液化气处理系统、其控制方法、具备该系统的液化气运输船及液化气贮藏设备的制作方法
【专利摘要】本发明的液化气处理系统具备：压缩单元（2），其对外部气体进行压缩；加压型燃烧单元（6），其具有火炉（3）和封套部（5），火炉（3）将压缩后的外部气体作为封套空气及燃烧用空气引导，并使从贮藏槽引导的气化的液化气和燃烧用空气燃烧，封套部（5）将形成火炉（3）的火炉壁（4）的周围覆盖并引导封套空气；高压侧蒸气产生单元（7、8），其与从加压型燃烧单元（6）导出的燃烧气体进行热交换而产生蒸气；蒸气涡轮（9），其引导在高压侧蒸气产生单元（7、8）中产生的蒸气；及燃气涡轮（12），其设置在与压缩单元（2）同轴上，由从高压侧蒸气产生单元（7、8）引导的燃烧气体来驱动。
【专利说明】液化气处理系统、其控制方法、具备该系统的液化气运输船及液化气贮藏设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及液化气处理系统、其控制方法、具备该液化气处理系统的液化气运输船及具备该液化气处理系统的液化气贮藏设备，尤其是涉及被剩余且气化的液化气的处理。
【背景技术】
[0002]通常，在将液化天然气或液化石油气这样的液化气以液体状态贮藏的贮藏罐(以下，称为“货物罐”)中，贮藏在货物罐内的液化气由于来自外部的热量输入而自然地气化而成的液化气(以下，称为“蒸发气”)由再液化装置进行再液化，或者将蒸发气作为原动机等的燃料进行燃烧，由此防止货物罐内的压力的上升。
[0003]然而，在前述的再液化装置的不工作、或者产生的蒸发气超过了作为原动机的燃料而使用的蒸发气时，设有对该剩余的蒸发气进行燃烧处理的气体燃烧锅炉、气体焚烧炉(例如，专利文献I)。
[0004]在这些气体燃烧锅炉、气体焚烧炉这样的气体燃烧装置中，存在对蒸发气的全量进行燃烧处理的情况和对由再液化装置等产生的少量的蒸发气进行燃烧处理的情况。因此，对气体燃烧装置的燃烧负荷范围要求范围大且要求作为货物罐内的压力上升防止单元的高可靠性。
[0005]在这样的气体燃烧锅炉、气体焚烧炉中，在使蒸发气以大致大气压状态与燃烧空气混合之后，通过油产生的火种或电火花进行强制点火来使蒸发气燃烧。通过该燃烧而产生的燃烧气体作为安全的不燃气体由烟囱等向外部排气。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2007-1339号公报
[0009]专利文献2:日本特开2006-200885号公报
[0010]专利文献3:日本特开2007-23976号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的课题
[0012]然而，对从气体燃烧锅炉、气体焚烧炉排出的燃烧气体进行引导的烟道在构成该烟道的配管材料的选定中，从高温耐性的观点出发，优选燃烧气体的温度低的情况。在气体燃烧锅炉的情况下，经常为了产生作为用途所需的蒸气，存在与水(蒸气)的热交换，通过对其适当地进行计划，来使排出的燃烧气体的温度降温至规定温度。
[0013]另一方面，在气体焚烧炉的情况下，使稀释用空气与燃烧用空气混合而增大空气过剩率(向火炉引导的空气量与燃烧用空气量之比)，抑制烟道气体的温度。即，在气体焚烧炉的情况下，与气体燃烧锅炉不同而没有基于燃烧后的热交换的降温机构，因此存在炉自身大型化，难以确保配置空间的问题。
[0014]另外，气体燃烧锅炉、气体焚烧炉均使蒸发气在大气压状态下燃烧，与加压燃烧相t匕，火焰尺寸大，因此火炉也要求大火炉，这也是装置自身的大型化的主要原因。
[0015]此外，在引用文献2中，虽然公开了减少构成气体焚烧炉装置的一部分的缓冲罐的容积的情况，但是没有公开使气化了的液化气燃烧的气体燃烧锅炉、气体焚烧炉的火炉的小型化。
[0016]另外，在专利文献3中，虽然公开了有效利用在燃气涡轮发电装置内循环的燃料气体(循环气体)的能量的情况、能量的回收，但是没有公开热回收锅炉的小型化。
[0017]此外，在船舶的情况下，通常在将燃烧用空气及/或稀释用空气向气体燃烧锅炉或气体焚烧炉的火炉送入时，使用由船内电力等来供电的电动式空气风扇，因此也考虑到由于船内电力供给的切断而气体燃烧装置不能继续运转的情况，从而影响气体处理装置自身的可靠性。因此，在设于船舶的电力供给系统中，根据情况有时需要考虑过剩的冗长性的要求。
[0018]本发明鉴于这种情况而作出，其目的在于提供一种使剩余的气化的液化气的处理紧凑且能够有效地进行处理的液化气处理系统、其控制方法、具备该液化气处理系统的液化气运输船及具备该液化气处理系统的液化气贮藏设备。
