锅炉、锅炉系统以及锅炉的运转方法转让专利
申请号 : CN201880011465.3
文献号 : CN110325793B
文献日 : 2021-03-23
发明人 : 寺原贵澄 , 高本健太 , 天野英辉
申请人 : 三菱重工船用机械株式会社
摘要 :
权利要求 :
1.一种锅炉,所述锅炉被供给在贮存有燃料的燃料罐中产生的蒸发气体,其特征在于,具备:
使所述蒸发气体燃烧的燃烧器;以及在内部收容蒸汽的蒸汽锅筒,
所述燃烧器具有第一点火装置和第二点火装置,该第二点火装置点火时发出火花的频率比该第一点火装置点火时发出火花的频率高,所述第二点火装置在使所述蒸发气体在所述燃烧器中开始燃烧时使用,所述第一点火装置在开始由所述燃烧器的燃烧引起的所述蒸汽锅筒内的蒸汽压力的升压时使用。
2.一种锅炉系统,其特征在于,具备权利要求1所述的锅炉,所述锅炉系统具备:锅筒压力检测机构,该锅筒压力检测机构检测所述蒸汽锅筒内的蒸汽压力;
罐压力检测机构,该罐压力检测机构检测所述燃料罐内的压力;
目标压力达到时间算出部,该目标压力达到时间算出部基于所述锅筒压力检测机构检测出的所述蒸汽锅筒内的蒸汽压力和作为进行所述蒸发气体的燃烧的蒸汽压力的所述蒸汽锅筒内的目标蒸汽压力,算出所述蒸汽锅筒内的蒸汽压力达到所述目标蒸汽压力为止的时间;
规定压力达到时间算出部,该规定压力达到时间算出部基于所述罐压力检测机构检测出的所述燃料罐内的压力和作为向所述燃料罐供给所述蒸发气体的压力的所述燃料罐内的规定压力,算出所述燃料罐内的压力达到所述规定压力为止的时间;
点火正时算出部,该点火正时算出部基于所述目标压力达到时间算出部算出的目标压力达到时间和所述规定压力达到时间算出部算出的规定压力达到时间,算出点火正时,以使在所述燃料罐内的压力成为所述规定压力时,所述蒸汽锅筒内的蒸汽压力成为所述目标蒸汽压力;以及
点火控制机构,在所述点火正时算出部算出的所述点火正时,该点火控制机构利用所述第一点火装置对所述燃烧器进行点火,开始所述蒸汽锅筒内的蒸汽压力的升压。
3.一种锅炉的运转方法,所述锅炉被供给在贮存有燃料的燃料罐中产生的蒸发气体,其特征在于,所述锅炉的运转方法具备:升压工序,该升压工序利用第一点火装置对设置于所述锅炉的燃烧器进行点火,进行由所述燃烧器的燃烧引起的蒸汽锅筒内的蒸汽压力的升压;以及燃烧工序,该燃烧工序在所述升压工序之后利用第二点火装置对所述燃烧器进行点火,在所述燃烧器中进行基于所述蒸发气体的燃烧,该第二点火装置点火时发出火花的频率比所述第一点火装置点火时发出火花的频率高。
说明书 :
锅炉、锅炉系统以及锅炉的运转方法
技术领域
背景技术
影响,在LNG罐内产生大量的气化气体(蒸发气体)。当在LNG罐内产生蒸发气体时,LNG罐的
压力上升,但蒸发气体主要由LNG搬运船的主机发动机等消耗,由此适当地保持LNG罐内的
压力。另外,在由LNG搬运船的主机等未将蒸发气体处理完的情况下,利用GCU(Gas
Combustion Unit:气体燃烧单元)等使蒸发气体燃烧,防止LNG罐内的压力上升。作为具备
这样的装置的LNG搬运船,有专利文献1所记载的LNG搬运船。
LNG储罐的内部产生的蒸发气体(蒸发气体)而上升,在达到所设定的安全压力以上时,将蒸
发气体(蒸发气体)输送到气体燃烧器(GCU)进行燃烧并焚烧掉。
需要根据锅炉及LNG罐内的状况而区分使用。然而,在现有的锅炉中,仅设置有一种点火装
置,因此点火装置的冗余性低,无法区分使用与锅炉及LNG罐内的状况相应的点火装置。
发明内容
