14.The object of the invention is achieved in a second aspect by using a combustor unit for the safe and complete burning of boil-off gas on a liquefied natural gas transport ship according to claim 14.

Die maximale Abgastemperatur kann 450°C betragen.The maximum exhaust gas temperature can be 450 ° C.

Es kann vorgesehen sein, daß der Brenner so ausgelegt ist, daß er eine nicht oder schwach verdrallte Flamme erzeugt. Stromab der Brennkammer können in radialer Richtung mündende Mischluftöffnungen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können stromab der Brennkammer drallerzeugende Mischluftöffnungen vorgesehen sein, mit denen der Mischluft eine tangentiale Komponente erteilt wird.It may be provided that the burner is designed so that it produces a non or weakly twisted flame. Downstream of the combustion chamber may be provided in the radial direction opening mixed air openings. Alternatively or additionally, swirl-producing mixed air openings can be provided downstream of the combustion chamber with which a tangential component is imparted to the mixed air.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Brenner als Drallbrenner ausgebildet ist und eine stark verdrallte Flamme mit einer zentralen Rückströmzone erzeugt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the burner is designed as a swirl burner and generates a strong twisted flame with a central backflow zone.

Die Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft kann als Radialgebläse ausgebildet sein. Im Unterschied dazu kann die Einrichtung zum Zuführen von Mischluft als Axialgebläse ausgebildet sein, insbesondere als einstufig ausgebildetes Axialgebläse. Als Ausfallsicherheit kann jeweils ein zweites Gebläse vorhanden sein.The device for supplying combustion air can be designed as a radial fan. In contrast, the device for supplying mixed air can be designed as an axial fan, in particular as a single-stage axial fan. As failure safety, a second blower can be present in each case.

Zweckmäßigerweise ist die Brennkammer innerhalb eines Außenmantels angeordnet, wobei zwischen Brennkammer und Außenmantel ein Ringraum für die Mischluft gebildet ist. Der Außenmantel kann mindestens eine tangential angeordnete Zuführungsöffnung für Mischluft aufweisen.Conveniently, the combustion chamber is disposed within an outer jacket, wherein an annular space for the mixed air is formed between the combustion chamber and the outer jacket. The outer jacket may have at least one tangentially arranged feed opening for mixed air.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Brennkammer eine feuerfest ausgebildete Vorbrennkammer und eine Nachbrennkammer aufweist. Die Vorbrennkammer kann eine Länge aufweisen, die etwa mit ihrem Durchmesser übereinstimmt.It is preferably provided that the combustion chamber has a refractory pre-combustion chamber and a secondary combustion chamber. The pre-combustion chamber may have a length which approximately coincides with its diameter.

Die Vorbrennkammer kann innerhalb eines einen ringförmigen Zwischenraum bildenden Mantels angeordnet sein, durch den ein Teil der Verbrennungsluft zuführbar ist.The pre-combustion chamber may be arranged within a jacket forming an annular gap, through which a part of the combustion air can be supplied.

Zweckmäßigerweise besteht die Nachbrennkammer aus Stahlblech.The secondary combustion chamber expediently consists of sheet steel.

Die Mischeinrichtung kann an einem axialen Ende der Nachbrennkammer angeordnet sein, wobei sie bevorzugt durch eine Anzahl einzelner Öffnungen gebildet ist, die in der Nachbrennkammer ausgebildet sind. Die Öffnungen können unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, und sie können in einer kegelstumpfförmigen Abschlußwand der Nachbrennkammer ausgebildet sein. Die Abschlußwand kann unter einem Kegelhalbwinkel von 20°C bis 70°C, bevorzugt etwa 30°C zu einer Längsachse angeordnet sein.The mixing device may be arranged at one axial end of the afterburner chamber, wherein it is preferably formed by a number of individual openings which are formed in the afterburner chamber. The openings may have different diameters and they may be formed in a frusto-conical end wall of the afterburner chamber. The end wall may be arranged at a half cone angle of 20 ° C to 70 ° C, preferably about 30 ° C to a longitudinal axis.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert, wobeiThe invention will be explained below with reference to an embodiment with reference to a drawing, wherein

