KR102286089B1

KR102286089B1 - 보일러 및 보일러를 구비한 선박 그리고 이너트 가스의 생성 방법

Info

Publication number: KR102286089B1
Application number: KR1020197024445A
Authority: KR
Inventors: 다카즈미 데라하라; 겐타 다카모토; 히데키 아마노
Original assignee: 미쓰비시주코마린마시나리 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2021-08-04
Also published as: DK3591291T3; KR20190110113A; JP2018141585A; EP3591291B1; JP6879778B2; CN110337567A; EP3591291A1; WO2018159106A1; EP3591291A4; CN110337567B

Abstract

이너트 가스를 생성할 때의 에너지에 의해 증기를 생성하는 것을 목적으로 한다. 보일러 (3) 는, 화로 (16) 와, 증기 생성부 (17) 와, 화로 (16) 내의 상부에 형성되어 연료를 연소시키는 상부 버너 (18) 와, 화로 (16) 내의 하부에 형성되어 연료를 연소시키고, 가연성 가스와 반응하지 않는 산소 함유율이 된 산소 함유율 1 ％ 이하의 이너트 가스를 생성하는 하부 버너 (20) 를 구비하고 있다. 화로 (16) 의 노 바닥 및 화로 (16) 의 하부의 측벽을 따르도록 측부 수랭벽 (32) 및 바닥부 수랭벽 (33) 이 형성되고, 측부 수랭벽 (32) 및 바닥부 수랭벽 (33) 과 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염 사이에는, 바닥부 내화재 (35) 및 측부 내화재 (36) 가 형성되어 있다.

Description

보일러 및 보일러를 구비한 선박 그리고 이너트 가스의 생성 방법

본 발명은, 보일러 및 보일러를 구비한 선박 그리고 이너트 가스의 생성 방법에 관한 것이다.

LNG (Liquefied Natural Gas) 운반선에 탑재되는 LNG 탱크의 점검이나 수리를 실시하기 전에는, 탱크 내에서 작업자가 작업을 실시할 수 있도록, 탱크 내의 연료 가스를 배제하고, 탱크 내의 환경을 대기와 동일한 정도로 하는 작업이 필요하다. 탱크 내의 환경을 대기와 동일한 정도로 할 때에는, 이너트 가스가 이용된다. 이것은, 연료 가스를 배제하기 위해서 공기를 직접 탱크 내에 공급하면, 연료 가스와 공기가 연소 반응할 가능성이 있으므로, 탱크 내에 한 번 이너트 가스를 충만시켜 연료 가스를 배제하고 나서, 탱크 내에 공기를 공급하기 위해서이다. 이 때문에, LNG 운반선에는, 이너트 가스를 생성하는 전용의 장치 (IGG (Inert gas generator) 등) 를 탑재하는 것이 있다. 또, 원유 탱커 등에서는, 보일러 등의 연소 배기 가스를 이너트 가스로서 이용하는 것이 있다.

보일러 등의 연소 배기 가스를 이너트 가스로서 이용하는 것에는, 예를 들어, 특허문헌 1 의 것이 있다. 특허문헌 1 에는, 스크러버로 세정한 보일러로부터의 배기 가스 (황 성분 등을 제거한 가스) 를 이너트 가스로서 이용하는 VOC 가스 처리 시스템이 개시되어 있다.

또, LNG 운반선에서 이용되는 이너트 가스는, 산소 함유율이 1 ％ 정도로 엄격한 조건이어야 하기 때문에, 통상적으로 LNG 운반선에서는 보일러 등의 연소 배기 가스를 이너트 가스로서 이용할 수는 없어, 이너트 가스를 생성하는 전용의 장치를 탑재하고 있다.

일본 특허공보 제5916777호

그러나, 이너트 가스를 생성하는 전용의 장치를 탑재한 경우에는, 전용의 장치로 경유 등을 연소시킬 뿐이므로, 이너트 가스를 생성할 때에 발생하는 에너지를 유효하게 이용할 수 없었다.

또, 특허문헌 1 의 구성에서는, 보일러에 버너가 하나밖에 형성되어 있지 않기 때문에, 보일러에서 증기를 생성하는 기능과, 이너트 가스를 생성하는 기능을, 하나의 버너로 처리하게 된다. 통상적인 선박용 보일러에 형성된 버너는, 증기를 생성하는 기능을 만족시켜야 한다는 제약으로부터, 연소 배기 가스의 산소 함유율을 충분히 저하시키지 못하여, 생성된 이너트 가스가 연료 탱크 내의 가연성 가스와 반응해 버릴 가능성이 있었다.

또, 선박용 보일러용의 버너에서는 소정의 증기를 발생시킬 목적으로 대용량으로, 이너트 가스 생성을 목적으로 한 경우, 필요 이상의 연소 가스를 생성해 버릴 가능성이 있었다. 그 때문에, 소용량의 버너를 추가 설치할 필요가 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 이너트 가스를 생성할 때의 에너지에 의해 증기를 생성할 수 있는 보일러 및 보일러를 구비한 선박 그리고 이너트 가스의 생성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 보일러 및 보일러를 구비한 선박 그리고 이너트 가스의 생성 방법은 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 일 양태에 관련된 보일러는, 화로와, 상기 화로 내에서 연료를 연소시키는 제 1 버너와, 상기 제 1 버너와 별도로 형성되고, 상기 화로 내에서 연료를 연소시켜 이너트 가스를 생성하는 제 2 버너를 구비한다.

