船舶发动机液氨供应系统及船舶的制作方法

1.本发明涉及船舶技术领域，尤其是涉及一种船舶发动机液氨供应系统及 船舶。


背景技术：

2.国家提出大力发展低碳绿色能源战略并提出“碳达峰”和“碳中和”的 目标，充分利用清洁可再生能源是实现“双碳目标”的重要途径，从而实现 环境保护和解决能源紧张问题。生物质是世界上最丰富的可再生能源，植物 进行光合作用将空气中的co2转化为有机物，能有效替代化石能源。我国含 有丰富的生物质资源，年产量可相当于6～7亿吨当量标准煤，可再生能源在 解决环境问题、燃料价格和碳排放方面发挥着越来越重要的作用。
3.氨气在燃烧时不会产生二氧化碳，并且液氨储存运输方便，因此一直被 视为适合热能发电和大型远洋船舶的下一代零碳燃料。abs表示航运业将氨 视为实现未来脱碳目标的途径之一，对于寻求脱碳运营的航运企业而言，氨 是一种具有巨大潜力的燃料。目前，有很多家发动机生产商都在开发氨燃料 发动机。
4.但是，由于氨燃料的最小点火能量高，在燃烧时需要进行引燃，并且燃 烧不充分时，尾气中可能会含有残留的氨气。故需要为氨燃料发动机设计相 应的引燃系统，能够为氨燃料燃烧时提供引燃剂，使发动机更容易启动，同 时能够使液氨燃烧更加充分。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种船舶发动机液氨供应系统，利用生物质在流化 床气化炉中气化产生的氢气作为引燃剂，对氨燃料发动机中的液氨进行引燃， 不仅使氨燃料发动机更容易启动，同时能够使液氨燃烧更加充分，提高了液 氨的燃烧效率。
6.本发明提供一种船舶发动机液氨供应系统，包括液氨储罐、低压泵、低 压缓冲罐、高压泵、第一换热器、高压缓冲罐、氨燃料发动机、锅炉、生物 质料箱、流化床气化炉、旋风分离器、吸收塔、气体分离器和氢气缓冲罐；
7.所述低压泵设置于所述液氨储罐内，所述低压泵的出口与所述低压缓冲 罐的入口连通，所述低压缓冲罐的出口与所述高压泵的入口连通，所述高压 泵的出口与所述第一换热器的液氨入口连通，所述第一换热器的液氨出口与 所述高压缓冲罐的入口连通，所述高压缓冲罐的出口与所述氨燃料发动机的 液氨入口连通；
8.所述生物质料箱的出口与所述流化床气化炉的生物质入口连通，所述锅 炉的蒸汽出口与所述流化床气化炉的蒸汽入口连通，所述流化床气化炉的可 燃气出口与所述旋风分离器的入口连通，所述旋风分离器的固体出口与所述 流化床气化炉的入口连通，所述旋风分离器的气体出口与所述吸收塔的入口 连通，所述吸收塔的气体出口与所述第一换热器的可燃气入口连通，所述第 一换热器的可燃气出口与所述气体分离器的入口连通，所述气体分离器的氢 气出口与所述氢气缓冲罐的入口连通，所述氢气缓冲罐的出口与所述氨燃料 发动机的氢气入口连通。
9.进一步地，所述船舶发动机液氨供应系统还包括栅格箱和透气桅，所述 流化床气
化炉的活性炭出口通过泄放管路与所述栅格箱的活性炭入口连通； 所述氨燃料发动机的尾气出口与所述栅格箱的尾气入口连通，所述栅格箱的 尾气出口与所述透气桅连通。
10.进一步地，所述气体分离器的其它可燃气出口与所述锅炉的燃料入口连 通。
11.进一步地，所述船舶发动机液氨供应系统还包括第二换热器，所述气体 分离器的其它可燃气出口与所述第二换热器的可燃气入口连通，所述高压缓 冲罐的出口还与所述第二换热器的液氨入口连通，所述第二换热器的可燃气 出口和所述第二换热器的氨气出口均与所述锅炉的燃料入口连通。
12.进一步地，所述船舶发动机液氨供应系统还包括氨气缓冲罐和水箱，所 述水箱的出口与所述吸收塔的入口连通，所述液氨储罐的出口与所述氨气缓 冲罐的入口连通，所述氨气缓冲罐的出口与所述吸收塔的入口连通。
13.进一步地，所述低压缓冲罐的出口还与所述吸收塔的入口连通。
14.进一步地，所述吸收塔内设有喷淋装置，所述氨气缓冲罐的出口和所述 低压缓冲罐的出口均与所述喷淋装置连通。
