CN105156882A - 节能型浸没燃烧式气化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型浸没燃烧式气化器，包括鼓风机、空气风道、燃烧器、燃烧室、烟气分布器、水槽、换热管束、堰流箱、碱液罐、烟囱以及气液分离器、烟窗调节阀；烟气分布器包括集合管和鼓泡管，鼓泡管的一端与集合管连通，鼓泡管位于换热管束的下方，每根鼓泡管顶部设置至少一排喷射孔；堰流箱通过固定在水槽底部的支架支撑，换热管束由堰流箱顶部的悬挂支撑结构悬挂支撑，并浸没在水槽内的水浴液中；在烟囱内部安装有气液分离器；烟囱下部设置有旁路，旁路经第一支路、第二支路分别与燃烧器、烟气分布器连接。本发明换热效果好，热效率高，使气化装置结构更紧凑、占地面积小，节约能源和成本，特别适用于处理中大气化量的LNG接收站。

Description

节能型浸没燃烧式气化器

技术领域

本发明属于液化天然气气化技术领域，涉及一种节能型浸没燃烧式气化器，特别是涉及一种使低温液体气化的浸没燃烧式气化器，该浸没燃烧式气化器常应用于大型液化天然气接收站中作为液化天然气气化装置。

背景技术

随着我国工业化程度和节能减排工作的不断发展，能源尤其是清洁能源的需求和使用问题越来越突出。天然气作为能源使用，具备高效和清洁的双重优点，近年来在国内外得到大幅应用。我国国家能源局提出：到2020年将天然气在一次能源中的比例提高到12％。预计到2020年，我国天然气进口将达到每年1500亿立方米。为了便于储存和运输，天然气需被液化成低温的液化天然气(简称LNG)，在供给用户使用时，需要再将LNG气化使用。气化器是国际上常用的LNG气化设备，但国产气化器气化能力尚不足，因此研制具有较大气化能力的气化设备势在必行。

浸没燃烧式气化器(SCV)的作用是把LNG接收站的低温LNG加热气化并过热至0℃以上天然气(NG)，然后送入管道外输至用户。SCV的气化量可以在10％～100％的范围内进行调节，能对负荷的突然变化做出反应，特别适合于负荷变化幅度比较大的情况。SCV气化器的启动速度快，适合于紧急情况或调峰时的快速启动要求。在大型的LNG接收站，通常配备相应的SCV气化器，以备用气负荷急增的情况下，迅速启动，提高***的应变能力。现有技术中有的LNG接收站使用的浸没燃烧式气化器的结构如图1所示，其包括鼓风机1、空气风道2、燃烧器3、燃烧室4、烟气分布器5、水槽6、换热管束7、碱液罐9、气液分离器11以及烟囱10等。空气和可燃气体在燃烧器3充分混合后燃烧产生高温烟气，高温烟气经烟气分布器5直接排入水槽6中，高温烟气与水槽6中的水浴液直接接触换热，加热后的水浴液将进入到换热管束7的LNG加热气化成天然气(NG)，NG过热到要求的外输温度后从换热管束7的出口排出，最终高温烟气与水浴液换热后经烟囱10排放到外界。现有技术的浸没燃烧式气化器的占地面积主要由换热管束影响，占地面积较大，制约其大型化的发展应用；空气与可燃气体燃烧的火焰温度高，燃烧器和燃烧室的在高温火焰的环境下选材要求高，成本高；热效率主要受烟气排放温度的影响，降低排烟温度是提高热效率的主要途径之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有的浸没燃烧式气化器占地面积大、选材要求高和成本高的缺点，设计了一种结构更紧凑、占地面积小、选材要求低、换热效率高的节能型浸没燃烧式气化器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种节能型浸没燃烧式气化器，包括鼓风机1、空气风道2、燃烧器3、燃烧室4、烟气分布器5、水槽6、换热管束7、堰流箱8、碱液罐9、烟囱10以及气液分离器11、烟窗调节阀13；所述的鼓风机1经空气风道2与燃烧器3的空气进口相连，所述的燃烧器3的出口和位于所述的水槽6一侧的燃烧室4相连，在燃烧器3内空气与自燃烧器3的燃气进口进入的可燃气体充分混合，经点火后进入燃烧室4燃烧产生高温烟气；所述的燃烧室4的出口和烟气分布器5的进口连接；所述的烟气分布器5包括集合管51和鼓泡管52，所述的鼓泡管52的一端与集合管51连通，鼓泡管52位于换热管束7的下方，每根鼓泡管52顶部设置至少一排喷射孔53，高温烟气由鼓泡管52上的喷射孔53喷入水槽中；所述的堰流箱8通过固定在水槽6底部的支架支撑，所述的换热管束7由设置在堰流箱8的顶部的悬挂支撑结构悬挂支撑，并浸没在水槽6内的水浴液中；所述的换热管束7的进口与液化天然气输送管线连接，出口与天然气输送管线连接；所述的烟囱10与水槽6顶部连接；在所述的烟囱10内部安装有气液分离器11，充分冷却后的烟气从水浴液中逸出，进入烟囱10后经气液分离器11气-水分离后排入外界；所述的烟囱10设置有烟囱调节阀13用于调整出烟囱的烟气流量，烟囱调节阀13位于气液分离器11的上方；所述的烟囱10下部设置有旁路，旁路经两个支路即第一支路、第二支路分别与燃烧器3、烟气分布器5连接，分别将低温烟气引入到燃烧器3、烟气分布器5中，低温烟气经燃烧器3进入燃烧室4和燃烧产生的高温烟气混合进入烟气分布器5，与经第二支路进入烟气分布器5的低温烟气混合，再次通过鼓泡管52进入水浴液。