상기 구성에서는, 제 1 버너에 더하여, 화로 내에서 이너트 가스를 생성하는 제 2 버너를 구비하고 있다. 따라서, 이너트 가스를 생성하는 전용의 장치 (IGG (Inert gas generator) 등) 를 형성하지 않고, 가연성 가스와 반응하지 않는 산소 함유율이 된 이너트 가스를 생성할 수 있다. 또, 이너트 가스를 생성할 때의 에너지에 의해 증기를 생성할 수 있다.

이너트 가스란, 가연성 가스와 반응하지 않는 산소 함유율의 가스이다. 가연성 가스와 반응하지 않는 산소 함유율로는, 공기 중 (예를 들어, 대기압 등) 에 있어서 착화되지 않는 산소 함유율을 의미하고, 예를 들어 1 ％ 이하라고 여겨진다.

본 발명의 일 양태에 관련된 보일러에서는, 상기 제 1 버너는, 상기 화로의 상부에 배치되고, 하방을 향하여 화염을 형성하고, 상기 제 2 버너는, 상기 화로의 하부에 배치되어도 된다.

상기 구성에서는, 제 1 버너가 화로의 상부에 배치되고, 제 2 버너가 화로의 하부에 배치되어 있다. 이로써, 제 1 버너와 제 2 버너를 떨어진 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 제 1 버너가 제 2 버너의 화염의 복사열에 의해 손상되는 것을 억제할 수 있고, 동시에, 제 2 버너가 제 1 버너의 화염의 복사열에 의해 손상되는 것을 억제할 수 있다. 또, 제 1 버너는, 하방을 향하여 화염을 형성하고 있기 때문에, 화로의 하부에서는, 제 1 버너의 화염의 열 유속이 저하된다. 따라서, 제 2 버너를 화로의 하부에 배치함으로써, 제 2 버너가 제 1 버너의 화염에 의해 손상되는 것을 더욱 억제할 수 있다.

또, 제 2 버너는, 제 1 버너로부터 떨어져 배치되어 있으므로, 제 1 버너의 배치 스페이스에 영향을 주지 않는다. 따라서, 제 1 버너의 설치 스페이스를 충분히 확보할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 보일러는, 상기 화로의 노 바닥 및 상기 화로의 하부의 측벽을 따르도록 형성되는 수랭벽과, 상기 수랭벽과 상기 제 2 버너가 형성하는 화염 사이에 형성되는 내화재를 구비해도 된다.

상기 구성에서는, 수랭벽과 제 2 버너가 형성하는 화염 사이에 내화재가 형성되어 있다. 이로써, 화염과 수랭벽의 열 교환을 억제할 수 있기 때문에, 제 2 버너가 형성하는 화염이 수랭벽에 의해 냉각되기 어려워진다. 따라서, 제 2 버너가 형성하는 화염의 연소 온도를 높게 유지할 수 있기 때문에, 제 2 버너에 의한 연료의 연소가 촉진된다. 따라서, 제 2 버너의 연소에 의해 발생하는 배기 가스의 산소 함유율이 저하되므로, 제 2 버너에 의해, 보다 산소 함유율이 낮은 이너트 가스를 생성할 수 있다. 또, 수랭벽과 화염이 직접 접촉하지 않기 때문에, 화염의 급랭에서 기인한 일산화탄소의 발생을 억제할 수 있다.

또, 제 2 버너를 화로의 하부에 배치하고 있다. 이로써, 제 2 버너가 형성하는 화염의 범위를 한정적이게 할 수 있으므로, 내화재를 형성하는 범위를 적게 할 수 있다. 또, 화로의 바닥부와, 화로의 하부 주위에 내화재를 형성하고 있으므로, 내화재를 설치하는 작업을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 보일러는, 상기 제 2 버너에 연소 공기를 공급하는 풍상 (風箱) 과, 상기 제 1 버너의 운전 중이며 상기 제 2 버너의 정지 중에, 상기 풍상의 내부에 시일 가스를 공급하는 팬을 구비해도 된다.

상기 구성에서는, 제 1 버너의 운전 중이며 제 2 버너의 정지 중에, 제 2 버너를 둘러싸는 풍상의 내부에 시일 가스를 공급하고 있다. 제 1 버너의 운전 중에는, 제 1 버너가 형성하는 화염에 의해, 화로 내에 고온의 연소 가스가 충만된다. 이 때, 제 2 버너를 둘러싸는 풍상의 내부에는, 시일 가스가 공급되고 있으므로, 화로로부터 풍상의 내부에 유입하려고 하는 고온의 연소 가스가, 시일 가스에 의해 방해된다. 따라서, 제 2 버너의 정지 중에, 제 2 버너를 둘러싸는 풍상 내에 고온의 연소 가스가 유입되지 않아, 제 2 버너가 고온의 연소 가스에 노출되지 않는다. 이 결과, 제 1 버너의 운전 중이며 제 2 버너의 정지 중에, 제 1 버너가 형성하는 화염의 열에 의해, 제 2 버너가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 선박은, 상기 서술한 어느 하나에 기재된 보일러와, 상기 보일러에서 생성한 상기 이너트 가스가 공급되는 연료 탱크를 구비한다.