[0019]用于解决课题的手段
[0020]为了解决上述课题，本发明的液化气处理系统、其控制方法、具备该液化气处理系统的液化气运输船及具备该液化气处理系统的液化气贮藏设备采用以下的单元。
[0021]本发明的第一形态的液化气处理系统具备:压缩单元，其对外部气体进行压缩；加压型燃烧单元，其具有火炉和封套部，该火炉将由该压缩单元压缩后的外部气体作为封套空气及燃烧用空气引导并使从贮藏槽引导的气化的液化气和所述燃烧用空气燃烧，该封套部将形成该火炉的火炉壁的周围覆盖并引导所述封套空气；高压侧蒸气产生单元，其与从该加压型燃烧单元导出的燃烧气体进行热交换而产生蒸气；蒸气涡轮，其引导在该高压侧蒸气产生单元中产生的所述蒸气；及燃气涡轮，其设置在与所述压缩单元同轴上，利用从所述高压侧蒸气产生单元弓I导的所述燃烧气体而进行旋转。
[0022]以往，在运输液体状的液化气的船舶或贮藏设备等上搭载的贮藏槽内贮藏的液体状的液化气发生了气化(蒸发)时，进行将蒸发气(气化了的液化气)用于推进用原动机的燃料，或者再液化而返回贮藏槽的情况。如此，在无法将蒸发气用于推进用原动机的燃料或进行再液化时、或者进一步产生剩余气体时，向具有气体燃烧锅炉或气体燃烧炉的液化气处理系统引导而燃烧。然而，这些气体燃烧锅炉或气体燃烧炉为了进行大气压燃烧而使火焰增大，它们的火炉自身变得大型。因此，要求液化气处理系统的小型化。
[0023]因此，在本发明中，通过使用加压型燃烧单元使气化的液化气燃烧所产生的燃烧气体来使燃气涡轮旋转，利用燃气涡轮来驱动设置在同轴上的压缩单元，将压缩后的空气作为加压型燃烧单元的封套空气及燃烧用空气而向加压型燃烧单元引导。由此，能够实现加压型燃烧单元的火炉自身的小型化。而且，在本发明中，作为使在贮藏槽内产生的气化的液化气燃烧的燃烧条件，可以使用加压燃烧，因此与具有大气压燃烧的气体燃烧锅炉或气体燃烧炉的以往的液化气处理系统相比，提高通过烟道的燃烧气体的密度，能抑制烟道尺寸。伴随于此，与大气压烟道气体的情况相比，能够实现与燃烧气体进行热交换的高压侧蒸气产生单元的小型化。因此，能够实现液化气处理系统的紧凑化。
[0024]此外，通过使用小型化的高压侧蒸气产生单元、由封套空气将火炉覆盖的加压型燃烧单元，从火炉的散热由空气冷却，减少火炉或烟道的隔热施工，能够抑制从该部位的散热损失。
[0025]另外，通过高压侧蒸气产生单元而降温后的燃烧气体向燃气涡轮的驱动气体入口引导。因此，能够期待构成燃气涡轮的涡轮叶片等的暴露于高温下的零件的长寿命化。
[0026]此外，在所述第一形态的液化气处理系统中，也可以是，所述封套空气经由封套空气用热交换单元而与制冷剂进行热交换，向所述加压型燃烧单元的所述封套部引导。
[0027]在封套空气用热交换单元中，将与制冷剂(通过利用清水等后述的涡轮驱动蒸气系统的供水，能够提高系统效率)进行了热交换后的封套空气向加压型燃烧单元的封套部引导。因此，在加压型燃烧单元的封套部外表面不再需要以防止烧伤等为目的而设置的隔热材料。而且，在火炉内气化的液化气燃烧时产生的火焰通过其辐射热而对形成火炉的火炉壁进行加热。然而，在封套空气用热交换单元中进行了热交换后的封套空气被导向将火炉壁的周围覆盖的封套部。因此，通过封套空气将火炉壁冷却而能够减少来自加压型燃烧单元的散热损失。因此，能够提高对从加压型燃烧单元导出的燃烧气体进行引导的高压侧蒸气产生单元的热交换效率。
[0028]此外，在所述结构的液化气处理系统中，也可以是，所述火炉壁具有向所述封套部贯通的多个通气孔。
[0029]在形成火炉的火炉壁设有多个通气孔。由此，向封套部引导的封套空气一边流入到火炉内，一边进行封套自身的冷却，能够用于与燃烧专用用空气混合而气化的液化气的燃烧空气。而且，通过燃烧用空气与封套空气的混合也能抑制燃烧气体温度。由于能够降低从加压型燃烧单元向燃气涡轮引导的燃烧气体的温度，因此能期待构成燃气涡轮的涡轮叶片等的暴露于高温下的零件的长寿命化。
[0030]另外，在所述第一形态的液化气处理系统中，也可以是，在将所述压缩单元与所述燃气涡轮连接的所述轴上设置有发电单元及/或电动机。
[0031]在将燃气涡轮与压缩单元之间连接的轴上设有发电单元及/或电动机。由此，在由燃烧气体驱动的燃气涡轮的动力比压缩单元的所需动力高时，能够将剩余动力回收作为电力。