花的频率比该第一点火装置点火时发出火花的频率高的第二点火装置。
就能够处理蒸发气体,同时,能够利用蒸发气体的能量生成蒸汽。
第一点火装置点火时发出火花的频率高,因此点火时的负荷较大,与第一点火装置相比容
易消耗。即,相反地,由于第一点火装置的点火时发出火花的频率比第二点火装置点火时发
出火花的频率低,因此与第二点火装置相比不易消耗。这样,燃烧器设置有特征不同的点火
装置。因此,通过根据锅炉及燃料罐内的状况区分使用特征不同的点火装置,能够使蒸发气
体适当地燃烧并且生成蒸汽,且能够延长点火装置的产品寿命。
燃料罐有可能损伤的压力小规定值的阈值压力,则需要使蒸发气体迅速地燃烧。因此,在对
蒸发气体进行燃烧处理时,优选到燃烧器的点火为止的时间较短。在上述结构中,在使蒸发
气体燃烧时,使用第二点火装置。第二点火装置能够以比第一点火装置短的时间进行点火,
因此能够使蒸发气体迅速地燃烧。因此,在锅炉中,能够对蒸发气体进行燃烧处理,适当地
将燃料罐内的压力维持在规定值以下。
用。
到限制,有可能无法对期望量的蒸发气体进行燃烧处理。因此,在利用锅炉使蒸发气体燃烧
时,在蒸汽锅筒内的蒸汽压力不充分的情况下,需要进行蒸汽锅筒内的蒸汽压力的升压。在
上述结构中,在进行蒸汽锅筒内的压力的升压时,使用第一点火装置。由此,在进行蒸汽锅
筒内的蒸汽压力的升压时,可以不使用比第一点火装置容易损伤的第二点火装置。因此,能
够降低第二点火装置的使用频率,延长第二点火装置的产品寿命。
力检测机构检测所述燃料罐内的压力;目标压力达到时间算出部,所述目标压力达到时间
算出部基于所述锅筒压力检测机构检测出的所述蒸汽锅筒内的蒸汽压力和作为进行所述
蒸发气体的燃烧的蒸汽压力的所述蒸汽锅筒内的目标蒸汽压力,算出所述蒸汽锅筒内的蒸
汽压力达到所述目标蒸汽压力为止的时间;规定压力达到时间算出部,所述规定压力达到
时间算出部基于所述罐压力检测机构检测出的所述燃料罐内的压力和作为向所述燃料罐
供给所述蒸发气体的压力的所述燃料罐内的规定压力,算出所述燃料罐内的压力达到所述
规定压力为止的时间;点火正时算出部,所述点火正时算出部基于所述目标压力达到时间
算出部算出的目标压力达到时间和所述规定压力达到时间算出部算出的规定压力达到时
间,算出点火正时,以使在所述燃料罐内的压力成为所述规定压力时所述蒸汽锅筒内的蒸
汽压力成为所述目标蒸汽压力;以及点火控制机构,所述点火控制机构在所述点火正时算
出部算出的所述点火正时利用所述第一点火装置对所述燃烧器进行点火,开始所述蒸汽锅
筒内的蒸汽压力的升压。
气体燃烧时,能够使蒸汽锅筒内的蒸汽压力成为足以使蒸发气体燃烧的蒸汽压力,能够防
止由于锅炉蒸汽压力未达到目标蒸汽压力而使得锅炉成为过负荷的情形,因此能够适当地
使蒸发气体燃烧。另外,根据海上气象等的状况的不同,在燃料罐内产生的蒸发气体的产生
量、即燃料罐的压力上升的倾向会发生变动,因此在仅基于燃料罐内的规定压力开始锅炉
的升压的情况下,有时赶不上蒸发气体的燃烧开始。在上述结构中,基于检测出的燃料罐内
的压力,以在燃料罐内的压力成为规定压力时蒸汽锅筒内的蒸汽压力成为目标蒸汽压力的
方式算出点火正时。因此,在燃料罐内的压力达到规定压力时,蒸汽锅筒内的蒸汽压力向目
标压力的升压结束,因此能够迅速地将蒸发气体向锅炉供给而使其燃烧,降低燃料罐内的
压力。规定压力例如是比燃料罐有可能损伤的压力小规定值的阈值压力。
使蒸汽锅筒内的蒸汽压力升压,成为目标压力的状态。这样,由于根据燃料罐内的压力的上
升速度进行蒸汽锅筒内的蒸汽压力的升压,因此无需为了使蒸发气体燃烧而始终将蒸汽锅