상기 구성에서는, 보일러에서 생성한 이너트 가스를 연료 탱크에 공급하고 있다. 즉, 보일러의 배기 가스를 이너트 가스로서 사용할 수 있다. 따라서, 별도로 이너트 가스를 생성하는 장치를 형성할 필요가 없기 때문에, 선 (船) 내의 스페이스를 스페이스 절약화할 수 있다. 또, 보일러에 있어서, 가연성 가스와 반응하지 않는 산소 함유율이 된 이너트 가스를 생성하고 있으므로, 보일러로부터 배출된 이너트 가스에 대해, 추가로 산소 함유율을 저하시키는 처리를 실시하지 않고, 연료 탱크에 공급할 수 있다. 따라서, 별도로 산소 함유율을 저하시키는 장치를 형성할 필요가 없기 때문에, 선박의 구조를 간소화할 수 있고, 선 내 스페이스를 스페이스 절약화할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 선박은, 상기 보일러와는 별도로 형성되고, 상기 연료 탱크로부터 연료 가스가 공급되는 다른 보일러를 구비하고 있어도 된다.

상기 구성에서는, 이너트 가스를 생성하는 보일러와는 별도로, 연료 탱크로부터 연료 가스가 공급되는 다른 보일러가 형성되어 있다. 이로써, 이너트 가스를 생성하는 보일러로부터 연료 탱크에 이너트 가스를 공급했을 때에, 연료 탱크 내로부터 배출되는 이너트 가스를 포함하는 연료 가스를, 다른 보일러에서 연소·산화 처리할 수 있다. 이너트 가스를 포함하는 연료 가스를 연소·산화 처리함으로써, 연료 가스를 대기 방출하지 않고, 또한 가스 연료기 (예를 들어 GCU (Gas combustion unit)) 등의 기기를 설치할 필요가 없어진다. 또, 연료 탱크 내로부터 배출되는 연료 가스를, 다른 보일러에서 연소 처리함과 함께, 증기를 생성할 수 있기 때문에, 생성된 증기를 선 내에서 이용한 경우나, 생성된 증기에 의해 발전기 터빈을 구동시켜 발전한 경우에는, 선박 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 양태에 관련된 이너트 가스의 생성 방법은, 화로와, 상기 화로 내에서 연료를 연소시키는 제 1 버너와, 상기 제 1 버너와 별도로 형성되고, 상기 화로 내에서 연료를 연소시켜 가연성 가스와 반응하지 않는 산소 함유율이 된 이너트 가스를 생성하는 제 2 버너와, 상기 화로에서 발생한 연소 배기 가스에 의해 증기를 생성하는 증기 생성부를 갖는 보일러를 구비하고, 상기 제 2 버너에서만 연료를 연소시키는 제 2 버너 연소 공정과, 상기 증기 생성부에서 증기를 생성하는 증기 생성 공정을 구비한다.

상기 구성에서는, 이너트 가스를 생성하는 전용의 장치 (IGG (Inert gas generator) 등) 를 형성하지 않고, 이너트 가스를 생성할 수 있다. 또, 생성된 이너트 가스의 에너지에 의해 증기를 생성할 수 있다.

본 발명에 의하면, 이너트 가스를 생성할 때의 에너지에 의해 증기를 생성할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 보일러를 탑재한 선박을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2 는 도 1 의 선박에 탑재되는 보일러의 모식적인 측면도이다.
도 3 은 도 2 의 보일러의 모식적인 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 선박을 나타내는 개략 구성도이다.

이하에, 본 발명에 관련된 보일러 및 보일러를 구비한 선박 그리고 이너트 가스의 생성 방법의 일 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

〔제 1 실시형태〕

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해, 도 1 내지 도 3 을 사용하여 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 선박은, 예를 들어, LNG 를 운반하는 LNG 운반선 (1) 이다. LNG 운반선 (1) 은, 운반시에 LNG 를 저류 하는 LNG 탱크 (연료 탱크) (2) 와, LNG 탱크 (2) 의 점검·수리시 등에 LNG 탱크 (2) 내에 공급하는 이너트 가스를 생성하는 보일러 (3) 를 탑재하고 있다.