15.进一步地，所述船舶发动机液氨供应系统还包括蒸发器，所述吸收塔的 底部出口与所述蒸发器的入口连通，所述蒸发器的水汽出口与所述吸收塔的 入口连通。
16.进一步地，所述吸收塔的气体出口与所述第一换热器的可燃气入口之间 的管路上设有co2检测仪。
17.进一步地，所述船舶发动机液氨供应系统还包括温控箱，所述流化床气 化炉内设有加热装置，所述加热装置上设有温度传感器，所述温控箱同时与 所述加热装置和所述温度传感器电连接。
18.进一步地，所述吸收塔的气体出口与所述第一换热器的可燃气入口之间 的管路上设有油过滤器和水过滤器。
19.本发明还提供一种船舶，包括以上所述的船舶发动机液氨供应系统。
20.本发明提供的船舶发动机液氨供应系统，利用锅炉中的高温蒸汽作为气 化剂，使生物质在流化床气化炉中充分气化并产生高温的可燃气，可燃气中 的氢气在分离出来后作为引燃剂，在进入氨燃料发动机内后对氨燃料发动机 中的液氨进行引燃，不仅使氨燃料发动机更容易启动，同时能够使液氨燃烧 更加充分，提高液氨的燃烧效率。同时，高温的可燃气和低温的液氨能够在 第一换热器内进行换热，对液氨进行加热，充分利用了高温可燃气的热能， 减少了系统中其它热循环装置的布置，从而节省空间和成本。
附图说明
21.图1为本发明实施例中船舶发动机液氨供应系统的结构示意图。
22.图2为本发明另一实施例中船舶发动机液氨供应系统的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
24.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、
ꢀ“
第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺 序或先后次序。
25.如图1所示，本发明实施例提供的船舶发动机液氨供应系统，包括液氨 储罐1、低压泵2、低压缓冲罐3、高压泵4、第一换热器5、高压缓冲罐6、 氨燃料发动机7、锅炉8、生物质料箱9、流化床气化炉10、旋风分离器11、 吸收塔12、气体分离器13和氢气缓冲罐14；
26.低压泵2设置于液氨储罐1内，低压泵2的出口与低压缓冲罐3的入口 连通，低压缓冲罐3的出口与高压泵4的入口连通，高压泵4的出口与第一 换热器5的液氨入口连通，第一换热器5的液氨出口与高压缓冲罐6的入口 连通，高压缓冲罐6的出口与氨燃料发动机7的液氨入口连通；
27.生物质料箱9的出口与流化床气化炉10的生物质入口连通，锅炉8的蒸 汽出口与流化床气化炉10的蒸汽入口连通，流化床气化炉10的可燃气出口 与旋风分离器11的入口连通，旋风分离器11的固体出口与流化床气化炉10 的入口连通，旋风分离器11的气体出口与吸收塔12的入口连通，吸收塔12 的气体出口与第一换热器5的可燃气入口连通，第一换热器5的可燃气出口 与气体分离器13的入口连通，气体分离器13的氢气出口与氢气缓冲罐14的 入口连通，氢气缓冲罐14的出口与氨燃料发动机7的氢气入口连通。
28.具体地，液氨储罐1内储存有液氨，液氨储罐1内的液氨经低压泵2输 送至低压缓冲罐3内，然后经高压泵4进行加压，加压后的液氨在第一换热 器5内与高温可燃气进行换热，加热后的液氨进入高压缓冲罐6内，以氨燃 料发动机7所需要的压力和流量为氨燃料发动机7供给液氨。生物质料箱9 内的生物质颗粒从生物质料箱9进入流化床气化炉10内，同时锅炉8产生的 高温蒸汽也进入流化床气化炉10内，流化床气化炉10内的生物质颗粒在高 温蒸汽的氛围下进行气化，生物质颗粒在气化后产生高温的可燃气(可燃气 的主要成分包括氢气、甲烷和一氧化碳等)，气化后的气体和残余固体进入旋 风分离器11内进行气固分离，分离出的固体重新回到流化床气化炉10内继 续气化，分离出的气体进入吸收塔12后将co2等酸性气体吸收脱除；然后高 温的可燃气进入第一换热器5内与液氨进行换热，换热后的可燃气进入气体 分离器13内将氢气分离出来，分离出的氢气进入氢气缓冲罐14内，以氨燃 料发动机7所需要的压力和流量为氨燃料发动机7供给氢气，从而为液氨进 行引燃，不仅使氨燃料发动机7更容易启动，同时能够使液氨燃烧更加充分， 提高液氨的燃烧效率。
