KR20230156369A - Apparatus and method for burning purge gas - Google Patents
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Abstract
암모니아 연료공급식 엔진(112)에 연료를 공급하는 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 발생하는 퍼지 가스를 연소시키기 위한 장치(100) 및 방법이며, 상기 장치(100)는 보일러 시스템(102)으로서, 버너(104), 연료를 공급하여 버너(104) 내에서 보조 화염을 지속하도록 구성된 연료 입구(111), 및 암모니아 연료공급식 엔진(112)으로부터 퍼지 가스를 단속적으로 수용하고 퍼지 가스를 버너(104)에 공급하도록 구성된 퍼지 가스 입구(121)로서, 퍼지 가스는 암모니아와 불활성 가스의 혼합물을 포함하는, 퍼지 가스 입구(121)를 포함하는, 보일러 시스템(102)을 포함하며, 버너(104)는 보조 화염으로 암모니아를 연소시키도록 구성된다.An apparatus (100) and method for combusting purge gas generated from an ammonia fuel system (108) that supplies fuel to an ammonia fueled engine (112), wherein the apparatus (100) is a boiler system (102) comprising a burner. (104), a fuel inlet (111) configured to supply fuel to sustain an auxiliary flame within the burner (104), and a fuel inlet (111) configured to intermittently receive purge gas from the ammonia-fueled engine (112) and deliver the purge gas to the burner (104). A boiler system (102) comprising a purge gas inlet (121) configured to supply a purge gas inlet (121), wherein the purge gas comprises a mixture of ammonia and an inert gas, the burner (104) comprising an auxiliary It is configured to burn ammonia with a flame.
Description
본 발명은 암모니아 연료공급식(ammonia fueled) 엔진에 연료를 공급하는 암모니아 연료 시스템으로부터 발생하는 퍼지 가스를 연소시키기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for combusting purge gas from an ammonia fuel system that fuels an ammonia fueled engine.
오일 또는 가스로 구동되는 선박용 엔진은 관련 기술분야에 주지되어 있다. 선박용 증기 생산을 위한 오일 및 가스 연소 보일러도 관련 기술분야에 주지되어 있다. 일반적으로, 보일러 작동을 위한 연료의 선택은 선박용 엔진 작동을 위해 선택된 연료와 관련하여 이루어진다. 따라서, 선박용 엔진이 오일로 구동되는 경우에는, 보일러도 종종 오일로 구동된다. 그러나, 선박용 엔진과 보일러가 상이한 연료로 구동될 수도 있다.Marine engines powered by oil or gas are well known in the art. Oil and gas fired boilers for marine steam production are also well known in the art. Typically, the selection of fuel for boiler operation is made in relation to the fuel selected for marine engine operation. Accordingly, when marine engines are driven by oil, boilers are often driven by oil as well. However, marine engines and boilers may run on different fuels.
오늘날 대부분의 선박용 엔진의 한 가지 단점은 추진력을 제공할 때 선박용 엔진으로부터 배출되는 해양 대기 오염물, 특히 이산화탄소(CO2)이다. 환경적인 측면을 감안하면 CO2 배출뿐 아니라 기타 온실가스 배출도 감소되어야 한다는 것은 대체로 동의되고 있다. 해결책으로서, 대체 연료가 해양 산업에서 주목을 끌고 있다. 여기에는 메탄올, 수소, 암모니아 또는 생체재료의 변환물과 같은 연료가 포함된다. 그러나, 대체 연료를 도입하면, 예를 들어 다른 환경 문제와 같은 다른 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 대체 연료 중 일부를 사용하여 선박용 엔진에 동력을 공급함으로써, 이들 연료에서 발생하는 가스는 예를 들어 독성 때문에 예를 들어 종종 대기로 직접 배출되지 않을 수 있으며, 대기로 배출되기 전에 종종 제거될 필요가 있다. 이 후자의 경우는 예를 들어 암모니아를 연료로 사용할 때의 경우이다. 따라서, 대체 연료는 온실 가스 배출 측면에서 기존 연료에 비해 더 환경 친화적일 수 있지만, 극복해야 할 다른 문제가 여전히 존재한다.One drawback of most marine engines today is the marine air pollutants, particularly carbon dioxide (CO 2 ), emitted from marine engines when providing propulsion. Considering environmental aspects, it is generally agreed that not only CO2 emissions but also other greenhouse gas emissions should be reduced. As a solution, alternative fuels are gaining traction in the marine industry. These include fuels such as methanol, hydrogen, ammonia or biomaterial conversions. However, introducing alternative fuels may lead to other problems, for example other environmental issues. For example, by using some of the alternative fuels to power marine engines, the gases from these fuels may not be vented directly to the atmosphere, for example because of their toxicity, and often before being vented to the atmosphere. It needs to be removed. This latter case is the case, for example, when using ammonia as fuel. Therefore, alternative fuels may be more environmentally friendly than conventional fuels in terms of greenhouse gas emissions, but there are still other problems that need to be overcome.
이 문제의 일부에 대처하기 위한 시도로서, 문서 CN109140496호는 퍼지 가스 공급 파이프라인과 점화 가스 공급 파이프라인을 포함하는 암모니아 퍼지 가스를 열원으로 사용하는 보일러 점화 장치를 개시하고 있다.In an attempt to address some of this problem, document CN109140496 discloses a boiler ignition device using ammonia purge gas as a heat source comprising a purge gas supply pipeline and an ignition gas supply pipeline.
그러나, 이하에서 설명하듯이, 종래 기술은 대체 연료의 사용을 가능하게 하는 동시에 유독 가스가 대기로 배출되지 못하게 하거나 제한된 양으로 배출될 수 있게 하는 일련의 설계 기준에 적절히 대처하는 보다 환경 친화적인 해양 장치를 개시하고 있지 않으며, 특히 종래 기술은 상기 설계 기준 세트를 충족할 때 시간 경과에 따라 편리한 방식으로 사용될 수 있는 전체 장치를 어떻게 제공할 것인지를 개시하고 있지 않다.However, as explained below, the prior art provides a more environmentally friendly marine solution that allows for the use of alternative fuels while also addressing a set of design criteria that ensures that noxious gases are released into the atmosphere or are released in limited quantities. The prior art does not disclose a device, and in particular the prior art does not disclose how to provide an overall device that can be used in a convenient manner over time when meeting the above set of design criteria.
본 발명의 목적은 대체 연료의 사용을 가능하게 하는 동시에 유독 가스가 대기로 배출되지 못하게 하거나 제한된 양으로 배출될 수 있게 하는 일련의 설계 기준에 적절히 대처하는 보다 환경 친화적인 해양 장치를 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide a more environmentally friendly marine device that allows the use of alternative fuels and at the same time addresses a set of design criteria that ensures that toxic gases are not released into the atmosphere or are released in limited quantities.
이 목적은 암모니아 연료공급식 엔진에 연료를 공급하는 암모니아 연료 시스템으로부터 발생하는 퍼지 가스를 연소시키기 위한 장치에 의해 달성되며, 이 장치는,This object is achieved by means of an apparatus for combustion of purge gases arising from an ammonia fuel system supplying fuel to an ammonia fueled engine, the apparatus comprising:
보일러 시스템으로서, As a boiler system,
버너, burner,
연료를 공급하여 버너 내에서 보조 화염을 지속하도록 구성된 연료 입구, 및 a fuel inlet configured to supply fuel to sustain an auxiliary flame within the burner; and
암모니아 연료 시스템으로부터 퍼지 가스를 단속적으로 수용하고 퍼지 가스를 버너에 공급하도록 구성된 퍼지 가스 입구로서, 퍼지 가스는 암모니아와 불활성 가스의 혼합물을 포함하는, 퍼지 가스 입구를 포함하는, 보일러 시스템을 포함하며, a boiler system comprising a purge gas inlet configured to intermittently receive purge gas from an ammonia fuel system and supply purge gas to a burner, wherein the purge gas includes a mixture of ammonia and an inert gas;
버너는 보조 화염으로 암모니아를 연소시키도록 구성된다. The burner is configured to burn ammonia with an auxiliary flame.
