EP1684013A2 - Incinérateur de gaz installé sur un navire de transport de gaz liquéfié ou un terminal de gaz liquéfié - Google Patents

Incinérateur de gaz installé sur un navire de transport de gaz liquéfié ou un terminal de gaz liquéfié Download PDF

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EP1684013A2
EP1684013A2 EP06290085A EP06290085A EP1684013A2 EP 1684013 A2 EP1684013 A2 EP 1684013A2 EP 06290085 A EP06290085 A EP 06290085A EP 06290085 A EP06290085 A EP 06290085A EP 1684013 A2 EP1684013 A2 EP 1684013A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
combustion chamber
fresh air
incinerator
combustion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06290085A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1684013A3 (fr
Inventor
Damien Feger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alfa Laval Aalborg AS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by SNECMA SAS filed Critical SNECMA SAS
Publication of EP1684013A2 publication Critical patent/EP1684013A2/fr
Publication of EP1684013A3 publication Critical patent/EP1684013A3/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/08—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases using flares, e.g. in stacks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S10/00—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F21S2/005—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002—Supplying water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F23L9/04—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel  by discharging the air beyond the fire, i.e. nearer the smoke outlet

Definitions

  • the present invention relates to the general field of gas incinerators and more particularly relates to a gas incinerator device installed on a vessel for transporting liquefied gas or liquefied gas terminal.
  • a vessel for transporting liquefied gas for example natural gas or oil
  • a vessel for transporting liquefied gas comprises tanks or tanks for storing the liquefied gas at atmospheric pressure and at a temperature of the order of -160 ° C.
  • the tanks containing the cargo are isolated, part of the cargo evaporates permanently, typically of the order of 0.1% to 0.3% per day, due to thermal inputs passing through this insulation.
  • the liquefied gas vapors are advantageously used as fuel for propulsion.
  • the regulation imposes to eliminate them by burning them, where to reliquefier them because any direct rejection of vapors of liquefied gas in the atmosphere is forbidden.
  • the liquefied gas transport vessels have so far been equipped with a steam turbine propulsion system in which the liquefied gas vapors are burnt in the propulsion system boiler.
  • the steam produced by the boiler is directed either directly to the turbine to propel the vessel or to a seawater condenser, if it exceeds the energy requirements of the vessel.
  • the boiler serves both as a steam generator for the propulsion system and as an incinerator for excess liquefied gas vapors when the energy requirements of the vessel are limited.
  • the first function concerns the elimination of the nitrogen-rich part of the natural gas vapors that it is not economically profitable to reliquefy and the second function concerns the elimination of all the vapors when the reliqufactor (s) are out of order. .
  • FIG. 3 is a very schematic view of an on-board device 101 for a gas or steam incinerator according to the prior art.
  • This device 101 comprises a combustion chamber 103 and a chimney 111.
  • the combustion chamber 103 comprises a heating body 105 comprising one or more burners 147 placed in the chamber of the combustion chamber 103 which generally has larger dimensions than the chimney 111.
  • the combustion chamber 103 is connected to the chimney 111 by a connecting piece 106 via, to compensate for the effects of expansion, a flexible coupling 108.
  • the combustion chamber 103 is supplied with an excess of air so that the hot gases from the flames 131 of the burners 147 are mixed with fresh air. This fresh combustion and dilution air is forced into the combustion chamber 103 by fans 107a, 107b actuated by motors 113a, 113b.
  • turbulators 135 are optionally placed in the combustion chamber 103 or in the chimney 111. These turbulators 135 must be made of refractory materials, for example steels or refractory bricks that are expensive to purchase and maintenance.
  • a first series of fans 107a and 107b is dedicated primarily to the supply of combustion air and a second series of fans 108 actuated by motors 114 to the supply of dilution air.
  • the injection of the fresh air supplied by these fans 108 is generally placed in the upper part of the combustion chamber 103, which makes it possible, among other things, to reduce the pressure drops.