29.进一步地，如图1所示，在本实施例中，吸收塔12的气体出口与第一换 热器5的可燃气入口之间的管路上设有油过滤器23和水过滤器24。
30.具体地，油过滤器23用于去除可燃气中的油性物质(例如焦油)，水过 滤器24用于去除可燃气中的水分，从而得到更纯净的可燃气。
31.进一步地，如图1所示，在本实施例中，船舶发动机液氨供应系统还包 括栅格箱15和透气桅16，流化床气化炉10的活性炭出口通过泄放管路25 与栅格箱15的活性炭入口连通；氨燃料发动机7的尾气出口与栅格箱15的 尾气入口连通，栅格箱15的尾气出口与透气桅16连通。
32.具体地，生物质颗粒在流化床气化炉10内气化一段时间后会产生活性炭 颗粒，活性炭颗粒通过泄放管路25进入栅格箱15内。氨燃料发动机7运行 时，氨燃料发动机7产生的发动机尾气进入栅格箱15内被活性炭吸附后，再 通过透气桅16进行排放，从而对发动机尾气中的有害物质进行吸收处理。
33.进一步地，如图1所示，在本实施例中，船舶发动机液氨供应系统还包 括第二换热器17，气体分离器13的其它可燃气出口与第二换热器17的可燃 气入口连通，高压缓冲罐6
的出口还与第二换热器17的液氨入口连通，第二 换热器17的可燃气出口和第二换热器17的氨气出口均与锅炉8的燃料入口 连通。
34.具体地，气体分离器13分离出的其它可燃气(包括甲烷、一氧化碳等) 与高压缓冲罐6内的液氨在第二换热器17内进行换热后，将液氨汽化为氨 气，换热后的其它可燃气和氨气进入锅炉8内后燃烧，从而可以为锅炉8提 供一定量的燃料。当然，如图2所示，在其它实施例中，也可以不设置第二 换热器17，直接将气体分离器13的其它可燃气出口与锅炉8的燃料入口连 通，为锅炉8提供燃料。锅炉8可根据燃料的种类进行选型。
35.进一步地，如图1所示，在本实施例中，船舶发动机液氨供应系统还包 括氨气缓冲罐18和水箱19，水箱19的出口与吸收塔12的入口连通，液氨 储罐1的出口与氨气缓冲罐18的入口连通，氨气缓冲罐18的出口与吸收塔 12的入口连通，低压缓冲罐3的出口还与吸收塔12的入口连通。吸收塔12 上设有液位计26。
36.具体地，当液氨储罐1内的液氨蒸发时会产生氨气，使液氨储罐1内的 压力升高，蒸发的氨气进入氨气缓冲罐18，氨气缓冲罐18内的氨气再进入 吸收塔12内。吸收塔12内具有一定液位高度的水(吸收塔12内的水由水箱 19供给)，吸收塔12内的液位高度由液位计26进行检测。氨气缓冲罐18内 的氨气进入吸收塔12内后溶解在水中形成氨水，氨水可对可燃气中的co2等酸性气体进行有效吸收脱除。当液氨储罐1内蒸发的氨气不足以吸收co2等酸性气体时，可将低压缓冲罐3中的液氨放入一定量至吸收塔12内，以提 高吸收塔12内氨水的浓度。
37.进一步地，如图1所示，在本实施例中，吸收塔12内设有喷淋装置121， 喷淋装置121设有多个喷嘴，氨气缓冲罐18的出口和低压缓冲罐3的出口均 与喷淋装置121连通。通过设置喷淋装置121，可以使氨气缓冲罐18内的氨 气和低压缓冲罐3内的液氨喷淋进入吸收塔12内，从而提高氨的吸收效率。
38.进一步地，如图1所示，在本实施例中，船舶发动机液氨供应系统还包 括蒸发器20，吸收塔12的底部出口与蒸发器20的入口连通，蒸发器20的 水汽出口与吸收塔12的入口连通。吸收塔12的气体出口与第一换热器5的 可燃气入口之间的管路上设有co2检测仪21。
39.具体地，co2检测仪21用于监测吸收塔12出口气体中的co2含量，当 co2含量上升时，说明吸收塔12内的溶液达到饱和，此时可将吸收塔12内 的饱和溶液排至蒸发器20内进行蒸发结晶，蒸发的水汽重新回到吸收塔12 内，结晶的(nh3)2co3进行回收，实现氨的回收利用。