바람직하게, 암모니아 연료공급식 엔진은 선박용 엔진이다. 암모니아 연료공급식 엔진은 엔진에 동력을 공급하기 위해 오늘날 사용되는 대부분의 화석 연료, 예를 들어 오일 및 가스와 비교하여 보다 환경 친화적인 연료, 즉 암모니아를 사용하기 때문에 유리하다. 이 장치는 암모니아 연료 시스템으로부터 발생하는 퍼지 가스를 대기로 배출하는 대신에 이 퍼지 가스를 연소시키기 때문에 유리하다. 퍼지 가스는 암모니아 연료공급식 엔진이 연료를 암모니아에서 다른 연료로 전환할 때 또는 암모니아 연료공급식 엔진이 통제된 방식으로 또는 비상 상황의 결과로 셧다운될 때 발생될 수 있다. 이 단계에서, 퍼지 가스는 독성이 있으므로 대기로 배출되어서는 안된다. 대신에, 퍼지 가스 입구는 암모니아 연료 시스템으로부터 발생하는 퍼지 가스를 수취하고 이 퍼지 가스를 버너에 공급한다. 버너에서 혼합물을 연소함으로써, 퍼지 가스는 유독 가스로서가 아니라, 대신에 주로 질소와 물로 구성된 연소 가스로서 대기 중에 배출된다. 따라서, 이 장치는 유독 가스를 대기로 배출하는 대신에 퍼지 가스를 버너 내에서 연소시킴으로써 안전 기구로서 작용한다고 할 수 있다. 따라서, 대체 연료, 즉 암모니아를 사용하는 동시에 유독 가스가 대기로 배출되지 않거나 가능한 한 적게 배출되는 보다 환경 친화적인 해양 장치가 달성된다.Preferably, the ammonia-fueled engine is a marine engine. Ammonia-fueled engines are advantageous because they use a more environmentally friendly fuel, ammonia, compared to most fossil fuels used today, such as oil and gas, to power engines. This device is advantageous because it combusts the purge gas from the ammonia fuel system instead of venting it to the atmosphere. Purge gases may be generated when an ammonia-fueled engine switches fuel from ammonia to another fuel or when an ammonia-fueled engine is shut down in a controlled manner or as a result of an emergency situation. At this stage, the purge gas is toxic and should not be vented to the atmosphere. Instead, the purge gas inlet receives purge gas from the ammonia fuel system and supplies this purge gas to the burner. By burning the mixture in a burner, the purge gas is not released into the atmosphere as a toxic gas, but instead as a combustion gas composed primarily of nitrogen and water. Therefore, it can be said that this device acts as a safety mechanism by burning purge gas within the burner instead of discharging toxic gas into the atmosphere. Thus, a more environmentally friendly marine device is achieved, which uses an alternative fuel, namely ammonia, while at the same time no or as little as possible toxic gases are emitted into the atmosphere.
바람직하게, 암모니아 연료공급식 엔진은 순수한 형태의 암모니아로 작동한다. 그러나, 암모니아는 소량의 물을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 암모니아는 다른 연료, 예를 들어 메탄올이나 에탄올 같은 알코올 또는 수소 같은 가스와 혼합될 수 있다는 것도 유의해야 한다. 암모니아가 보조 화염에 의해 연소되기에 너무 어려운 경우에는 암모니아를 다른 연료와 혼합하는 것이 유리할 수 있다.Preferably, ammonia-fueled engines operate on ammonia in pure form. However, it should be noted that ammonia may contain small amounts of water. It is also important to note that ammonia can be mixed with other fuels, such as alcohols such as methanol or ethanol, or gases such as hydrogen. In cases where ammonia is too difficult to combust with an auxiliary flame, it may be advantageous to blend ammonia with other fuels.
퍼지 가스는 암모니아와 불활성 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 불활성 가스는 질소일 수 있다. 바람직하게, 질소는 압축 질소이다. 그러나, 다른 불활성 가스도 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 암모니아가 다른 연료와 혼합되는 경우 퍼지 가스는 기타 연료도 포함할 것이라는 점에 유의해야 한다. 연료는 초기에 파일럿 화염을 제공하기 위해 공급될 수 있으며, 버너가 작동 모드로 가동될 때는 주 연료로 공급될 수도 있다. 파일럿 화염을 제공하기 위해 연료가 공급될 때, 연료는 주 연료의 점화를 위한 작은 화염이 제공될 수 있도록 소량일 수 있다. 파일럿 화염은 주 연료로 공급되는 연료를 점화하기 위한 것일 수 있다. 연료가 주 연료로 공급될 때, 연료는 파일럿 화염을 제공하기 위해 공급되는 연료에 비해 더 많은 양으로 공급된다. 바람직하게, 암모니아를 연소할 때, 주 연료는 퍼지 가스가 보조 화염에 의해 연소되도록 보조 화염으로서 작용한다. 암모니아의 완전한 연소를 보장하기 위해서는 보조 화염이 특정 크기여야 한다.The purge gas may include a mixture of ammonia and an inert gas. The inert gas may be nitrogen. Preferably, the nitrogen is compressed nitrogen. However, it should be noted that other inert gases may also be used. It should be noted that if ammonia is mixed with other fuels, the purge gas will also contain other fuels. Fuel may initially be supplied to provide a pilot flame or as main fuel when the burner is run in operating mode. When fuel is supplied to provide a pilot flame, the fuel may be in small quantities to provide a small flame for ignition of the main fuel. The pilot flame may be intended to ignite the fuel supplied as the main fuel. When fuel is supplied as the main fuel, the fuel is supplied in larger quantities compared to the fuel supplied to provide the pilot flame. Preferably, when burning ammonia, the main fuel acts as an auxiliary flame such that the purge gas is combusted by the auxiliary flame. The auxiliary flame must be of a certain size to ensure complete combustion of ammonia.
바람직하게, 보일러는 퍼지 가스를 연소시키기 위해 작동될 때, 보일러가 풀가동으로 작동할 때 연료가 제공되는 비율에 비해 15-50%, 바람직하게는 25-50%의 비율로 연료를 제공함으로써 보조 화염이 지속될 수 있다는 의미에서 풀가동에 비해 15-50%, 바람직하게는 25-50%로 작동할 수 있으며, 따라서 버너가 퍼지 가스 연소를 위해 작동되고 열 생산을 위해 풀가동으로 작동되지 않을 때에도 버너에 공급된 암모니아가 연소되도록 보장할 수 있다. 이와 관련하여, 열 생산은 증기 생산, 온수 가열, 열 유체 가열, 또는 보일러에 사용되는 임의의 기타 매체의 가열을 지칭할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 퍼지 가스는 통상적으로 주 연료에 비해 점화하기가 더 어렵기 때문에 보조 화염은 통상적으로 파일럿 화염보다 커야 한다. 연료 입구와 퍼지 가스 입구는 별개의 입구일 수 있다. 그러나, 이하에서 추가로 논의되듯이, 퍼지 가스가 기체와 액체를 둘 다 포함하는 경우, 액체는 연료 입구에 의해 버너에 공급될 수 있고 기체는 퍼지 가스 입구에 의해 버너에 공급될 수 있다.Preferably, when the boiler is operated to burn the purge gas, the boiler provides supplemental fuel at a rate of 15-50%, preferably 25-50%, compared to the rate at which fuel is provided when the boiler is operating at full operation. It can be operated at 15-50%, preferably 25-50%, of full operation, meaning that the flame can be sustained even when the burner is operating for purge gas combustion and not operating at full operation for heat production. It can be ensured that the ammonia supplied to the burner is burned. In this regard, it should be noted that heat production may refer to steam production, hot water heating, thermal fluid heating, or heating of any other medium used in a boiler. Because purge gases are typically more difficult to ignite than the main fuel, the auxiliary flame typically must be larger than the pilot flame. The fuel inlet and purge gas inlet may be separate inlets. However, as discussed further below, if the purge gas includes both a gas and a liquid, the liquid may be supplied to the burner by the fuel inlet and the gas may be supplied to the burner by the purge gas inlet.
버너는 증기 분무형 또는 압력 분무형일 수 있다. 버너가 증기 분무형인 경우에는 주 연료를 점화하기 위한 파일럿 연료를 제공하기 위해 연료가 공급될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 버너가 압력 분무형인 경우에, 연료는 통상적으로 주 연료로서만 공급된다. 대신에, 압력 분무형 버너는 주 연료를 점화하도록 구성된 스파크 점화기를 포함한다. 그러나, 버너가 증기 분무형인 경우에는, 주 연료를 점화하기 위한 스파크 점화기로서 파일럿 화염을 제공하기 위해 연료가 공급될 수 있다.Burners may be steam atomized or pressure atomized. It should be noted that if the burner is a vapor atomizing type, fuel may be supplied to provide pilot fuel for igniting the main fuel. If the burner is of the pressure atomizing type, fuel is usually supplied only as the main fuel. Instead, pressure atomizing burners include a spark igniter configured to ignite the primary fuel. However, if the burner is a vapor atomizing type, fuel may be supplied to provide a pilot flame as a spark igniter to ignite the main fuel.