1 eine schematische Schnittansicht einer Combustor-Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; 1 shows a schematic sectional view of a combustor unit for carrying out the method according to the invention;

2 eine schematische Darstellung der Strömungsvorgänge in einer Drallbrennkammer zeigt, wie sie in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann; 2 shows a schematic representation of the flow processes in a swirl combustion chamber, as it can be used in the method according to the invention;

3 eine Seitenansicht einer weiteren Combustor-Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; 3 a side view of another combustor unit for carrying out the method according to the invention shows;

4 eine Schnittansicht der Combustor-Einheit nach 3 zeigt; 4 a sectional view of the combustor unit after 3 shows;

5 eine Draufsicht von unten auf die Combustor-Einheit nach 3 zeigt; 5 a top view from below of the combustor unit 3 shows;

6 eine Schnittansicht durch den bei der Combustor-Einheit nach 3 bis 5 verwendeten Drallbrenner zeigt, und 6 a sectional view through the at the combustor unit according to 3 to 5 used swirl burner shows, and

7 eine Anordnungsskizze einer Combustor-Einheit in einem Flüssiggas-Tanker zeigt. 7 an arrangement sketch of a combustor unit in a liquefied gas tanker shows.

1 zeigt eine vom Grundsatz her bekannte Combustor-Einheit 1 mit einem Brenner 2, der in eine Brennkammer 4 arbeitet, deren Innenraum 6 von einer feuerfest ausgemauerten Brennkammerwand 8 umschlossen ist. Der Strömungsverlauf innerhalb der Brennkammer ist durch im wesentlichen axial gerichtete Pfeile 10 angedeutet. Verbrennungsluft 12 wird über eine Regelung 14 dem Brenner 2 bzw. der diesen benachbarten Zone der Brennkammer zugeführt. Verdünnungs- bzw. Mischluft 16 wird über eine Regelung 18 und durch Öffnungen 20 dem Rauchgas zugeführt, das die Brennkammer 4 verläßt, und mit diesem gemischt, so daß an einem Austritt 22 eines Schornsteins 24, dessen Länge unmaßstäblich verkürzt dargestellt ist, eine ausreichende Mischung und damit ein ausreichend ebenes Temperaturprofil über den Querschnitt besteht. 1 shows a principle known combustor unit 1 with a burner 2 in a combustion chamber 4 works, whose interior 6 from a refractory lined combustion chamber wall 8th is enclosed. The flow path within the combustion chamber is characterized by substantially axially directed arrows 10 indicated. combustion air 12 is about a scheme 14 the burner 2 or fed to the adjacent zone of the combustion chamber. Dilution or mixed air 16 will be over one regulation 18 and through openings 20 supplied to the flue gas, which is the combustion chamber 4 leaves, and mixed with this, so that at an exit 22 a chimney 24 whose length is shown in an inaccurate shortened manner, a sufficient mixture and thus a sufficiently even temperature profile over the cross section exists.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Combustor-Einheit 1 nach 1 an Bord eines Flüssiggas-Tankschiffs zur Verbrennung des anfallenden Boil-off-Gases eingesetzt, wobei der Brenner 2 mit dem aufgrund der Verdampfung unter einem Vordruck von unter 1 bar, meist etwa 200 mbar bis 400 mbar, stehenden Brenngas (Boil-off-Gas) und über ein Gebläse mit Verbrennungsluft versorgt wird, so daß sich innerhalb der Brennkammer 4 eine Luftzahl von bspw. 1,5 bis 2,5 einstellt. Mischluft 16 wird durch ein weiteres Gebläse in einer ausreichenden Menge zugeführt, so daß sich eine mittlere Temperatur am Austritt 22 von maximal 450°C ergibt, die aufgrund einschlägiger Sicherheitsvorschriften für derartige Schiffe festgelegt ist.In a first embodiment of the invention, the combustor unit 1 to 1 used on board a liquefied gas tanker to burn the resulting Boil-off gas, the burner 2 with the due to the evaporation under a pre-pressure of less than 1 bar, usually about 200 mbar to 400 mbar, standing fuel gas (Boil-off gas) and is supplied via a fan with combustion air, so that within the combustion chamber 4 an air ratio of, for example, 1.5 to 2.5 sets. mixed air 16 is supplied by a further blower in a sufficient amount, so that an average temperature at the outlet 22 maximum 450 ° C specified by relevant safety rules for such vessels.