40.进一步地，如图1所示，在本实施例中，船舶发动机液氨供应系统还包 括温控箱22，流化床气化炉10内设有加热装置101，加热装置101上设有温 度传感器102，温控箱22同时与加热装置101和温度传感器102电连接。
41.具体地，在本实施例中，加热装置101为电热丝，即加热装置101为电 加热装置，温度传感器102为热电偶。流化床气化炉10的加热与温度由温控 箱22进行控制，同时流化床气化炉10的温度可在温控箱22上显示。
42.进一步地，如图1所示，在本实施例中，氨气缓冲罐18的出口、高压缓 冲罐6的出口和氢气缓冲罐14的出口均与栅格箱15的尾气入口连通。氨气 缓冲罐18的出口与栅格箱15的尾气入口之间的管路上设有第一安全阀41， 高压缓冲罐6的出口与栅格箱15的尾气入口之间的管路上设有第二安全阀42，氢气缓冲罐14的出口与栅格箱15的尾气入口之间的管路
上设有第三安 全阀43。当氨气缓冲罐18、高压缓冲罐6或氢气缓冲罐14超压时，可分别 打开第一安全阀41、第二安全阀42或第三安全阀43(安全阀自动起跳)进 行气体泄放，泄放后的气体进入栅格箱15内进行吸附处理。
43.进一步地，如图1所示，在本实施例中，液氨储罐1的出口与氨气缓冲 罐18的入口之间的管路上设有第一阀门31，氨气缓冲罐18的出口与吸收塔 12的入口之间的管路上设有第二阀门32，高压缓冲罐6的出口与氨燃料发动 机7的液氨入口之间的管路上设有第三阀门33，氨燃料发动机7的尾气出口 与栅格箱15的尾气入口之间的管路上设有第四阀门34，低压缓冲罐3的出 口与吸收塔12的入口之间的管路上设有第五阀门35，高压缓冲罐6的出口 与第二换热器17的液氨入口之间的管路上设有第六阀门36，吸收塔12的底 部出口与蒸发器20的入口之间的管路上设有第七阀门37，泄放管路25上设 有第八阀门38，锅炉8的蒸汽出口与流化床气化炉10的蒸汽入口之间的管 路上设有第九阀门39和止回阀29，氢气缓冲罐14的出口与氨燃料发动机7 的氢气入口之间的管路上设有第十阀门30。当然，该船舶发动机液氨供应系 统中的其它管路上也还设有阀门，在此不赘述。
44.进一步地，如图1所示，在本实施例中，液氨储罐1上设有第一压力表 51和第一温度表61，第一换热器5的液氨出口与高压缓冲罐6的入口之间的 管路上设有第二压力表52和第二温度表62，高压缓冲罐6上设有第三压力 表53，锅炉8的蒸汽出口与流化床气化炉10的蒸汽入口之间的管路上设有 第四压力表54和第三温度表63，第一换热器5的可燃气出口与气体分离器 13的入口之间的管路上设有第五压力表55和第四温度表64，氢气缓冲罐14 上设有第六压力表56。
45.本发明实施例还提供一种船舶，包括以上所述的船舶发动机液氨供应系 统。
46.本实施例的船舶发动机液氨供应系统的工作流程为：
47.1、当氨燃料发动机7需要液氨供应时，船舶在加注站将液氨加到液氨储 罐1内。液氨储罐1内的液氨经低压泵2输送至低压缓冲罐3内，然后经高 压泵4进行加压，加压后的液氨在第一换热器5内与高温可燃气进行换热， 加热后的液氨的压力和温度分别由第二压力表52和第二温度表62进行监测。 加热后的液氨进入高压缓冲罐6内，高压缓冲罐6的压力由第三压力表53进 行监测，最后以氨燃料发动机7所需要的压力和流量为氨燃料发动机7供给 液氨。