보일러 시스템은 적어도 제1 모드와 제2 모드 중 하나로 작동하도록 구성될 수 있으며, The boiler system may be configured to operate in at least one of a first mode and a second mode,
제1 모드는 열이 생산되는 열 생산 모드이고, The first mode is a heat production mode in which heat is produced,
제2 모드는 보일러가 따뜻하게 유지되고 고속 작동할 준비가 되어 있거나 및/또는 파일럿 화염이 지속되는 암모니아 안전 퍼지 모드이다.The second mode is an ammonia safety purge mode where the boiler is kept warm and ready for high speed operation and/or the pilot flame is maintained.
제1 모드는 위에서 논의된 작동 모드일 수 있다. 제2 모드는 보일러가 고속 작동을 준비하거나 고속 시동을 준비하는 준비 모드일 수 있다. 제1 모드 및 제2 모드에서, 버너는 액티브 버너일 수 있다. 여기에서 "액티브 버너"라는 용어는 엔진의 셧다운이 언제든지 발생할 수 있기 때문에 언제든지 퍼지 가스 입구를 통해서 퍼지 가스를 수용할 준비가 되어 있는 버너를 의미한다. 버너가 액티브 버너인 경우, 버너는 작동 모드에 있거나, 퍼지 가스를 수용할 준비가 되어 있는 준비 모드에 있다.The first mode may be the mode of operation discussed above. The second mode may be a preparation mode in which the boiler prepares for high-speed operation or high-speed start-up. In the first mode and the second mode, the burner may be an active burner. The term “active burner” herein refers to a burner that is ready to receive purge gas through the purge gas inlet at any time, since shutdown of the engine may occur at any time. If the burner is an active burner, the burner is in an operating mode or in a ready mode ready to receive purge gas.
개시된 보일러 시스템은 보다 유연한 보일러 시스템이 달성되게 한다. 보다 유연한 보일러 시스템을 구비함으로써, 보일러 시스템을 버너의 주 목적인 열 생산을 위해서 뿐만 아니라 보다 다양한 방식으로 사용할 수 있다. 따라서 보일러 시스템은 퍼지 가스도 연소시키도록 구성될 수 있다. 상이한 모드 사이의 전환은 종래의 버너, 예를 들어 오일-연소식 버너 또는 가스-연소식 버너가 열 생산을 위해서 뿐만 아니라 퍼지 가스 연소를 위해서도 사용될 수 있음을 제공한다. 그러나, 버너가 두 가지 이상의 모드로 작동하도록 구성될 수 있다는 점에 유의해야 한다.The disclosed boiler system allows a more flexible boiler system to be achieved. By having a more flexible boiler system, the boiler system can be used in more ways than just for heat production, which is the main purpose of the burner. Accordingly, the boiler system may be configured to also burn the purge gas. Switching between the different modes provides that conventional burners, for example oil-fired burners or gas-fired burners, can be used not only for heat production but also for purge gas combustion. However, it should be noted that the burner may be configured to operate in more than one mode.
보일러 시스템은 제1 모드의 적어도 제1 서브-모드와 제2 서브-모드 중 하나로 작동하도록 구성될 수 있으며, 제1 서브-모드에서는 열 생산을 위해 주 화염이 버너 내에서 지속되고 퍼지 가스가 버너에 공급되지 않으며, 제2 서브-모드에서는 열 생산을 위해 주 화염이 버너 내에서 지속되고 퍼지 가스가 버너에 공급되며 암모니아는 보조 화염으로서 작용하는 주 화염에 의해 연소된다.The boiler system may be configured to operate in one of at least a first sub-mode and a second sub-mode of the first mode, wherein the main flame is sustained within the burner for heat production and a purge gas is supplied to the burner. is not supplied to the burner, and in the second sub-mode the main flame continues within the burner for heat production, a purge gas is supplied to the burner and ammonia is burned by the main flame acting as an auxiliary flame.
제1 모드의 제1 서브-모드는 주 연료로부터 열을 생산하도록 구성될 수 있다. 제1 모드의 제2 서브-모드는 주 연료와 퍼지 가스로부터 열을 생산하여 퍼지 가스를 연소시키도록 구성될 수 있다.A first sub-mode of the first mode may be configured to produce heat from the main fuel. The second sub-mode of the first mode may be configured to produce heat from the main fuel and purge gas to combust the purge gas.
보일러 시스템은 먼저 파일럿 화염을 점화하고 이어서 파일럿 화염으로부터 보조 화염을 점화함으로써 보조 화염을 점화시키거나, 파일럿 화염이 지속되는 경우 파일럿 화염으로부터 보조 화염을 직접 점화시키고 퍼지 가스를 버너에 공급하여 암모니아를 보조 화염으로 연소시키도록 구성될 수 있다.The boiler system ignites the auxiliary flame by first igniting the pilot flame and then igniting the auxiliary flame from the pilot flame, or, if the pilot flame persists, igniting the auxiliary flame directly from the pilot flame and supplying purge gas to the burner to ignite the ammonia. It may be configured to burn with a flame.
바람직하게, 각각의 입구는 하나 이상의 밸브에 의해 제어될 수 있다. 하나 이상의 밸브는 적어도 두 개의 모드 사이 및/또는 제1 모드의 제1 서브-모드와 제2 서브-모드 사이의 전환이 가능할 수 있도록 연료 입구와 퍼지 가스 입구를 개폐하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 밸브는 연료 입구를 독립적으로 개폐하고 퍼지 가스 입구를 독립적으로 개폐하도록 구성될 수 있다.Preferably, each inlet can be controlled by one or more valves. One or more valves may be configured to open and close the fuel inlet and the purge gas inlet to enable switching between at least two modes and/or between a first sub-mode and a second sub-mode of the first mode. One or more valves may be configured to independently open and close the fuel inlet and independently open and close the purge gas inlet.
연료 입구는 연료 공급 라인을 거쳐서 연료 소스에 연결될 수 있고, 연료 소스는 액화 천연 가스(LNG), 증류물 및 잔류 연료로 구성된 그룹에서 선택되는 연료를 공급하도록 구성될 수 있다. 이것은 예를 들어 디젤, 선박용 경유(MGO), 저유황유(VLSFO), 중유(HFO)를 포함할 수 있다. 연료는 바이오연료일 수도 있다. 암모니아, 수소 및 메탄올과 같은 다른 형태의 연료도 연료로 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 연료는 두 가지 형태의 연료를 포함할 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 두 가지 형태의 연료는 상호 예비혼합되어 동일한 연료 소스로부터 공급될 수 있거나, 분리 유지되어 두 개의 상이한 연료 소스로부터 공급될 수 있다. 연료 소스는 예를 들어 탱크일 수 있다. 연료가 두 개의 상이한 연료 소스로부터 공급되는 두 가지 형태의 연료를 포함하는 경우, 이들 연료 소스는 각각의 연료 탱크에서 버너까지 하나의 공급 라인을 각각 가질 수 있지만, 공유할 수도 있다. 두 가지 형태의 연료가 각각 공급 라인을 갖는 두 개의 상이한 연료 소스로부터 공급되는 경우, 이들은 연료 입구를 각각 가질 수도 있거나, 또는 대안적으로 두 개의 상이한 연료 소스로부터의 연료가 공통 입구를 통해서 버너에 도입될 수 있도록 두 개의 상이한 공급 라인에 연결되는 하나의 연료 입구가 존재한다. 다른 연료 소스는 액화 천연 가스(LNG), 증류물 및 잔류 연료로 구성된 그룹에서 선택되는 연료를 공급하도록 구성될 수 있다. 이것은 예를 들어 디젤, 선박용 경유(MGO), 저유황유(VLSFO), 중유(HFO)를 포함할 수 있다. 연료는 바이오연료일 수도 있다. 암모니아, 수소 및 메탄올과 같은 다른 형태의 연료도 연료로 사용될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.The fuel inlet may be connected via a fuel supply line to a fuel source, which may be configured to supply a fuel selected from the group consisting of liquefied natural gas (LNG), distillate and residual fuel. This may include, for example, diesel, marine diesel fuel (MGO), low sulfur fuel oil (VLSFO) and heavy fuel oil (HFO). The fuel may be biofuel. It should be noted that other forms of fuel such as ammonia, hydrogen and methanol can also be used as fuel. It should be noted that fuel may contain two types of fuel. The two types of fuel may be premixed together and supplied from the same fuel source, or may be kept separate and supplied from two different fuel sources. The fuel source may be a tank, for example. If the fuel contains two types of fuel supplied from two different fuel sources, these fuel sources may each have one supply line from each fuel tank to the burner, but may also share. If the two types of fuel are supplied from two different fuel sources each with a supply line, they may each have a fuel inlet, or alternatively the fuel from the two different fuel sources is introduced to the burner through a common inlet. There is one fuel inlet connected to two different supply lines so that Other fuel sources may be configured to supply fuel selected from the group consisting of liquefied natural gas (LNG), distillates, and residual fuels. This may include, for example, diesel, marine diesel fuel (MGO), low sulfur fuel oil (VLSFO) and heavy fuel oil (HFO). The fuel may be biofuel. It should be noted that other forms of fuel such as ammonia, hydrogen and methanol may also be used as fuel.