筒内的蒸汽压力维持在高压状态。因此,与以能够始终对蒸发气体进行处理的方式维持高
压状态的锅炉系统相比,能够缩短锅炉以高压运转的时间,能够减少锅炉中的燃料(MGO
(Marine Gas Oil:船用轻柴油)等)的消耗量。
锅炉的燃烧器进行点火,进行由所述燃烧器的燃烧引起的蒸汽锅筒内的蒸汽压力的升压;
以及燃烧工序,该燃烧工序在所述升压工序之后利用第二点火装置对所述燃烧器进行点
火,在所述燃烧器中进行所述蒸发气体的燃烧,该第二点火装置点火时发出火花的频率比
所述第一点火装置点火时发出火花的频率高。
附图说明
具体实施方式
燃烧而生成蒸汽的锅炉4、对由主机发动机10产生的废气的热进行回收而生成蒸汽的节能
器5以及控制锅炉4的控制装置6。
及发电用混烧发动机中,使被供给的蒸发气体燃烧,得到驱动力。在再液化装置15中,通过
压缩、冷却蒸发气体而使蒸发气体再液化,使再液化的蒸发气体经由返回管16返回到LNG罐
3。
第二供给用压缩机18和将蒸发气体向大气放出的通风管19。另外,在LNG罐3中设置有检测
LNG罐3内的压力的罐内压力计(罐压力检测机构)20。罐内压力计20将所取得的LNG罐3内的
压力向货罐控制装置40发送。
内对供水加热,则水从下方的水锅筒22向上方的蒸汽锅筒21上升,气液被蒸汽锅筒21分离。
在蒸汽锅筒21设置有对蒸汽锅筒21内的蒸汽压力进行测量的锅筒内压力计(锅筒压力检测
机构)24。锅筒内压力计24将所取得的蒸汽锅筒21内的蒸汽压力向控制装置6发送。另外,在
蒸汽锅筒21连接有将由蒸汽锅筒21分离的蒸汽供给至发电用涡轮26、冷凝器27、蒸汽使用
设备类等的锅炉蒸汽供给管28。在发电用涡轮26的旋转轴上连结有发电机29,发电机29通
过发电用涡轮26的旋转力而发电。从发电用涡轮26排出的蒸汽经由蒸汽排出管30向冷凝器
27供给。
32将在节能器5中生成的气液向蒸汽锅筒21供给。在蒸汽锅筒21中,分离出的蒸汽经由锅炉
蒸汽供给管28向发电用涡轮26等各设备供给。另外,水锅筒22与节能器5通过水供给管33而
连接。水供给管33利用设置于中途位置的泵34,将水锅筒22内的水供给至节能器5。此外,也
可以另外设置汽水分离器35,将在汽水分离器35中由节能器5生成的气液分离。在该情况
下,如图1中虚线所示,节能器5与汽水分离器35通过节能器蒸汽供给管36及水供给管37而
连接。利用节能器蒸汽供给管36将在节能器5中生成的蒸汽供给至汽水分离器35。水供给管
37利用设置于中途位置的泵38将汽水分离器35内的水供给至节能器5。另外,在本实施方式
中,设置两台节能器5,但节能器5的台数可以是一台,也可以是三台以上。
油在内部从上方向下方流通。另外,油供给管47以下端部位于火炉内的方式配置。在油供给
管47的下端设置有端头48,通过了端头48的油向火炉内喷雾。作为被供给的油,例如有轻
油、重油等。
50以包围油供给管47的方式等间隔地配置。另外,如图2A及图2B所示,气体分配管50分别以
下端部位于火炉内的方式配置。在气体分配管50的下端设置有喷嘴51,利用喷嘴51向火炉
内喷出蒸发气体。
53以及设置于燃烧器砖53内的多个回旋叶片54。如图2A及图2B的箭头所示,空气通路部52
使从空气供给装置(省略图示)供给的燃烧用空气在内部流通。在空气通路部52的下部安装
有圆筒状的燃烧器砖53,燃烧器砖53的内周面的上部沿大致铅垂方向延伸,内周面的下部
形成为随着向火炉中心侧前进而直径扩大。即,燃烧器砖53的下部成为圆锥台形状的中空
