一种节能型船用氨能源BOG回收再利用系统的制作方法

一种节能型船用氨能源bog回收再利用系统
技术领域
1.本发明涉及一种节能型船用氨能源bog回收装置及再利用系统，属于船舶能源技术领域。


背景技术：

2.船舶行业也应响应减碳目标，对零碳燃料的研究也越来越重视。而氨作为一种高能量密度、低存储压力的无碳燃料，常温液化压力与h2和lng相比更低，在常温(25℃)下，仅需要10.3个大气压，使得在实际压缩运维成本远低于其它气体燃料，因此受到了船舶行业广泛重视。
3.船舶在运输及使用大量液氨过程中，由于船体运动及受热等原因，会存在闪蒸气(bog)现象，导致罐内压力上升，造成安全隐患。气态nh3具有毒性、腐蚀性、易燃易爆等特点，直接气态排放或水吸收后排放，造成污染和nh3浪费。常见回收方式有以下几类，全压力储存回收，对储存气态nh3的空间及安全性要求较高，降温储存回收相对安全，但投资高，且回收过程不节能，常温低压回收虽然节能且投资低，但流程复杂，对船员的要求高。由于液氨每日的bog产生量远低于lng的bog产生量，导致冷却或压缩回收机组启停频繁，对动力回收机组可靠性要求高。
4.因此需要一种更加节能且安全的节能型船用氨能源bog再利用系统。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：
6.(1)船舶罐装氨燃料受海上日晒及船体运动影响，会在储存和使用中存在闪蒸气体(bog)，常温常压nh3回收利用困难。
7.(2)液氨bog产生量远低于lng的bog量，而采用目前主流的回收方式(压缩、冷却)需要额外耗能，不够节能；其次会引起冷却或压缩回收机组启停频繁，影响使用寿命。
8.为此，本发明提供一种节能型船用氨能源bog回收再利用系统。
9.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种节能型船用氨能源bog回收再利用系统，包括：
10.氨能源bog回收装置，连接液氨罐，用于吸收液氨罐内产生的高压/低温的 bog气体；再利用废热源加热后，将吸收后的nh3再释放，实现低能耗再利用吸收后的氨能源bog；
11.nh3喷射计量装置，连接氨能源bog回收装置，用于直接控制bog气体再利用量；
12.压力调节装置，分别安装在氨能源bog回收装置与液氨罐的连接管路上和 nh3喷射计量装置与氨能源bog回收装置的连接管路上，用于调节液氨罐与氨能源bog回收装置的压力和氨能源bog回收装置与nh3喷射计量装置的压力；
13.传感器，设置在氨能源bog回收装置上，用于监测氨能源bog回收装置内部压力及nh3浓度、nh3压力波动、换热过程中的nh3泄露以及热量调节出口温度；设置在nh3喷射计量装置上，用于监测nh3喷射计量装置的压力，作为nh3喷射计量装置的电磁阀开度调节信号；
设置在液氨罐上，用于监测液压罐温度及压力监控；
14.控制单元，连接压力调节装置、各传感器，用于控制氨能源bog回收装置运行状态、控制压力调节装置调整冲注过程压力、调节nh3喷射计量装置达到设计压力及设计用量。
15.进一步，所述氨能源bog回收装置，由储氨材料、热量调节环路、回收再利用环路三部分组成，热量调节环路、回收再利用环路在罐体内为两个独立运行腔体环路。
16.进一步，所述热量调节环路包含热量调节进口与热量调节出口，热量调节环路中的废热水从热量调节进口进入，从热量调节出口出；回收再利用环路中的nh3从储氨入口进入，从储氨出口释放；所述储氨入口与液氨储存装置相连接，能吸收液氨装置所产生的bog；所述储氨出口与使用装置相连接，能向使用装置提供气态nh3。
17.进一步，所述回收再利用环路内装填有储氨材料，并包含储氨入口、储氨出口、装填口、清理口，储氨入口、储氨出口与储氨材料之间进行传热、传质；装填口、清理口为后期储氨材料更换的操作口。
18.进一步，所述氨能源bog回收装置储存再利用所需要的nh3，再利用nh3来自于以下两种状态，一种为回收受热或运动所产生的液氨bog气体，另一种为氨能源bog回收装置内nh3含量不足所引起的液氨罐直接冲注；所述储氨材料为一种降温可吸收nh3/加热可释放nh3的物质，并且该物质能多次循环使用，吸附物理特性不发生剧烈变化。
19.进一步，所述压力调节装置为电子压力调节阀，根据设计需求，调节不同压力装置间的压力梯度，以保证设备安全运行。
20.进一步，所述nh3喷射计量装置包含喷嘴结构、电磁控制阀装置，由耐腐蚀材料构成，由控制单元信号控制，具有开度调节及关闭调节能力，可再利用过程中nh3使用量。
21.进一步，所述传感器包含nh3含量传感器、压力传感器、温度传感器，由耐腐蚀材料构成，传感器信号作为控制单元的输入信号。