상기 장치는 암모니아 연료 시스템을 추가로 포함할 수 있으며, 이 암모니아 연료 시스템은, The device may further include an ammonia fuel system, the ammonia fuel system comprising:
암모니아를 저장하기 위한 암모니아 연료 소스, Ammonia fuel source for storing ammonia,
연료 공급 시스템, fuel supply system,
암모니아 연료공급식 엔진, 및 an ammonia-fueled engine, and
불활성 가스를 함유하는 퍼지 소스로서, 암모니아 연료 시스템의 부품을 통해서 불활성 가스를 플러싱함으로써 암모니아 연료 시스템의 부품으로부터 퍼지 가스 입구로 암모니아를 추방하도록 구성된 퍼지 소스를 포함한다. A purge source containing an inert gas, comprising a purge source configured to expel ammonia from components of the ammonia fuel system to the purge gas inlet by flushing the inert gas through the components of the ammonia fuel system.
이것은 암모니아 연료 시스템의 파이프라인 내에 불필요한 연료가 존재하지 않도록 보장하므로 유리하다. 따라서, 전술했듯이 암모니아 연료공급식 엔진이 연료를 전환하거나 셧다운될 때 파이프라인 내에 암모니아가 존재할 수 있는데 이는 대기로 배출되지 않아야 하며 암모니아 연료 소스로 되돌아가지 않아야 한다. 암모니아 연료 시스템의 이들 부품을 통해 불활성 가스를 플러싱함으로써, 파이프라인에 남아 있을 수 있는 암모니아는 암모니아 연료 시스템으로부터 강제 배출되어 암모니아와 불활성 가스의 혼합물을 형성하고, 이 혼합물은 보일러 시스템으로 향할 수 있다. 혼합물은 예를 들어, 암모니아와 불활성 가스의 혼합물이 기체상 및 액체상의 혼합물일 수도 있다는 점을 고려하여 증발기 및/또는 분리기를 경유하여 이동될 수 있다. 불활성 가스에 의해 암모니아를 암모니아 연료 시스템 밖으로 강제 배출하는 것은 거의 모든 암모니아가 암모니아 연료 시스템으로부터 배출되게 한다. 이로 인해, 보다 안전하고 환경 친화적인 장치가 달성된다.This is advantageous as it ensures that no unnecessary fuel is present within the pipeline of an ammonia fuel system. Therefore, as described above, when an ammonia-fueled engine switches fuel or is shut down, ammonia may be present in the pipeline, which should not be vented to the atmosphere or returned to the ammonia fuel source. By flushing inert gas through these parts of the ammonia fuel system, any ammonia that may remain in the pipeline can be forced out of the ammonia fuel system to form a mixture of ammonia and inert gas, which can then be directed to the boiler system. The mixture may be transferred via an evaporator and/or separator, taking into account that the mixture of, for example, ammonia and the inert gas may be a mixture of gaseous and liquid phases. Forcing the ammonia out of the ammonia fuel system by means of an inert gas causes almost all of the ammonia to escape from the ammonia fuel system. This results in a safer and more environmentally friendly device.
암모니아는 암모니아 연료 시스템의 부품으로부터 추방될 수 있다. 바람직하게, 암모니아는 엔진에 가까운 부품으로부터 추방될 수 있는데, 왜냐면 이들 부품 내에 더러운 암모니아가 있을 수 있고 더러운 암모니아를 혼합하여 암모니아 연료 소스로 복귀시키는 일이 방지되어야 하기 때문이다.Ammonia can be expelled from components of an ammonia fuel system. Preferably, ammonia can be expelled from parts close to the engine, since these parts may contain dirty ammonia and mixing of dirty ammonia back into the ammonia fuel source should be prevented.
바람직하게, 암모니아 연료 시스템으로부터 강제 배출된 암모니아는 암모니아 연료 시스템 내의 다른 부품으로 강제 이동될 수 없어야 하며 시스템 밖으로 배출되어야 한다. 암모니아 연료 시스템은 암모니아가 암모니아 연료 시스템으로부터 강제 배출될 때 암모니아의 유동을 제어하도록 구성된 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다.Preferably, ammonia forced out of the ammonia fuel system should not be able to migrate to other parts of the ammonia fuel system and should be forced out of the system. The ammonia fuel system may include one or more valves configured to control the flow of ammonia as the ammonia is forced out of the ammonia fuel system.
상기 장치는 추방될 필요가 없는 암모니아를 관리하는 연료 밸브 트레인 및 재순환을 추가로 포함할 수 있다. 이는 예를 들어 통상적으로, 연료 탱크에 비교적 가까운 암모니아 연료 시스템의 부품에 존재하는 암모니아일 수 있다. 이러한 암모니아는 통상적으로 먼지와 물을 너무 많이 취입하지 않으며 통상적으로 연료 탱크로 복귀될 수 있다.The device may further include a fuel valve train and recirculation to manage ammonia that does not need to be expelled. This could be, for example, ammonia present in parts of the ammonia fuel system, typically relatively close to the fuel tank. This ammonia typically does not pick up too much dust and water and can usually be returned to the fuel tank.
암모니아와 불활성 가스의 혼합물은 기체 암모니아, 액체 암모니아 및 불활성 가스를 포함할 수 있다.The mixture of ammonia and inert gas may include gaseous ammonia, liquid ammonia, and inert gas.
상기 장치는 액체 암모니아를 기체 암모니아로 증발시켜 버너에 공급될 암모니아와 불활성 가스의 기체상 혼합물을 제공하도록 구성된 증발기를 추가로 포함할 수 있다. 혼합물이 액체 암모니아와 기체 암모니아를 둘 다 포함한다는 것은 통상적으로 버너에 대해 최적하지 않다. 따라서, 버너는 통상 액체 또는 기체를 필요로 하지만, 통상적으로 액체와 기체의 혼합물에서는 잘 작동하지 않는다. 따라서, 혼합물이 액체와 기체를 둘 다 포함할 수 있으면, 액체나 기체 중 하나로 변환될 필요가 있을 수 있다. 상기 장치에 증발기를 도입함으로써, 버너에 공급되는 퍼지가 퍼지 가스만 포함할 수 있도록 액체 암모니아를 기체 암모니아로 증발시킬 수 있다. 따라서, 증발기는 기체상 퍼지만 버너에 의해 수용된다는 점에서 유리할 수 있다. 바람직하게, 증발기는 퍼지 가스가 퍼지 가스 입구에 공급되기 전에 증발기에 공급되도록 구성된다.The apparatus may further include an evaporator configured to evaporate liquid ammonia into gaseous ammonia to provide a gaseous mixture of ammonia and inert gas to be fed to the burner. It is typically not optimal for the burner that the mixture contains both liquid and gaseous ammonia. Therefore, burners typically require liquid or gas, but typically do not work well with mixtures of liquid and gas. Therefore, if a mixture may contain both a liquid and a gas, it may need to be converted to either the liquid or the gas. By introducing an evaporator into the device, liquid ammonia can be evaporated into gaseous ammonia so that the purge supplied to the burner contains only purge gas. Accordingly, the evaporator may be advantageous in that only the gaseous purge is received by the burner. Preferably, the evaporator is configured such that purge gas is supplied to the evaporator before it is supplied to the purge gas inlet.