48.2、生物质料箱9内的生物质颗粒从生物质料箱9进入流化床气化炉10 内，同时锅炉8产生的高温蒸汽也进入流化床气化炉10内，蒸汽的压力和温 度分别由第四压力表54和第三温度表63进行监测，蒸汽的的流量由第九阀 门39进行控制，同时止回阀29可防止蒸汽冷凝回流。流化床气化炉10的加 热与温度由温控箱22进行控制，同时流化床气化炉10的温度在温控箱22上 显示，流化床气化炉10内的生物质颗粒在高温蒸汽的氛围下进行气化(高温 蒸汽可提高生物质颗粒的气化效率)，生物质颗粒在气化后产生高温的可燃 气，气化后的气体和残余固体进入旋风分离器11内进行气固分离，分离出的 固体重新回到流化床气化炉10内继续气化，分离出的气体进入吸收塔12后 将co2等酸性气体吸收脱除，然后通过油过滤器23和水过滤器24去除油和 水；随后高温的可燃气进入第一换热器5内与液氨进行换热，换热后的可燃 气的压力和温度分别由第五压力表55和第四温度表64进行监测，换热后的 可燃气进入气体分离器13内将氢气分离出来，分离出的氢气进入氢气缓冲罐 14内，氢气缓冲罐14的压力由第六压力表56进行监测，最后以氨燃料发动 机7所需要的压力和流
量为氨燃料发动机7供给氢气，从而为液氨进行引燃。 气体分离器13分离出的其它可燃气与高压缓冲罐6内的液氨在第二换热器 17内进行换热后，将液氨汽化为氨气，换热后的其它可燃气和氨气进入锅炉 8内后燃烧。
49.3、液氨储罐1的压力和温度分别由第一压力表51和第一温度表61进行 监测。当液氨储罐1内的液氨蒸发时会产生氨气，使液氨储罐1内的压力升 高，打开第一阀门31和第二阀门32，蒸发的氨气先进入氨气缓冲罐18，然 后氨气缓冲罐18内的氨气再以喷淋的方式进入吸收塔12内。吸收塔12内具 有一定液位高度的水，吸收塔12内的液位高度由液位计26进行检测。氨气 缓冲罐18内的氨气进入吸收塔12内后溶解在水中形成氨水，氨水可对可燃 气中的co2等酸性气体进行有效吸收脱除。通过co2检测仪21监测吸收塔 12出口气体中的co2含量，当co2含量上升时，说明吸收塔12内的溶液达 到饱和，打开第七阀门37，使吸收塔12内的饱和溶液进入蒸发器20内进行 蒸发结晶，吸收塔12内的水由水箱19供给补充，蒸发的水汽重新回到吸收 塔12内，结晶的(nh3)2co3进行回收，实现氨的回收利用。若液氨储罐1内 蒸发的氨气不足以吸收co2等酸性气体时，可打开第五阀门35将低压缓冲罐 3中的液氨放入一定量至吸收塔12内，以提高吸收塔12内氨水的浓度。
50.4、生物质颗粒在流化床气化炉10内气化一段时间后产生活性炭颗粒， 打开第八阀门38，活性炭颗粒通过泄放管路25进入栅格箱15内。氨燃料发 动机7运行时，打开第四阀门34，氨燃料发动机7产生的发动机尾气进入栅 格箱15内被活性炭吸附后，再通过透气桅16进行排放。当氨气缓冲罐18、 高压缓冲罐6或氢气缓冲罐14超压时，分别打开第一安全阀41、第二安全 阀42或第三安全阀43(安全阀自动起跳)进行气体泄放，泄放后的气体进 入栅格箱15内进行吸附处理。
51.本发明实施例提供的船舶发动机液氨供应系统的优点包括：
52.1、利用锅炉8中的高温蒸汽作为气化剂，使生物质在流化床气化炉10 中充分气化并产生高温的可燃气，可燃气中的氢气在分离出来后作为引燃剂， 在进入氨燃料发动机7内后对氨燃料发动机7中的液氨进行引燃，不仅使氨 燃料发动机7更容易启动，同时能够使液氨燃烧更加充分，提高液氨的燃烧 效率。同时，高温的可燃气和低温的液氨能够在第一换热器内进行换热，为 液氨升温提供热源，充分利用了高温可燃气的热能，减少了系统中其它热循 环装置的布置，从而节省空间和成本；
53.2、利用液氨储罐1内液氨挥发产生的氨气进入吸收塔12内，被吸收塔 12内的水吸收后形成氨水，从而实现蒸发氨气的回收利用；氨水能够用于co2等酸性气体的吸收脱除，同时吸收后的溶液可通过蒸发/冷却结晶得到 (nh3)2co3进行回收，(nh3)2co3可用于肥料的制作，从而实现氨的回收利用；
54.3、采用液氨和生物质气化产生的高热值燃气(氢气)为船舶提供动力， 可有效控制温室气体的排放，实现真正的无碳排放；而且采用生物质作为燃 料提供动力，可有效缓解化石能源短缺的问题，并且生物质气化后产生的活 性炭可用于尾气处理。
55.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。