보일러 (3) 는, LNG 탱크 (2) 에, 이너트 가스 공급관 (4) 을 통하여 접속되어 있다. 이너트 가스 공급관 (4) 의 내부에는 이너트 가스가 유통되고, 보일러 (3) 에서 생성된 연소 가스는, 이너트 가스 공급관 (4) 을 통하여 LNG 탱크 (2) 에 공급된다. 이너트 가스 공급관 (4) 에는, 연소 가스 흐름의 상류측에서부터 순서대로, 스크러버 (5), 쿨러 (6), 드라이어 (7) 및 부스터 팬 (8) 이 형성되어 있다. 이너트 가스 공급관 (4) 내를 유통하는 연소 가스는, 스크러버 (5) 에 의해 황 성분이나, 그을음 등을 제거하고, 세정 처리된다. 세정 처리된 연소 가스는, 쿨러 (6) 에 의해 냉각 처리되고, 또한 그 후, 드라이어 (7) 에 의해 건조 처리된다. 건조 처리된 연소 가스는, 이너트 가스로서, 부스터 팬 (8) 에 의해 LNG 탱크 (2) 내에 공급된다. 또, 이너트 가스 공급관 (4) 의 보일러 (3) 와 스크러버 (5) 사이로부터는, 연소 가스 배출관 (9) 이 분기되어 있다. 보일러 (3) 에서 생성된 연소 가스의 일부는, 연소 가스 배출관 (9) 내를 통하여, 연돌 (도시 생략) 로부터 배출된다.

LNG 탱크 (2) 에는, 벤트관 (10) 이 접속된다. LNG 탱크 (2) 내에 이너트 가스가 공급됨으로써 배출되는 연료 가스는, 벤트관 (10) 을 통하여 대기로 배출된다. 또, 이너트 가스 충전 후에, LNG 탱크 (2) 내에 공기를 공급할 때에는, 벤트관 (10) 을 통하여 이너트 가스가 대기로 배출된다.

보일러 (3) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연소 가스를 연소시키는 화로 (16) 와, 화로 (16) 에서 발생한 연소 가스에 의해 증기를 생성하는 증기 생성부 (17) 를 갖는다. 화로 (16) 는, 측부 수랭벽 (32), 천정부 수랭벽 (22), 바닥부 수랭벽 (33) 으로 둘러싸인 공간이다. 측부 수랭벽 (32) 은, 화로의 측방을 구성하는 측벽을 따르도록 형성되고, 바닥부 수랭벽 (33) 은, 화로 (16) 의 하방을 구성하는 노 바닥을 따르도록 형성되고, 천정부 수랭벽 (22) 은, 화로 (16) 의 상방을 구성하는 천정부를 따르도록 형성되어 있다. 또, 측부 수랭벽 (32) 은, 화로 (16) 의 전면 (도 3 에서 말하는 지면 상방향의 면) 을 구성하는 전면 수랭벽 (23) 과, 화로 (16) 의 후면을 구성하는 후면 수랭벽 (43) 과, 화로 (16) 의 전면 및 후면 이외의 면을 구성하는 측면 수랭벽 (44) 을 포함하고 있다. 측부 수랭벽 (32) 은, 각각, 상하 방향으로 연장되며 소정의 간격을 두고 병렬로 배치된 복수의 수랭관 (34) 을 구비하고, 수랭관 (34) 의 내부에는 물 또는 증기가 유통되고 있다. 천정부 수랭벽 (22) 및 바닥부 수랭벽 (33) 도, 측부 수랭벽 (32) 과 대략 동일한 구성으로 되어 있다. 단, 천정부 수랭벽 (22) 및 바닥부 수랭벽 (33) 을 구성하는 복수의 수랭관 (34) 은, 수평 방향으로 연장되어 있다. 또한, 도 2 에서는, 도시의 관계상, 수랭관 (34) 을 생략하고 도시하고 있다.

도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 화로 (16) 는, 화로 (16) 의 상부에 설치되는 상부 버너 (제 1 버너) (18) 와, 상부 버너 (18) 를 둘러싸는 상부 풍상 (19) 과, 화로 (16) 의 하부에 설치되는 하부 버너 (제 2 버너) (20) 와, 하부 버너 (20) 를 둘러싸도록 하부 풍상 (21) 을 갖는다. 상부 버너 (18) 는, 천정부 수랭벽 (22) 에 형성되고, 하방으로 화염을 형성한다. 상부 버너 (18) 는, LNG 탱크 (2) 내의 LNG 또는 오일 공급 장치로부터 공급되는 오일을 연료로 하여 연소를 실시한다.

하부 버너 (20) 는, 전면 수랭벽 (23) 에 형성되고, 수평 방향이며, 또한, 증기 생성부 (17) 가 형성되어 있지 않은 방향으로 화염을 형성한다. 즉, 하부 버너 (20) 는, 화로 (16) 의 전면으로부터 후면을 향하여 화염을 형성하고 있다. 이와 같이 화염을 형성함으로써, 화염이 증기 생성부 (17) 를 구성하는 부품 등에 직접 접하지 않기 때문에, 증기 생성부 (17) 를 구성하는 부품의 파손을 방지할 수 있다. 하부 버너 (20) 는, 오일 공급 장치로부터 공급되는 오일을 연료로 하여 연소를 실시한다. 하부 버너 (20) 는, 상부 버너 (18) 보다 단위 연료당 보다 적은 연소용 공기에 의해 화염을 형성할 수 있는 소용량의 버너이다. 또, 하부 버너 (20) 는, 화염의 길이를 확보할 수 있도록 배치되어 있다. 또한, 도 2 및 도 3 에서는, 상부 버너 (18) 및 하부 버너 (20) 를 1 개씩 형성한 예를 도시하고 있지만, 상부 버너 (18) 및 하부 버너 (20) 는, 복수 개씩 형성되어도 된다.