22.进一步，所述控制单元，用于控制氨能源bog回收装置吸收的液氨bog及液氨的总量，通过控制加热热量，控制再利用过程中氨能源bog回收装置的储氨材料nh3释放，以及控制再利用过程压力及喷射量。
23.一种基于节能型船用氨能源bog回收装置的船用scr系统，采用氨能源bog 回收装置连接在液氨罐与scr反应器之间，氨能源bog回收装置回收的nh3作为scr系统的还原剂，弥补scr还原剂控制缺点；其中，氨能源bog回收装置中的 nh3来源为两种状态:一种为氨能源bog回收装置回收受热或运动所产生的液氨 bog气体；另一种为氨能源bog回收装置内nh3含量不足所引起的液氨罐直接冲注氨能源bog回收装置。
24.与现有技术比较，本发明的有益效果如下：
25.1.可以回收液氨bog，提高了能源的利用率，且室温储存nh3，储存成本低廉，且为固态储存，相较于气态高压/低温储存，更安全更节能，且储氨密度高，装置小型化；
26.2.再利用节能型船用氨能源bog回收装置内的nh3时，可利用低温废热等方式，并且nh3储存吸收过程可重复使用，节能环保；
27.3.再利用时的喷射压力与温度相关，控制直接，并且喷射的为气态nh3，控制的瞬态反应性高；
28.4.节能型船用氨能源bog回收装置可适用于scr反应器。该装置起到了稳定氨气压力，scr可以更好利用液氨罐内的nh3，并解决scr还原剂供给控制精度问题。
附图说明
29.图1是节能型船用氨能源bog回收装置示意图；
30.图2是图1中a-a剖视图；
31.图3是节能型船用氨能源bog回收装置的装填口/清理口典型示意图
32.图4是图3中b-b剖视图；
33.图5是装填口/清理口上设置的防腐蚀材料垫示意图；
34.图6是图5中c-c剖视图；
35.图7是节能型船用氨能源bog回收再利用系统；
36.图8是节能型船用氨能源bog回收再利用scr系统实施例示意图；
37.附图标记：储氨材料1；压力调节装置2；节能型船用氨能源bog回收装置3：热量调节进口3-1、热量调节出口3-2、储氨入口3-3、储氨出口3-4、换热管3-5、装填口3-6、清理口3-7、前端盖3-8、后端盖3-9、罐体3-10；计量装置4；传感器5：传感器5-1、传感器5-2、传感器5-3、传感器5-4；控制单元(ecu)6；液氨罐7；燃烧设备8；scr反应器9。
具体实施方式
38.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，以下实施例结合附图对本发明实施例的技术方案进行具体阐述。应理解，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的范围。
39.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
40.本发明提供一种节能型船用氨能源bog回收装置3，如图1，2所示。其由装填口3-6、清理口3-7、前端盖3-8、后端盖3-9、罐体3-10拼装而成，内部装填有储氨材料1。装置具有较好的隔热能力。
41.其中，装填口3-6结构与清理口3-7结构类似，采用双块盖板设计如图3， 4所示，螺栓连接，各连接处敷设有防腐蚀材料垫，见图5，6，保证罐体内的 nh3无泄漏。可满足后期的维修更换储氨材料1需求。
42.其中，前端盖3-8与罐体3-10也采用紧固连接，后端盖3-9类似，可采用螺栓连接形式。
43.其中，节能型船用氨能源bog回收装置3罐体3-10分成两个独立运行腔体环路。热量调节环路，废热水可从热量调节进口3-1进入，从热量调节出口3-2 出；回收再利用环路，nh3从储氨入口3-3进入，从储氨出口3-4释放。
44.其中，储氨材料固定在节能型船用氨能源bog回收装置3罐体3-10的回收再利用环路。
45.其中，储氨入口3-3与液氨储存装置相连接，可吸收液氨储存装置所产生的bog。
46.其中，储氨出口3-4与使用装置相连接，可向使用装置提供气态nh3。
47.本发明提供一种节能型船用氨能源bog回收再利用系统，如图7所示，由氨能源bog回收装置、压力调节装置、nh3喷射计量装置、控制单元(ecu)、传感器等组成。
48.该系统基于节能型船用氨能源bog回收装置3设计，可以实现低能耗再利用吸收后的氨能源bog。
49.nh3再利用过程，由nh3喷射计量装置4直接控制再利用量。为了满足再利用过程nh3使用压力，在nh3喷射计量装置4与氨能源bog回收装置3配置有压力调节装置2。
50.其中，压力调节装置2可根据设计需求，调节不同压力装置间的压力梯度，以保证设备安全运行。主要涉及到液氨罐7与氨能源bog回收装置3的压力；氨能源bog回收装置3与计量装置4的压力。