  • pilot flames 132 powered by a separate gas or fuel oil circuit. This generates additional costs for purchase and maintenance, and the use of additional fuel can lead to fire hazards. These pilot flames 132 are itself lit by electric candles 171.
  • a diaphragm 151 is optionally placed at the burners 147 to optimize the distribution of air around them and create turbulence to "hang" the flames 131.
  • the combustion chamber 103 and the chimney 111 are coated by a thermal insulation, internal or external 104.
  • the gas supply line 157 of the burners 147 is equipped with two shutoff valves 161 and 163 whose closure can be controlled, in the case of non-detection of the flames 131 at the burners 147.
  • a third valve 173 is placed to send to the vent, the gas trapped between these two valves 161 and 163.
  • the flow of gas sent to the incinerator 101 for treatment is usually controlled by a control valve 159.
  • a buffer tank 181 is optionally placed upstream of these valves 159, 161 and 163. This buffer tank 181 makes it possible to damp the pressure variations in the gas line 157, allowing, for example, to start the ignition sequence of the incinerator 101 before the valves 159, 161 and 163 can be opened to burn the excess of gas in the gas line 157.
  • the buffer tank 181 operates between the minimum and maximum pressure of the supply line of the engines or reliquefactor, which is a relatively low pressure range of the order of a few hundred kPa. This buffer tank 181 must therefore be of a very large volume, typically several tens of m 3 , which has a cost and space factor.
  • incinerators on board LNG carriers are also used during maintenance operations to eliminate mixtures. natural gas and inert gas.
  • the full tanks of natural gas vapors are first gradually warmed up by circulating a closed circuit part in heat exchangers. To maintain the constant pressure in the tanks during this reheating operation, some of these vapors are burned in the propulsion system of the ship or the incinerator 101.
  • a mixture of nitrogen and carbon dioxide supplied by the Ship's inert gas generator is injected into the tanks to flush natural gas vapors.
  • the mixture of natural gas vapor and inert gas is discharged to the incinerator 101 to be burned.
  • the auxiliary support flames pilot flames 132
  • another fuel such as fuel oil
  • patent DE10211645 describes a gas incinerator installed on a ship, comprising two combustion chambers and a chimney.
  • the combustion chambers are supplied with combustion air by radial fans or fans and dilution air by radial fans.
  • the connection between the combustion chambers and the chimney is made at the outlet of these combustion chambers and therefore is at the temperature of the hot gases discharged by the chimney presenting the risk, in case of rupture, of a hot gas leak. in the room where the incinerator is located.
  • incinerator devices In addition, in addition to the risk of hot gas leakage, incinerator devices according to the prior art have several other disadvantages.
  • the present invention therefore proposes to overcome the aforementioned drawbacks with a gas incinerator device having a small footprint and having an ease of installation on a vessel carrying liquefied gas or on an off-shore gas terminal.
  • Another object of the invention is to simplify the architecture of the incinerator device to improve reliability, safety and facilitate maintenance and reduce costs.
  • a gas incinerator device comprising a combustion chamber comprising a heating body producing combustion gases, at least one fan supplying the heating body with fresh air to ensure combustion and an exhaust stack of the combustion chamber. mixture formed by the combustion gases and the fresh air, the combustion chamber being mounted in the exhaust stack so as to leave between the combustion chamber and the exhaust stack an annular duct for the circulation of air cost of combustion and / or cooling from said at least one fan, said combustion chamber having a plurality of orifices and / or injection tubes for injecting a portion of the fresh air flowing in said annular conduit.
  • the exhaust stack may be attached to a first support and the combustion chamber may be attached to a second support.
  • the exhaust stack is fixed on a first support and the combustion chamber is suspended in the chimney discharge by suspension means cooled by the air flowing in the annular duct.
  • the device comprises a plurality of tubes disposed above the combustion chamber bringing additional fresh air from the outside by a suction effect created by the fresh air from said at least one a fan.
