一种用于LNG船天然气焚烧塔的空气增压系统

摘要

本发明公开了一种用于LNG船天然气焚烧塔的空气增压系统，包括天然气焚烧塔，天然气焚烧塔底部的第一进气口连接有用以通入空气的空气管路、第二进气口连接有用以通入LNG液货舱内生成的蒸发气体的天然气管路，空气管路的进气端安装有增压透平，增压透平的进气口安装有供风机；天然气焚烧塔的顶部设置有排气管，排气管上安装有与所述增压透平同轴连接的废气透平，排气管的末端安装有传感器。本发明能将天然气焚烧塔排气中的废热转化为机械能加以利用，提高了天然气焚烧塔的废热能量的利用率，同时也大大降低了天然气焚烧塔的排气温度，减小对周围环境的影响，提升环境友好性。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶建造技术领域，尤其涉及一种用于LNG船天然气焚烧塔的空气增压系统。

背景技术

天然气以其清洁、方便、高热值的特性成为替代煤炭、石油的新型能源。天然气在全球能源消费结构中所占的比例越来越高。天然气运输形式主要有管道气和液化天然气(LNG)，LNG是未来保障天然气供给的主要手段。大型LNG运输船被誉为“皇冠上的明珠”，是运输零下163℃液化天然气的专有船舶，代表世界上商用船舶的最高技术水平。天然气焚烧塔是LNG船上一个典型设备，可以实现对LNG船上液货舱运输途中的蒸发气、货舱置换、惰化中的混合气等各种气体进行热氧化处理，保障液货舱压力稳定安全，将LNG船各种操作下的碳氢气体排放降至最低，环保性能突出。

LNG船在到达液化天然气生产岸站装载LNG之前，需要对液货舱进行冷却(cooling-down)，将液货舱底部的深冷LNG在液货舱内进行喷洒，把液货舱温度从-130℃降至-163℃，导致液货舱蒸发气快速增加，舱压升高，为保障液货舱压力稳定，需要把大量的蒸发气输送至天然气焚烧塔进行燃烧；在LNG生产岸站装货完成后的几天内，由于液货舱内LNG温度不够稳定，导致液货舱内大量蒸发气出现，也需要把蒸发气输送至天然气焚烧塔进行处理。天然气焚烧塔中天然气蒸发气燃烧后的排气直接排放至外界大气中，通常温度达到近500℃，造成大量热能浪费，同时高温排气对环境也有一定影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于LNG船天然气焚烧塔的空气增压系统，用以解决上述背景技术中存在的问题。

一种用于LNG船天然气焚烧塔的空气增压系统，包括天然气焚烧塔，所述天然气焚烧塔底部的第一进气口连接有用以通入空气的空气管路、第二进气口连接有用以通入LNG液货舱内生成的蒸发气体的天然气管路，所述空气管路的进气端安装有增压透平，增压透平的进气口安装有用以提供空气的供风机；

所述天然气焚烧塔的顶部设置有排气管，排气管上安装有与所述增压透平同轴连接的用以将天然气焚烧产生的热能转化为机械能的废气透平，排气管的末端安装有传感器。

优选地，所述天然气焚烧塔包括进风箱以及设置在进风箱上方的燃烧室，所述进风箱的顶部安装有燃烧器，所述空气管路与进风箱相连通，所述天然气管路穿过进风箱与燃烧器相连。

优选地，燃烧室和排气管的外表面包裹有一层绝缘层。

优选地，所述天然气管路上安装有膨胀管。

优选地，所述传感器包括用以检测燃烧废气的温度的温度传感器和用以检测燃烧废气的气体成分的气体成分传感器，温度传感器与供风机电连接。

优选地，所述供风机设置为单台独立供风的供风机或多台联合供风的供风机。

优选地，所述供风机选用的是电动马达驱动的离心式风机或者轴流式风机。

优选地，所述电动马达可使用定频或变频驱动控制。

优选地，所述废气透平上设置有旁通管，当废气透平故障或维护时，燃烧废气通过旁通管排入排气管。

本发明的有益效果是：

1、本发明结构简单、使用非常方便，通过废气透平和增压透平，能将天然气焚烧塔排气中的废热转化为机械能加以利用，提高了天然气焚烧塔的废热能量的利用率，同时也大大降低了天然气焚烧塔的排气温度，减小对周围环境的影响，提升环境友好性。

2、降低了供风机的工作负荷和电能消耗，提高了天然气焚烧塔整体的系统效能指标。

3、可以减小空气管路和排气管路的尺寸，使设备更为紧凑，可靠性强，经济性好，日常维护成本极低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的结构示意图。

图中标号的含义为：

1为供风机、2为增压透平、3为废气透平、4为进风箱、5为燃烧器、6为燃烧室、7为空气管路、8为天然气管路、9为膨胀管、10为温度传感器、11为气体成分传感器、12为排气管、13为绝缘层。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