상기 장치는 기체 암모니아 및 불활성 가스로부터 액체 암모니아를 분리하여 버너에 공급될 암모니아와 불활성 가스의 기체상 혼합물을 제공하도록 구성된 분리기를 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 상기 장치에 분리기를 도입함으로써, 기체 암모니아 및 불활성 가스로부터 액체 암모니아를 분리할 수 있고 따라서 버너에 공급되는 퍼지가 퍼지 가스만 포함할 수 있다. 분리기는 기체/액체 분리기일 수 있으며, 통상적으로 출구에 데미스터를 갖는 드럼 또는 탱크일 수 있다. 퍼지의 액체상은 액체상이 액체 주 연료와 혼합되도록 주 연료 공급 시스템에 연결될 수 있다. 상기 장치는 증발기와 분리기를 둘 다 포함할 수 있거나 그 중 하나만 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.The apparatus may additionally or alternatively include a separator configured to separate liquid ammonia from gaseous ammonia and inert gas to provide a gaseous mixture of ammonia and inert gas to be fed to the burner. By introducing a separator in the device, it is possible to separate liquid ammonia from gaseous ammonia and inert gases and thus ensure that the purge supplied to the burner contains only purge gas. The separator may be a gas/liquid separator, typically a drum or tank with a demister at the outlet. The liquid phase of the purge may be connected to the main fuel supply system such that the liquid phase is mixed with the liquid main fuel. It should be noted that the device may include both an evaporator and a separator or only one of them.
증발기는 예를 들어, 그 액체상의 대부분이 분리기에서 제거된 퍼지 가스가 퍼지 가스 입구에 공급되기 전에 증발기에 공급되도록 분리기의 하류에 배치될 수 있다.The evaporator may, for example, be arranged downstream of the separator such that purge gas from which most of its liquid phase has been removed is supplied to the evaporator before being supplied to the purge gas inlet.
버너는 적어도 두 개의 상이한 연료를 한 번에 하나씩 또는 동시에 연소하도록 구성된 다중-연료 버너일 수 있다. 이것은 하나 초과의 연료가 버너에 동력을 공급하도록 또는 버너에 의해 연소되도록 구성될 수 있다는 점에서 유리하다. 다중-연료 버너는 적어도 두 개의 상이한 연료, 바람직하게 두 개의 상이한 액체 연료를 바람직하게 한 번에 하나씩 연소하도록 구성될 수 있다. 다중-연료 버너는 하나 이상의 기체 연료의 연소와 조합하여 하나 이상의 액체 연료를 연소하도록 구성될 수 있으며, 여기에서는 한 번에 하나 이상의 기체 연료, 바람직하게 하나의 기체 연료가 연소되는 것과 동시에 한 번에 하나 이상의 액체 연료, 바람직하게 하나의 액체 연료가 연소된다.The burner may be a multi-fuel burner configured to burn at least two different fuels one at a time or simultaneously. This is advantageous in that more than one fuel can be configured to power the burner or be combusted by the burner. A multi-fuel burner may be configured to burn at least two different fuels, preferably two different liquid fuels, preferably one at a time. A multi-fuel burner may be configured to burn one or more liquid fuels in combination with the combustion of one or more gaseous fuels, wherein more than one gaseous fuel is being burned at a time, preferably one gaseous fuel at a time. At least one liquid fuel, preferably one liquid fuel, is combusted.
상기 장치는 액체 암모니아가 연료와 혼합되도록 연료 공급 라인에 대한 액체 암모니아 연결을 통해서 연결되는 액체 암모니아 입구를 추가로 포함할 수 있다. 이것은 상기 장치가 분리기 및/또는 증발기를 포함하는 경우 유리할 수 있다. 그러한 경우, 퍼지 가스로부터 분리된 액체 암모니아는 연료와 혼합되어 여전히 버너에 도달하지만 퍼지 가스 혼합물과 비교하여 다른 혼합물로 도달하도록 구성될 수 있다.The device may further include a liquid ammonia inlet connected through a liquid ammonia connection to a fuel supply line to allow the liquid ammonia to mix with the fuel. This may be advantageous if the device includes a separator and/or evaporator. In such cases, the liquid ammonia separated from the purge gas may be configured to mix with the fuel and still reach the burner, but in a different mixture compared to the purge gas mixture.
상기 장치는 연소 공기를 버너에 제공하도록 구성된 연소 팬을 추가로 포함할 수 있다. 연소 팬은 사전-설정된 요건에 기초하여 특정 양의 연소 공기를 공급하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 보일러 시스템 내에는 연료 보다 연소 공기가 10-15% 더 많아야 한다. 연소 공기의 이 비율은 통상적으로 연료뿐 아니라 퍼지 가스도 완전히 연소시키기 위해 필요하다. 연소가 완전하지 않으면, 노가 더러워질 수 있으며, 탄소산화물, CO 함량이 원하는 것보다 높은 검은 배기 가스가 발생할 수 있다.The device may further include a combustion fan configured to provide combustion air to the burner. Combustion fans can be configured to supply a specific amount of combustion air based on pre-established requirements. Preferably, there should be 10-15% more combustion air than fuel in the boiler system. This proportion of combustion air is typically required to completely combust not only the fuel but also the purge gas. If combustion is not complete, the furnace can become dirty and black exhaust gases with higher than desired carbon oxide and CO content can be produced.
상기 장치는 암모니아 연료 시스템으로부터 버너에 공급되는 퍼지 가스의 유동을 제어하도록 구성된 가스 밸브 트레인을 추가로 포함할 수 있다.The apparatus may further include a gas valve train configured to control the flow of purge gas supplied to the burner from the ammonia fuel system.
연소 팬은 추가적으로 또는 대안적으로, 퍼지 가스를 버너로 인도하도록 구성될 수도 있다. 연소 팬은 퍼지 가스 입구를 포함할 수 있고, 연소 팬은 퍼지 가스를 연소 공기와 혼합하고 퍼지 가스와 연소 공기의 혼합물을 버너에 제공하도록 구성될 수 있다.The combustion fan may additionally or alternatively be configured to direct purge gas to the burner. The combustion fan may include a purge gas inlet, and the combustion fan may be configured to mix the purge gas with combustion air and provide the mixture of purge gas and combustion air to the burner.
연소 팬이 퍼지 가스를 버너로 인도하도록 구성되면, 가스 밸브 트레인은 장치에서 제외될 수 있다. 대신에, 연소 팬은 암모니아 연료 시스템으로부터 버너에 공급되는 퍼지 가스의 유동을 제어 및 인도하도록 구성될 수 있다. 연소 팬에서, 퍼지 가스는 연소 공기와 혼합될 수 있다. 혼합물은 버너로 인도될 수 있고, 혼합물은 보조 화염에 의해 연소될 수 있다. 그러나, 상기 장치는 퍼지 가스를 인도하기 위한 연소 팬과 가스 밸브 트레인을 둘 다 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 연소 팬은 퍼지 가스용으로 설계될 수 있다. 연소 팬에 포함되는 퍼지 가스 입구는 연소 공기와의 최적 혼합을 보장할 수 있다. 또한, 연소 팬은 퍼지 가스의 역류를 방지하도록 구성될 수 있다.If the combustion fan is configured to direct purge gas to the burner, the gas valve train may be excluded from the device. Instead, the combustion fan may be configured to control and direct the flow of purge gas supplied to the burner from the ammonia fuel system. In the combustion fan, purge gas may be mixed with combustion air. The mixture can be guided to a burner, and the mixture can be combusted by an auxiliary flame. However, it should be noted that the device may include both a combustion fan for delivering purge gas and a gas valve train. The combustion fan may be designed for purge gas. A purge gas inlet included in the combustion fan can ensure optimal mixing with the combustion air. Additionally, the combustion fan may be configured to prevent backflow of purge gas.
또한, 상기 장치가 증발기 및/또는 분리기를 포함하는 경우, 연소 팬은 증발기 및/또는 분리기의 하류에 배치되는 것이 바람직하다.Additionally, if the device comprises an evaporator and/or separator, the combustion fan is preferably arranged downstream of the evaporator and/or separator.
전술한 목적은 또한 암모니아 연료공급식 엔진에 연료를 공급하는 암모니아 연료 시스템으로부터 발생하는 퍼지 가스를 연소시키기 위한 방법에 의해 달성되며, 이 방법은 The foregoing object is also achieved by a method for combustion of purge gases arising from an ammonia fuel system fueling an ammonia fueled engine, the method comprising:
보일러 시스템에 포함된 버너 내에서 보조 화염을 지속하는 단계로서, 보조 화염은 연료 입구에 의해 공급되는 연료에 의해 지속되는 단계;sustaining an auxiliary flame within a burner included in a boiler system, the auxiliary flame being sustained by fuel supplied by a fuel inlet;
퍼지 가스를 단속적으로 공급하는 단계로서, 퍼지 가스는 퍼지 가스 입구에 의해 암모니아 연료 시스템으로부터 버너에 공급되며, 퍼지 가스는 암모니아와 불활성 가스의 혼합물을 포함하는 단계; 및intermittently supplying a purge gas, wherein the purge gas is supplied to the burner from the ammonia fuel system by a purge gas inlet, the purge gas comprising a mixture of ammonia and an inert gas; and
버너 내의 암모니아를 보조 화염으로 연소시키는 단계를 포함한다.and combusting the ammonia in the burner with an auxiliary flame.