Die Öffnungen 20 können im einfachsten Falle als in Umfangsrichtung durchgehender Schlitz oder aber als voneinander beabstandete, radial gerichtete Öffnungen ausgebildet sein. Um die Mischung zu verbessern, können die Öffnungen 20 tangential angestellt sein, so daß eine Verdrallung der Mischluft erzielt wird.The openings 20 can be formed in the simplest case as a continuous slot in the circumferential direction or as spaced-apart, radially directed openings. In order to improve the mixture, the openings can 20 be made tangent, so that a twisting of the mixed air is achieved.

Die Combustor-Einheit 1 nach 1 wird im Einsatz auf einem Tankschiff in vertikaler Ausrichtung betrieben, d. h. gegenüber 1 um 90° gedreht, wobei die Combustor-Einheit und der sich nach oben anschließende Schornstein 24, der als Mischungsstrecke erforderlich ist und in 1 zwischen den Öffnungen 20 und dem Austritt 22 lediglich angedeutet ist, innerhalb des vorhandenen Schornsteinaufbaus des Schiffs untergebracht sein können (vgl. 7).The combustor unit 1 to 1 is operated in use on a tanker in vertical orientation, ie opposite 1 rotated by 90 °, with the combustor unit and the upwardly adjoining chimney 24 which is required as a mix range and in 1 between the openings 20 and the exit 22 is merely indicated, can be housed within the existing chimney construction of the ship (see. 7 ).

2 dient der grundsätzlichen Erläuterung der in 3 bis 6 dargestellten Combustor-Einheit und zeigt die Strömungsvorgänge in einer Drallbrennkammer. Verbrennungsluft wird über eine tangentiale Luftzuführung oder einen Drallgenerator 30 zugeführt und durchläuft, koaxial zu einer Brenngaszuführung 32, einen sich konisch verengenden Brennerkopf 34, um dann gemeinsam mit dem Brenngas in eine Vorbrennkammer 36 einzutreten (Pfeile 38). Aufgrund der starken Verdrallung weitet sich die Strömung innerhalb der Vorbrennkammer 36 auf (Pfeile 39) und erzeugt in der Nähe ihrer Längsachse 40 einen Bereich reduzierten Drucks, so daß eine zentrale Rückströmung (Pfeile 42) entsteht, die bis an den Anfang der Vorbrennkammer reicht. Beim Übergang in eine sich an die Vorbrennkammer 36 anschließende, in 2 nicht dargestellte Nachbrennkammer weitet sich die Strömung nochmals auf (Pfeile 44) und strömt im Außenbereich der Nachbrennkammer mit abnehmender Tangentialkomponente. 2 serves the fundamental explanation of in 3 to 6 shown Combustor unit and shows the flow processes in a swirl combustion chamber. Combustion air is via a tangential air supply or a swirl generator 30 supplied and passes, coaxial with a fuel gas supply 32 , a conically narrowing burner head 34 to then together with the fuel gas in a pre-combustion chamber 36 to enter (arrows 38 ). Due to the strong twisting, the flow widens within the pre-combustion chamber 36 on (arrows 39 ) and generates near its longitudinal axis 40 a region of reduced pressure, so that a central return flow (arrows 42 ) is created, which extends to the beginning of the pre-combustion chamber. When transitioning into a pre-combustion chamber 36 subsequent, in 2 Afterburning chamber, not shown, the flow widens again (arrows 44 ) and flows in the outer region of the afterburner chamber with decreasing tangential component.