증기 생성부 (17) 는, 화로 (16) 와의 경계에 배치되는 프론트 뱅크 튜브 (28) 와, 프론트 뱅크 튜브 (28) 의 연소 가스 흐름의 하류측에 배치되고, 상하 방향으로 연장되는 증발관군 (29) 과, 증발관군 (29) 의 상하 방향의 대략 중심 위치에 형성되는 칸막이판 (41) 과, 증발관군 (29) 의 하방에 형성된 물 드럼 (30) 과, 증발관군 (29) 의 상방에 형성된 증기 드럼 (31) 과, 이너트 가스 공급관 (4) 에 접속되는 연소 가스 배출 덕트 (38) 를 갖는다.

또한, 화로 (16) 내에는, 바닥부 수랭벽을 상방으로부터 덮도록 바닥부 내화재 (내화재) (35) 가 형성되어 있다. 또, 화로 (16) 의 하부에 위치하는 측부 수랭벽 (32) 중, 하부 버너 (20) 가 형성되어 있는 전면 수랭벽 (23) 이외의 후면 수랭벽 (43) 및 측면 수랭벽 (44) 에는, 후면 수랭벽 (43) 및 측면 수랭벽 (44) 을 화로 (16) 중심 방향으로부터 덮도록 측부 내화재 (36) (내화재) 가 형성되어 있다. 즉, 바닥부 내화재 (35) 및 측부 내화재 (36) 는, 바닥부 수랭벽 (33) 및 측부 수랭벽 (32) 과 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염 사이에 형성되어 있다. 또, 연소 가스 흐름을 확보하기 위해서, 프론트 뱅크 튜브 (28) 와 천정부 수랭벽 (22) 사이에 천정부 내화재 (37) 가 형성되어 있다.

또, 보일러 (3) 의 외부에는, 상부 버너 (18) 및 하부 버너 (20) 에 연소용 공기를 공급하는 FD 팬 (24) 과, FD 팬 (24) 으로부터의 연소용 공기를 상부 풍상 (19) 을 통하여 상부 버너 (18) 에 공급하기 위한 상부 버너 공기 공급로 (25) 와, 상부 버너 공기 공급로 (25) 로부터 분기되어 FD 팬 (24) 으로부터의 연소용 공기를 하부 풍상 (21) 을 통하여 하부 버너 (20) 에 공급하기 위한 하부 버너 공기 공급로 (26) 를 갖는다. 하부 버너 공기 공급로 (26) 에는, 유통되는 연소용 공기의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브 (27) 가 형성되어 있다. 또한, FD 팬을 복수 형성하여, 상부 버너 (18) 에 연소용 공기를 공급하는 FD 팬과, 하부 버너 (20) 에 연소용 공기를 공급하는 FD 팬을 별도로 해도 된다. 보일러 (3) 의 외부에는, 보일러 (3) 에서 생성된 증기를 증기 터빈 (도시 생략) 이나 증기 사용 기기류에 공급하는 증기 공급관 (39) (도 1 참조) 과, 연료 공급 장치 (도시 생략) 로부터 상부 버너 (18) 및 하부 버너 (20) 에 경유 등의 연료를 공급하는 연료 공급관 (40) (도 1 참조) 과, 상부 버너 (18) 및 하부 버너 (20) 에 LNG 탱크 (2) 내로부터 연료를 공급하는 연료 가스 공급관 (11) 이 형성되어 있다.

다음으로, 본 실시형태의 이너트 가스의 생성 방법 등에 대해 설명한다.

하부 버너 (20) 가, 하부 버너 공기 공급로 (26) 를 통하여 공급되는 연소용 공기를 사용하여, 연료 공급관 (40) 을 통하여 공급된 연료를 연소시켜, 화염을 형성한다 (제 2 버너 연소 공정). 하부 버너 (20) 는, 단위 연료당 적은 연소용 공기에 의해 화염을 형성하는 소용량의 버너이고, 또한, 화염의 길이를 확보할 수 있도록 배치되어 있으므로, 화로 내의 스페이스를 유효하게 사용할 수 있고, 하부 버너 (20) 의 연소에 의해 생성되는 연소 가스는, 산소 함유율이 낮다. 따라서, 증기 생성부 (17) 에 도입되는 연소 가스의 산소 함유율은 낮은 상태가 된다. 구체적으로는, 증기 생성부 (17) 에 도입되는 연소 가스는, 산소 함유율이 1 ％ 이하로 되어 있다. 또한, 하부 버너 (20) 에서 연소를 실시하여 산소 함유율이 낮은 연소 가스를 생성할 때에는, 상부 버너 (18) 에서는 연소를 실시하지 않는다.