따라서, 상기 방법은 암모니아가 연소되기 전에 버너 내의 암모니아 연료 시스템으로부터 퍼지 가스를 수용하는 단계를 포함한다.Accordingly, the method includes receiving a purge gas from the ammonia fuel system within the burner before the ammonia is combusted.
상기 방법에 따르면, 보일러 시스템은 적어도 제1 모드와 제2 모드 중 하나로 작동하도록 구성될 수 있으며, According to the method, the boiler system can be configured to operate in at least one of the first mode and the second mode,
제1 모드는 열이 생산되는 열 생산 모드이고, The first mode is a heat production mode in which heat is produced,
제2 모드는 보일러가 따뜻하게 유지되고 고속 작동할 준비가 되어 있거나 및/또는 파일럿 화염이 지속되는 암모니아 안전 퍼지 모드이다.The second mode is an ammonia safety purge mode where the boiler is kept warm and ready for high speed operation and/or the pilot flame is maintained.
상기 장치와 관련하여 전술한 추가의 다른 바람직한 실시예는 상기 방법에도 동일하게 적용될 수 있다.The further preferred embodiments described above in relation to the device can equally be applied to the method.
상기 장치는 선상에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 방법은 선상에서 실행되는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 장치도 방법도 선상에서의 사용으로 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 상기 장치 및 방법은 엔진과 보일러가 서로 가깝게 위치하는 다른 용도에서도 유용할 수 있다. 이것은 예를 들어 선박 이외의 다른 해양 용도에서도 유용할 수 있다. 그것은 예를 들어 오일 또는 가스의 시추에 사용되는 종류의 플랫폼과 같은 플랫폼일 수도 있다. 상기 장치 및 방법은 육상 용도에도 유용할 수 있다. 상기 장치 및 방법은 예를 들어 벌목 또는 채광 용도에 사용될 수 있다.The device is preferably placed on board. The method is preferably carried out on board a ship. However, it should be noted that neither the device nor the method is limited to use on board ships. The above apparatus and method may also be useful in other applications where engines and boilers are located close to each other. This could also be useful in other marine applications other than ships, for example. It may be a platform, for example of the type used for drilling for oil or gas. The devices and methods may also be useful for terrestrial applications. The devices and methods may be used for logging or mining applications, for example.
일반적으로, 청구범위에 사용되는 모든 용어는, 본 명세서에서 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 기술분야에서의 그 보편적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "관사/정관사에 의해 수식되는 [요소, 장치, 구성요소, 수단, 단계 등]"에 대한 모든 언급은 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 상기 요소, 장치, 구성요소, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 예를 언급하는 것으로 개방형으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 개시된 임의의 방법의 단계는, 명시적으로 언급되지 않는 한, 개시된 정확한 순서로 수행될 필요가 없다.In general, all terms used in the claims, unless explicitly defined otherwise in the specification, should be interpreted according to their common meaning in the technical field. Any reference to “[element, device, component, means, step, etc.] modified by an article/definite article” refers to at least one of said element, device, component, means, step, etc., unless explicitly stated otherwise. It should be interpreted as open-ended, referring to a single example. The steps of any method disclosed herein need not be performed in the exact order disclosed unless explicitly stated.
본 발명의 상기 목적, 특징 및 장점뿐 아니라 추가적인 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 예시적이고 비제한적인 상세한 설명을 통해서 더 잘 이해될 것이며, 도면에서 유사한 요소에는 동일한 참조 번호가 사용될 것이다.
도 1은 암모니아 연료공급식 엔진으로부터 발생하는 퍼지 가스를 연소시키기 위한 장치를 개시한다.
도 2는 암모니아 연료공급식 엔진으로부터 발생하는 퍼지 가스를 연소시키기 위한 방법을 도시하는 흐름도를 개시한다.The above objects, features and advantages as well as additional objects, features and advantages of the present invention will be better understood through the following illustrative and non-limiting detailed description of preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, which are similar to those in the drawings. The same reference numbers will be used for elements.
1 discloses an apparatus for combusting purge gas from an ammonia fueled engine.
Figure 2 discloses a flow diagram illustrating a method for combusting purge gas from an ammonia fueled engine.
이제 본 발명은 이하에서 첨부 도면을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이며, 도면에는 본 발명의 현재 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구체화될 수 있고, 본 명세서에 제시된 실시예로 한정되지 않아야 하며; 오히려 이들 실시예는 철저성과 완전성을 위해 제공되고, 본 발명의 범위를 통상의 기술자에게 완전히 전달한다.The invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which a presently preferred embodiment of the invention is shown. However, the invention may be embodied in many different forms and should not be limited to the embodiments presented herein; Rather, these examples are provided for thoroughness and completeness, and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
도 1을 참조하면, 암모니아 연료공급식 엔진(112)에 연료를 공급하는 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 발생하는 퍼지 가스를 연소시키기 위한 장치(100)가 개시되어 있다. 장치(100)는 보일러 시스템(102) 및 암모니아 연료 시스템(108)을 포함한다. 암모니아 연료 시스템(108)은 암모니아 연료공급식 엔진(112)을 포함한다.Referring to Figure 1, an
퍼지 가스는 암모니아 연료공급식 엔진(112)이 연료를 암모니아에서 다른 연료로 전환할 때 또는 암모니아 연료공급식 엔진(112)이 통제된 방식으로 또는 비상 상황의 결과로 셧다운될 때 발생될 수 있다. 이 단계에서, 퍼지 가스는 독성이 있으며 따라서 대기로 배출되지 않아야 한다. 퍼지 가스는 통상적으로 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 암모니아를 추방하기 위해 사용되는 암모니아와 불활성 가스의 혼합물이다. 암모니아는 액체 암모니아, 기체 암모니아 또는 그 혼합물일 수 있다. 불활성 가스는 질소일 수 있다. 불활성 가스는 임의의 다른 불활성 가스일 수도 있다는 점에 유의해야 한다.Purge gas may be generated when the ammonia-fueled
보일러 시스템(102)은 버너(104), 연료 입구(111) 및 퍼지 가스 입구(121)를 포함한다. 버너(104)는 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 발생하는 퍼지 가스를 연소시키도록 구성된다. 달리 말해서, 버너(104)는 퍼지 가스 내의 암모니아를 연소시키도록 구성된다. 버너(104)는 두 개의 상이한 연료를 한 번에 하나씩 또는 동시에 연소시키도록 구성된 다중-연료 버너일 수 있다. 버너(104)는 압력 분무형일 수 있다. 대안적으로 버너(104)는 증기 분무형일 수도 있다.