3 bis 6 betreffen eine zweite Ausführungsform einer Combustor-Einheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. für die erfindungsgemäße Verwendung, wobei 3 eine Seitenansicht der im ganzen mit 50 bezeichneten Combustor-Einheit zeigt. Unterhalb eines Montagerahmens 52 ist ein Drallbrenner 54 angebracht, der in eine Brennkammer arbeitet, die auf dem Montagerahmen 52 stehend angeordnet ist. 3 zeigt lediglich einen die Brennkammer umgebenden Außenmantel 56, der zwei tangential angeordnete, einander gegenüberliegende Lufteinlässe 58 aufweist, von denen in 3 nur einer sichtbar ist. 3 to 6 relate to a second embodiment of a combustor unit for carrying out the method according to the invention or for the use according to the invention, wherein 3 a side view of the whole with 50 designated combustor unit shows. Below a mounting frame 52 is a swirl burner 54 attached, which works in a combustion chamber, which is on the mounting frame 52 is arranged standing. 3 only shows an outer jacket surrounding the combustion chamber 56 , the two tangentially arranged, opposing air inlets 58 of which in 3 only one is visible.

Die Schnittansicht nach 4 zeigt den Aufbau der Combustor-Einheit 50 mehr im einzelnen. Der Drallbrenner 54 mündet in eine feuerfest ausgemauerte Vorbrennkammer 60, die mit radialem Abstand von einem Mantel 62 umgeben ist, so daß dazwischen ein ringförmiger Zwischenraum 64 zum Zuführen eines Teils der Mischluft gebildet ist. Die durch den Zwischenraum 64 zugeführte Mischluft kann durch Öffnungen 66 in der Wand der Vorbrennkammer 60 und/oder durch Öffnungen 68, die sich durch einen stirnseitigen Kragen 70 der Vorbrennkammer erstrecken, zugeführt werden.The sectional view after 4 shows the structure of the combustor unit 50 more in detail. The swirl burner 54 flows into a fireproof bricked pre-combustion chamber 60 at a radial distance from a mantle 62 is surrounded, so that in between an annular space 64 is formed for supplying a part of the mixed air. The through the gap 64 supplied mixed air can through openings 66 in the wall of the pre-combustion chamber 60 and / or through openings 68 extending through a collar on the front 70 extend the pre-combustion chamber, are supplied.

In der in 4 dargestellten Ausführung weist die Vorbrennkammer 60 ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 2 auf, wobei sich allerdings ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 1 ebenfalls als sehr günstig herausgestellt hat.In the in 4 illustrated embodiment, the pre-combustion chamber 60 a ratio of length to diameter of about 2, although a ratio of length to diameter of about 1 has also been found to be very favorable.

An die Vorbrennkammer 60 schließt sich eine Nachbrennkammer 72 an, die aus einem Mantel aus rostfreiem Stahlblech besteht und einen größeren Innendurchmesser als die Vorbrennkammer 60 aufweist. Die Nachbrennkammer 72 ist an ihrem axialen Ende mit einer dom- oder kegelstumpfförmigen Abschlußwand 74 verschlossen, deren kegelstumpfförmiger Bereich 76 mit einer Längsachse 78 der Combustor-Einheit einen Winkel von etwa 30° bildet und von zahlreichen Öffnungen 80 durchbrochen ist, während der im wesentlichen radial verlaufende Bereich 82 der Abschlußwand geschlossen ist.To the pre-combustion chamber 60 closes a secondary combustion chamber 72 on, which consists of a jacket made of stainless steel sheet and a larger inner diameter than the Vorbrennkammer 60 having. The afterburning chamber 72 is at its axial end with a domed or frusto-conical end wall 74 closed, the frustoconical area 76 with a longitudinal axis 78 the combustor unit forms an angle of about 30 ° and numerous openings 80 is broken through, while the substantially radially extending region 82 the end wall is closed.

Der Außenmantel 56 bildet mit der Brennkammer bzw. dem Mantel 62 und der Nachbrennkammer 72 einen konzentrischen ringförmigen Zwischenraum 84, durch den die Mischluft, die durch die Lufteinlässe 58 zugeführt wird, stromab strömt, bis sie auf die aus den Öffnungen 80 austretenden Rauchgasstrahlen trifft und nach Mischung mit dem Rauchgas in Form von abgekühltem Abgas aus dem oberen, eingezogenen Ende 57 des Außenmantels 56 austritt.The outer jacket 56 forms with the combustion chamber or the jacket 62 and the afterburning chamber 72 a concentric annular space 84 through which the mixed air passing through the air inlets 58 is fed, downstream flows until it reaches the out of the openings 80 emerging flue gas jets and after mixing with the flue gas in the form of cooled exhaust gas from the upper, retracted end 57 of the outer jacket 56 exit.

