用于燃烧吹扫气体的布置及其方法与流程

本公开涉及一种用于燃烧源自为氨燃料发动机提供燃料的氨燃料系统的吹扫气体的布置及其方法。

背景技术：

1、由油或气体提供动力的船用发动机在本领域中是众所周知的。用于船用蒸汽产生的燃烧油和气体的锅炉在本领域中也是众所周知的。通常，用于锅炉操作的燃料的选择是关于针对船用发动机操作所选择的燃料来进行的。因此，如果船用发动机由油提供动力，则锅炉通常也由油提供动力。然而，船用发动机和锅炉可由不同的燃料提供动力。

2、当今大多数船用发动机的一个缺点是海洋空气污染，尤其是在提供推进动力时从船用发动机排放的二氧化碳(co2)。普遍同意的是，从环境方面考虑，必须减少co2排放以及其它温室气体排放。作为一种解决方案，备选燃料在海洋产业中获得吸引力。这包括比如甲醇、氢、氨或转化的生物材料的燃料。然而，通过引入备选燃料，可能会出现其它问题，例如其它环境问题。例如，通过利用备选燃料中的一些为船用发动机提供动力，源自这些燃料的气体可能例如由于毒性而常常不直接排放到大气，并且通常需要在排放到大气之前消除。该后者是例如当氨用作燃料时的情况。因此，尽管与常规燃料相比，备选燃料在温室气体排放方面可能更加环境友好，但仍然存在其它问题需要克服。

3、为了解决该问题的一些部分，文献cn109140496公开了一种使用氨吹扫气体作为热源的锅炉点燃装置，其包括吹扫气体供应管线和点燃气体供应管线。

4、然而，如以下将阐释的，现有技术没有公开一种充分满足使得有可能使用备选燃料并且同时提供成没有或有限量的有毒气体排放到大气的成组设计标准的更加环境友好的船用布置，并且尤其当涉及满足所述成组设计标准时，现有技术没有公开如何提供一种随着时间的推移以方便的方式使用的总体布置。

技术实现思路

1、本公开的一个目的在于提供一种更加环境友好的船用布置，其充分满足使得有可能使用备选燃料并且同时提供成没有或有限量的有毒气体排放到大气的成组设计标准。

2、该目的已由一种用于燃烧源自为氨燃料发动机提供燃料的氨燃料系统的吹扫气体的布置来实现，该布置包括：

3、锅炉系统，其包括

4、燃烧器，

5、构造成供应燃料并且从而维持燃烧器中的支持火焰的燃料入口，以及

6、构造成间歇地接收来自氨燃料系统的吹扫气体并且将该吹扫气体供应到燃烧器的吹扫气体入口，该吹扫气体包括氨和惰性气体的混合物，

7、其中燃烧器构造成利用支持火焰燃烧氨。

8、优选地，氨燃料发动机是船用发动机。氨燃料发动机是有利的，因为与当今使用的大多数化石燃料(例如，油和气体)相比，其使用更加环境友好的燃料(即氨)来为发动机提供动力。该布置是有利的，因为其燃烧源自氨燃料系统的吹扫气体，而不是将吹扫气体排放到大气中。当氨燃料发动机将燃料从氨切换到另一种燃料时或当氨燃料发动机以受控方式或由于紧急情况而关闭时，可生成吹扫气体。在该阶段，吹扫气体有毒，并且因此不应排放到大气。取而代之的是，吹扫气体入口接收源自氨燃料系统的吹扫气体并且将该吹扫气体供应到燃烧器。通过在燃烧器中燃烧混合物，吹扫气体作为主要由氮和水组成的燃烧气体而不是作为有毒气体排放到大气。因此，可以说该布置通过在燃烧器中燃烧吹扫气体而不是将有毒气体排放到大气来充当安全机构。因此，实现了使用备选燃料(即氨)并且同时提供成没有或尽可能少的有毒气体排放到大气的更加环境友好的船用布置。

9、优选地，氨燃料发动机依靠纯净形式的氨操作。然而，应当注意，氨可包括少量的水。还应当注意，氨可与另一种燃料混合，例如，比如甲醇或乙醇的醇类或比如氢的气体。如果氨太难利用支持火焰燃烧，则将氨与另一种燃料混合可能是有利的。