증기 생성부 (17) 에 도입된 연소 가스는, 도 2 에 화살표로 나타내는 바와 같이, 프론트 뱅크 튜브 (28) 및 증발관군 (29) 을 순서대로 통과하여 프론트 뱅크 튜브 (28) 및 증발관군 (29) 의 내부를 흐르는 물 또는 수증기와 열 교환하여 증기를 생성한다 (증기 생성 공정). 증발관군 (29) 을 통과할 때에는, 칸막이판 (41) 을 되돌아가도록 흐른다. 열 교환을 끝낸 연소 가스는, 연소 가스 배출 덕트 (38) 로부터, 이너트 가스로서 이너트 가스 공급관 (4) 에 유입된다. 이너트 가스 공급관 (4) 에 유입된 이너트 가스는, 스크러버 (5), 쿨러 (6) 및 드라이어 (7) 를 통하여, 부스터 팬 (8) 에 의해 LNG 탱크 (2) 내에 공급된다.

보일러 (3) 에서, 이너트 가스를 생성하지 않고, 증기만을 생성하는 경우에는, 상부 버너 (18) 에만 연료를 공급하고, 하부 버너 (20) 에는 연료를 공급하지 않는다. 즉, 상부 버너 (18) 에서만 연소를 실시하고, 하부 버너 (20) 에서는 연소를 실시하지 않는다. 또한, 하부 버너 (20) 에서 연소를 실시하지 않는 경우에도, 상부 버너 (18) 에서 연소를 실시하는 경우에는, 하부 버너 공기 공급로 (26) 에 형성된 유량 조정 밸브 (27) 의 개도를 조정하여, 소량의 공기를 하부 풍상 (21) 내에 공급한다. 하부 풍상 (21) 내에 공급된 공기는, 하부 풍상 (21) 내를 통하여 화로 (16) 내에 유입되므로, 화로 (16) 의 고온의 연소 가스 등이 하부 풍상 (21) 내에 유입되는 것을 방지하는 시일 에어 및 냉각 에어의 역할을 담당한다. 즉, 하부 버너 공기 공급로 (26) 를 유통하는 공기는, 하부 버너 (20) 의 연소를 실시하는 경우 (즉, 이너트 가스를 생성하는 경우) 에는 연소용 공기의 역할을 담당하고, 상부 버너 (18) 에서만 연소를 실시하고 하부 버너 (20) 에서는 연소를 실시하지 않는 경우 (즉, 증기만을 생성하는 경우) 에는 시일 에어 및 냉각 에어의 역할을 담당한다.

본 실시형태에 의하면, 이하의 작용 효과를 나타낸다.

본 실시형태에서는, 상부 버너 (18) 에 더하여, 화로 (16) 내에서 이너트 가스를 생성하기 위한 버너인 하부 버너 (20) 를 구비하고 있다. 따라서, 이너트 가스를 생성하는 전용의 장치 (IGG (Inert gas generator) 등) 를 형성하지 않고, 보일러 (3) 에 있어서, 가연성 가스와 반응하지 않는 산소 함유율이 된 산소 함유율 1 ％ 이하의 이너트 가스를 생성할 수 있다. 또, 이너트 가스를 생성할 때의 에너지에 의해 증기를 생성할 수 있다.

또, 상부 버너 (18) 가 화로 (16) 의 상부에 배치되고, 하부 버너 (20) 가 화로 (16) 의 하부에 배치되어 있다. 이로써, 상부 버너 (18) 와 하부 버너 (20) 를 떨어진 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 상부 버너 (18) 가 하부 버너 (20) 의 화염의 복사열에 의해 손상되는 것을 억제할 수 있고, 동시에, 하부 버너 (20) 가 상부 버너 (18) 의 화염의 복사열에 의해 손상되는 것을 억제할 수 있다. 또, 상부 버너 (18) 는, 하방을 향하여 화염을 형성하고 있기 때문에, 화로 (16) 의 하부에서는, 상부 버너 (18) 의 화염의 열 유속이 저하된다. 따라서, 하부 버너 (20) 를 화로 (16) 의 하부에 배치함으로써, 하부 버너 (20) 가 상부 버너 (18) 의 화염에 의해 손상되는 것을 더욱 억제할 수 있다.

또, 하부 버너 (20) 는, 상부 버너 (18) 로부터 떨어져 배치되어 있으므로, 상부 버너 (18) 의 배치 스페이스에 영향을 주지 않는다. 따라서, 상부 버너 (18) 의 설치 스페이스를 충분히 확보할 수 있다.

또, 측부 수랭벽 (32) 및 바닥부 수랭벽 (33) 과, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염 사이에 측부 내화재 (36) 및 바닥부 내화재 (35) 가 형성되어 있다. 이로써, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염과, 측부 수랭벽 (32) 및 바닥부 수랭벽 (33) 의 열 교환을 억제할 수 있기 때문에, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염이, 측부 수랭벽 (32) 및 바닥부 수랭벽 (33) 에 의해 냉각되기 어려워진다. 따라서, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염의 연소 온도를 높게 유지할 수 있기 때문에, 하부 버너 (20) 에 의한 연료의 연소가 촉진된다. 따라서, 하부 버너 (20) 의 연소에 의해 발생하는 연소 가스의 산소 함유율이 저하되므로, 화로 (16) 내에서, 보다 산소 함유율이 낮은 이너트 가스를 생성할 수 있다. 또, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염과, 측부 수랭벽 (32) 및 바닥부 수랭벽 (33) 이 직접 접촉하지 않기 때문에, 화염의 급랭에서 기인한 일산화탄소의 발생을 억제할 수 있다. 또, 화로 (16) 의 측부 수랭벽 (32) 의 전체면을 덮도록 내화재를 형성하고 있지 않다. 상세하게는, 하부 버너 (20) 가 형성되어 있는 전면 수랭벽 (23) 에는 내화재를 형성하고 있지 않다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 화로 (16) 에서의 흡열을 확보할 수 있다.