所述的空气风道2由主空气风道和辅空气风道组成。

所述的燃烧室4***设有水夹套43，水夹套43的下部设有进水口42，水夹套43内部设置有螺旋导流带或螺旋导流板41，水夹套43的上部设有出水口，冷却水为来自水槽6中的水浴液，冷却水由下部进水口42进入，经螺旋导流带或螺旋导流板41流动到燃烧室4顶部，对燃烧器4的外壁进行降温，吸热后的冷却水折返回到水槽中6。

所述的集合管51为圆形或椭圆形或长椭圆形或扁圆形状管；所述的鼓泡管52为圆形或椭圆形或长椭圆形或扁圆形状管；所述的鼓泡管52均匀排布在换热管束7的下方，鼓泡管52的一端与集合管51的底部连通，鼓泡管52的数量以及鼓泡管52上喷射孔53的数量、排数需要根据烟气流量、压力、温度参数通过计算确定；每根鼓泡管52顶部设置单排或至少2排错列布置的喷射孔53，高温烟气由鼓泡管52上的喷射孔53喷入水槽6中。

所述的水槽6内盛有水浴液，设置有溢流口和排液口，顶部覆盖可拆卸的盖板。

所述的换热管束7呈正方形或三角形或U形管排列，换热管束7的换热管为带有强化传热结构的波纹管或内波外螺纹管或螺纹管或翅片管或槽道管。

所述的悬挂支撑结构为支撑横梁，所述的换热管束7通过支撑横梁固定在堰流箱8内，浸没在水槽6内的水浴液中。

所述的堰流箱8上面和下面是敞口的，堰流箱8内形成上下贯通的通道。

所述的碱液罐9设置在水槽6侧上方。水槽6内的水浴液溶解了烟气中酸性气体后pH值降低，当监测到水槽6内水浴液的pH值降到一定范围时，通过自动控制装置向水槽6内添加碱液，避免了水槽6内水浴液呈现酸性后对换热管束7和烟气分布器5的腐蚀，延长了设备的使用寿命。