  • the device comprises a turbulator facilitating the mixing of the combustion gas with the fresh air, said turbulator being mounted on a portion of said plurality of tubes.
  • the device comprises at least a first water circuit comprising at its end a first spray nozzle housed inside at least one of said plurality of tubes, the first nozzle of spray injecting water into the mixture formed by the combustion gases and the fresh air.
  • the device comprises an additional duct mounted around an upper part of the exhaust duct resulting in suction effect an additional ambient air flow.
  • the device may comprise at least one second water circuit comprising at its end a second spray nozzle housed inside said additional duct.
  • the heating body is supplied with gas independently by a high-flow main circuit and a low-flow secondary circuit, the main and secondary circuits being connected to a gas line.
  • the main circuit can be controlled by first and second valves whose closure is controlled by a pressure sensor in case of failure of said at least one fan or by a flame detector in case of non-ignition.
  • the secondary circuit can be controlled by third and fourth valves whose closure is controlled by the pressure sensor in case of failure of said at least one fan.
  • the device comprises a buffer tank connected to either the gas line by means of the fifth and sixth valves to control the pressure, or with the heating body by means of the third, fourth and fifth valves to be depressurized.
  • the invention also relates to a transport vessel having liquefied gas tanks comprising an incinerator device according to the above characteristics.
  • the invention also relates to a gas terminal comprising an incinerator device according to the above characteristics.
  • FIG. 1 very schematically illustrates a gas incinerator device 1, which can be loaded on a vessel carrying liquefied gas or on a terminal gas off-shore.
  • This incinerator device 1 comprises a single combustion chamber 3 comprising a heating body 5 producing combustion gases, at least one fan 7a, 7b supplying the heating body 5 with fresh air 9 to ensure combustion and an exhaust stack 11 of the mixture 13 formed by the combustion gases and the fresh air 9.
  • the incinerator device 1 comprises two fans 7a and 7b disposed below and in the axis of the combustion chamber 3. These fans 7a and 7b can be actuated by two motors 13a and 13b.
  • the fresh air 9 from the fans 7a, 7b is forced into the combustion chamber 3 via an air box 15.
  • the air box 15 is connected to the fans 7a and 7b and to the exhaust stack 11 by flexible sleeves 17.
  • check valves 19 are optionally placed at the outlet of the fans 7a, 7b, to guide all the fresh air 9 blown by the fan (s) 7a, 7b in operating condition to the combustion chamber 3.
  • the combustion chamber 3 is mounted in the exhaust stack 11 so as to leave between the combustion chamber 3 and the exhaust stack 11 an annular duct 21 for the circulation of fresh air 9a. combustion and / or cooling from the fan or fans 7a, 7b.
  • the combustion chamber 3 surrounding the heating body 5 comprises a plurality of orifices 29a and / or injection tubes 29b for injecting a portion of the fresh air 9a circulating in the annular duct 11 near the flame 31 of the heating body 5 and thus mix this fresh air with the combustion gases.
  • the orifices 29a and injection tubes 29b inject the fresh air 9a directly into the hot vein mixing so this fresh air 9a in the hot vein. Note that the use of the same fans to feed the annular conduit 21 and the interior of the combustion chamber 3 simplifies and reduces the costs and power consumption of the installation.
  • the combustion chamber 3 preferably having the same geometric shape (for example cylindrical) as the exhaust stack 11, is inserted directly into the lower part thereof. This makes it possible, among other things, to eliminate any high-temperature adaptation and coupling piece between the combustion chamber 3 and the exhaust stack 11.
  • the annular duct 21 has a mechanical clearance facilitating the insertion and the mounting of the combustion chamber 3 in the exhaust stack 11.
  • the chimney 11 is connected in the annular space 21 via a compensator comprising the flexible sleeves 17.
  • a compensator operating at a temperature close to ambient (typically less than 100 ° C. ) allowing the use of inexpensive means such as reinforced canvas bellows.
  • this presents little risk in case of leakage because this leak would be air which is also close to the ambient temperature.
