一种用于浸没燃烧式气化器的可调节型烟气均布装置的制作方法

本发明属于lng气化器技术领域，特别涉及一种用于浸没燃烧式气化器的可调节型烟气均布装置。

背景技术：

浸没燃烧式气化器(submergedcombustionvaporizer，简称scv)是在浸没燃烧技术基础上开发出的多相流换热技术，具有启动迅速、热效率高、功率调节范围宽、体积紧凑、设备一次投资成本低等特点。由于天然气需求存在季节性波动，冬季是常态的2-3倍，所以scv常作为接收站天然气系统专用调峰设备。国内天然气接收站使用的scv主要从日本、德国和韩国进口。文献“申请公开号为us7168395b2的美国发明专利”公开了此种浸没燃烧式气化器其主体结构由换热管束、壳程围堰及水浴、浸没燃烧器、燃烧室、烟气均布系统、lng监测系统、烟囱等部分组成。图1为scv工作系统示意图，点火后高温烟气形成于燃烧室，沿均布器管路和密排的均布孔以鼓泡形式进入水浴，形成气液两相流横掠管束，完成高温烟气与水的换热过程，最终将热量通过围堰内的换热管束传递给管内流动的lng，实现lng从液态到超临界态的升温气化。

scv理想的气化流程是燃料提供的热量与液化天然气气化需要的热量基本相等，保证了水浴温度在运行过程中基本保持不变。通过高速气柱对水浴的扰动，一方面增强了lng换热器壳程水浴侧的换热系数，另一方面打破了水浴靠近换热管束的低温层，使之在运行过程中不结冰，保证传热过程顺利进行。但是在实际运行过程中，由于scv多用于城市调峰使用，造成气化量调节范围较大，而一般scv烟气流量及喷射速度只能靠烟气量进行调节，难以直接调节烟气射流速度，而烟气射流速度的降低可造成水浴的扰动度下降，或是速度太高导致烟气与水浴换热不充分，二者都会影响scv的换热效率，导致实际开车过程中存在出口lng气化温度较高或气化量不达标的问题。同时，由于烟气喷射均布器是呈均匀平孔分布，在喷射区域存在扰动“死区”(靠近蛇形管弯管区域，围堰壁面附近)，使传热管弯管处的水浴扰动度较低，水浴与蛇形传热管换热性能受到影响，甚至在传热管表面结较厚冰层，导致换热过程无法准确预估，进一步加剧影响换热效率，从而对scv的换热性能造成较为严重的影响，文献“experimentalinvestigationonfluidflowandheattransfercharacteristicsofasubmergedcombustionvaporizer,appliedthermalengineering113(2017)529-536.”也提出了类似的结冰问题。所以如何在扰动度较低的换热“死区”或容易形成冰层的区域利用气体提升原理，获得扰动剧烈的循环水流，或是根据lng气化所需烟气量的配比有效调节烟气喷射速度，从而提高管外与水浴的换热效率，是迫在眉睫需要解决的问题。

技术实现要素：

为了克服现有scv烟气喷射均布器在运行中存在的烟气均布器无法调节喷射速度和“死区”结冰严重等问题，本发明提出一种浸没燃烧式气化器的可调节型烟气均布装置，采用可调节式的烟气均布器装置，根据烟气量调整均布器喷射孔的有效喷射面积，使烟气喷射速度和lng传热管所需烟气量得到匹配，即一方面调节烟气喷射速度，对传热管附近的“拟静态”水浴进行有效扰动，另一方面避免过多的压力喷射损失，使烟气与水浴得到充分换热，提高烟气与换热管横掠管束的换热效率，同时，在烟气均布器两侧设计“死区”扰流喷嘴，加强“死区”附近的水浴湍动度，消除结冰问题，从而进一步提高lng气化率，达到节能环保的目的；具有结构紧凑、易于加工、scv系统改动小、明显提高lng气化率等优点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于浸没燃烧式气化器的可调节型烟气均布装置，包括烟气均布器6，所述烟气均布器6由烟气均布器内管段15、烟气均布器外管段16及“死区”扰流段17组成，其中烟气均布器内管段15两端均连接“死区”扰流段17，且一端为法兰连接，另一端为焊接；烟气均布器内管段15外部同轴嵌套安装烟气均布器外管段16，烟气均布器外管段16连接电动伺服系统执行机构a的动力输出。