51.其中，氨能源bog回收装置3储存了再利用所需要的nh3。再利用nh3来自于以下两种状态，一种为回收受热或运动所产生的液氨bog气体，一种氨能源 bog回收装置3内nh3含量不足所引起的液氨罐7直接冲注。
52.其中，传感器5作为控制单元(ecu)6信号依据，包含监测压力、温度及 nh3含量监控等功能。其中，传感器5-1监测氨能源bog回收装置3内部压力及 nh3浓度。nh3浓度监测氨能源bog回收装置3所含氨气是否充足；再使用过程中，传感器5-1监测节能型船用氨能源bog回收装置3建压过程nh3压力波动；传感器5-2监测换热管3-5的换热过程中是否nh3泄露，并监测热量调节出口3-2温度，以确认换热量是否足够；传感器5-3监测计量装置4的压力，作为计量装置4电磁阀开度调节信号。传感器5-4监测液压罐温度及压力监控，作为含量及安全报警作用。
53.其中，控制单元(ecu)6控制节能型船用氨能源bog回收装置3运行状态。回收、冲注工况下：根据传感器5-1与传感器5-2温度信号控制热量调节进口 3-1进入热量；根据传感器5-1的nh3浓度信号控制液氨罐7向氨能源bog回收装置3的冲注量；根据传感器5-1及传感器5-4的压力信号控制压力调节装置2，调整冲注过程压力要求；再利用工况下：根据传感器5-1与传感器5-3压力信号控制压力调节装置2，调节计量装置4达到设计压力及设计用量。
54.本发明的提供的另一个实施例：一种基于节能型船用氨能源bog回收装置3 的船用scr系统，如图8所示。
55.氨能源作为一种高n含量燃料，在燃烧设备8中会产生大量nox，需要scr 反应器9进行处理。scr反应中若采用液氨为还原剂，则会因为液氨浓度高，导致scr还原剂控制困难，易造成烟气中氨泄漏等问题。
56.节能型船用氨能源bog回收再利用系统经过改造可作为scr系统的还原剂，弥补上述scr还原剂控制缺点。
57.其中，节能型船用氨能源bog回收装置3的nh3来源可为两种状态，一种为节能型船用氨能源bog回收装置3回收受热或运动所产生的液氨bog气体；一种为氨能源bog回收装置3内nh3含量不足所引起的液氨罐7直接冲注氨能源bog 回收装置3。
58.其中，回收及冲注过程。节能型船用氨能源bog回收装置3的bog回收及冲注信号：bog回收过程由传入控制单元(ecu)6的传感器5-1压力信号决定；直接冲注信号由传入控制单元(ecu)6的传感器5-1浓度信号决定。高压/低温 nh3经过节流后，由储氨入口3-3进入，被储氨材料1(球磨后的srcl2)络合吸收nh3，吸收过程为放热过程。而来自于液氨罐7的nh3为高压/低温气体，节流后的温度进一步降低，可促进储氨材料1的络合吸收nh3过程。另外，对压力建立完成的节能型船用氨能源bog，可使用中央淡水冷却进行降温，辅助储氨材料 1络合吸收nh3过程。液氨罐7与氨能源bog回收装置3的压力梯度及冲注量由压力调节装置2调节。
59.其中，脱附及建压过程。由废热加热，废热热源由氨能源bog回收装置3 的热量调
节进口3-1进入氨能源bog回收装置3，与储氨材料1进行热交换，促使储氨材料1不断释放nh3，并在节能型船用氨能源bog回收装置3的罐体3-10 内构建饱和nh3气体压力。控制单元(ecu)6根据传感器5-2的温度信号及传感器5-1的罐体3-10的nh3温度与压力信号，调节热量调节进口3-1水量，控制储氨材料1释放nh3过程，进而调节罐体3-10内压力。储氨材料1加热至20℃即开始阶段性释放，因此其中进入热量调节进口3-1的可以使用燃烧设备8的缸套冷却水(～90℃)。nh3的建压过程慢于燃烧设备8的准备过程，所以运行初始阶段，需要优先于燃烧过程对氨能源bog回收装置3内的罐体3-10进行建压。节能型船用氨能源bog回收装置3的船用scr系统可在前期切换其它稳定低温热源，待燃烧工况稳定，再切换成燃烧设备8的缸套水进行废热建压过程。
60.其中，再利用过程。燃烧设备8内燃烧氨，产生高nox的烟气，从燃烧出口进入scr反应器9混合段，直接与气态还原剂nh3混合，可减少混合反应时间，再进入scr反应器9的催化剂段内反应。其中的气态nh3还原剂由计量装置4的喷嘴喷射，在设定压力下进行喷射。气态nh3还原剂用量由控制单元(ecu)6 控制，喷射量基于scr反应器9进口的烟气流量、温度、nox浓度，出口的烟气流量、温度、nox浓度及nh3综合控制，由于scr装置使用了来自节能型船用氨能源bog回收装置3采用气态nh3还原剂，还原剂状态稳定，且易与烟气混合均匀，因此较原来的尿素水溶液更易于实现scr反应器9的催化剂高效运行。