  • the fresh air 9a circulating in the annular duct 21 also serves to cool the walls of the combustion chamber 3, which allows to use for its production non-costly materials and does not need to be protected by a specific thermal insulation .
  • the combustion chamber 3 is supplied with dilution and combustion air from below and additional dilution air at its periphery through the annular duct 21.
  • the exhaust stack 11 can be supported or fixed on a first support 23a at an upper deck 24a of the ship.
  • the combustion chamber 3, the heating body 5 and the air box 15 can be fixed on a second support 23b at an intermediate bridge 24b of the ship while the fans 7a and 7b can be fixed on a third support 23c at a lower bridge 24c.
  • the chimney 11 supplied by the construction site is supported independently of the combustion chamber 3, the heating body 5, the air box 15 and the fans 7a, 7b which are equipment supplied by the manufacturer of the incinerator which simplifies the mechanical interfaces between the construction site and the equipment manufacturer.
  • the discharge duct 11 being fixed on the first support 23a, drops sufficiently low around the combustion chamber 3 so that the flexible connection 17 connecting it to the air box 15 and the combustion chamber 3 mechanically connected the support 23b is not exposed to the hot gases 13 but the current of fresh air 9a flowing in the annular duct 21 thus created between the combustion chamber 3 and the chimney.
  • the combustion chamber 3 can be suspended in the exhaust stack 11 by suspension means 25 preferably arranged in the less hot parts of the combustion chamber 3 and cooled by the fresh air 9a flowing in the duct annular 21.
  • the exhaust stack 11, the combustion chamber 3, the heater 5 and the air box 15 can be fixed on the same support (23a or 23b) at the intermediate bridge or upper.
  • the incinerator device 1 comprises a plurality of pipes or tubes 33 arranged above the combustion chamber 3 bringing additional fresh air 9b from the outside by a suction effect created by the fresh air 9 from of the fan or fans 7a, 7b.
  • an additional portion of the dilution air is supplied to the core of the hot gases via the plurality of tubes 33 which are connected to the outside of the exhaust stack 11.
  • These tubes 33 being of short length, typically the order of one fifth of the diameter of the exhaust stack 11, have for the sucked air, a small source of pressure loss and can therefore provide a very significant additional dilution air flow, typically from ten to twenty to hundred. This provision makes it possible to dispense with an arrangement of additional fans in the upper part of the combustion chamber 3, which simplifies the installation.
  • the incinerator device 1 may comprise a turbulator 35 facilitating the mixing of the combustion gas with the fresh air.
  • This turbulator 35 can be mounted on a part of the plurality of tubes 33.
  • the turbulator 35 can be supported by some of these tubes 33 so that the fresh air 9b sucked by them can be used to cool it.
  • the incinerator device 1 may comprise at least a first water circuit 37 comprising at its end a first spray nozzle 39 housed inside at least one tube of the plurality of tubes 33.
  • the first spray nozzle 39 injects water into the mixture formed by the combustion gases and the fresh air for cool them by partial or complete evaporation.
  • the incinerator device 1 may comprise an additional duct 41 mounted around an upper part of the exhaust duct 11 which, by suction effect, generates an additional air flow rate in the plume of hot gases.
  • the incinerator device 1 may comprise a second water circuit 43 comprising at its end a second nozzle 45 spray nozzle housed inside this conduit 41 additional to obtain lower plume temperatures.
  • the cooling of the walls of the combustion chamber 3 is ensured mainly by forced convective exchange on their outer face while the cooling of the hot gases is induced by the fresh air ducts 33 into the hot vein and then, possibly, by the injection via the circuits 37, 43 of water.
  • the mixture of the additional fresh air and the water with the hot gases is ensured by the turbulences created by the fresh air and water injection ducts 29a, 29b and 37, 43, as well as by the turbulator 35.
  • the pressure difference between the annular duct 21 and the inside of the combustion chamber 3 is very small, typically of the order of 100 Pa (1 mbar).
