船用锅炉和操作船用锅炉的方法与流程

本发明涉及用于将热量从排放气体传递到船舶上的介质的船用锅炉和它的设计。本发明还涉及操作此类船用锅炉的方法。

背景技术：

1、锅炉是众所周知的且用于许多不同的热交换应用中。例如，船用锅炉可布置在船舶上在呈用于推进船舶的一个或多个主发动机(且可能是一个或多个辅助发动机)的形式的排放气体源之后，以从由发动机产生的排放气体回收热量。此类船用锅炉通常称为热量回收船用锅炉。在此类船用锅炉中，传送通过船用锅炉的介质，典型为水，借助于来自传送通过船用锅炉的发动机排放气体的热量来加热，由此典型地产生热水和蒸汽。离开船用锅炉的热水和蒸汽在船舶上用于不同的目的。

2、外出在其中船舶可在相对高的速度下移动且主发动机可在相对高的发动机负载下操作的公海上，呈足以满足船舶上需要的量的热水和蒸汽可借助于由发动机生成的排放气体产生。当船舶在相对低的速度下移动或根本不移动时(其可为当船舶在口岸处或在敏感区中时的情况)，主发动机典型地在相对低的发动机负载下操作或根本不操作。然后，不足量的热水和蒸汽可借助于由发动机生成的排放气体产生。为保证当主发动机在低或零发动机负载下操作时也产生足够的热水和蒸汽，船用锅炉可包括燃烧器，该燃烧器布置成用油和/或气体供给并燃烧油和/或气体以生成燃烧气体来用于产生热水和蒸汽。问题是，来自发动机的排放气体以及来自燃烧器的燃烧气体典型地包含污染物。污染物对环境有害，且在口岸处和在敏感区中尤其是不期望的。

3、kr20160072452公开一种排放热量回收类型的冰系统，其用于为在冷环境中操作的船舶去除甲板上的冰。

4、wo 2012/118382公开一种用于热量的最佳使用的船用系统，该船用系统包括热量生成单元和热量消耗单元。

5、cn 111605667公开一种用于船舶废热利用的系统。

6、cn 111547219公开一种用于再使用船舶冷凝物和废热的装置。

技术实现思路

1、本发明的目标是提供船用锅炉和操作船用锅炉的方法，其至少部分地解决上文的问题。本发明的基本构思是为船用锅炉提供外部能量来用于产生热水和蒸汽。用于实现上文目标的船用锅炉和方法在所附权利要求书中限定且在下文论述。

2、根据本发明的船用锅炉布置成用于将热量从排放气体或烟道气体或燃烧气体传递到呈锅炉水形式的介质以用于在船舶上产生蒸汽。船用锅炉包括容器、用于使来自第一排放气体源的排放气体接收于容器中的排放气体入口、用于使来自所述第一排放气体源的排放气体从容器排出的第一排放气体出口，以及用于使来自第一排放气体源的排放气体从所述排放气体入口传送到所述第一排放气体出口的器件。船用锅炉还包括用于使介质接收于容器中的介质入口、用于容纳借助于排放气体加热之后的介质的在所述容器内侧的蒸汽空间、用于使介质从容器排出的介质出口，以及用于使介质从所述介质入口传送到所述介质出口的器件。此外，船用锅炉包括周向(circumferential)壁，该周向壁包括于容器中，来自第一排放气体源的排放气体和介质布置在该周向壁内侧或在该周向壁内以传送。船用锅炉的特征在于，它还包括电加热器，该电加热器用于借助于从功率源供应的电力来加热所述介质。功率源与所述第一排放气体源分离。蒸汽空间布置成容纳借助于电加热器加热之后的介质。

3、因此，根据本发明，某一介质体积由来自第一排放气体源的排放气体或电加热器或由其组合来加热。因此，在根据本发明的船用锅炉中，电加热器与锅炉的其余部分集成以便不需要单独的供给水系统、单独的安全阀、主蒸汽系统、水位控制系统等。