5 zeigt die Combustor-Einheit 50 einer Ansicht von unten, wobei neben dem Montagerahmen 52 der Außenmantel 56 mit Mischlufteinlässen 58 und der Drallbrenner 54 mit tangentialem Verbrennungslufteinlaß 86 und Brenngaseinlaß 91 zu erkennen sind. 5 shows the combustor unit 50 a view from below, where next to the mounting frame 52 the outer jacket 56 with mixed air inlets 58 and the swirl burner 54 with tangential combustion air inlet 86 and fuel gas inlet 91 can be seen.

In der Schnittansicht des Drallbrenners 54 nach 6 ist der tangential angeordnete Verbrennungslufteinlaß 86 sowie eine ringförmige Drallkammer 88 dargestellt, in die der Einlaß 86 mündet. Nach einer radialen Einschnürung 90 tritt die stark verdrallte Verbrennungsluft nach oben in die in 6 nicht dargestellte Vorbrennkammer 60 ein. Boil-off-Gas wird als Brenngas über den Brenngaseinlaß 91 zugeführt. In der Vorbrennkammer wird das Gas von zwei redundanten Pilotbrennern gezündet.In the sectional view of the swirl burner 54 to 6 is the tangentially arranged combustion air inlet 86 and an annular swirl chamber 88 represented, in which the inlet 86 empties. After a radial constriction 90 enters the heavily twisted combustion air upwards in the 6 not shown pre-combustion chamber 60 one. Boil-off gas is used as fuel gas via the fuel gas inlet 91 fed. In the pre-combustion chamber, the gas is ignited by two redundant pilot burners.

Bei einer Luftzahl von mehr als 2 wird das Gas in der Vorbrennkammer bei ca. 1200°C weitestgehend ausgebrannt. Der vollständig, rußfreie Ausbrand erfolgt in der Nachbrennkammer. Die Hauptflamme wird durch zwei Flammenüberwachungen überwacht.With an air ratio of more than 2, the gas in the pre-combustion chamber at about 1200 ° C is largely burned out. The complete, soot-free burnout takes place in the afterburning chamber. The main flame is monitored by two flame monitors.

Beim Austritt aus der Nachbrennkammer durch die Öffnungen 80 tritt aufgrund der Aufteilung des Rauchgases in zahlreiche Einzelstrahlen eine sehr schnelle Mischung ein, so daß das Mischluft-Rauchgas-Gemisch (Abgas) nach kurzem Weg ein gleichmäßiges Temperaturprofil mit ca. 450°C erreicht, so daß die Schornsteinhöhe oberhalb der Öffnungen 80 gering gehalten werden kann.When exiting the secondary combustion chamber through the openings 80 occurs due to the distribution of the flue gas in numerous individual jets a very fast mixture, so that the mixed air-flue gas mixture (exhaust) after a short path a uniform temperature profile with about 450 ° C reached, so that the chimney height above the openings 80 can be kept low.

Für jeden Luftstrom (Verbrennungsluft und Mischluft) sind zur Redundanz jeweils zwei Ventilatoren vorgesehen, wobei aufgrund des relativ geringen erforderlichen Überdrucks der Mischluft (etwa 10 mbar) jeweils ein einstufiges Axialgebläse ausreicht. Aufgrund der starken Verdrallung der Verbrennungsluft ist ein Überdruck von etwa 40 mbar erforderlich, der mit Radialgebläsen erzeugt wird. Etwa 25% der gesamten Verbrennungsluft werden dem Zwischenraum 64 und der Vor- bzw. Nachbrennkammer zugeführt, während etwa 75% der Verbrennungsluft über den Verbrennungslufteinlaß 86 der Drallkammer 88 und dem entsprechenden Luftaustritt am Brennerkopf zugeführt werden.For each air flow (combustion air and mixed air) two fans are provided for redundancy, due to the relatively low required pressure of the mixed air (about 10 mbar) is sufficient in each case a single-stage axial fan. Due to the strong twisting of the combustion air, an overpressure of about 40 mbar is required, which is generated by radial blowers. About 25% of the total combustion air is the gap 64 and the pre- and post-combustion chambers supplied while about 75% of the combustion air through the combustion air inlet 86 the swirl chamber 88 and the corresponding air outlet are supplied to the burner head.