[0032]另外，在作为电动机使用时，驱动轴从而驱动压缩单元旋转，由此能够对气化的液化气进行压缩而作为用于向火炉送风的动力源。因此，在无法期待来自外部的供电时，也能够进行加压燃烧的运用，能改善冗长性。
[0033]另外，在所述第一形态的液化气处理系统中，也可以是，在所述燃气涡轮的下游具备与驱动了该燃气涡轮的所述燃烧气体进行热交换而产生蒸气的低压侧蒸气产生单元，向所述蒸气涡轮的入口引导在所述高压侧蒸气产生单元中产生的蒸气，向所述蒸气涡轮的中段部引导在所述低压侧蒸气产生单元中产生的蒸气。
[0034]将在加压型燃烧单元与燃气涡轮之间设置的高压侧蒸气产生单元中产生的蒸气向蒸气涡轮的入口引导，将在燃气涡轮的下游侧设置的低压侧蒸气产生单元中产生的蒸气向蒸气涡轮的中段部引导。由此，能够提高液化气处理系统整体的热回收效率，并且能够提高蒸气涡轮的涡轮效率。[0035]另外，所述第一形态的液化气处理系统也可以构成为设有:加压单元，其对向所述火炉引导的气化的所述液化气进行加压；加压单元用电动机，其对该加压单元进行驱动；及蒸气涡轮驱动用发电单元，其由所述蒸气涡轮驱动而进行发电，该蒸气涡轮驱动用发电单元供给液化气处理系统整体的需要电力，在向所述加压型燃烧单元引导的气化的所述液化气的压力为大致大气压时，设置于所述压缩单元的所述发电单元的电力比所述蒸气涡轮驱动用发电单元的电力优先向所述加压单元用电动机送电。
[0036]与蒸气涡轮驱动用发电单元的电力相比，优先将与压缩外部气体的压缩单元同轴地设置的发电单元的电力向加压单元用电动机输送，该加压单元用电动机驱动对向加压型燃烧单元引导的气化的液化气进行加压的加压单元。由此，加压单元的驱动可以不是由船内电力或设备内电力等的外部配电系统送电，而从外部配电系统分离供电。因此，能够形成比以往提高了可靠性的燃烧单元，也能够提高液化气处理系统的可靠性。
[0037]另外，在本发明的第二形态的液化气运输船中，将利用加压型燃烧单元使液化气运输船中的蒸发气燃烧所产生的燃烧气体向燃气涡轮供给而使该燃气涡轮旋转，对与该燃气涡轮的旋转轴连结的压缩单元进行驱动，将由该压缩单元压缩后的空气作为封套空气及/或燃烧用空气向所述加压型燃烧单元供给。
[0038]另外，在本发明的第三形态的液化气贮藏设备中，将利用加压型燃烧单元使液化气贮藏设备中的蒸发气燃烧所产生的燃烧气体向燃气涡轮供给而使该燃气涡轮旋转，对与该燃气涡轮的旋转轴连结的压缩单元进行驱动，将由该压缩单元压缩后的空气作为封套空气及/或燃烧用空气向所述加压型燃烧单元供给。
[0039]另外，本发明的第四形态的液化气处理系统的控制方法中，所述液化气处理系统具备:压缩单元，其对外部气体进行压缩；加压型燃烧单元，其具有火炉和封套部，所述火炉将由该压缩单元压缩后的外部气体作为封套空气及燃烧用空气引导并使从贮藏槽引导的气化的液化气和所述燃烧用空气燃烧，所述封套部将形成该火炉的火炉壁的周围覆盖并引导所述封套空气；高压侧蒸气产生单元，其与从该加压型燃烧单元导出的燃烧气体进行热交换而产生蒸气；蒸气涡轮，其引导在该高压侧蒸气产生单元中产生的蒸气；燃气涡轮，其设置在与所述压缩单元同轴上，由从所述高压侧蒸气产生单元引导的所述燃烧气体进行驱动，所述液化气处理系统的控制方法中，将从所述加压型燃烧单元导出的所述燃烧气体控制成与所述燃气涡轮为了驱动所述压缩单元所需要的输出相对应的温度。
[0040]发明效果
[0041]根据本发明，将由压缩单元压缩后的外部气体作为加压型燃烧单元的封套空气及燃烧用空气而向加压型燃烧单元引导，该压缩单元设置在与燃气涡轮同轴上，该燃气涡轮由使用加压型燃烧单元使气化的液化气燃烧而产生的燃烧气体来驱动。由此，能够实现加压型燃烧单元的火炉自身的小型化。而且，在本发明中，作为使在贮藏槽内气化的液化气燃烧的燃烧单元，使用了加压型燃烧单元，因此与具有大气压燃烧的气体燃烧锅炉或气体燃烧炉的以往的液化气处理系统相比，能够提高通过烟道的燃烧气体的密度。因此，能够增大与燃烧气体进行热交换的高压侧蒸气产生单元的出入口处的差压，能够使高压侧蒸气产生单元比以往小型化。因此，能够实现液化气处理系统的紧凑化。
[0042]而且，通过使用小型化的高压侧蒸气产生单元、由封套空气将火炉覆盖的加压型燃烧单元，能够减少液化气处理系统内的隔热施工部分，从而抑制来自高压侧蒸气产生单元、火炉的散热损失。
[0043]另外，通过高压侧蒸气产生单元而降温后的燃烧气体被导向燃气涡轮的入口。因此，能够实现构成燃气涡轮的涡轮叶片等的暴露于高温下的零件的长寿命化。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1是在本发明的实施方式的液化天然气运输船上搭载的液化气处理系统的概略结构图。