所述的气液分离器11为波形板或丝网膜或波形板加丝网膜组合结构型气液分离器。

所述的旁路位于气液分离器11侧下方。在所述的旁路上设置有旁路阀门12用以控制旁路中烟气的总分流流量，旁路阀门12设置在靠近烟囱的一侧；在第一支路上设置有第一阀门14，在第二支路上设有第二阀门15。设置烟囱调节阀13便于旁路阀门12控制旁路中烟气的流量，通过第一阀门14、第二阀门15调节两个支路中烟气分流量。

本发明的有益效果

本发明的换热管束带有强化传热结构，烟囱上设置旁路将低温烟气引入燃烧器和烟气分布器，燃烧室上设置水夹套结构。本发明换热效果好，热效率高，使气化装置结构更紧凑、占地面积小，节约能源和成本，特别适用于处理中大气化量的LNG接收站。具体如下：

1、燃烧室***设置水夹套，循环后的冷却水又折返到水槽中，既降低了燃烧时产生的高温烟气的温度，又避免了热量的损失；通过支路将低温烟气引入燃烧器，低温烟气进入燃烧室和燃烧产生的高温烟气混合，既避免了热量的损失，同时可以降低燃烧时产生的高温烟气的温度；通过以上两点，降低了燃烧室选材的要求，达到节约能源和成本的目的。

2、鼓泡管的数量以及鼓泡管上喷射孔的数量、排数需要根据烟气流量、压力、温度参数通过计算确定，鼓泡管均匀排布在换热管束的下方，高温烟气由鼓泡管上的喷射孔喷入水槽中，确保高温烟气均匀的进入水浴液，使水浴液温度均匀，从而使换热管束受热均匀。

3、高温烟气通过鼓泡管进入堰流箱内部水浴液，大量气泡搅动水浴液，提高换热系数20％以上，形成的气-水混合物上升；气-水混合物中的烟气到达堰流箱顶部后上升进入烟囱，经气液分离器后由烟囱排入大气；气-水混合物中的水到达堰流箱顶部后溢出堰流箱，从而在换热管束外形成循环流动，强化了水与管束的换热。

4、换热管束为正方形或三角形或U形管排列，管束的换热管为带有强化传热结构的波纹管或内波外螺纹管或螺纹管或翅片管或槽道管。可以减小换热管束的整体尺寸，进而可以减小放置管束的堰流箱及水槽的尺寸，不仅减少占地面积，节约成本，而且更适用于处理更大气化量的LNG接收站。

5、烟囱上旁路的设置，将低温烟气引入到燃烧器中，可以降低燃烧时产生的高温烟气温度，降低燃烧器选材的要求，达到节约成本的目的；将低温烟气引入到烟气分布器中，低温烟气再次通过鼓泡管进入水浴液，加强水浴液的扰动，强化换热，并且可以进一步降低烟气排烟温度，提高换热效率20％以上。