Bei Ausfall eines Ventilators kann die Anlage noch mit ca. 70% der Gasmenge betrieben werden.If one fan fails, the system can still be operated with approx. 70% of the gas volume.

Die Verwendung von Axialgebläsen für den weitaus größeren Teil der zuzuführenden Luft (Mischluft) wird ermöglicht durch die vorteilhafte Einmischung des Rauchgases über Einzelstrahlen, die in die umgebende Mischluft eintreten, und hat eine erhebliche Einsparung von Gebläseleistung und damit von Stromkosten zur Folge. Außerdem sind Axialgebläse kompakter und sparen dadurch Bauraum. Zusammen mit der besonders leistungsfähigen Brennkammerbauart (Drallbrennkammer) ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Verwendung erhebliche Vorteile aufgrund der besonderen räumlichen und sicherheitstechnischen Gegebenheiten auf einem Flüssiggas-Transportschiff.The use of axial fans for the much larger portion of the air to be supplied (mixed air) is made possible by the advantageous mixing of the flue gas over individual jets that enter the surrounding mixed air, and has a significant saving in fan performance and thus power costs result. In addition, axial fans are more compact and thus save installation space. Together with the particularly efficient combustion chamber design (swirl combustion chamber), considerable advantages arise in the method and the use according to the invention due to the special spatial and safety conditions on a liquefied gas transport ship.

7 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Anordnung einer Combustor-Einheit 50 (gemäß 3 bis 6) innerhalb eines Schornsteinaufbaus 92 eines Flüssiggas-Tankschiffs 94, wobei innerhalb des Schornsteinaufbaus 92 auch die Abgasleitungen bzw. Schornsteine des Gasmotors 96 des Tankschiffs angeordnet sind, so daß sich die Unterbringung der Combustor-Einheit im wesentlichen in den vorhandenen bzw. ohnehin vorzusehenden Schornsteinaufbau 92 einfügt. 7 shows schematically the inventive arrangement of a combustor unit 50 (according to 3 to 6 ) within a chimney construction 92 a liquefied gas tanker 94 , being inside the chimney construction 92 also the exhaust pipes or chimneys of the gas engine 96 of the tanker are arranged, so that the accommodation of the combustor unit substantially in the existing or anyway to be provided chimney construction 92 fits.