[0045]图2是表示图1所示的液化气处理系统的燃烧气体和蒸气的热回收的坐标图。【具体实施方式】
[0046]基于图1，说明本发明的实施方式的液化天然气运输船的液化气处理系统。
[0047]图1示出在本实施方式的液化天然气运输船上搭载的液化气处理系统的概略结构图。
[0048]在未图示的液化天然气运输船(液化气运输船)上，作为使贮藏液化天然气(液化气)的未图示的货物罐(贮藏槽)内的蒸发气(气化了的液化气)燃烧的液化气处理系统I，主要设有:压缩机(压缩单元)2，其对空气(外部气体)进行吸引并压缩；加压型燃烧炉(加压型燃烧单元)6，其具有火炉3和封套部5，该火炉3将由压缩机2压缩后的空气作为稀释用空气(封套空气)及燃烧用空气进行引导并使从货物罐导出的蒸发气和燃烧用空气燃烧，该封套部5将形成火炉3的火炉壁4的周围覆盖并引导稀释用空气；高压过热器(高压侧蒸气产生单元)7及高压蒸发器(高压侧蒸气产生单元)8，其与从加压型燃烧炉6导出的燃烧气体进行热交换而产生高压蒸气(蒸气)；蒸气涡轮9，其引导在高压蒸发器8及高压过热器7中产生或过热的高压蒸气；燃气涡轮12，其设置在与压缩机2同轴上，由通过了高压蒸发器8及高压过热器7的燃烧气体来驱动。
[0049]货物罐以大致大气压附近的压力状态贮藏作为货物的液体状的液化天然气。通过从外部向该货物罐的热量输入的产生，而产生自然气化的蒸发气。
[0050]加压型燃烧炉6是将由压缩机2压缩后的压缩空气经过气体通道13内而作为燃烧用空气进行引导的加压型的燃烧炉。向该加压型燃烧炉6引导的燃烧用空气比大气压高，设为大气压?4气压左右的压力。
[0051]加压型燃烧炉6设为将火炉3和以覆盖火炉3的外周的方式设置的封套部5形成为大致同心圆状地形成的大致圆筒形状。在火炉3与封套部5之间设置有火炉壁4，在火炉壁4上设置多个通气孔(未图示)。由此，火炉3与封套部5成为连通状态。
[0052]在火炉3的入口(图1中的火炉3的底部)设有气体燃烧器系统6a，该气体燃烧器系统6a具有生成火种的先导燃料式燃烧器(未图示)和喷射从货物罐导出的蒸发气的主燃烧器(未图示)。向先导燃料式燃烧器供给例如点火用的油，能够生成火种。需要说明的是，可以向先导燃料式燃烧器供给液化天然气等气体(蒸发气)，而且，也可以取代先导燃料式燃烧器而设置火花装置。
[0053]向加压型燃烧炉6的封套部5引导从气体通道13分支的压缩空气的一部分作为稀释用空气。稀释用空气在设于气体通道13与加压型燃烧炉6之间的空气冷却器(封套空气用热交换单元)14中，与作为制冷剂的清水(从后述的蒸气冷凝器16导出的水)进行热交换，而被降温至例如常温附近。
[0054]向加压型燃烧炉6的火炉3引导气体通道13内的剩余的压缩空气作为燃烧用空气。该燃烧用空气由设置在加压型燃烧炉6的入口附近的开度控制阀(未图示)调整空气量。需要说明的是，也可以取代开度控制阀而使用可变式的喷嘴等来调整空气量。在气体通道13的中间部设有用于导入备用气体的止回阀状的外部气体导入部13a。
[0055]在加压型燃烧炉6的下游设置的高压过热器7使从高压蒸发器8及后述的供水加热器(低压侧蒸气产生单元)15导出的高压蒸气及混合气体蒸气与燃烧气体进行热交换。
[0056]在高压过热器7的下游侧设置的高压蒸发器8是在供水加热器15中被加热的水与燃烧气体进行热交换而产生高压蒸气的装置。
[0057]蒸气涡轮9是混压涡轮，向蒸气涡轮的入口引导因依次通过高压蒸发器8、高压过热器7而过热的高压蒸气，向中段部引导因依次通过供水加热器15、高压过热器7而过热的混合气体蒸气，通过进行气体混合(蒸气插入气体混合)而驱动蒸气涡轮9。驱动蒸气涡轮9旋转的蒸气(排气)向蒸气冷凝器16引导而再次冷凝。作为该蒸气冷凝器16，优选海水冷却方式的真空冷凝方式，但也可以是大气压冷凝。
[0058]另外，通过蒸气涡轮9进行旋转驱动而发电的轴发电机(蒸气涡轮驱动用发电单兀)17经由减速齿轮18设于蒸气润轮9。通过该轴发电机17发电的电力向与外部配电系统(未图示)不同的高压电线22供电。在此，高压电线22如图1所示能够经由变压器23与从后述的电动发电机20供电的中压电线21电连接。
[0059]燃气涡轮12由在高压过热器7及高压蒸发器8中进行热交换而温度下降的燃烧气体驱动而旋转。在燃气涡轮12连接有旋转轴(轴)11，在该旋转轴11的另一端连接有压缩机2。因此，通过燃烧气体驱动燃气涡轮12旋转，由此，压缩机2吸引并压缩空气。