또, 하부 버너 (20) 를 화로 (16) 의 하부에 배치하고 있다. 이로써, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염의 범위를 한정적이게 할 수 있으므로, 내화재를 형성하는 범위를 적게 할 수 있다. 또, 화로 (16) 의 바닥부와, 화로 (16) 의 하부에 내화재를 형성하고 있으므로, 내화재를 설치하는 작업을 용이하게 할 수 있다.

또, 상부 버너 (18) 의 운전 중이며 하부 버너 (20) 의 정지 중에, 하부 버너 (20) 를 둘러싸는 하부 풍상 (21) 의 내부에 시일 가스를 공급하고 있다. 상부 버너 (18) 의 운전 중에는, 상부 버너 (18) 가 형성하는 화염에 의해, 화로 (16) 내에 고온의 연소 가스가 충만된다. 이 때, 하부 버너 (20) 를 둘러싸는 하부 풍상 (21) 의 내부에는, 시일 가스가 공급되고 있으므로, 화로 (16) 로부터 하부 풍상 (21) 의 내부에 유입하려고 하는 고온의 연소 가스가, 시일 가스에 의해 방해된다. 따라서, 하부 버너 (20) 의 정지 중에, 하부 풍상 (21) 내에 고온의 연소 가스가 유입되지 않아, 하부 버너 (20) 가 고온의 연소 가스에 노출되지 않는다. 이 결과, 상부 버너 (18) 의 운전 중이며 하부 버너 (20) 의 정지 중에, 상부 버너 (18) 가 형성하는 화염의 열에 의해, 하부 버너 (20) 가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또, 시일 가스는 저온이므로, 하부 버너 (20) 를 냉각시킬 수 있고, 이에 의해서도 하부 버너 (20) 가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

보일러 (3) 에서 생성한 이너트 가스를 연료 탱크에 공급하고 있다. 즉, 보일러 (3) 의 연소 배기 가스를 이너트 가스로서 사용할 수 있다. 따라서, 별도로 이너트 가스를 생성하는 장치를 형성할 필요가 없기 때문에, LNG 운반선 (1) 내의 스페이스를 스페이스 절약화할 수 있다. 또, 보일러 (3) 에 있어서, 가연성 가스와 반응하지 않는 산소 함유율이 된 산소 함유율 1 ％ 이하의 이너트 가스를 생성하고 있으므로, 보일러 (3) 로부터 배출된 이너트 가스에 대해, 추가로 산소 함유율을 저하시키는 처리를 실시하지 않고, LNG 탱크 (2) 에 공급할 수 있다.

〔제 2 실시형태〕

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해, 도 4 를 사용하여 설명한다.

본 실시형태에서는, 기본적으로 제 1 실시형태와 동일한 구조를 갖고, 주로, LNG 운반선 (60) 이, 특징이 상이한 보일러를 2 대 형성하고 있는 점이 제 1 실시형태와 상이하다. 따라서, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

본 실시형태에 관련된 LNG 운반선 (60) 은, 벤트관 (10) 으로부터 분기되는 제 1 가연성 가스 공급관 (51) 을 갖는다. 제 1 가연성 가스 공급관 (51) 은, 보일러 (50) 에 접속되고, 도중 위치에 형성된 공급용 컴프레서 (52) 에 의해, LNG 탱크 (2) 내의 가연성의 연료 가스가 보일러 (50) 에 공급된다. 또, 제 1 가연성 가스 공급관 (51) 의 도중 위치에서는, LNG 탱크 (2) 로부터 보일러 (56) 에 가연성 가스를 공급하는 제 2 가연성 가스 공급관 (54) 이 분기되어 있다. 또한, 제 2 가연성 가스 공급관 (54) 은, 제 1 가연성 가스 공급관 (51) 의 도중 위치에서 분기시키지 않고, LNG 탱크 (2) 와 보일러 (56) 를 직접 연결하도록 형성되어도 된다.

보일러 (56) 는, 제 1 실시형태에서 설명한 보일러 (3) 와 거의 동일한 구성을 갖지만, 구비되는 버너가 보일러 (3) 와는 상이하다. 구체적으로는, 보일러 (56) 는, 산소 함유율이 낮은 이너트 가스를 생성하는 버너 (55) 만이 형성되어 있고, 이 버너 (55) 가 보일러 (56) 의 상부에 형성되어 있다.

또, 보일러 (50) 는, 제 1 실시형태에서 설명한 보일러 (3) 와 거의 동일한 구성을 갖지만, 산소 함유율이 낮은 이너트 가스를 생성하는 하부 버너 (20), 하부 풍상 (21), 측부 내화재 (36) 및 바닥부 내화재 (35) 를 구비하고 있지 않은 점이 보일러 (3) 와 상이하다.