所述的烟气均布器内管段15上的内烟气喷射孔18为平孔喷口设计，内烟气喷射孔18呈半圆周均匀分布。

所述的烟气均布器外管段16上的外烟气喷射孔21为平孔喷口设计，外烟气喷射孔21为全圆周分布，外烟气喷射孔21的直径呈非均匀分布，即直径包括三种尺寸，分别为外烟气喷射孔21的孔数为内烟气喷射孔18的2倍，其最大直径d与内烟气喷射孔18的直径相同。

所述的“死区”扰流段17包括喷嘴段22和与其螺纹连接的扰流段主管,所述的喷嘴段22采用收缩型喷嘴结构，半圆周状分布。

本发明在现有装置基础上将烟气均布器6进行了改进，利用lng气化监测装置进行lng传热管出口气化率测定，当超临界lng出口温度或亚临界lng出口气化率低于设定阈值时，ng供给系统增大供给量，同时电动伺服系统执行机构a带动烟气均布器外管段16旋转至相应角度，改变烟气喷射孔直径，实现烟气有效喷射面积的调节。从而保证烟气喷射速度控制在一定范围，即保证烟气能充分与水浴换热，又能实现较强的横掠管束扰动，避免蛇形盘管结冰，达到提高气化率的目的。烟气均布器“死区”扰流段为半圆周均布型渐缩喷嘴结构，起到增强传热管弯管段(靠近围堰壁面)处的水浴扰动的作用。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1、浸没燃烧式气化器的可调节型烟气均布装置可以根据气化率需求及气化量对烟气均布器的有效喷射面积进行调节，从而有效控制喷气速度，最大限度的保证了喷射速度控制在合理的范围，增加水浴扰动度且节省能量消耗，高低负荷时都可使用，可调节范围广。

2、“死区”扰流段可有效加强“死区”处水浴扰动，避免传热管弯管区域结冰，从而提高传热管换热效率及能量估算可控。

3、改进装置结构简单、操作方便、便于维护、生产和运行成本低。

综上所述，本发明可解决以下几个问题：

1、适应城市调峰大范围lng气化量变化需求，通过改变烟气管有效喷射面积，使喷射速度保持在适宜范围。

2、设计烟气扰动喷嘴，消除扰动“死区”，避免“死区”处冰层形成，从而提高水浴与传热管换热效率。

附图说明

图1为现有技术浸没燃烧式气化器工作系统示意图。

图2为本发明组成结构示意图。

图3为烟气均布器装配示意图。

图4为烟气均布器内管段结构示意图。

图5为烟气均布器外管段结构示意图。

图6为烟气均布器“死区”扰流段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细叙述。

图1为现有技术中常见的一种用于浸没燃烧式气化器的可调节型烟气均布装置，ng经过ng进口1，空气2经过空气进口2在燃烧室3内掺混燃烧，燃烧室3浸入水浴4中，所产生的燃烧产物烟气作为lng气化加热热源。烟气随烟气管5进入烟气均布器6内，烟气均布器6位于围堰9下方，传热管束10布置于围堰9内，布置方向与烟气管5相垂直。烟气经烟气喷射孔7以气泡14形式喷射入水浴4中，引起水浴4产生“拟静态”湍动并横掠过传热管束10进行对流换热。在换热过程中，蛇形管两侧靠近围堰9壁面处的区域水浴湍动较缓，换热能力较弱，称为换热“死区”8。lng进口11经传热管束10通入水浴4，经水浴4加热后，以ng形式在出口12输出。经水浴4换热后的烟气气泡14最终由烟气出口13排出。lng传热管出口与lng气化监测系统相连接。

如图2所示，本发明所述的一种用于浸没燃烧式气化器的可调节型烟气均布装置，将烟气均布器6进行了改进，参照图3，所述的烟气均布器6由烟气均布器烟气均布器内管段15、烟气均布器外管段16及“死区”扰流段17组成，其中烟气均布器内管段15两端均连接“死区”扰流段17，且一端为法兰连接，参照图4，通过法兰20和螺栓孔19进行连接，另一端为焊接；烟气均布器内管段15外部同轴嵌套安装烟气均布器外管段16，烟气均布器外管段16连接电动伺服系统执行机构a的动力输出轴。