Die Zuführung des Brenngases in Form von Boil-off-Gas zu der Combustor-Einheit 50 erfolgt über eine mit den Flüssiggas-Tanks des Schiffs in Verbindung stehende Zuführungsleitung 98 und eine Sicherheits- und Regeleinheit 100. Die Sicherheits- und Regeleinheit 100 enthält Sicherheits- und Absperrventile sowie ggf. Druckregler, um das Brenngas, das in der Zuführungsleitung 98 allein aufgrund der permanenten Verdampfung aus den Flüssiggas-Tanks unter einem gewissen Überdruck (in der Regel weniger als 800 mbar) steht, in geregelter Weise der Combustor-Einheit zuzuführen.The supply of the fuel gas in the form of boil-off gas to the combustor unit 50 via a supply line connected to the LPG tanks of the ship 98 and a security and control unit 100 , The safety and control unit 100 includes safety and shut-off valves and, if necessary, pressure regulator to control the fuel gas in the supply line 98 solely due to the permanent evaporation from the LPG tanks under a certain overpressure (usually less than 800 mbar) is to supply the Combustor unit in a regulated manner.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Combustor-EinheitCombustor unit
22: Brennerburner
44: Brennkammercombustion chamber
66: Innenrauminner space
88th: Brennkammerwandcombustion chamber wall
1010: Pfeilarrow
1212: Verbrennungsluftcombustion air
1414: Regelungregulation
1616: Mischluftmixed air
1818: Regelungregulation
2020: Öffnungopening
2222: Austrittexit
2424: Schornsteinchimney
3030: Drallerzeugerswirl generator
3232: Gaszuführunggas supply
3434: Brennerkopfburner head
3636: Vorbrennkammerpre-combustion chamber
3838: Pfeil (Verbrennungsluft)Arrow (combustion air)
3939: Pfeilarrow
4040: Längsachselongitudinal axis
4242: Pfeil (Rückströmung)Arrow (backflow)
4444: Pfeilarrow
5050: Combustor-EinheitCombustor unit
5252: Montagerahmenmounting frame
5454: Drallbrennerswirl burner
5656: Außenmantelouter sheath
5757: oberes Ende (von 56)upper end (from 56 )
5858: Lufteinlaßair intake
6060: Vorbrennkammerpre-combustion chamber
6262: Mantelcoat
6464: Zwischenraumgap
6666: Öffnung (in 60)Opening (in 60 )
6868: Öffnung (in 70)Opening (in 70 )
7070: Kragen (von 60)Collar (from 60 )
7272: Nachbrennkammerafterburner chamber
7474: Abschlußwandend wall
7676: kegelstumpfförmiger Bereich (von 74)frusto-conical area (from 74 )
7878: Längsachselongitudinal axis
8080: Öffnung (in 74/76)Opening (in 74 / 76 )
8282: radial verlaufender Bereich (von 74)radially extending area (from 74 )
8484: Zwischenraum (von 56 und 72)Interspace (from 56 and 72 )
8686: Verbrennungslufteinlaß (von 54)Combustion air inlet (from 54 )
8888: Drallkammerswirl chamber
9090: Einschnürungconstriction
9191: BrenngaseinlaßFuel gas inlet
9292: Schornsteinaufbauchimney construction
9494: Flüssiggas-TrankschiffLPG Potion ship
9696: Gasmotorgas engine
9898: Zuführungsleitungfeed pipe
100100: Sicherheits- und RegeleinheitSafety and control unit

Claims

Method for burning boil-off gas on a liquefied natural gas transport ship ( 94 ), comprising the steps of: - providing on board the LPG transport ship ( 94 ), - a burner ( 2 . 54 ) with a device ( 100 ) for supplying boil-off gas and a device for supplying combustion air, - one within a coaxial outer jacket ( 56 ) arranged combustion chamber ( 4 ) with a pre-combustion chamber ( 60 ) and a secondary combustion chamber ( 72 ) for completely burning the boil-off gas with the combustion air and for producing flue gas, - a mixing device ( 20 . 80 ) with means for supplying mixed air for mixing the flue gas with the mixed air downstream of the combustion chamber ( 4 . 60 . 72 ) and for producing exhaust gas, with a number of in the post-combustion chamber ( 72 ) formed openings ( 80 ) for the formation of individual flue gas jets, - operating the burner ( 2 . 54 ) and the means for supplying boil-off gas, combustion air and mixed air so that downstream of the mixing device ( 20 . 80 ) a predetermined maximum exhaust gas temperature is not exceeded, the flue gas leaving the afterburning chamber ( 72 ) in the form of numerous individual beams ( 80 ) is mixed with this and the mixed air within the outer shell ( 56 ) coaxially annular around the combustion chamber ( 60 . 72 ) is guided, at the axial end of the flue gas is led out in numerous individual beams.

Method according to claim 1, characterized in that the maximum exhaust gas temperature is 450 ° C.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that boil-off gas and combustion air having an air ratio of more than 1.5 and in particular more than 2 are supplied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the combustion chamber ( 4 ) a non or weakly twisted flame is generated.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the combustion chamber ( 60 . 72 ) a strongly twisted flame with a central outflow zone ( 42 ) is produced.