4、待加热的介质是锅炉水，即，具有某一程度的杂质的水。介质在它通过船用锅炉的途中(部分地或完全地)改变相(即，从液相变成气相)。更特别地，介质入口布置成接收至少部分地呈液相(即，呈液态水形式)的介质，而介质出口布置成排出至少部分地呈气相(即，呈蒸汽形式)的介质。

5、蒸汽空间是典型地在容器的顶部部分内的体积，其布置成容纳至少部分地(典型地主要)呈气相的加热的锅炉水。因为一个共同的蒸汽空间(而不是若干单独的蒸汽空间)布置成接收由排放气体、电加热器或其组合来加热的锅炉水，船用锅炉可制成得相对小，具有相对小的占用区。

6、如上文所述，在根据本发明的船用锅炉中，某一介质体积由来自第一排放气体源的排放气体或电加热器或由其组合来加热。由自然循环且不需要循环泵来迫使介质通过船用锅炉。本文中，措辞“从入口传送到出口”和类似物意指“在从入口到出口的方向上传送”且没有必要一直(all the way)从入口和一直到出口。因此，用于传送排放气体的所述器件和用于传送介质的所述器件可(但不需要)在相应的入口和出口之间一直延伸。

7、周向壁可具有任何合适的形状，诸如，具有圆形、椭圆形、多边形、矩形等截面的管的形状。周向壁还可具有任何合适的设计，诸如，是实心的或中空的，和/或具有一致或不一致的厚度。例如，周向壁可为所谓的面板壁，其包括借助于实心壁部分来连接的多个平行管。冷却介质可供给通过这些管以用于冷却传送通过船用锅炉的排放气体。

8、船用锅炉的构件可由任何合适的材料(例如，碳钢、不锈钢或铝)制成。

9、电加热器可具有任何合适的设计。例如，电加热器可为电极加热器。船用锅炉可包括一个或多个额外的电加热器，其用于加热所述介质(可能借助于从所述功率源供应的电力)。

10、用于向电加热器供应电力的功率源可为任何合适设计的。例如，功率源可布置成供应由任何合适的燃料、太阳能功率、风功率、水功率、核能功率或其任何组合所产生的电力。

11、由于功率源与第一排放气体源分离，即使在第一排放气体源不操作时，可用电力供应电加热器，以便允许产生足够的蒸汽和热水。功率源可为“清洁”功率源，使得电加热器的操作(其典型地当船舶在港口处或在敏感区中时发生)引起很少的污染物或没有污染物释放。

12、功率源可与船舶上的任何排放气体源(诸如任何主发动机或辅助发动机)分离。因此，功率源可没有排放气体排出。

13、用于用电力供应电加热器的功率源可布置在船舶上。然而，根据本发明的一个实施例，所述功率源与船舶分离，例如在岸上。此类实施例允许最大限度地减少由紧接邻近船舶的电加热器的操作所引起的任何污染物。

14、第一排放气体源可为任何合适类型的，诸如辅助发动机、燃烧器或涡轮。然而，根据一个实施例，第一排放气体源包括用于推进船舶的发动机，例如柴油或双燃料主发动机。此类实施例可允许在船舶推进时自动生成蒸汽和热水。

15、船用锅炉可构造成使得用于使排放气体从所述排放气体入口传送到所述第一排放气体出口的所述器件包括第一束管，且用于使介质从所述介质入口传送到所述介质出口的所述器件包括包围所述第一束管的船用锅炉的所述周向壁。

16、管和周向壁可由相同的材料制成以在船用锅炉的操作期间得到基本相同的温度，其可允许船用锅炉中的相对低的热应力。

17、管可具有任何合适的设计，诸如，是直的、弯曲的或者盘绕或螺旋形的并具有圆形或椭圆形或多边形的截面，且管可彼此类似或不同。管可设置有表面扩大元件，诸如，螺旋翅片、板翅片或任何其它合适设计的翅片。

18、管的数量可为两个或更多个，且它们可沿(且可能还平行于)彼此延伸。电加热器的纵向中心轴线可平行或垂直于管延伸。

19、根据该实施例，排放气体在由待加热的介质包绕的管中供给通过船用锅炉，待加热的介质由船用锅炉的所述周向壁包围，且排放气体和介质之间的热交换通过管的壁发生。此类船用锅炉可称为烟管船用锅炉。

