一种船舶天然气焚烧塔废热回收系统的制作方法

本发明属于船舶工程装备技术领域，具体涉及一种船舶天然气焚烧塔废热回收系统。

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，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，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℃，这样导致液货舱内的蒸发气体量快速增加，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℃，造成大量的热能浪费，同时高温排气对环境也有一定影响。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种船舶天然气焚烧塔废热回收系统，本发明能够对天然气焚烧塔中排气的热量进行回收，转化为电能加以利用，降低气体的排放温度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种船舶天然气焚烧塔废热回收系统，包括第一经济器、第二经济器、汽包、蒸汽透平发电机组、安全阀、温度传感器、气体成分传感器、冷凝器及热井，所述第一经济器安装于天然气焚烧塔的排气管上，所述第二经济器安装于推进主机的排气管上，所述天然气焚烧塔的排气管于末端设置有温度传感器及气体成分传感器，所述天然气焚烧塔的排气管上安装有安全阀，

所述第一经济器包括第一蒸发器与第一过热器，所述第二经济器包括第二蒸发器与第二过热器，所述汽包的饱和水出水口连接第一三通阀，所述第一三通阀分别通过第一饱和水输送管道、第二饱和水输送管道连接所述第一蒸发器、所述第二蒸发器的入口，所述第一饱和水输送管道、所述第二饱和水输送管道上分别安装有第一循环泵、第二循环泵，所述第一蒸发器的出口通过第一汽水输送管道连接第二三通阀，所述第二蒸发器的出口通过第二汽水输送管道连接第二三通阀，所述第二三通阀连接所述汽包的汽水进水口，所述汽包的蒸汽排出口连接第三三通阀，所述第三三通阀分别通过第一蒸汽输送管、第二蒸汽输送管连接所述第一过热器、第二过热器的入口，所述第一过热器、所述第二过热器的出口均连接所述蒸汽透平发电机组，所述蒸汽透平发电机组连接所述冷凝器，所述冷凝器连接所述热井，所述热井通过热凝水输送管连接所述汽包的热凝水进水口，所述热凝水输送管上安装有供给水泵及调压阀。

作为优选的技术方案，所述蒸汽透平发电机组包括蒸汽透平器、调速齿轮箱及交流发电机，所述第一过热器、所述第二过热器的出口连接所述蒸汽透平器，所述蒸汽透平器通过弹性联轴器连接所述调速齿轮箱，所述调速齿轮箱通过弹性联轴器连接所述交流发电机。

作为优选的技术方案，所述冷凝器为壳管式换热器，采用海水或淡水作为冷却介质。

作为优选的技术方案，所述调压阀为电动压力调压阀或气动压力调压阀。

作为优选的技术方案，所述循环泵采用变频驱动控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的船舶天然气焚烧塔废热回收系统，通过回收利用lng船舶上天然气焚烧塔排气及推进主机所产生的废热，并通过加热汽化中间介质水，利用高压过热水蒸气驱动蒸汽透平发电机组其使交流发电机进行发电，有效提高了全船的能量利用率，同时大大降低天然气焚烧塔的排气温度，减小lng船对周围环境的影响，提升环境友好性。本发明系统构造设计成熟，天然气焚烧塔与推进主机共用一套蒸汽透平发电机组，可靠性强，经济性好，日常维护成本极低。通过温度传感器实现对天然气焚烧塔排气温度的监控和反馈，通过气体成分传感器实现对天然气焚烧塔排气成分(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)的监控和反馈，通过安全阀实现对第一经济器和天然气焚烧塔排气管的保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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他的附图。

图1为本发明船舶天然气焚烧塔废热回收系统的整体结构示意图。

其中，附图标记具体说明如下：天然气焚烧塔1、推进主机2、安全阀3、温度传感器4、气体成分传感器5、第一经济器6、第一蒸发器7、第一过热器8、第二经济器9、第二蒸发器10、第二过热器11、第一三通阀12、第二三通阀13、第三三通阀14、汽包15、第一饱和水输送管道16、第一汽水输送管道17、第一蒸汽输送管18、第二饱和水输送管道19、第二汽水输送管道20、第二蒸汽输送管21、第一循环泵22、第二循环泵23、蒸汽透平发电机组24、热凝水输送管25、热井26、供给水泵27、调压阀28、冷凝器29、蒸汽透平器30、调速齿轮箱31、交流发电机32。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本实施例提供一种船舶天然气焚烧塔废热回收系统，包括第一经济器6、第二经济器9、汽包15、蒸汽透平发电机组24、安全阀3、温度传感器4、气体成分传感器5、冷凝器29及热井26，第一经济器6安装于天然气焚烧塔1的排气管上，第二经济器9安装于推进主机2的排气管上，天然气焚烧塔1的排气管于末端设置有温度传感器4及气体成分传感器5，天然气焚烧塔1的排气管上安装有安全阀3。温度传感器4实现对天然气焚烧塔1排气温度的监控和反馈，气体成分传感器5实现对天然气焚烧塔1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)的监控和反馈，安全阀3实现对第一经济器6和天然气焚烧塔1排气管的保护，安全阀3可使用爆破片进行替代。