[0060]另外，在旋转轴11上，经由减速机19而设置电动/发电机(发电单元及/或电动机)20。该电动/发电机20在驱动燃气涡轮12时成为发电机进行发电，在液化气处理系统I起动时被反向供电而成为电动机，驱动旋转轴11，从而驱动压缩机2旋转。需要说明的是，经由燃气涡轮12而电动发电机20发电的电力如图1所示向中压电线21供电。需要说明的是，也可以不经由减速机19，而将电动发电机(发电单元及/或电动机)20与旋转轴11形成为一体型，由此成为消除了减速机构的发电单元。
[0061 ] 在前述的蒸气冷凝器16中冷凝的水(供水)向设置在燃气涡轮12的下游侧的供水加热器15引导。供水加热器15优选构成供水加热器15的管(未图不)使用耐腐蚀性的翅片管的情况。由此，即使在由于供水加热器15出口的燃烧气体的温度下降而腐蚀性冷凝水析出的情况下，也能够防止管的腐蚀。
[0062]从蒸气冷凝器16向供水加热器15的最下游侧引导的水与从燃气涡轮12排出的燃烧气体进行热交换而被加热，向脱气器等供水加热器(未图示)引导。脱气器是以将溶入到由供水加热器15加热的水中的氧、非冷凝性气体去除而以免产生腐蚀的方式进行水质管理的装置。由该脱气器去除了氧、非冷凝性气体的加热后的水向供水加热器15的最上游侧的混合蒸发器15a、设置在混合气体蒸发器15a与供水加热器15的最下游侧之间的低压蒸发器15b、高压蒸发器8引导。
[0063]向混合气体蒸发器15a引导的水与向供水加热器15的最上游侧引导的燃烧气体进行热交换而成为混合气体蒸气。向低压蒸发器15b引导的水与通过混合气体蒸发器15a而温度下降的燃烧气体进行热交换，成为低压蒸气而用作船内的杂用蒸气。而且，向高压蒸发器8引导的供水与通过高压过热器7的燃烧气体进行热交换而成为高压蒸气。
[0064]接下来，使用图1及图2，说明液化气处理系统I的流程和控制方法。在图2中示出图1所示的液化气处理系统I中的燃烧气体和蒸气的热回收的坐标图，纵轴表示燃烧气体或蒸气的温度[K]，横轴表示蒸气回收热交换内热负荷[kW]。
[0065]如图1所示，压缩机2进行驱动，由此压缩机2吸引/压缩空气。由压缩机2压缩后的压缩空气的压力成为例如2?4Bar，温度上升而成为例如150°C (图1的(E)及图2中的E点)。温度上升了的压缩空气向气体通道13引导。向气体通道13引导的压缩空气的一部分作为稀释用空气进行分支而向空气冷却器14引导。
[0066]向空气冷却器14引导的高温的稀释用空气与从蒸气冷凝器16引导的水(供水)进行热交换而能够降温至常温附近(图1的(F)及图2中的F点)。降温后的稀释用空气向加压型燃烧炉6的封套部5引导。引导至气体通道13的剩余的高温的压缩空气作为燃烧用空气而向加压型燃烧炉6的火炉3供给。
[0067]在火炉3，通过在火炉3的入口设置的先导燃料式燃烧器来形成火种。而且，在本实施方式中，在货物罐内产生的蒸发气为大致大气压附近的压力，因此，通过由从中压电线21供电的燃料气体升压泵用电动机(加压单元用电动机)26驱动的燃料气体升压泵(加压单元)24，对蒸发气进行升压(加压)而向火炉3供给。该升压后的蒸发气和从气体通道13供给的燃烧用空气向火炉3供给，通过燃烧而形成火焰。
[0068]在形成火焰的火炉3内，从设置在其火炉壁4上的通气孔流入向封套部5引导的降温后的稀释用空气。由此，在火炉3内，燃烧用空气与稀释用空气混合而燃烧用空气的温度降温。需要说明的是，向燃烧用空气混合的稀释用空气的流量根据燃气涡轮12、高压过热器7、高压蒸发器8、供水加热器15、蒸气涡轮9的动力回收比例而决定。
[0069]此时，向火炉3内供给的燃烧用空气必须由在火炉3的入口设置的开度控制阀将所需差压(稀释用空气的压力与燃烧用空气的压力之差)调整成为比稀释用空气的压力低压。由此，不会妨碍从封套部5经由火炉壁4的通气孔向火炉3内流入的稀释用空气的流入。
[0070]这种加压型燃烧炉6在火炉3与加压型燃烧炉6的外壁6b之间具有封套部5，因此能够抑制火炉3内的火焰的辐射热(或辐射光)向外壁6b直接传热而将外壁6b加热的情况。而且，将火炉3覆盖的火炉壁4由火焰的辐射热而加热，但是由于向封套部5引导降温后的稀释用空气，因此通过该冷却热将火炉壁4冷却。如此，火炉壁4以能够抑制火焰的辐射热向外壁6b直接传热而将外壁6b加热的的方式,决定孔形状及通气孔的个数，并选定与其温度相适的材料。