10、吹扫气体可包括氨和惰性气体的混合物。惰性气体可为氮。优选地，氮为压缩氮。然而，应当注意，也可使用其它惰性气体。还应当注意，如果氨与另一种燃料混合，则吹扫气体也将包括另一种燃料。可首先供应燃料以提供引燃火焰，并且当燃烧器以操作模式运行时，也可供应燃料作为主燃料。当供应燃料以提供引燃火焰时，燃料可为少量的，使得可提供用于点燃主燃料的小火焰。引燃火焰可用于点燃作为主燃料供应的燃料。当燃料作为主燃料供应时，与用于提供引燃火焰而供应的燃料相比，以更大量供应燃料。优选地，当燃烧氨时，主燃料充当支持火焰，使得吹扫气体利用支持火焰燃烧。支持火焰必须具有一定的大小以确保氨的完全燃烧。

11、优选地，当启动以燃烧吹扫气体时，锅炉可在以下意义上以与完全操作相比的15-50％、优选25-50％运行：支持火焰可通过以与锅炉在完全操作下运行时提供燃料所处的速率相比的15-50％、优选25-50％的速率提供燃料来被维持，从而确保当燃烧器为了燃烧吹扫气体的目的而启动并且未在处于完全操作以产生热的运行中启动时，供应到燃烧器的氨也燃烧。在该上下文中，可注意到，热的产生可指蒸汽的产生、加热热水、加热热流体或加热锅炉中使用的任何其它介质。支持火焰通常必须大于引燃火焰，因为与主燃料相比，吹扫气体通常更难点燃。燃料入口和吹扫气体入口可为分离的入口。然而，如以下将进一步论述的，如果吹扫气体包括气体和液体两者，则液体可由燃料入口供应到燃烧器，并且气体可由吹扫气体入口供应到燃烧器。

12、燃烧器可为蒸汽雾化类型或压力雾化类型。应当注意，如果燃烧器是蒸汽雾化类型，则可供应燃料以提供用于点燃主燃料的引燃燃料。如果燃烧器是压力雾化类型，则燃料通常仅作为主燃料供应。取而代之的是，压力雾化燃烧器包括构造成点燃主燃料的火花点燃器。然而，如果燃烧器是蒸汽雾化类型，则可供应燃料以提供引燃火焰作为用于点燃主燃料的火花点燃器。

13、锅炉系统可构造成以至少第一模式和第二模式中的一者操作，其中

14、第一模式是其中产生热的热产生模式，并且

15、第二模式是氨安全吹扫模式，其中锅炉保持温暖并且准备好快速操作和/或其中引燃火焰被维持。

16、第一模式可为以上论述的操作模式。第二模式可为准备模式，其中锅炉准备好快速操作或准备好快速启动。在第一模式和第二模式中，燃烧器可为活跃燃烧器。由用语“活跃燃烧器”在这里意指准备好在任何时间(因为发动机的关闭可能在任何时间发生)经由吹扫气体入口接收吹扫气体的燃烧器。如果燃烧器是活跃燃烧器，则燃烧器处于操作模式或处于准备好模式，准备好接收吹扫气体。

17、所公开的锅炉系统提供成实现更灵活的锅炉系统。通过具有更灵活的锅炉系统，有可能以更多方式使用锅炉系统，而不仅仅是燃烧器的主要目的，即产生热。因此，锅炉系统也可构造成燃烧吹扫气体。不同模式之间的切换提供成常规燃烧器(例如燃油燃烧器或燃气燃烧器)可用于既产生热又燃烧吹扫气体。然而，应当注意，燃烧器可构造成以多于两种模式操作。

18、锅炉系统可构造成以第一模式的至少第一子模式和第二子模式中的一者操作，其中在第一子模式中，主火焰在燃烧器中被维持以用于热产生，并且无吹扫气体供应到燃烧器，并且在第二子模式中，主火焰在燃烧器中被维持以用于热产生并且吹扫气体供应到燃烧器并且利用充当支持火焰的主火焰燃烧氨。

19、第一模式的第一子模式可构造成从主燃料产生热。第一模式的第二子模式可构造成从主燃料和吹扫气体产生热，从而燃烧吹扫气体。

20、锅炉系统可构造成通过首先点燃引燃火焰并且然后从引燃火焰点燃支持火焰来点燃支持火焰，或如果引燃火焰被维持，则直接从引燃火焰点燃支持火焰，并且将吹扫气体供应到燃烧器并且利用支持火焰燃烧氨。

21、优选地，相应入口可由一个或多个阀控制。一个或多个阀可构造成打开和关闭燃料入口和吹扫气体入口，使得在至少两种模式之间和/或在第一模式的第一子模式与第二子模式之间的切换可为可能的。一个或多个阀可构造成独立地打开和关闭燃料入口以及独立地打开和关闭吹扫气体入口。