  • the mixture of hot gases is ensured, from the bottom of the combustion chamber 3, by an air supply through the air box with a mixing ratio of the order of "70".
  • the mixture of hot gases is provided by the turbulence and additional fresh air supply created by the tubes or orifices 29a, 29b, 33 or the turbulator 35.
  • the burner is fed in excess, from below, in a ratio of about 70, the average temperature of the hot gases is reduced to below about 700 ° C.
  • the temperature of the hot gases is reduced to a level below about 550 ° C, allowing the use of non-refractory materials for this chamber, such as stainless steel.
  • the heater 5 comprises one or more burners 47 whose ignition is controlled by a flame detection system 49 comprising for example ultraviolet cells.
  • a diaphragm 51 is placed at the burner or burners 47 to optimize the distribution of air around them and create turbulence to catch the flame.
  • the heating body 5 is supplied with gas independently by a main circuit 53 with a high flow rate and a secondary circuit 55 with a low flow rate.
  • the main 53 and secondary 55 circuits are fed by a line of gas 57 for example a ship (see Figure 2).
  • the flow of gas sent to the incinerator device 1 from the gas line 57 is regulated by a control valve 59.
  • the burner or burners 47 of the heating body 5 are fed from the gas line 57 by two branches corresponding to two different flow rates.
  • the main branch or circuit 53 is controlled by first and second valves 61 and 63 whose closure is controlled by a detector or pressure sensor 65 in the event of failure of the fan (s) 7a, 7b or by the flame detector 49 in case non-ignition of the burner (s) 47.
  • branch or secondary circuit 55 is controlled by third and fourth valves 67 and 69 whose closure is controlled by the pressure sensor 65 in the event of failure of the fan or fans 7a, 7b.
  • the branch or main circuit 53 at high flow rate is used in normal operation, when the gas sent to the incinerator 1 is sufficiently rich in methane to allow its ignition by an igniter 71 (for example electric candles) and therefore its combustion and the creation of a flame 31 detectable by the flame detector 49.
  • an igniter 71 for example electric candles
  • the first and second valves 61 and 63 are closed and a safety valve 73 is open to evacuate the trapped gas between these two valves 61 and 63 to a vent.
  • the device according to the invention makes it possible, when the main circuit 53 with a high flow rate is closed, to use the secondary circuit 55 which allows , to send a flow of gas mixture to the burner 47, even if this gas mixture is incombustible. Indeed, this gas mixture injected into the combustion chamber 3 is diluted with the air supplied by the fans 7a, 7b and the tubes 33 and leads 41. This further depletion of the methane content of the mixture ensures that this methane content of gas escaping from the exhaust stack 11 is well below the areas of explosivity.
  • the igniter 71 may be regularly activated so as to re-ignite the mixture if it becomes fuel again, for example when a tank is tilted. one vessel filled with inert gas to another filled with natural gas vapors. If this combustion is maintained, the flame 31 can be detected again by the flame detector 49 again authorizing the opening of the first and second valves 61 and 63 of the main circuit 53 allowing a greater flow rate of treatment of the gases from the tanks .
  • the security When the incinerator device 1 operates in dilution mode the security relies on the closing of the third and fourth valves 67 and 69 in the event of failure of the fans 7a, 7b not guaranteeing a sufficient dilution of the mixture.
  • This security can be controlled by the pressure sensor 65 which measures the pressure drop between the fans 7a, 7b and the combustion chamber 3 at the diaphragm 51 placed near the burner 47.
  • the safety of the incinerator device 1 is thus guaranteed at a low flow rate, by closing the third and fourth valves 67 and 69 and the opening of another venting valve 75 as soon as the pressure sensor 65 detects a pressure too low, and therefore an air flow too low to sufficiently dilute the gas mixture sent to the incinerator 1, it is sufficiently rich in methane or not to be burned or simply diluted.
  • the maximum flow rate in the secondary circuit 55 can be controlled by a specific throttle or by the very choice of the section of the third and fourth valves 67 and 69.