[0071]由加压型燃烧炉6生成的燃烧气体通过混合了稀释用空气的燃烧用空气和蒸发气燃烧，而成为例如约860°C (图1的(A)及图2中的虚线的A点)。该燃烧气体从火炉3排出而向高压过热器7引导。
[0072]向高压过热器7引导的燃烧气体依次与从高压蒸发器8引导的高压蒸气(图1的(J)及图2中的J点)、从供水加热器15的混合气体蒸发器15a引导的混合气体蒸气(图1的(K)及图2中的K点)进行热交换，分别成为过热的高压蒸气以及混合气体蒸气。与高压蒸气及混合气体蒸气进行热交换而降温后的燃烧气体从高压过热器7排出而向高压蒸发器8引导。向高压蒸发器8引导的燃烧气体与从供水加热器15经由脱气器而被加热后的水进行热交换而产生高压蒸气。
[0073]从加压型燃烧炉6导出的燃烧气体通过高压过热器7及高压蒸发器8，由此，如图2中的虚线所示那样其温度下降至例如约420°C (图1的(B)及图2中的虚线的B点)并减压。需要说明的是，通过了高压过热器7及高压蒸发器8的燃烧气体的降温的程度设为如下范围:燃气涡轮12能够输出经由旋转轴11而与燃气涡轮12连接的增压器2为了压缩空气所需的动力。
[0074]在此，从加压型燃烧炉6导出的燃烧气体与从以往的燃烧炉(未图示)导出的燃烧气体相比，燃烧气体的密度高且成为高压。由此，在该燃烧气体通过的高压过热器7及高压蒸发器8中，能够增大它们的出入口处的燃烧气体的差压。因此，能够实现高压过热器7、高压蒸发器8的小型化。需要说明的是，燃烧气体所通过的高压过热器7及高压蒸发器8的外周25被进行防热施工。
[0075]通过高压过热器7及高压蒸发器8而降温后的燃烧气体被导向燃气涡轮12。导向燃气涡轮12的燃烧气体作用于在燃气涡轮12设置的涡轮叶片(未图示)而驱动燃气涡轮12旋转。通过利用引导燃烧气体而进行了旋转驱动的燃气涡轮12，来驱动旋转轴11旋转。通过驱动旋转轴11旋转，在旋转轴11的另一端设置的压缩机2进行驱动，从而对空气进行吸引/压缩。此外，在旋转轴11上经由减速机19而连接有电动发电机20，因此通过驱动旋转轴11旋转，而电动发电机20发电。
[0076]驱动燃气涡轮12旋转的燃烧气体(图1的(C)及图2中的C点)的出口温度设为例如130°C以上，优选设为200°C以上而从燃气涡轮12导出。如此，通过将燃气涡轮12的出口温度设为130?160°C以上，防止由通过高压过热器7及高压蒸发器8而低温化的燃烧气体的结露所产生的酸性水腐蚀，需要对燃气涡轮12进行保护。
[0077]从燃气涡轮12导向供水加热器15的燃烧气体依次通过供水加热器15的混合气体蒸发器15a、低压蒸发器15b，在对从蒸气冷凝器16引导的水进行加热(图2中的M)之后，从未图示的烟囱等向液化气处理系统I外排出。需要说明的是，作为从供水加热器15排气的燃烧气体的排气温度，优选为100°C以下(图1的(D)及图2中的D点)。由此，能够提高液化气处理系统I的综合热效率。
[0078]另一方面，由燃烧气体加热后的水(图1的(M)及图2中的M点)经由未图示的脱气器而被导向高压蒸发器8或供水加热器15的混合气体蒸发器15a或低压蒸发器15b。向供水加热器15的混合气体蒸发器15a引导的加热后的水与燃烧气体进行热交换而成为混合气体蒸气(图1的(K)及图2中的K点)，被导向高压过热器7。被导向高压过热器7的混合气体蒸气在此与燃烧气体进行热交换而过热(图1的(H)及图2中的H点)，被导向蒸气涡轮9的中段部。
[0079]另外，向蒸气涡轮9的入口引导从脱气器经由高压蒸发器8而由高压过热器7过热后的高压蒸气(图1的(G)及图2中的G点)。通过这些过热的高压蒸气和混合气体蒸气，蒸气涡轮9旋转，对轴发电机17进行驱动。
[0080]需要说明的是，向供水加热器15的低压蒸发器15b引导的加热后的水与燃烧气体进行热交换(图1的(L)及图2中的L点)，成为低压蒸气而成为向船内供给的杂用蒸气。
[0081]如以上所述，根据本实施方式的液化气处理系统1、其控制方法及具备该液化气处理系统I的液化天然气运输船，起到以下的作用效果。
[0082]将由压缩机(压缩单元)2压缩后的空气(外部气体)作为稀释用空气(封套空气)及燃烧用空气向加压型燃烧炉6引导，该压缩机(压缩单元)2设置在与燃气涡轮12同轴上，该燃气涡轮12通过由使用加压型燃烧炉(加压型燃烧单元)6使蒸发气(气化了的液化天然气(液化气))燃烧而产生的燃烧气体来驱动。由此，能够实现加压型燃烧炉6的火炉3自身的小型化。而且，作为使在货物罐(贮藏槽)内产生的蒸发气燃烧的燃烧单元，使用了加压型燃烧炉6，因此与具有大气压燃烧的气体燃烧锅炉(未图示)、气体燃烧炉(未图示)的以往的液化气处理系统(未图示)相比，能够提高通过高压过热器(蒸气产生单元)7及高压蒸发器(蒸气产生单元)8的燃烧气体的密度。由此，与大气压燃烧气体的热交换器相比，高压蒸发器8及高压过热器7能够实现小型化。因此，能够实现液化气处理系统I的小型化。