22、燃料入口可经由燃料供应管线连接到燃料源，燃料源可构造成供应选自由液化天然气(lng)、馏出物和残余燃料组成的组的燃料。例如，这可包括柴油、船用轻柴油(mgo)、极低硫燃料油(vlsfo)、重燃料油(hfo)。该燃料还可为生物燃料。应当注意，其它类型的燃料也可用作燃料，诸如氨、氢和甲醇。应当注意，燃料可包括两种类型的燃料。两种类型的燃料可与彼此预混，并且从同一燃料源供应，或可保持分离并且从两个不同的燃料源供应。例如，燃料源可为罐。如果燃料包括从两个不同的燃料源供应的两种类型的燃料，则它们可各自具有从相应的燃料罐到燃烧器的一个供应管线，但是它们也可共用。如果两种类型的燃料各自用供应管线从两个不同的燃料源供应，则它们也可各自具有燃料入口，或备选地，存在连接到两个不同的供应管线的一个燃料入口，使得来自两个不同的燃料源的燃料可从公共入口引入到燃烧器中。另一个燃料源可构造成供应选自由液化天然气(lng)、馏出物和残余燃料组成的组的燃料。例如，这可包括柴油、船用轻柴油(mgo)、极低硫燃料油(vlsfo)、重燃料油(hfo)。该燃料还可为生物燃料。应当注意，其它类型的燃料也可用作燃料，诸如氨、氢和甲醇。

23、该布置可进一步包括氨燃料系统，该氨燃料系统包括：

24、用于储存氨的氨燃料源，

25、燃料供应系统，

26、氨燃料发动机，以及

27、吹扫源，其包括惰性气体，并且构造成通过将惰性气体冲刷通过氨燃料系统的部分而将氨从氨燃料系统的部分吹扫到吹扫气体入口。

28、这是有利的，因为其确保氨燃料系统的管线中没有不希望的燃料。因此，当氨燃料发动机切换燃料或关闭时，如先前所论述的，管线中可能存在氨，其不应排放到大气也不应供应回氨燃料源。通过将惰性气体冲刷通过氨燃料系统的那些部分，可能留在管线中的氨被迫离开氨燃料系统，形成氨和惰性气体的混合物，并且该混合物可朝向锅炉系统引导。考虑到氨和惰性气体的混合物也可为气相和液相的混合物，该混合物可例如经由蒸发器和/或分离器引导。由惰性气体迫使氨离开氨燃料系统提供成几乎所有氨都从氨燃料系统排放。从而实现了更安全且环境友好的布置。

29、氨可从氨燃料系统的部分吹扫。优选地，可从靠近发动机的部分吹扫氨，因为这些部分内的氨可能是脏氨，并且应当避免将脏氨混合回氨燃料源。

30、优选地，被迫离开氨燃料系统的氨不应能够被迫到氨燃料系统内的其它部分，而是从系统离开。氨燃料系统可包括一个或多个阀，其构造成当氨被迫离开氨燃料系统时控制氨的流动。

31、该布置可进一步包括燃料阀机构和负责不必吹扫的氨的再循环。这通常可为例如存在于氨燃料系统的相对靠近燃料罐的那些部分中的氨。此类氨通常不吸收太多污垢和水，并且通常可返回到燃料罐。

32、氨和惰性气体的混合物可包括气态氨、液态氨和惰性气体。

33、该布置可进一步包括蒸发器，该蒸发器构造成将液态氨蒸发成气态氨，从而提供氨和惰性气体的气态混合物以供应到燃烧器。混合物既包括液态氨又包括气态氨，对于燃烧器来说通常不是最佳的。因此，燃烧器通常需要液体或气体，但通常不能很好地与两者的混合物一起工作。因此，如果混合物可包括液体和气体两者，则可能需要将其转变成液体或气体中的任一者。通过在该布置中引入蒸发器，可能有可能将液态氨蒸发为气态氨，使得供应到燃烧器的吹扫可仅包括吹扫气体。因此，蒸发器可能是有利的，因为其提供成由燃烧器仅接收气态吹扫。优选地，蒸发器布置成使得吹扫气体在供应到吹扫气体入口之前供应到蒸发器。

34、该布置可进一步包括或备选地包括分离器，该分离器构造成将液态氨与气态氨和惰性气体分离，从而提供氨和惰性气体的气态混合物以供应到燃烧器。通过在该布置中引入分离器，可能有可能将液态氨与气态氨和惰性气体分离，使得供应到燃烧器的吹扫可仅包括吹扫气体。分离器可为气/液分离器，通常是在出口中具有除雾器的桶或罐。吹扫的液相可连接到主燃料供应系统，使得液相与液态主燃料混合。应当注意，该布置可包括蒸发器和分离器两者，或仅包括它们中的一者。