部。多个回旋叶片54夹设在气体分配管50与油供给管47的外周面之间,在油供给管47的周
向上等间隔地配设。
方式配置。另外,如图4所示,先导燃烧器42具有沿上下方向延伸并供油在内部流通的油供
给管55、与油供给管55大致平行地延伸的连续放电式点火器(第一点火装置)56、以及以覆
盖油供给管55及连续放电式点火器56的方式设置的先导燃烧器主体部57。油供给管55使从
油供给泵(省略图示)供给的油在内部流通。另外,在油供给管55的下端设置有端头58,通过
了端头58的油被喷雾。连续放电式点火器56与点火器用电缆59连结,通过来自点火器用电
缆59的电连续地放电。连续放电式点火器56的下端部以配置在油供给管55的下端的铅垂下
方的方式弯曲。即,通过对从油供给管55喷雾出的油从连续放电式点火器56的下端部放电,
从而进行先导燃烧器42的点火。从先导燃烧器42向下方形成火焰。形成的火焰形成为,火焰
的下端位于比油供给管47及气体分配管50的下端靠下方的位置。即,利用所形成的火焰,对
从油供给管47或气体分配管50排出的油或气体进行点火。
电。另外,间歇放电式点火器43被支承为能够上下移动规定距离。在进行点火时,如图2A所
示,间歇放电式点火器43的下端部以位于比油供给管47及气体分配管50的下端靠下方的位
置的方式配置。由此,通过间歇放电式点火器43的下端部相对于从油供给管47或气体分配
管50喷雾的油或气体放电,从而进行点火。在点火后,如图2B所示,以下端位于比油供给管
47及气体分配管50的下端靠上方的位置的方式向上方拉起。这样,通过在点火后拉起,从而
防止间歇放电式点火器43的下端因主燃烧器41的火焰而损伤。
主燃烧器41的点火结束之前间歇地发出火花,在点火结束之前持续地以1秒20次发出火花。
连续放电式点火器56以10000V左右的电压进行放电,在先导燃烧器42的点火结束之前维持
点火状态。即,连续放电式点火器56发出火花的次数仅为一次。
方面,利用由连续放电式点火器56的放电点火的先导燃烧器42的火焰进行先导燃烧器42对
主燃烧器41的点火。即,连续放电式点火器56经由先导燃烧器42的火焰对主燃烧器41间接
地进行点火。具体而言,连续放电式点火器56对主燃烧器41的点火需要如下等较多的步骤:
驱动向油供给管55输送油的油供给装置,使油在油供给管55内流通后,利用连续放电式点
火器56对先导燃烧器42进行点火,在确认先导燃烧器42的点火后进行向主燃烧器41的点
火。因此,连续放电式点火器56对主燃烧器41的间接点火与间歇放电式点火器43对主燃烧
器41的直接点火相比,需要较长的时间。
述规定压力达到时间算出部算出到LNG罐3内的压力达到规定压力Pset为止的时间;点火正
时算出部,所述点火正时算出部以在LNG罐3内的压力成为规定压力Pset时蒸汽锅筒21内的
蒸汽压力成为目标蒸汽压力Pb2的方式算出对主燃烧器41的点火正时Ts;以及点火控制机
构,所述点火控制机构在点火正时算出部算出的点火正时Ts对主燃烧器41点火,开始蒸汽
锅筒21内的蒸汽压力的升压。
算机可读取的存储介质等构成。并且,作为一例,用于实现各种功能的一系列的处理以程序
的形式存储在存储介质等中,CPU在RAM等中读取该程序,执行信息的加工、运算处理,由此
实现各种功能。此外,程序也可以应用预先安装于ROM或其他存储介质的方式、以存储于计
算机可读取的存储介质的状态提供的方式以及经由基于有线或无线的通信机构发布的方
式等。计算机可读取的存储介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。