[0083]此外，通过使用小型化的高压蒸发器8及高压过热器7、通过引导稀释用空气的封套部5将火炉3覆盖的加压型燃烧炉6，由此减少液化气处理系统I内的隔热施工部分，能够抑制从高压蒸发器8及高压过热器7的外周25、火炉3的散热损失。
[0084]另外，向燃气涡轮12的入口引导因通过高压蒸发器8及高压过热器7而被降温的燃烧气体。因此，能够构成燃气涡轮12并实现暴露于高温下的元件的长寿命化。
[0085]在空气冷却器(封套空气用热交换单兀)14中与从蒸气冷凝器16引导的供水(制冷剂)进行热交换后的稀释用空气被导向加压型燃烧炉6的封套部5。因此，不需要在加压型燃烧炉6的封套部5的外壁6b上设置的隔热材料。此外，在火炉3内蒸发气燃烧时产生的火焰通过其辐射热对形成火炉3的火炉壁4进行加热。然而，向将火炉壁4的周围覆盖的封套部5引导在空气冷却器14中进行热交换而温度下降的稀释用空气。因此，通过稀释用空气对火炉壁4进行冷却而能够减少从加压型燃烧炉6的散热损失。因此，能够提高对从加压型燃烧炉6导出的燃烧气体进行引导的高压蒸发器8及高压过热器7的热交换效率。
[0086]在形成火炉3的火炉壁4上设有多个通气孔(未图示)。由此，向封套部5引导的稀释用空气流入到火炉3内，除了燃烧用空气之外，稀释用空气也能够用于与蒸发气的燃烧。因此，使燃烧用空气与在空气冷却器14中进行热交换而温度下降的稀释用空气混合，能够降低生成的燃烧气体的温度。能够对从加压型燃烧炉6向燃气涡轮12引导的燃烧气体的温度进行降温，因此能够实现构成燃气涡轮12的涡轮叶片(未图示)等的暴露于高温下的元件的长寿命化。
[0087]在将燃气涡轮12与压缩机2之间连接的旋转轴11上设有电动发电机(发电单元及/或电动机)20。由此，在由燃烧气体驱动的燃气涡轮12的动力比压缩机2的所需动力高时，能够将剩余动力回收作为电力而向中压电线21供电。
[0088]另外，在使用电动发电机20作为电动机时，驱动旋转轴11来驱动压缩机2旋转，由此能够通过压缩机2对加压型燃烧炉6起动时所需的起动用空气进行压缩而送风。因此，不需要加压型燃烧炉6起动时的起动用空气用的电动风扇(未图示)等设备。
[0089]在设于加压型燃烧炉6与燃气涡轮12之间的高压蒸发器8中产生的高压蒸气由高压过热器7过热而向蒸气涡轮9的入口引导，在设于燃气涡轮12的下游侧的供水加热器(低压侧蒸气产生单元)15的混合气体蒸发器15a中产生的混合气体蒸气由高压蒸发器8过热而向蒸气涡轮9的中段部引导。由此，能够提高液化气处理系统I整体的热回收效率，并且能够提高蒸气涡轮9的涡轮效率。[0090]从通过燃气涡轮20驱动而发电的轴发电机(蒸气涡轮驱动用发电单元)17经由高压电线22、变压器23，向燃料气体升压泵用电动机(加压单元用电动机)26送电，该燃料气体升压泵用电动机(加压单元用电动机)26驱动对向加压型燃烧炉6引导的蒸发气进行升压(加压)的燃料气体升压泵(加压单元)24。因此，通过来自与蒸气涡轮9连接的轴发电机17的电力对燃料气体升压泵24的驱动进行送电，能够从外部配电系统(未图示)分离而供电。因此，能够形成比以往提高了可靠性的加压型燃烧炉6，也能够提高液化气处理系统I的可靠性。
[0091]需要说明的是，在本实施方式中，将蒸气涡轮9设为混合气体涡轮进行了说明，但本发明并未限定于此，也可以将低压涡轮与高压涡轮配置在同轴上。
[0092]另外，说明了向蒸气涡轮9引导高压及混合气体蒸气这双系统的情况，但也可以从高压蒸发器8及高压过热器7向蒸气涡轮9引导蒸气的仅单系统或者为双系统以上。
[0093]此外，本发明的液化气处理系统I并不仅适用于液化天然气运输船，也可以适用于贮藏液化天然气的液化天然气贮藏设备(未图示)。
[0094]另外，虽然使用液化天然气作为液化气进行了说明，但本发明并未限定于此，作为液化气，也可以是液化石油气(LPG)、乙烷、乙烯、氨或它们的混合物。
[0095]此外，通过在货物罐侧设置的货物压缩器(未图示)等来确保向加压型燃烧炉6供给的蒸发气的原压时，由货物压缩器从货物罐导出的蒸发气的压力通常比火炉3内压力高。因此，这种情况下，也可以不利用燃料气体升压泵24使蒸发气升压，仅减压而将蒸发气向火炉3内供给。
