一种基于溢流堰的LNG浸没燃烧式汽化器

技术领域

本发明涉及液化天然气气化设备技术领域，具体涉及一种新型溢流堰及包含该溢流堰的LNG浸没燃烧式汽化器。

背景技术

LNG浸没燃烧式气化器(SCV)是用来将液态天然气(LNG)气化成气态天然气(NG)的换热设备。SCV设备中内部流通LNG/NG的盘管沉浸在换热水中，汽液两相流与盘管直接换热，换热系数大、热损失小，换热效率高达95％以上，气化量可以根据城市所需在10％～100％的范围内进行快速调节，具有安全高效、启动速度快、出口NG温度可控等诸多优点，可以在城市LNG气化站负责调峰负荷。

现有SCV进行调峰时，因燃烧器功率快速调节导致燃烧室压力产生较大的波动，燃烧器燃烧不稳定，产生剧烈振动，存在设备损坏甚至设备爆燃的危险。

现有技术的LNG气化蛇形管安装在溢流堰内，烟气喷入溢流堰底部带动换热水从溢流堰上部溢流沿口流出，依靠溢流堰内外的密度差流动，溢流堰内的水位几乎固定在溢流沿口处。

发明内容

技术问题：本发明的目的是解决现有的浸没燃烧式气化器调峰时燃烧器燃烧不稳定、系统振动大的问题，提供一种带有分级溢流功能的溢流堰及包含该溢流堰的LNG浸没燃烧式汽化器，通过改进溢流堰结构及优化传统SCV设备的烟气进气方式，以便消除SCV设备调峰时的安全隐患。

技术方案：本发明的一种基于溢流堰的LNG浸没燃烧式汽化器，包括浸没燃烧器、溢流堰、换热水浴池、均烟管、烟囱和蛇形管，所述的浸没燃烧器包括瓶状燃烧室和套装在瓶状燃烧室上的换热水冷夹套，所述燃烧室的壁面上开设有与换热水冷夹套相通的进烟口，所述换热水冷夹套的上部设有溢流槽，换热水冷夹套的下部开有与溢流槽相通的进换热水口，进入溢流槽内的水与进烟口的烟气形成汽液两相流向上膨胀流动，燃烧室的底部设有烟气通道，烟气通道与水平设置的均烟管相连，所述的均烟管位于蛇形管的下部，均烟管上设有多排孔，所述的溢流堰包括溢流沿和位于溢流沿上的溢流口，溢流堰内上升的汽液两相流一部分从多排溢流口溢流回水浴池，另一部分继续上升，从溢流沿溢流回水浴池。

所述均烟管上设置的多排孔为上排孔和下排孔，上下排孔一一对应。

所述均烟管上设置的多排孔的形状为圆孔、方孔或矩形槽。

所述的溢流口为1-4排，位于换热水浴池中外液面的上方。

所述的溢流口的形状为圆孔、方孔或矩形槽。

所述的溢流沿高于换热水浴池上平面。

所述的换热水冷夹套下部与溢流槽相通的进换热水口为多个，成环状均匀分布。

所述燃烧室壁面上开设的进烟口为多个，成环状均匀分布。

所述的均烟管与燃烧室连接处为变径过渡连接，所述变径的收口角度α为30°。

有益效果：本发明在溢流堰上部溢流沿以下开设若干溢流口，溢流的换热水气混合物还未到达溢流沿时就有少部分从溢流口溢流到溢流堰之外，溢流堰内的水位随着负荷的变化而变化，负荷越大水位越高。溢流堰安装于包含该溢流堰的LNG浸没燃烧式汽化器中，燃烧室壁面上开孔，烟气从燃烧室壁面上进入水冷夹套，带动烟气和换热水形成的气水混合物从水冷夹套上部的溢流槽返回水池。另外，本发明在燃烧室下部开设的进烟口产生的气泡可带动换热水冷夹套内的换热水向上流动溢流，与换热水浴池内的换热水形成自然循环，省去了传统SCV设备中的冷却换热水泵，降低了成本。与现有技术相比，溢流槽内的水与进烟口排出的烟气形成汽液两相流向上膨胀流动，取消掉了传统系统中的水泵；增加了均烟管下喷孔；溢流堰上半部分增开了溢流口，使溢流堰内上升的汽液两相流一部分从该溢流口溢流回水浴池，另一部分继续上升，从溢流沿溢流回水浴池。克服了SCV燃烧器振动问题，提高使用安全性能。其结构简单，使用效果好，成本低，负荷调节时压力波动小，换热器温度波动小。