A method according to claim 5, characterized in that the combustion air is supplied at an overpressure of between 20 and 60 mbar, in particular 40 mbar.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixed air is supplied in an annular manner or in a plurality of radial jets.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixed air is supplied at several axial successive stations.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixed air is supplied with a tangential component.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the individual beams are directed obliquely axially / radially and with a longitudinal axis ( 78 ) include an angle of about 20 ° to 70 °, preferably about 60 °.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixed air is supplied at an overpressure of about 10 mbar.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the boil-off gas in the pre-combustion chamber ( 60 ) is burned at about 1200 ° C.

Method according to claim 12, characterized in that part of the combustion air, in particular about 75%, of the pre-combustion chamber ( 60 ) is supplied.

Using a Combustor Unit ( 1 . 50 ) for the safe and complete burning of boil-off gas on a liquefied natural gas transport ship ( 94 ), the combustor unit comprising: - a burner ( 2 . 54 ) with a device ( 100 ) for supplying boil-off gas and a device for supplying combustion air, - a combustion chamber arranged inside a coaxial outer jacket ( 4 ) with a pre-combustion chamber ( 60 ) and a secondary combustion chamber ( 72 ) for completely burning the boil-off gas with the combustion air and for producing flue gas, - a mixing device ( 20 . 80 ) with means for supplying mixed air for mixing the flue gas with the mixed air downstream of the combustion chamber ( 4 . 60 . 72 ) and for producing exhaust gas, with a number of in the post-combustion chamber ( 72 ) formed openings ( 80 ) for the formation of individual flue gas jets, so that a predetermined maximum exhaust gas temperature is not exceeded, for carrying out the method according to one of the preceding claims.

Use according to claim 14, characterized in that the maximum exhaust gas temperature is 450 ° C

Use according to claim 14 or 15, characterized in that the burner is designed so that it produces a non or weakly twisted flame.

Use according to one of claims 14 to 16, characterized in that downstream of the combustion chamber ( 4 . 60 . 72 ) in the radial direction opening mixed air openings ( 20 ) are provided.

Use according to one of claims 14 to 17, characterized in that downstream of the combustion chamber ( 4 . 60 . 72 ) are formed swirl-generating mixed air openings.

Use according to one of claims 14 or 15, characterized in that the burner is used as a swirl burner ( 54 ) is formed and a strongly twisted flame with a central Rückströmzone ( 42 ) generated.

Use according to one of claims 14 to 19, characterized in that the device for supplying combustion air is designed as a radial fan.

Use according to one of claims 14 to 20, characterized in that the device for supplying mixed air is designed as an axial fan.

Use according to claim 21, characterized in that the axial fan is designed in one stage.

Use according to one of claims 14 to 22, characterized in that the means for supplying combustion and fresh air to improve the reliability have two blowers each.

Use according to one of claims 14 to 23, characterized in that between combustion chamber ( 60 . 72 ) and outer jacket ( 56 ) an annulus ( 84 ) is formed for the mixed air.

Use according to one of Claims 14 to 24, characterized in that the outer jacket ( 56 ) at least one tangentially arranged feed opening ( 58 ) for mixed air.

Use according to one of claims 14 to 25, characterized in that the pre-combustion chamber ( 60 ) has a length which corresponds approximately to its diameter.

Use according to one of claims 14 to 26, characterized in that the pre-combustion chamber ( 60 ) within a so that an annular space ( 64 ) forming jacket ( 62 ) is arranged, through which a part of the combustion air can be fed.

Use according to one of Claims 14 to 27, characterized in that the after-combustion chamber ( 72 ) consists of sheet steel.

Use according to one of Claims 14 to 27, characterized in that the mixing device is provided at an axial end of the afterburning chamber ( 72 ) is arranged.

Use according to one of claims 14 to 29, characterized in that the openings ( 80 ) have different diameters.

Use according to one of claims 14 to 30, characterized in that the openings ( 80 ) in a frustoconical end wall ( 76 ) of the afterburning chamber ( 72 ) are formed.

Use according to claim 31, characterized in that the end wall ( 76 ) at a cone half angle of 20 ° to 70 °, preferably about 30 °, to a longitudinal axis ( 78 ) is arranged.