35、蒸发器可例如布置在分离器的下游，使得已在分离器从其去除了大部分液相的吹扫气体在供应到吹扫气体入口之前供应到蒸发器。

36、燃烧器可为多燃料燃烧器，该多燃料燃烧器构造成一次一种地或同时燃烧至少两种不同的燃料。这是有利的，因为可配置多于一种燃料来为燃烧器提供动力或由燃烧器燃烧。多燃料燃烧器可构造成燃烧至少两种不同的燃料、优选两种不同的液态燃料、优选一次一种。多燃料燃烧器可构造成与燃烧一种或多种气态燃料组合来燃烧一种或多种液态燃料，其中一种或多种液态燃料、优选一次一种液态燃料在一种或多种气态燃料、优选一次一种气态燃料燃烧的同时燃烧。

37、该布置可进一步包括液态氨入口，该液态氨入口经由液态氨连接件连接到燃料供应管线，使得液态氨与燃料混合。如果该布置包括分离器和/或蒸发器，则这可能是有利的。如果是这种情况，则从吹扫气体分离的液态氨可构造成与燃料混合并且仍然到达燃烧器，但是与吹扫气体混合物相比处于不同的混合物。

38、该布置可进一步包括构造成提供燃烧空气到燃烧器的燃烧风扇。燃烧风扇可构造成基于预设要求供应特定量的燃烧空气。优选地，锅炉系统中的燃烧空气应当比燃料多10-15％。通常需要该燃烧空气比例来不但使燃料而且使吹扫气体完全燃烧。如果燃烧不完全，可能会导致炉膛脏污和具有的一氧化碳co含量高于希望的黑色排气。

39、该布置可进一步包括气体阀机构，其构造成控制从氨燃料系统供应到燃烧器的吹扫气体的流动。

40、燃烧风扇可进一步构造成或备选地构造成将吹扫气体引导到燃烧器。燃烧风扇可包括吹扫气体入口，其中燃烧风扇可构造成将吹扫气体与燃烧空气混合，并且将吹扫气体和燃烧空气的混合物提供到燃烧器。

41、如果燃烧风扇构造成将吹扫气体引导到燃烧器，则气体阀机构可从该布置排除。取而代之的是，燃烧风扇可布置成控制和引导从氨燃料系统供应到燃烧器的吹扫气体的流动。在燃烧风扇中，吹扫气体可与燃烧空气混合。可将混合物引导到燃烧器，其中可利用支持火焰燃烧混合物。然而，应当注意，该布置可包括用于引导吹扫气体的燃烧风扇和气体阀机构两者。燃烧风扇可设计成用于吹扫气体。包括在燃烧风扇中的吹扫气体入口可确保与燃烧空气的最佳混合。另外，燃烧风扇可布置成防止吹扫气体的回流。

42、此外，如果该布置包括蒸发器和/或分离器，则燃烧风扇优选地布置在蒸发器和/或分离器的下游。

43、以上提到的目的还通过一种用于燃烧源自为氨燃料发动机提供燃料的氨燃料系统的吹扫气体的方法来实现，该方法包括：

44、维持包括在锅炉系统中的燃烧器中的支持火焰，其中该支持火焰由通过燃料入口供应的燃料维持；以及

45、间歇地供应吹扫气体，其中吹扫气体由吹扫气体入口从氨燃料系统供应到燃烧器，该吹扫气体包括氨和惰性气体的混合物，以及

46、在燃烧器中利用支持火焰燃烧氨。

47、因此，该方法包括在氨燃烧之前在燃烧器中接收来自氨燃料系统的吹扫气体。

48、根据该方法，锅炉系统可构造成以至少第一模式和第二模式中的一者操作，其中

49、第一模式是其中产生热的热产生模式，并且

50、第二模式是氨安全吹扫模式，其中锅炉保持温暖并且准备好快速操作和/或其中引燃火焰被维持。

51、以上提到的与该布置相关的另外不同的优选实施例同样适用于该方法。

52、该布置优选地放置在船上。该方法优选地在船上执行。然而，可注意到，该布置和方法均不限于在船上使用。该布置和方法对于其中存在发动机和锅炉彼此靠近定位的其它应用可能是有用的。例如，除了船之外，在其它海洋应用中也可能是这种情况。其例如可为平台，诸如用于钻探油或气体的类型的平台。该布置和方法也可用于陆基应用。该布置和方法可例如用于伐木或采矿应用。

53、一般而言，除非本文另外明确定义，否则权利要求书中使用的所有用语应根据其在技术领域中的普通含义来解释。所有对“一个/一种/该[元件、装置、构件、器件、步骤等]”的引用应公开地解释为指代所述元件、装置、构件、器件、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。