第一经济器6包括第一蒸发器7与第一过热器8，第二经济器9包括第二蒸发器10与第二过热器11，汽包15的饱和水出水口连接第一三通阀12，第一三通阀12分别通过第一饱和水输送管道16、第二饱和水输送管道19连接第一蒸发器7、第二蒸发器10的入口，第一饱和水输送管道16、第二饱和水输送管道19上分别安装有第一循环泵22、第二循环泵23，第一蒸发器7的出口通过第一汽水输送管道17连接第二三通阀13，第二蒸发器10的出口通过第二汽水输送管道20连接第二三通阀13，第二三通阀13连接汽包15的汽水进水口，汽包15的蒸汽排出口连接第三三通阀14，第三三通阀14分别通过第一蒸汽输送管18、第二蒸汽输送管21连接第一过热器8、第二过热器11的入口，第一过热器8、第二过热器11的出口均连接蒸汽透平发电机组24，蒸汽透平发电机组24连接冷凝器29，冷凝器29连接热井26，热井26通过热凝水输送管25连接汽包15的热凝水进水口，热凝水输送管25上安装有供给水泵27及调压阀28。

蒸汽透平发电机组24包括蒸汽透平器30、调速齿轮箱31及交流发电机32，第一过热器8、第二过热器11的出口连接蒸汽透平器30，蒸汽透平器30通过弹性联轴器连接调速齿轮箱31，调速齿轮箱31通过弹性联轴器连接交流发电机32，蒸汽透平器30、调速齿轮箱31及交流发电机32集成在一个公共底座上。

冷凝器29为壳管式换热器，采用海水或淡水作为冷却介质。

调压阀28为电动压力调压阀或气动压力调压阀。

供给水泵27采用变频驱动控制，根据温度传感器4反馈的温度信号，实现循环泵出口流量控制功能。第一循环泵22、第二循环泵23均采用离心式，电动马达驱动水泵，电动马达为定频驱动控制。

第一经济器6、第二经济器9、汽包15和第一循环泵22、第二循环泵23的设计压力为高压(7～9barg)，形成高压蒸汽系统。蒸汽系统还可以增加低压蒸汽系统，经济器增加低压模块(含低压蒸发器和低压过热器)，增加低压汽包和低压循环泵，设计压力为(3～5barg)，低压过热蒸汽直接进入蒸汽透平。

天然气焚烧塔1废热回收系统不仅可以应用在液化天然气运输船上，还可以应用在其他安装天然气焚烧塔1的船型上，如乙烷运输船、lng加注船、lng浮式储存再气化装置等。

工作过程：以天然气焚烧塔1为例进行说明，第一三通阀12连接第一饱和水输送管道16的一端打开，第二三通阀13连接第一汽水输送管道17的一端打开，第三三通阀14连接第一蒸汽输送管18的一端打开。

步骤1、压力约1.0mpa、温度约175℃左右饱和水从汽包15中出来，经过第一循环泵22(压力约0.3mpa)进入第一经济器6中的第一蒸发器7部分，经过天然气焚烧塔1的排气加热后形成饱和水和饱和水蒸气的混合物，混合物进入汽包15后进行汽水分离，饱和水蒸气再进入第一经济器6中的第一过热器8部分，经过天然气焚烧塔1的排气加热后形成高压过热水蒸气(压力约0.98mpa、温度约300℃)。

步骤2、步骤1中高压过热水蒸汽进入蒸汽透平器30并推动蒸汽透平器30旋转，转速约10000转/分，通过调速齿轮箱31降速到1800转/分，驱动交流发电机32产生电能。

步骤3、步骤2中高压过热水蒸气驱动蒸汽透平器30做功后，形成压力0.005mpa、温度为40℃的低温负压水蒸气，进入冷凝器29形成常压凝水(压力约0.1mpa，温度约80℃)，再泄放至热井26。

步骤4、的步骤3中常压凝水在热井26中进行加热至120℃，通过供给水泵27(压力约1.4mpa)增压，后经调压阀28将压力调整至1.0mpa进入汽包15，进入下一轮循环。

本发明的用于液化天然气运输船上的天然气焚烧塔1废热回收系统，通过回收利用lng船舶上天然气焚烧塔1排气中的废热，并通过加热汽化中间介质水，利用高压过热水蒸气驱动透平机使交流发电机32进行发电，有效提高了全船的能量利用率；同时，大大降低天然气焚烧塔1的排气温度，减小lng船对周围环境的影响，提升环境友好性。本发明系统构造设计成熟，可靠性强，经济性好，日常维护成本极低。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。