本发明给出一种用于LNG船天然气焚烧塔的空气增压系统，该系统可对天然气焚烧塔中天然气焚烧产生的热能进行回收并将热能转化为机械能加以利用，同时也可以降低天然气焚烧塔的排气温度。

本发明的用于LNG船天然气焚烧塔的空气增压系统，包括天然气焚烧塔，所述天然气焚烧塔底部的第一进气口连接有用以通入空气的空气管路7、第二进气口连接有用以通入LNG液货舱内生成的蒸发气体的天然气管路8。

具体地，所述天然气焚烧塔包括进风箱4以及设置在进风箱4上方的燃烧室6，所述进风箱4的顶部安装有燃烧器5，所述空气管路7与进风箱4相连通，所述天然气管路8穿过进风箱4与燃烧器5相连。

所述空气管路7的进气端安装有增压透平2，增压透平2的进气口安装有用以提供空气的供风机1。供风机1将空气输送至增压透平2，经增压透平2增压后，通过空气管路7进入进风箱4。

供风机1可设置为单台独立供风的供风机，也可设置为多台联合供风的供风机。

本实施例中，供风机1选用的是电动马达驱动的离心式风机或者轴流式风机，电动马达可使用定频或变频驱动控制。

供风机1在天然气焚烧塔正常工作状态时可以关停或者降低负荷工作，依靠增压透平2处的空气自然吸气；但在天然气焚烧塔起动及较低负荷工作时，供风机1仍需要运行来提供强制供风。

天然气管路8用于将LNG舱内蒸发的天然气输送至燃烧器5进行燃烧。天然气管路8上安装有膨胀管9，LNG液货舱内生成的蒸发气体通过天然气管路8和膨胀管9进入燃烧器5，与进风箱4中的空气混合后明火点燃燃烧，燃烧后的高温废气从燃烧室6顶部排出。

所述天然气焚烧塔的顶部设置有排气管12，排气管12上安装有与所述增压透平2同轴连接的用以将天然气焚烧产生的热能转化为机械能的废气透平3。

当燃烧产生的高温废气从天然气焚烧塔顶部进入排气管12后，高温废气驱动废气透平3运转，废气透平3带动增压透平2运动，增压透平2对供风机1供给的空气进行增压处理。

排气管12的末端安装有传感器，传感器包括用以检测燃烧废气的温度的温度传感器10和用以检测燃烧废气的气体成分的气体成分传感器11，温度传感器10与供风机1电连接。

温度传感器10实现对天然气焚烧塔的排气温度进行监控和反馈，供风机1能够根据温度传感器10反馈的排气温度来调整其工作状态和负荷。

气体成分传感器11实现对天然气焚烧塔的排气成分(包括甲烷及其它碳氢化合物、二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等)进行监控和反馈，当排气成分超过标准时可以采取天然气焚烧塔的降负荷或者应急关闭措施。

作为优选地，燃烧室6和排气管12的外表面包裹有一层绝缘层13，使绝缘层13表面温度不超过船级社规范要求。

作为优选地，所述废气透平3上设置有旁通管，当废气透平3故障或维护时，燃烧废气通过旁通管排入排气管12。

本发明的用于LNG船天然气焚烧塔的空气增压系统的使用过程如下：

步骤1：供风机1将常温、常压的空气送入增压透平2，经过增压透平2增压后，通过空气管路7进入进风箱4；

步骤2：LNG储存舱内装载有-163℃低温液化天然气(LNG)的存储舱，如果液化天然气周围温度略微增加并超过-163℃，则液化LNG可能被蒸发。LNG船在海上运输过程中，尽管LNG储存舱配置有热绝缘结构，也不肯能完全防止热量经由储存舱进入LNG，从而在借由LNG运输船运输LNG期间，LNG会被不断地蒸发，并在LNG储存舱内生成蒸发气体(BOG)，通常LNG储存舱内生成的蒸发气体的压力低于10bar，温度处于0-45℃。LNG储存舱内生成的蒸发气体通过天然气管路8和膨胀管9进入燃烧器5。

步骤3：蒸发气体(BOG)即蒸发天然气与进风箱4内的空气混合后，利用燃烧器5的点火器将混合气体点燃，燃烧后的高温废气(约600℃)从燃烧室6进入废气透平3，高温废气驱动废气透平3，废气透平3带动增压透平2旋转，从而将天然气焚烧产生的热能转化为机械能加以利用。

步骤4：从废气透平3出口排出的低温废气(约250℃)进入排气管12。排气管12末端的温度传感器10实时检测排出的低温废气的温度，根据检测到的温度信号，供风机1可调整其工作状态和负荷。气体成分传感器11也会实时检测排出的低温废气的成分，当排气成分超过标准时可以采取天然气焚烧塔的降负荷或者应急关闭措施。

步骤5：待天然气焚烧塔工作状态稳定后，关停或者降低供风机1工作负荷，将供风机1的强制供风调整为增压透平2的自然吸气。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。