Pb2,算出目标压力达到时间Tr,所述目标压力达到时间Tr是蒸汽锅筒内的蒸汽压力Pb1达
到目标蒸汽压力Pb2为止的时间。
蒸汽压力Pb2为止的时间Tb2及成为锅筒内压力计24取得的蒸汽锅筒21内的蒸汽压力Pb1为
止的时间Tb1。然后,从成为目标蒸汽压力Pb2为止的时间Tb2减去成为锅筒内压力计24取得
的蒸汽锅筒21内的蒸汽压力Pb1为止的时间Tb1,算出目标压力达到时间Tr。
力Pb1为3bar的情况下,到成为蒸汽压力Pb1为止的时间Tb1为1.8h,因此计算2.5(Tb2)-1.8
(Tb1)而计算出目标压力达到时间Tr为0.7h。
汽压力从0bar的状态到成为规定的蒸汽压力为止的时间的图表也可以使用其他图表。
到规定压力Pset为止的时间即规定压力达到时间Tpset。规定压力Pset例如是比燃料罐有
可能损伤的压力小规定值的阈值压力。在本实施方式中,设为10kPa。
内的压力上升率Pt。接着,通过将规定压力Pset除以压力上升率Pt来算出规定压力达到时
间Tpset。
升急剧且Pt为0.75(图6所示的Pt2)的情况下,将规定压力Pset除以0.75,将规定压力达到
时间Tpset算出为15h(图6所示的T2)。
罐3内的压力的间隔可以比1小时短,也可以比1小时长。
LNG罐3内的压力成为规定压力Pset时蒸汽锅筒21内的蒸汽压力成为目标蒸汽压力Pb2的方
式算出点火正时Ts。点火正时Ts是指从当前时刻到开始锅炉4的蒸汽锅筒21的升压为止的
时间。即,表示从当前时刻起Tsh后开始升压。
0.7h的情况下,点火正时Ts为14.3h。
烧器41进行点火。然后,开始蒸汽锅筒21的蒸汽压力的升压。
通而进行暖机运转。当罐内压力计20检测到LNG罐内的压力上升时,从罐内压力计20向货罐
控制装置40发送信号。当接收到来自罐内压力计20的信号时,货罐控制装置40将开始蒸发
气体处理模式的信号向控制装置6发送。当接收到来自货罐控制装置40的信号时,控制装置
6开始蒸发气体处理模式。当蒸发气体处理模式开始时,控制装置6进行上述控制,算出点火
正时Ts。对从当前时刻起到规定压力达到时间Tpset为止的时间T与点火正时Ts进行比较,
在Ts比T大的时刻,点火控制机构向先导燃烧器42发送信号。
焰。控制部在先导燃烧器42确认到形成有火焰时,主燃烧器41驱动向油供给管47供给油的
油供给装置,从油供给管47喷出油。喷出的油通过先导燃烧器42的火焰点火,由此,主燃烧
器41形成火焰。当确认主燃烧器41点火时,停止向先导燃烧器42供给油,先导燃烧器42熄
灭。这样,锅炉4的升压开始,锅炉4内的压力被升压(升压工序)。此外,在由主燃烧器41形成
火焰时,也可以不将油作为燃料而将蒸发气体作为燃料。在该情况下,代替从油供给管47喷
出油,从气体分配管50喷出蒸发气体,利用先导燃烧器42的火焰进行点火。
(例如1200kg/h)的信号从货罐控制装置40被输送到控制装置6之后,蒸发气体从LNG罐3经
由蒸发气体供给管17流入到气体供给室49。流入到气体供给室49的蒸发气体被分配到5个
气体分配管50,从各个气体分配管50的下端喷出。此时,大致同时地,间歇放电式点火器43
以下端位于比气体分配管50的下端靠下方的位置的方式移动(参照图2A)。当结束移动时,
间歇放电式点火器43间歇地进行放电,对从气体分配管50喷出的蒸发气体进行点火。由此,
主燃烧器41形成火焰。当确认到主燃烧器41点火时,间歇放电式点火器43停止放电,以下端