附图说明

图1是现有技术的浸没燃烧式气化器的结构示意图。

图2是本发明节能型浸没燃烧式气化器的结构示意图。

图3是图2的B-B向剖面图。

图4是本发明节能型浸没燃烧式气化器的水夹套的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图2、3和4所示，一种节能型浸没燃烧式气化器，包括鼓风机1、空气风道2、燃烧器3、燃烧室4、烟气分布器5、水槽6、换热管束7、堰流箱8、碱液罐9、烟囱10以及气液分离器11、烟窗调节阀13；所述的鼓风机1经空气风道2与燃烧器3的空气进口相连，所述的燃烧器3的出口和位于所述的水槽6一侧的燃烧室4相连，在燃烧器3内空气与自燃烧器3的燃气进口进入的可燃气体充分混合，经点火后进入燃烧室4燃烧产生高温烟气；所述的燃烧室4***设有水夹套43，水夹套43的下部设有进水口42，水夹套43内部设置有螺旋导流带或螺旋导流板41，水夹套43的上部设有出水口；所述的燃烧室4的出口和烟气分布器5的进口连接；所述的烟气分布器5由集合管51和均匀排布在集合管51底部的若干个鼓泡管52组成，所述的鼓泡管52的一端与集合管51的底部连通，鼓泡管52位于换热管束7的下方；每根鼓泡管52顶部设置至少一排喷射孔53，高温烟气由鼓泡管52上的喷射孔53喷入水槽6中；水槽6内盛有水浴液，并设置溢流口和排液口，顶部覆盖可拆卸的盖板；所述的堰流箱8通过固定在水槽6底部的支架支撑，堰流箱8包围在换热管束7的四周，仅上面和下面是敞口的，顶部设有支撑横梁，用于悬挂支撑换热管束7；所述的换热管束7由支撑横梁悬挂支撑，并浸没在水槽6内的水浴液中；所述的换热管束7的进口与液化天然气输送管线连接，出口与天然气输送管线连接；所述的烟囱10与水槽6顶部连接；在所述的烟囱10内部安装有气液分离器11，充分冷却后的烟气从水浴液中逸出，进入烟囱10后经气液分离器11气-水分离后排入外界；所述的烟囱10设置有烟囱调节阀13用于调整出烟囱的烟气流量，烟囱调节阀13位于气液分离器11的上方；所述的烟囱10下部设置有旁路，旁路位于气液分离器11侧下方，在旁路上靠近烟囱的一侧设置有旁路阀门12；旁路经两个支路即第一支路、第二支路分别与燃烧器3、烟气分布器5连接，分别将低温烟气引入到燃烧器3、烟气分布器5中，在第一支路上设置有第一阀门14，在第二支路上设有第二阀门15；在所述的水槽6侧上方设置有碱液罐9，通过自动控制装置控制碱液罐9向水槽6内添加碱液调节水浴液的pH。

其中，所述的空气风道2由主空气风道和辅空气风道组成。

所述的集合管51为圆形或椭圆形或长椭圆形或扁圆形状管，基本上采用圆柱形管；所述的鼓泡管52为圆形或椭圆形或长椭圆形或扁圆形状管，基本上采用长椭圆形管。

每根鼓泡管52顶部设置单排喷射孔53，或者每根鼓泡管52顶部设置至少2排错列布置的喷射孔53。所述的喷射孔53基本上采用圆形孔，也可以采用椭圆形或长椭圆形或扁圆形孔。

所述的换热管束7呈正方形或三角形或U形管排列，换热管束7的换热管为带有强化传热结构的波纹管或内波外螺纹管或螺纹管或翅片管或槽道管。

所述的气液分离器11为波形板或丝网膜或波形板加丝网膜组合结构型气液分离器。

采用本发明浸没燃烧式气化器时：由鼓风机1将空气经空气风道2、燃烧器3的空气进口送入燃烧器3内，在燃烧器3内空气与自燃烧器3的燃气进口进入的可燃气体充分混合，经点火后进入燃烧室4，充分混合后的空气和可燃气体在燃烧室4内燃烧产生高温烟气；高温烟气经由烟气分布器5的鼓泡管52进入水槽6内的水浴液中。在堰流箱8内部，大量气泡搅动水浴液，形成的气-水混合物产生上升的作用，到达堰流箱9顶部后气-水混合物中的水溢出堰流箱，在换热管束7外形成循环流动，强化了水与管束的换热。充分冷却后的低温烟气从水浴液中逸出，进入烟囱10，经气液分离器11气-水分离后排入外界；通过调节烟囱调节阀13和旁路阀门12，控制烟囱的烟气流量和旁路中低温烟气的流量。旁路经两个支路即第一支路、第二支路分别与燃烧器3、烟气分布器5连接，分别将低温烟气引入到燃烧器3、烟气分布器5中，通过第一阀门14、第二阀门15调节进入燃烧器3、烟气分布器5的低温烟气的分流量。引入到燃烧器3中的低温烟气，进入燃烧室4和燃烧产生的高温烟气混合，既避免了热量的损失，同时又降低了燃烧时产生的高温烟气的温度，降低了燃烧室选材的要求，达到节约能源和成本的目的。经烟气分布器5进口进入的低温烟气，与来自燃烧室4的高温烟气混合，再次通过鼓泡管52进入水浴液，加强水浴液的扰动，强化换热，并且可以进一步降低烟气排烟温度，提高换热效率20％以上。来自水槽6中的水浴液作为冷却水，由下部进水口42进入水夹套43，经螺旋导流带或螺旋导流板41流动到燃烧室4顶部，对燃烧器4的外壁进行降温，吸热后的冷却水折返回到水槽中6，既降低了燃烧时产生的高温烟气的温度，又避免了热量的损失，降低燃烧室4选材的要求，达到节约能源和成本的目的。