연료 입구(111)는 연료를 공급하고 그로 인해 버너(104) 내에 보조 화염을 지속하도록 구성된다. 연료 입구(111)는 통상적으로, 연료를 연속적으로 공급하도록, 그리고 보조 화염을 지속할 수 있다는 의미에서 적어도 연속적으로 공급하도록 구성된다. 연료는 초기에 파일럿 화염을 제공하기 위해 공급될 수 있으며, 버너가 작동 모드로 작동하고 있을 때는 주 연료로서 공급될 수도 있다. 주 연료는 퍼지 가스가 보조 화염에 의해 연소될 수 있도록 보조 화염으로서 작용할 수 있다.The
퍼지 가스 입구(121)는 연료 입구(111)로부터 분리되는 것이 바람직하다. 퍼지 가스 입구(121)는 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 퍼지 가스를 단속적으로 수용하고 퍼지 가스를 버너(104)에 공급하도록 구성된다. 퍼지 가스는 퍼지 가스 배관(123)을 거쳐서 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 퍼지 가스 입구(121)로 공급될 수 있다. 배관(123)은 이중벽 형태의 것일 수 있는데, 이는 특히 퍼지가 기체 상태에 있는 경우에 배관(123)의 이들 부분에서 그렇다.The
연료 입구(111)는 연료 공급 라인(113)을 거쳐서 연료 소스(115), 예를 들어 연료 탱크에 연결될 수 있다. 연료 소스(115)는 연료 입구(111)를 거쳐서 버너(104)에 연료를 공급하도록 구성된다. 연료는 액화 천연 가스(LNG), 증류물 및 잔류 연료일 수 있다. 이것은 예를 들어 디젤, 선박용 경유(MGO), 저유황유(VLSFO), 중유(HFO)를 포함할 수 있다. 연료는 바이오연료일 수도 있다. 그러나, 주 연료가 다른 연료일 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 연료는 하나 이상의 형태의 연료를 포함할 수 있다. 연료가 하나 초과의 형태의 연료를 포함하는 경우, 연료 입구(111)는 하나 초과의 연료 소스에 연결될 수 있다. 따라서, 연료가 두 가지 형태의 연료를 포함하는 경우, 하나의 연료 형태는 연료 소스(115)로부터 공급될 수 있고 다른 연료 형태는 하나의 다른 연료 소스(135)로부터 공급될 수 있다. 통상적으로, 연료는 한 번에 하나만 버너(104)에 공급된다. 통상적으로, 연료 공급 라인(113)은, 상이한 연료가 비록 시간은 다르지만 동일한 입구(111)를 사용하여 한 번에 하나씩 공급된다는 점에서 도 1에 도시된 바와 같이 작동된다. 생각해 볼 수 있는 하나의 조합은 액체 연료를 연료 공급 라인(113)을 거쳐서 입구(111)에 제공하고 동시에 가스를 연소 팬(120)과 같은 별도의 가스 입구를 거쳐서 제공하는 것이다. 연소 팬(120)과 같은 별도의 가스 입구를 거쳐서 제공되는 가스는 퍼지 가스일 수 있거나 및/또는 퍼지 작동에서 발생하지 않는 기체 연료일 수 있다.The
그러나 도 1에 도시된 연료 공급 라인(113)은 그렇다면 연료 공급 라인(113) 내에서 두 가지 형태의 연료를 혼합하기 위해 사용되는 것이 바람직할 것이며, 여기에서 다른 연료는 하나의 다른 연료 공급 라인(133)에 의해 연료 공급 라인(113)에 공급될 수 있고, 따라서 혼합물이 연료 입구(111)를 거쳐서 버너(104)에 공급된다. 그러나, 도시되지는 않았지만, 두 가지 형태의 연료는 두 개의 상이한 연료 입구에 의해 두 개의 상이한 공급 라인을 거쳐서 버너(104)에 공급될 수 있다. 따라서, 장치(100)는 연료 공급 라인(113)과 분리되어 배치되는 추가의 공급 라인을 포함할 수 있으며, 추가의 공급 라인은 다른 연료 소스(135)로부터의 다른 연료를 버너(104)에 공급하도록 구성될 수 있다. 다른 연료는 연료와 관련하여 위에서 열거된 연료 중 임의의 것일 수 있다. 바람직하게, 연료가 두 가지 형태의 연료를 포함하는 경우, 하나의 형태는 액체 연료일 수 있고 다른 형태는 기체 연료일 수 있다.However, the
도 2를 참조하면, 암모니아 연료공급식 엔진(112)에 연료를 공급하는 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 발생하는 퍼지 가스의 연소 방법(200)을 도시하는 흐름도(200)가 예로서 도시되어 있다. 보일러 시스템(102)은 제1 모드(201)로 작동하도록 구성된다. 보일러 시스템(102)은 제2 모드(211)로 작동하도록 구성된다. 보일러 시스템(102)은 제1 모드(201)와 제2 모드(211) 이외의 모드로 작동하도록 구성될 수도 있다. 제1 모드(201)는 열이 생산되는 열 생산 모드일 수 있다. 이와 관련하여, 열 생산은 증기 생산, 온수 가열, 열 유체 가열, 또는 보일러에 사용되는 임의의 기타 매체의 가열을 지칭할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 제2 모드(211)는 보일러(106)가 따뜻하게 유지되고 고속 작동할 준비가 되어 있거나 및/또는 파일럿 화염이 지속될 수 있는 암모니아 안전 퍼지 모드일 수 있다. 보일러(106)는 보일러 시스템(102)에 포함된다. 제2 모드(211)에서, 보일러는 고속 작동을 준비하거나 고속 시동을 준비할 수 있다.2, a flow diagram 200 is shown by way of example, illustrating a
보일러 시스템(102)은 제1 모드(201)의 제1 서브-모드(201a)와 제2 서브-모드(201b)로 작동하도록 구성될 수 있다. 제1 서브-모드(201a)에서는, 열 생성을 위해 버너(104) 내에서 주 화염이 지속되고 버너(104)에 퍼지 가스가 공급되지 않는다. 제1 서브-모드(201a)는 연료 입구(111)에 의해 버너(104)에 공급되는 연료로부터 열을 생산하도록 구성된다. 제1 모드(201)의 제2 서브-모드(201b)는 주 연료와 퍼지 가스로부터 열을 생산하도록 구성되고, 퍼지 가스는 퍼지 가스 입구(121)에 의해 공급된다. 따라서, 제2 서브-모드(201b)에서는, 열 생산을 위해 주 화염이 버너(104) 내에서 지속되고 퍼지 가스가 버너(104)에 공급된다. 암모니아는 보조 화염으로서 작용하는 주 화염에 의해 연소된다.The
보일러 시스템(102)은 먼저 파일럿 화염 또는 파일럿 스파크를 점화하고 이어서 파일럿 화염으로부터 보조 화염을 점화함으로써 보조 화염을 점화하도록 구성된다. 보일러 시스템(102)은 파일럿 화염이 지속되는 경우 파일럿 화염으로부터 보조 화염을 직접 점화하고 버너(104)에 퍼지 가스를 공급하여 보조 화염으로 암모니아를 연소시키도록 구성된다.The
따라서, 제1 모드와 제2 모드는 모두 암모니아를 연소시키도록 구성되지만 시작점이 다르다.Accordingly, both the first mode and the second mode are configured to burn ammonia, but have different starting points.
도 1을 다시 참조하면, 암모니아 연료 시스템(108)은 암모니아 연료 소스(155), 연료 공급 시스템(110) 및 암모니아 연료공급식 엔진(112)을 포함한다. 암모니아 연료 시스템(108)은 퍼지 소스(165)를 포함할 수 있다. 암모니아 연료 소스(155)는 암모니아 탱크일 수 있으며, 암모니아 연료공급식 엔진(112)에 공급되기 전에 암모니아를 저장하도록 구성된다. 연료 공급 시스템(110)은 암모니아 연료 시스템(108) 내에 암모니아를 공급하도록 구성된다. 암모니아 연료공급식 엔진(112)은 암모니아 연료 소스(155)로부터 공급되는 암모니아에 의해 동력을 공급받도록 구성된다.Referring back to FIG. 1 ,
퍼지 소스(165)는 통상적으로 불활성 가스를 함유하는 가스 탱크이다. 퍼지 소스(165)로부터의 불활성 가스는 암모니아 연료 시스템(108)을 통해서 불활성 가스를 플러싱함으로써 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 퍼지 가스 입구(121)로 암모니아를 추방하도록 구성된다. 장치(100)는 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 버너(104)로 공급되는 퍼지 가스의 유동을 제어하도록 구성된 가스 밸브 트레인(118)을 포함할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 퍼지 가스는 암모니아와 불활성 가스의 혼합물이다. 암모니아는 액체 암모니아, 기체 암모니아, 또는 그 혼합물일 수 있다. 암모니아가 기체 암모니아와 액체 암모니아의 혼합물인 경우, 퍼지 가스는 기체와 액체의 혼합물이다. 버너(104)에 공급되는 퍼지 가스는 기체 형태여야 하며, 따라서 액체는 버너(104)에 공급되기 전에 퍼지 가스로부터 제거되어야 한다.Purge
장치(100)는 혼합물에 존재할 경우 액체 암모니아를 기체 암모니아로 증발시키도록 구성된 증발기(114)를 포함할 수 있다. 액체 암모니아를 기체 암모니아로 증발시킴으로써, 암모니아와 불활성 가스의 기체상 혼합물이 버너(104)에 공급될 수 있다. 증발기(114)는 보일러 시스템(102)과 암모니아 연료 시스템(108) 사이의 퍼지 가스 배관(123) 내에 배치될 수 있다.