参照图4，，所述的烟气均布器内管段15上的内烟气喷射孔18为平孔喷口设计，内烟气喷射孔18呈半圆周均匀分布，其优点为有效喷射面积大以及便于加工。其设计喷孔数根据水浴设计高度及额定烟气量综合计算评定。

参照图5，所述的烟气均布器外管段16上的外烟气喷射孔21为平孔喷口设计，外烟气喷射孔21为全圆周分布，外烟气喷射孔21的直径呈非均匀分布，即直径包括三种尺寸，分别为外烟气喷射孔21的孔数为内烟气喷射孔18的2倍，其最大直径d与内烟气喷射孔18的直径相同。

参照图6，“死区”扰流段17位于烟气均布器内管段15的延长段两侧，靠近烟气主管段5处与烟气均布器内管段15采用法兰连接，另一端与烟气均布器内管段15焊接。所述的“死区”扰流段17包括喷嘴段22和与其螺纹连接的扰流段主管,所述的喷嘴段22采用收缩型喷嘴结构，半圆周状分布，有利于烟气在喷嘴内的加速，从而提高水浴的扰动度，增强换热。

本发明的工作原理说明如下：

针对scv实际运行中出现的烟气与水浴换热不均以及存在换热“死区”导致结冰的严重问题，根据对流换热的横掠管束换热特征及经验关联式nu＝crepr^1/3可知，re的特征速度为通道来流速度,故通过提高烟气喷射出口的re值可有效的提升气泡与水浴的换热效率。与此同时，过高的烟气喷射速度势必会带来较大的压力损失。故可根据烟气量调节烟气喷孔截面尺寸进而改变有效喷射面积，将喷射速度控制在合理范围，使气泡具备浮升到上层传热管的能力，保证烟气量既满足与水浴充分换热的需要，又使能量损耗及压降损失较小，从而达到节能的目的。

烟气均布器内管段15与烟气均布器外管段16采用同轴嵌套安装方式，配合工差控制在0.1以内，连接处采用填料式动密封同轴连接。当lng气化量需求变化时，增大或减小相应ng供应量，改变烟气量，通过电动伺服系统执行机构a驱动烟气均布器外管段16同轴转动至相应喷孔面积处，实现调节烟气均布器6喷孔大小，从而改变有效喷射面积，保证喷射速度维持在适宜范围。“死区”扰流段17一端焊接于烟气均布内管段16，另一端与烟气均布器内管段16法兰连接，呈半圆周状分布，喷射方向朝围堰9壁面及传热管束10弯管方向，可以有效扰动水浴，消除“死区”8，提高烟气与水浴的换热效率。通过以上两种方式，实现调节烟气有效喷射面积和增加“死区”8扰动，可使设计烟气热值与实际值更好匹配，能量得到有效控制。

本发明的设计原理，包括如下步骤：

1、根据水浴容积及最大烟气量确定烟气均布管内管段15输送直径d，根据系统最大气化量需求，在烟气均布管内管段15壁面上半圆周处均布排数n的平孔喷嘴。

2、根据烟气均布管内管段15的平孔喷嘴数量，设计烟气均布管外管段16为全圆周分布的排数为2n的平孔喷嘴，平孔喷嘴尺寸呈三种规格的直径非均匀分布，直径分别为最大喷孔尺寸d与烟气均布器内管段15相同。

3、烟气均布器内管段15与烟气均布器外管段16采用同轴嵌套安装方式，连接处采用填料式动密封同轴连接。在烟气均布器外管段16处安装伺服旋转控制装置带动其受控转动。根据调峰时所需的ng供应量，选取5％的ng进行燃气估算，从而确定实际喷射孔有效面积，启动伺服系统旋转烟气均布器外管段16到特定角度，改变实际烟气喷口尺寸，从而控制燃气喷射速度，实现传热管与水浴的换热强化。

4、与此同时，“死区”扰流段17渐缩型喷嘴段22呈半圆周分布设计，对传热管喷射出的气泡进行补充，加强水浴围堰9侧壁处“死区”8的流动扰动，从而达到强化换热的目的。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除