20、船用锅炉可构造成使得用于使介质从所述介质入口传送到所述介质出口的所述器件包括一个或多个管，而不是设计为烟管船用锅炉。此外，用于使排放气体从所述排放气体入口传送到所述第一排放气体出口的所述器件可包括包围所述一个或多个管的船用锅炉的所述周向壁。

21、此外这些一个或多个管可具有任何合适的设计，诸如，是直的、弯曲的或者盘绕或螺旋形的并具有圆形或椭圆形或多边形的截面，彼此类似或不同，沿(且可能还平行于)彼此延伸，以及设置有任何合适设计的表面扩大元件。此外在这里，电加热器的纵向中心轴线可平行或垂直于管延伸。

22、根据该实施例，待加热的介质在由来自第一排放气体源的排放气体包绕的管中供给通过船用锅炉，该排放气体由船用锅炉的所述周向壁包围，且排放气体和介质之间的热交换通过管的壁发生。如果介质是水，此类船用锅炉可称为水管船用锅炉。

23、船用锅炉的设计可使得电加热器布置在所述周向壁内侧或由所述周向壁包围。该设计可允许紧凑且有构件效益(effective)的船用锅炉。

24、备选地，船用锅炉的设计可使得电加热器布置在容器中，该容器布置在所述周向壁外侧。此外，容器可与用于使介质从所述介质入口传送到所述介质出口的所述器件连通以允许所述介质在容器和用于使介质从所述介质入口传送到所述介质出口的所述器件之间传递。例如，容器和用于使介质从所述介质入口传送到所述介质出口的所述器件可借助于在容器和用于使介质从所述介质入口传送到所述介质出口的所述器件之间延伸的一个或多个管道来连通，例如，一个管道用于使介质从所述器件供给到容器且另一管道用于使介质从容器供给到所述器件。在船用锅炉包括多于一个电加热器的情况下，它们可布置在共同的容器中或布置在各自一个容器中。该多个容器可并联或串联连接。

25、如本文中使用的，“连通”和类似物意指“直接地或间接地连通”。

26、操作船用锅炉来将热量从排放气体传递到呈锅炉水形式的介质以用于在船舶上产生蒸汽的发明的方法包括以下步骤：使来自第一排放气体源的排放气体通过船用锅炉的排放气体入口接收于容器中，使来自第一排放气体源的排放气体从排放气体入口传送到船用锅炉的第一排放气体出口，使来自第一排放气体源的排放气体通过第一排放气体出口从容器排出，以及使介质通过船用锅炉的介质入口接收于容器中。发明的方法还包括使介质从介质入口经由船用锅炉的蒸汽空间传送到船用锅炉的介质出口，该蒸汽空间布置成容纳借助于排放气体加热之后的介质。船用锅炉包括周向壁，该周向壁包括于容器中，来自第一排放气体源的排放气体和介质布置在该周向壁内侧以传送。该方法的特征在于还包括以下步骤：用来自功率源的电力供应电加热器，该功率源与所述第一排放气体源分离；借助于所述电加热器加热所述介质；以及使借助于电加热器加热之后的介质接收于蒸汽空间中。

27、可在第一排放气体源(可能仅在低负载下)操作时或仅在第一排放气体源闲置(即，不操作)时用电力供应电加热器。

28、该方法可使得所述功率源设置成与船舶上的任何排放气体源分离。

29、该方法可使得所述功率源设置成与船舶分离，例如在岸上。

30、该方法可使得用于推进船舶的发动机设置为所述第一排放气体源。

31、电加热器可设置在所述周向壁内侧。

32、备选地，电加热器可设置在容器中，该容器布置在所述周向壁外侧，且容器可设置成与用于使介质从所述介质入口传送到所述介质出口的所述器件连通。

33、根据本发明的船用锅炉的不同实施例的上文论述的优点自然可传递到根据本发明的方法的不同实施例。

34、本发明的还有其它的目标、特征、方面和优点将从以下详细描述中以及从图中显现。