附图说明

图1为本发明一种LNG浸没燃烧式汽化器的工作流程图。

图2为本发明一种新型溢流堰的结构示意图。

其中，1换热水浴池，2燃烧室，201溢流槽，202进烟口、203换热水冷夹套，3均烟管，301均烟管上喷孔，302均烟管下喷孔，4溢流堰，401溢流口，402溢流沿，5烟囱，6蛇形管。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明的作进一步的描述：

本发明的一种基于溢流堰的LNG浸没燃烧式汽化器，主要由浸没燃烧器、溢流堰4、换热水浴池1、均烟管3、烟囱5和蛇形管6构成，所述的浸没燃烧器包括瓶状燃烧室2和套装在瓶状燃烧室2上的换热水冷夹套203，所述燃烧室2的壁面上开设有与换热水冷夹套203相通的进烟口202，燃烧室2壁面上开设的进烟口202为多个，成环状均匀分布。所述换热水冷夹套203的上部设有溢流槽201，换热水冷夹套203的下部开有与溢流槽201相通的进换热水口，所述的换热水冷夹套203下部与溢流槽201相通的进换热水口为多个，成环状均匀分布。进入溢流槽201内的水与进烟口202进入的烟气形成汽液两相流向上膨胀流动，燃烧室2的底部设有烟气通道，烟气通道与水平设置的均烟管3相连，所述的均烟管3与燃烧室2连接处为变径过渡连接，所述变径的收口角度α为30°。所述的均烟管3位于蛇形管6的下部，均烟管3上设有多排孔，所述均烟管3上设置的多排孔为上排孔301和下排孔302，上下排孔一一对应，上排孔301垂直向上，下排孔302垂直向下，垂直向下的排气孔的总面积为垂直向上排气孔总面积的2倍。孔径和孔间距通过SCV设备的处理能力计算得出，不同出力的SCV设备孔的总面积是不一样的，单个孔的直径和孔的数量根据均烟管3的长度自行确定参数，但都遵循垂直向下的排气孔的总面积为垂直向上排气孔总面积的2倍这个设计原则。所述均烟管3上设置的多排孔的形状为圆孔、方孔或矩形槽。所述的溢流堰4包括溢流沿402和位于溢流沿402上的溢流口401，溢流堰4内上升的汽液两相流一部分从多排溢流口401溢流回水浴池，另一部分继续上升，从溢流沿402溢流回水浴池。所述的溢流口401为1-4排，位于换热水浴池1中外液面的上方；所述的溢流口401的形状为圆孔、方孔或矩形槽；所述的溢流沿402高于换热水浴池1上平面。

工作原理：天然气与助燃空气在燃烧器中混合，喷入所述燃烧室2内燃烧并产生高温烟气。高温烟气沿燃烧室2向下流动，流经均烟管3后通过均烟管3的上排气孔301和下排气管302喷入溢流堰4内。高压低温的LNG液体由所述蛇形管6的LNG(液态天然气)入口流入，通过所述蛇形管6在所述溢流堰4内与汽液两相流进行热量交换，在超临界状态下转换为NG(气态天然气)，并由所述蛇形管6的NG出口流出。高温烟气经水浴换热后变成低温烟气经后续处理后从烟囱5排入大气。

当高温烟气在从均烟管上排气孔301和下排气孔302中流出时，1/2-2/3的高温烟气从垂直向下的排气孔302喷出，在溢流堰内先是垂直向下喷射，烟气流束动能耗尽后，气泡折返方向，垂直向上浮动。

高温烟气与换热水混合形成的汽液两相流在溢流堰内4体积迅速增大，并且垂直向上流动。当汽液两相流流动至溢流堰侧面的溢流口401位置，少部分换热水经过溢流口401回流至换热水浴池1中，大部分换热水仍以汽液两相流的形式继续流动，直至流动至所述溢流堰上部溢流口402位置，通过溢流口流出回流至换热水浴池1中。

高温烟气流经燃烧室下部开设的进烟口202，少部分烟气从进烟口202中流入换热水冷夹套203，高温烟气产生的气泡与换热水冷夹套203中的换热水形成汽液两相流并沿所述换热水冷夹套203向上流动，最后从换热水冷夹套203上部溢流槽201回流至换热水浴池中。