장치(100)는 혼합물에 존재할 경우 액체 암모니아를 기체 암모니아 및 불활성 가스로부터 분리하도록 구성된 분리기(116)를 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 액체 암모니아를 기체 암모니아 및 불활성 가스로부터 분리시킴으로써, 암모니아와 불활성 가스의 기체상 혼합물이 버너(104)에 공급될 수 있다. 분리기(116)는 보일러 시스템(102)과 암모니아 연료 시스템(108) 사이의 퍼지 가스 배관(123) 내에 배치될 수 있다.
장치(100)는 증발기(114)와 분리기(116)를 둘 다 포함하거나 증발기(114)와 분리기(116) 중 하나만 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.It should be noted that
장치(100)는 액체 암모니아 입구(141)를 포함할 수 있다. 액체 암모니아 입구(141)는 액체 암모니아 배관(143)을 거쳐서 연료 배관(133)에 연결될 수 있다. 액체 암모니아 입구(141)는 액체 암모니아가 연료 배관(133) 내에 배치된 연료와 혼합될 수 있도록 액체 암모니아를 증발기(114) 및/또는 분리기(116)로부터 연료 배관(133)으로 공급하도록 구성될 수 있다. 따라서, 액체 암모니아는 연료와의 혼합물로서 버너(104)에 공급될 수 있다.
장치(100)는 연소 팬(120)을 포함할 수 있다. 연소 팬(120)은 암모니아의 연소를 위해 버너(104)에 공기를 제공하도록 구성될 수 있다. 연소 팬(120)은 사전-설정된 요건에 기초하여 특정 양의 공기를 공급하도록 구성될 수 있다. 연소 팬(120)은 추가적으로 또는 대안적으로 퍼지 가스를 버너(104)로 인도하도록 구성될 수 있다. 연소 팬은 추가적으로 또는 대안적으로 퍼지 가스를 버너로 인도하도록 구성될 수 있다. 연소 팬(120)은 퍼지 가스 입구(121)를 포함할 수 있고, 연소 팬(120)은 퍼지 가스를 연소 공기와 혼합하도록 구성될 수 있다. 연소 팬(120)은 또한 퍼지 가스와 연소 공기의 혼합물을 버너(104)로 인도하도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 본 발명이 전술한 바람직한 실시예로 결코 제한되지 않는다는 것을 인식한다. 반대로, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 많은 수정 및 변형이 가능하다.
Claims (14)
보일러 시스템(102)으로서,
버너(104),
연료를 공급하여 버너(104) 내에서 보조 화염을 지속하도록 구성된 연료 입구(111), 및
암모니아 연료 시스템(108)으로부터 퍼지 가스를 단속적으로 수용하고 퍼지 가스를 버너(104)에 공급하도록 구성된 퍼지 가스 입구(121)로서, 퍼지 가스는 암모니아와 불활성 가스의 혼합물을 포함하는, 퍼지 가스 입구(121)를 포함하는, 보일러 시스템(102)을 포함하며,
버너(104)는 보조 화염으로 암모니아를 연소시키도록 구성되는 장치(100).An apparatus (100) for burning purge gas generated from an ammonia fuel system (108) that supplies fuel to an ammonia fueled engine (112), the apparatus (100)
As a boiler system 102,
burner (104),
a fuel inlet (111) configured to supply fuel to sustain an auxiliary flame within the burner (104), and
A purge gas inlet 121 configured to intermittently receive purge gas from the ammonia fuel system 108 and supply purge gas to the burner 104, wherein the purge gas comprises a mixture of ammonia and an inert gas. Comprising a boiler system (102), including 121),
Burner 104 is device 100 configured to burn ammonia with an auxiliary flame.
제1 모드(201)는 열이 생산되는 열 생산 모드이고,
제2 모드(211)는 보일러(106)가 따뜻하게 유지되고 고속 작동할 준비가 되어 있거나 및/또는 파일럿 화염이 지속되는 암모니아 안전 퍼지 모드인 장치(100).2. The method of claim 1, wherein the boiler system (102) is configured to operate in at least one of the first mode (201) and the second mode (211),
The first mode 201 is a heat production mode in which heat is produced,
The second mode 211 is an ammonia safety purge mode in which the boiler 106 is kept warm and ready for high speed operation and/or the pilot flame is maintained.
먼저 파일럿 화염을 점화하고 이어서 파일럿 화염으로부터 보조 화염을 점화함으로써 보조 화염을 점화시키거나, 파일럿 화염이 지속되는 경우 파일럿 화염으로부터 보조 화염을 직접 점화시키고,
퍼지 가스를 버너(104)에 공급하여 암모니아를 보조 화염으로 연소시키도록 구성되는 장치(100).The method of claim 2 or 3, wherein the boiler system (102)
Igniting the auxiliary flame by first igniting the pilot flame and then igniting the auxiliary flame from the pilot flame, or, if the pilot flame persists, igniting the auxiliary flame directly from the pilot flame,
Apparatus (100) configured to supply purge gas to a burner (104) to combust ammonia in an auxiliary flame.
암모니아를 저장하기 위한 암모니아 연료 소스(155),
연료 공급 시스템(110),
암모니아 연료공급식 엔진(112), 및
불활성 가스를 함유하는 퍼지 소스(165)로서, 암모니아 연료 시스템(108)을 통해서 불활성 가스를 플러싱함으로써 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 퍼지 가스 입구(121)로 암모니아를 추방하도록 구성된 퍼지 소스(165)를 포함하는 장치(100).6. The method of any one of claims 1 to 5, further comprising an ammonia fuel system (108), wherein the ammonia fuel system (108)
Ammonia fuel source 155 for storing ammonia,
fuel supply system (110);
Ammonia-fueled engine 112, and
A purge source (165) containing an inert gas, configured to expel ammonia from the ammonia fuel system (108) to the purge gas inlet (121) by flushing the inert gas through the ammonia fuel system (108). Device comprising (100).
적어도 두 개의 상이한 연료, 바람직하게 두 개의 상이한 액체 연료를 바람직하게 한 번에 하나씩 연소시키거나,
하나 이상의 기체 연료를 연소시키는 것과 조합하여 하나 이상의 액체 연료를 연소시켜, 한 번에 하나 이상의 기체 연료, 바람직하게 하나의 기체 연료가 연소되는 것과 동시에 한 번에 하나 이상의 액체 연료, 바람직하게 하나의 액체 연료가 연소되게 하도록 구성된
다중-연료 버너인 장치(100).The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the burner (104) is
burning at least two different fuels, preferably two different liquid fuels, preferably one at a time;
Combusting one or more liquid fuels in combination with burning one or more gaseous fuels, so that more than one gaseous fuel, preferably one gaseous fuel, is combusted at a time and more than one liquid fuel, preferably one liquid, at a time. configured to cause fuel to burn
Device 100, which is a multi-fuel burner.
보일러 시스템(102)에 포함된 버너(104) 내에서 보조 화염을 지속하는 단계로서, 보조 화염은 연료 입구(111)에 의해 공급되는 연료에 의해 지속되는 단계;
퍼지 가스를 단속적으로 공급하는 단계로서, 퍼지 가스는 퍼지 가스 입구(121)에 의해 암모니아 연료 시스템(108)으로부터 버너(104)에 공급되며, 퍼지 가스는 암모니아와 불활성 가스의 혼합물을 포함하는 단계; 및
버너(104) 내의 암모니아를 보조 화염으로 연소시키는 단계를 포함하는 방법(200).A method (200) for combusting purge gas generated from an ammonia fuel system (108) that supplies fuel to an ammonia fueled engine (112), the method (200) comprising:
sustaining an auxiliary flame within a burner (104) included in the boiler system (102), wherein the auxiliary flame is sustained by fuel supplied by a fuel inlet (111);
intermittently supplying a purge gas, wherein the purge gas is supplied from the ammonia fuel system (108) to the burner (104) by a purge gas inlet (121), the purge gas comprising a mixture of ammonia and an inert gas; and
A method (200) comprising combusting ammonia in a burner (104) with an auxiliary flame.
제1 모드(201)는 열이 생산되는 열 생산 모드이고,
제2 모드(211)는 보일러가 따뜻하게 유지되고 고속 작동할 준비가 되어 있거나 및/또는 파일럿 화염이 지속되는 암모니아 안전 퍼지 모드인 방법(200).14. The boiler system (102) of claim 13, wherein the boiler system (102) is configured to operate in at least one of the first mode (201) and the second mode (211),
The first mode 201 is a heat production mode in which heat is produced,
The second mode (211) is an ammonia safety purge mode where the boiler is kept warm and ready for high speed operation and/or the pilot flame is maintained (200).
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