位于比气体分配管50的下端靠上方的位置的方式移动(参照图2B)。利用由主燃烧器41的火
焰生成的燃烧气体生成蒸汽。这样,在锅炉4中,对蒸发气体进行燃烧处理,并且生成蒸汽
(燃烧工序)。
水锅筒22内的加热盘管61中流通并进行暖机运转。
如,GCU(Gas combustion unit)等)就能够处理蒸发气体,同时,能够利用蒸发气体的能量
生成蒸汽。由于将所生成的蒸汽用于发电用涡轮26中的发电、蒸汽使用设备类等中的使用,
因此能够提高作为LNG搬运船2整体的能量效率。
火,因此能够以比用具备连续放电式点火器56的先导燃烧器42间接地对主燃烧器41进行点
火的情况短的时间进行点火。
点火器43在一次点火时发出火花的频率高,因此与一次点火时只进行一次火花的连续放电
式点火器56相比容易消耗。另外,由于连续放电式点火器56的点火时发出火花的频率比间
歇放电式点火器43少,因此与间歇放电式点火器43相比不易损伤及消耗。然而,使用连续放
电式点火器56对主燃烧器41的点火是需要利用连续放电式点火器56对先导燃烧器42点火
等较多步骤的间接点火,因此与利用间歇放电式点火器43直接点火相比,到点火为止需要
较长的时间。
汽,且能够使点火装置具有冗余性并延长产品寿命。
LNG罐3有可能损伤的压力小规定值的阈值压力即规定压力Pset,则需要使蒸发气体迅速地
燃烧。因此,在对蒸发气体进行燃烧处理时,优选到主燃烧器41的点火为止的时间较短。在
本实施方式中,在使蒸发气体燃烧时,使用间歇放电式点火器43。由于间歇放电式点火器43
能够以比使用了连续放电式点火器56的先导燃烧器42短的时间进行点火,因此能够使蒸发
气体迅速地燃烧。因此,在锅炉4中,能够对蒸发气体进行燃烧处理,并适当地将LNG罐3内的
压力维持在规定压力Pset以下。
的量受到限制,有可能无法对期望量的蒸发气体进行燃烧处理。因此,在利用锅炉4使蒸发
气体燃烧时,在蒸汽锅筒21内的蒸汽压力不充分的情况下,需要进行蒸汽锅筒21内的蒸汽
压力的升压。在这样的情况下,无需特别迅速地对主燃烧器41进行点火。在本实施方式中,
在进行蒸汽锅筒21内的压力的升压时,使用使用了连续放电式点火器56的先导燃烧器42。
由此,在进行蒸汽锅筒21内的蒸汽压力的升压时,可以不使用比连续放电式点火器56容易
损伤的间歇放电式点火器43。因此,能够降低间歇放电式点火器43的使用频率,延长间歇放
电式点火器43的产品寿命。此外,如上所述,在进行蒸汽锅筒21内的蒸汽压力的升压的情况
下,无需特别迅速地对主燃烧器41进行点火,因此,即使利用使用了到点火为止的时间比间
歇放电式点火器43长的连续放电式点火器56的先导燃烧器42进行点火,也没有问题。
使蒸发气体燃烧时,能够使蒸汽锅筒21内的蒸汽压力成为足以使蒸发气体燃烧的蒸汽压
力,能够防止锅炉4成为过负荷,能够适当地使蒸发气体燃烧。另外,在LNG罐3内的压力达到
规定压力Pset时,使蒸汽锅筒21内的蒸汽压力成为目标蒸汽压力Pb2的状态,因此能够迅速
地将蒸发气体向锅炉4供给并使其燃烧,从而降低LNG罐3内的压力。
汽压力维持在高压状态。因此,能够减少锅炉4的能量消耗。
子进行了说明,但在间歇放电式点火器43发生故障时等,也可以利用先导燃烧器42进行点
火。另外,在先导燃烧器42发生故障时等,也可以利用间歇放电式点火器43对主燃烧器进行
点火,进行锅炉4的蒸汽锅筒21的升压。通过设为这样的结构,能够使主燃烧器41的点火装
置具有冗余性。
辅助用锅炉(烧口锅炉等)搭载于LNG搬运船2,因此能够节省LNG搬运船2内的空间。