본 실시형태에 의하면, 이하의 작용 효과를 나타낸다.

본 실시형태에서는, 이너트 가스를 생성하는 보일러 (56) 와는 별도로, LNG 탱크 (2) 로부터 가연성의 연료 가스가 공급되는 보일러 (50) 가 형성되어 있다. 이로써, 이너트 가스를 생성하는 보일러 (56) 로부터 LNG 탱크 (2) 에 이너트 가스를 공급했을 때에, LNG 탱크 (2) 내로부터 배출되는 가연성의 연료 가스 및 이너트 가스를, 보일러 (50) 에서 연소 처리할 수 있다. 따라서, LNG 탱크 (2) 내로부터 배출되는 가연성의 연료 가스 및 이너트 가스를, 보일러 (50) 에서 연소 처리함과 함께, 증기를 생성할 수 있고, 이 증기를 LNG 운반선 (1) 내의 기기에서 이용함으로써, LNG 운반선 (1) 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 각 실시형태에 관련된 발명에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 적절히 변형이 가능하다. 예를 들어, 제 2 실시형태에서는, 보일러 (56) 와 보일러 (50) 를 제 1 실시형태에서 설명한 보일러 (3) 와는 다른 구조의 보일러로 했지만, 보일러 (56) 및 보일러 (50) 는, 보일러 (3) 와 동일한 구조여도 된다.

또, 상기 각 실시형태에서는, 화로 (16) 의 전체면에는 내화재를 형성하지 않고, 하부 버너 (20) 가 형성되어 있는 면에는 내화재를 형성하고 있지 않지만, 화로 (16) 의 측벽의 전체면에 내화재를 형성해도 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염과 측부 수랭벽 (32) 의 열 교환을 보다 억제하여, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염의 연소 온도를 보다 높게 유지할 수 있다. 또, 하부 버너 (20) 가 형성하는 화염과 측부 수랭벽 (32) 이 직접 접촉하는 것을 보다 억제하여, 일산화탄소의 발생을 보다 억제할 수 있다.

1 : LNG 운반선
2 : LNG 탱크 (연료 탱크)
3 : 보일러
4 : 이너트 가스 공급관
16 : 화로
17 : 증기 생성부
18 : 상부 버너 (제 1 버너)
19 : 상부 풍상
20 : 하부 버너 (제 2 버너)
21 : 하부 풍상
22 : 천정부 수랭벽
23 : 전면 수랭벽
25 : 상부 버너 공기 공급로
26 : 하부 버너 공기 공급로
27 : 유량 조정 밸브
29 : 증발관군
32 : 측부 수랭벽 (수랭벽)
33 : 바닥부 수랭벽 (수랭벽)
34 : 수랭관
35 : 바닥부 내화재 (내화재)
36 : 측부 내화재 (내화재)
50 : 보일러

Claims

화로와,
상기 화로 내에서 연료를 연소시키는 제 1 버너와,
상기 제 1 버너와 별도로 형성되고, 상기 화로 내에서 연료를 연소시켜 이너트 가스를 생성하는 제 2 버너를 구비하고,
상기 제 1 버너는, 상기 화로의 상부에 배치되고, 하방을 향하여 화염을 형성하고,
상기 제 2 버너는, 상기 화로의 하부에 배치되는, 보일러.
제 1 항에 있어서,
상기 화로의 노 바닥 및 상기 화로의 하부의 측벽을 따르도록 형성되는 수랭벽과,
상기 수랭벽과 상기 제 2 버너가 형성하는 화염 사이에 형성되는 내화재를 구비한, 보일러.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 버너를 둘러싸는 풍상과,
상기 제 1 버너의 운전 중이며 상기 제 2 버너의 정지 중에, 상기 풍상의 내부에 시일 가스를 공급하는 팬을 구비하는, 보일러.
제 1 항에 기재된 보일러와,
상기 보일러에서 생성한 상기 이너트 가스가 공급되는 연료 탱크를 구비한, 선박.
제 4 항에 있어서,
상기 보일러와는 별도로 형성되고, 상기 연료 탱크로부터 연료 가스가 공급되는 다른 보일러를 구비한, 선박.
보일러에 있어서 이너트 가스를 생성하는 이너트 가스 생성 방법으로서,
상기 보일러는, 화로와, 상기 화로 내에서 연료를 연소시키는 제 1 버너와, 상기 제 1 버너와 별도로 형성되고 상기 화로 내에서 연료를 연소시켜 이너트 가스를 생성하는 제 2 버너와, 상기 화로에서 발생한 연소 배기 가스에 의해 증기를 생성하는 증기 생성부를 갖고,
상기 제 1 버너는, 상기 화로의 상부에 배치되고, 하방을 향하여 화염을 형성하고,
상기 제 2 버너는, 상기 화로의 하부에 배치되고,
상기 제 2 버너에서만 연료를 연소시키는 제 2 버너 연소 공정과,
상기 증기 생성부에서 증기를 생성하는 증기 생성 공정을 구비한, 이너트 가스 생성 방법.