[0096]标号说明
[0097]I液化气处理系统
[0098]2压缩单元(压缩机)
[0099]3 火炉
[0100]4火炉壁
[0101]5封套部
[0102]6加压型燃烧单元(加压型燃烧炉)
[0103]7高压侧蒸气产生单元(高压过热器)
[0104]8高压侧蒸气产生单元(高压蒸发器)
[0105]9蒸气涡轮
[0106]11轴(旋转轴)
[0107]12燃气涡轮
【权利要求】
1.一种液化气处理系统,具备: 压缩单元，其对外部气体进行压缩； 加压型燃烧单元，其具有火炉和封套部，所述火炉将由该压缩单元压缩后的外部气体作为封套空气及燃烧用空气引导并使从贮藏槽引导的气化的液化气和所述燃烧用空气燃烧，所述封套部将形成该火炉的火炉壁的周围覆盖并引导所述封套空气； 高压侧蒸气产生单元，其与从该加压型燃烧单元导出的燃烧气体进行热交换而产生蒸气； 蒸气涡轮，其引导在该高压侧蒸气产生单元中产生的所述蒸气；及燃气涡轮，其设置在与所述压缩单元同轴上，利用从所述高压侧蒸气产生单元引导的所述燃烧气体而进行旋转。
2.根据权利要求1所述的液化气处理系统,其中， 所述封套空气经由封套空气用热交换单元而与制冷剂进行热交换，向所述加压型燃烧单元的所述封套部引导。
3.根据权利要求2所述的液化气处理系统，其中， 所述火炉壁具有向所述封套部贯通的多个通气孔。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的液化气处理系统，其中， 在将所述压缩单元与所述燃气涡轮连接的所述轴上设置有发电单元及/或电动机。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的液化气处理系统，其中， 在所述燃气涡轮的下游具备与驱动了该燃气涡轮的所述燃烧气体进行热交换而产生蒸气的低压侧蒸气产生单兀， 向所述蒸气涡轮的入口引导在所述高压侧蒸气产生单元中产生的蒸气，向所述蒸气涡轮的中段部引导在所述低压侧蒸气产生单元中产生的蒸气。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的液化气处理系统，其中， 所述液化气处理系统设置有: 加压单元，其对向所述火炉引导的气化的所述液化气进行加压； 加压单元用电动机，其对该加压单元进行驱动；及 蒸气涡轮驱动用发电单元，其由所述蒸气涡轮驱动而进行发电， 该蒸气涡轮驱动用发电单元供给液化气处理系统整体的需要电力， 在向所述加压型燃烧单元引导的气化的所述液化气的压力为大致大气压时，设置于所述压缩单元的所述发电单元的电力比所述蒸气涡轮驱动用发电单元的电力优先向所述加压单元用电动机送电。
7.—种液化气运输船,其中， 将利用加压型燃烧单元使液化气运输船中的蒸发气燃烧所产生的燃烧气体向燃气涡轮供给而使该燃气涡轮旋转，对与该燃气涡轮的旋转轴连结的压缩单元进行驱动，将由该压缩单元压缩后的空气作为封套空气及/或燃烧用空气向所述加压型燃烧单元供给。
8.一种液化气贮藏设备，其中， 将利用加压型燃烧单元使液化气贮藏设备中的蒸发气燃烧所产生的燃烧气体向燃气涡轮供给而使该燃气涡轮旋转，对与该燃气涡轮的旋转轴连结的压缩单元进行驱动，将由该压缩单元压缩后的空气作为封套空气及/或燃烧用空气向所述加压型燃烧单元供给。
9.一种液化气处理系统的控制方法，所述液化气处理系统具备: 压缩单元，其对外部气体进行压缩； 加压型燃烧单元，其具有火炉和封套部，所述火炉将由该压缩单元压缩后的外部气体作为封套空气及燃烧用空气引导并使从贮藏槽引导的气化的液化气和所述燃烧用空气燃烧，所述封套部将形成该火炉的火炉壁的周围覆盖并引导所述封套空气； 高压侧蒸气产生单元，其与从该加压型燃烧单元导出的燃烧气体进行热交换而产生蒸气； 蒸气涡轮，其引导在该高压侧蒸气产生单元中产生的蒸气；及燃气涡轮，其设置在与所述压缩单元同轴上，由从所述高压侧蒸气产生单元引导的所述燃烧气体进行驱动， 所述液化气处理系统的控制方法中， 将从所述加压型燃烧单元导出的所述燃烧气体控制成与所述燃气涡轮为了驱动所述压缩单元所需要的输出相对应的温度。
【文档编号】F02C6/18GK103842626SQ201280048005
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年10月22日 优先权日:2011年10月24日
【发明者】冈胜 申请人:三菱重工业株式会社