碱液罐9位于水槽6侧面高于水槽6顶部的位置，可通过自动控制装置向水槽6内添加定量的碱液，水槽6内的水浴液溶解了烟气中酸性气体后pH值降低，当监测到水槽6内水浴液的pH值降到一定范围时，通过自动控制装置向水槽6内添加碱液，避免了水槽6内水浴液呈现酸性后对换热管束7和烟气分布器5的腐蚀，延长了设备的使用寿命。

Claims (10)

1.一种节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于它包括鼓风机、空气风道、燃烧器、燃烧室、烟气分布器、水槽、换热管束、堰流箱、碱液罐、烟囱以及气液分离器、烟窗调节阀；所述的鼓风机经空气风道与燃烧器的空气进口相连，所述的燃烧器的出口和位于所述的水槽一侧的燃烧室相连；所述的燃烧室的出口和烟气分布器的进口连接；所述的烟气分布器包括集合管和鼓泡管，所述的鼓泡管的一端与集合管连通，鼓泡管位于换热管束的下方，每根鼓泡管顶部设置至少一排喷射孔；所述的堰流箱通过固定在水槽底部的支架支撑，所述的换热管束由设置在堰流箱顶部的悬挂支撑结构悬挂支撑，并浸没在水槽内的水浴液中；所述的换热管束的进口与液化天然气输送管线连接，出口与天然气输送管线连接；所述的烟囱与水槽顶部连接；在所述的烟囱内部安装有气液分离器；所述的烟囱设置有烟囱调节阀用于调整出烟囱的烟气流量，烟囱调节阀位于气液分离器的上方；所述的烟囱下部设置有旁路，旁路经第一支路、第二支路分别与燃烧器、烟气分布器连接。

2.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的空气风道由主空气风道和辅空气风道组成。

3.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的燃烧室***设有水夹套，水夹套的下部设有进水口，水夹套内部设置有螺旋导流带或螺旋导流板，水夹套的上部设有出水口。

4.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的集合管为圆形或椭圆形或长椭圆形或扁圆形状管；所述的鼓泡管为圆形或椭圆形或长椭圆形或扁圆形状管；

每根鼓泡管顶部设置单排或至少2排错列布置的喷射孔。

5.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的水槽内盛有水浴液；水槽设置有溢流口和排液口，顶部覆盖可拆卸的盖板。

6.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的换热管束呈正方形或三角形或U形管排列，换热管束的换热管为波纹管或内波外螺纹管或螺纹管或翅片管或槽道管。

7.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的悬挂支撑结构为支撑横梁，所述的换热管束通过支撑横梁固定在堰流箱内，浸没在水槽内的水浴液中。

8.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的碱液罐设置在水槽侧上方。

9.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的气液分离器为波形板或丝网膜或波形板加丝网膜组合结构型气液分离器。

10.根据权利要求1所述的节能型浸没燃烧式气化器，其特征在于所述的旁路位于气液分离器侧下方；在所述的旁路上设置有旁路阀门，旁路阀门设置在靠近烟囱的一侧；在第一支路上设置有第一阀门，在第二支路上设有第二阀门。