  • the dilution ratio in the combustion chamber 3 is such that a reignition of the gas mixture by the igniter 71, if this mixture becomes fuel again, remains non-hazardous .
  • this secondary circuit 55 coupled with the igniter 71 acts as a pilot flame, which once activated and detected by the flame detector 49 serves to ignite the main flame 31 fed by the opening of the main circuit 53 controlled by the valves 61 and 63.
  • the secondary circuit 55 can be used to treat by combustion and dilution the nitrogen-rich vapor fraction, which is not reliqued and returned to the vessels.
  • the main circuit 53 is activated only in the event of failure of the reliquifier (or during its start or stop transients) when the incinerator 1 must burn some or all of the vapors coming from the vessels of the vessel. .
  • the incinerator device 1 comprises a buffer tank 81 connected either to the gas line 57 by means of the fifth and sixth valves 83 and 85 to control the pressure, or with the heating body 5 by means of the third, fourth and fifth valves 67, 69 and 83 to be depressurized. This makes it possible to damp the gas flow transients to be treated by the incinerator 1.
  • the buffer tank 81 can be isolated by the valve 83 while being mounted upstream of the valves 67 and 69. In addition, the buffer tank 81 can be coupled with the valve 85 placed between the main 53 and secondary 55 circuits. to use this buffer capacity not between the minimum and maximum pressure values of the gas line 57 but between this maximum pressure and a pressure slightly higher than the pressure in the combustion chamber 3.
  • the nominal gas flow rate in the gas line 57 is adjusted by pressurizing and reheating systems (not shown) provided for this purpose to meet the needs of propulsion engines of the ship making zero the flow of gas to be treated by the incinerator 1. It is therefore interesting, to drastically reduce the power consumption of the incinerator, to be able to stop the fans 7a, 7b during this nominal regime of the system where there are no excess gas vapors to be eliminated.
  • an alarm controlled by the pressure sensor 65 is raised and the valves 67 and 69 of the secondary circuit 55 can be opened and the igniter 71 activated. If the gas is sufficiently rich in methane, it starts to burn and another alarm controlled by the flame detector 49 can also be raised, allowing the opening of the main circuit 53 controlled by the valves 61 and 63.
  • the incinerator 1 can operate at full power, depending on the gas flow rate to be treated to maintain the pressure in the gas line 57 in its nominal range.
  • the valve 85 can then be closed, making it possible to isolate the reservoir 81 from the gas line 57 while maintaining it in connection with the burner 47 via the secondary circuit 55, the valves 67, 69 and 83 being kept open.
  • the burner technology 47 Since the burner technology 47 is appropriately selected, it can operate with a very low pressure drop, typically less than 10 kPa. In this case, the gas absorbed in the buffer tank 81 can be discharged to the burner 47 until it reaches a pressure very close to that prevailing in the combustion chamber 3, itself close to the atmospheric pressure. When the pressure in the buffer tank 81 is brought to this value, the valves 67, 69 and 83 can be closed and the buffer tank 81 can be left closed on itself ready, to be used again to cope with a transition of pressure in the gas line 57.
  • the operating pressure range of the buffer tank 81 which is between the maximum nominal pressure in the gas line 57 and the atmospheric pressure, is much wider than that of the tank of the prior art (see FIG. it is between the minimum and maximum pressures of the gas line.
  • the nominal pressure in the gas line 57 varies between 0.6 and 0.8 MPa
  • the pressure in the buffer tank 81 can vary between 0.8 MPa and atmospheric pressure. It can therefore be seen that, to absorb the same quantity of gas, the volume of the buffer tank 81 is about four times smaller than that of a reservoir of the prior art, which has a very significant advantage in terms of cost and efficiency. congestion.
  • valves 87 or circuits (not shown) for injection of inert gas, for example nitrogen, can to be placed.
  • valves 67, 69 and 57 can be closed and the fans 7a, 7b stopped again. It is thus possible, with a small buffer tank 81 to face the transient gas burning while minimizing the power consumption of the fans 7a, 7b.
  • FIG. 2 is a very diagrammatic view of a transport vessel having tanks 91 for liquefied gas, comprising an incinerator device according to FIG. 1, providing for the burning of the vapors escaping from the tanks.
  • the exhaust stack 11 is mounted on the upper deck 24a and the fans 7a and 7b are mounted on the lower deck 24c of the ship.
  • the combustion chamber 3, the heating body 5 and the air box 15 are mounted on the intermediate bridge 24b of the ship.
  • the incinerator device can also be used in a gas terminal.

Abstract

L'invention concerne un dispositif incinérateur de gaz comportant une chambre de combustion (3) comprenant un corps de chauffe (5) produisant des gaz de combustion, au moins un ventilateur (7a, 7b) alimentant le corps de chauffe (5) en air frais (9) pour assurer la combustion et une cheminée d'évacuation (11) du mélange (13) formé par les gaz de combustion et l'air frais, la chambre de combustion (3) étant montée dans la cheminée d'évacuation (11) de façon à laisser entre la chambre de combustion (3) et la cheminée d'évacuation (11) un conduit annulaire (21) pour la circulation d'un air frais (9a) issu dudit au moins un ventilateur (7a, 7b), ladite chambre de combustion (3) comportant une pluralité d'orifices et/ou tubes d'injection (29a, 29b) permettant d'y injecter une partie de l'air frais circulant dans ledit conduit annulaire (21).

Description

    Domaine de l'invention
  • La présente invention se rapporte au domaine général des incinérateurs de gaz et elle concerne plus particulièrement un dispositif incinérateur de gaz installé sur un navire de transport de gaz liquéfié ou terminal de gaz liquéfié.
    • Arrière-plan de l'invention
  • En général, un navire de transport de gaz liquéfié, par exemple de gaz naturel ou de pétrole, comporte des cuves ou réservoirs pour stocker le gaz liquéfié à la pression atmosphérique et à une température de l'ordre de -160°C. Bien que les réservoirs contenant la cargaison soient isolés, une partie de la cargaison s'évapore en permanence, typiquement de l'ordre de 0,1% à 0,3% par jour, du fait des entrées thermiques traversant cette isolation.
  • Lorsque le navire fait route, les vapeurs de gaz liquéfié sont avantageusement utilisées comme combustible pour assurer sa propulsion. Quand les vapeurs de gaz liquéfié ne sont pas utilisées pour la propulsion, ou lorsqu'il y a un excès de ces vapeurs, la réglementation impose de les éliminer en les brûlant, où de les reliquéfier car tout rejet direct de vapeurs de gaz liquéfié dans l'atmosphère est interdit.
  • L'installation d'un reliquéfacteur embarqué sur le navire est généralement très complexe et onéreuse, la solution qui s'est imposée dans la plupart des cas a donc été de brûler ces vapeurs de gaz excédentaires. Il est donc nécessaire de disposer à bord du navire d'un moyen d'incinérer ce gaz en toute sécurité, en particulier sans faire apparaître de flamme nue et en rejetant des gaz de combustion ayant une température inférieure à environ 450°C, comme l'autorise la réglementation en vigueur.
  • Pour satisfaire cette contrainte, les navires de transport de gaz liquéfié ont été jusqu'à présent équipés d'un système de propulsion par turbine à vapeur dans lesquels les vapeurs de gaz liquéfié sont brûlées dans la chaudière du système de propulsion. La vapeur produite par la chaudière est dirigée soit directement vers la turbine pour assurer la propulsion du navire soit vers un condenseur à eau de mer, si elle excède les besoins énergétiques du navire. La chaudière sert dans ce cas à la fois de générateur de vapeur pour le système de propulsion et d'incinérateur des vapeurs de gaz liquéfiés excédentaires lorsque les besoins énergétiques du navire sont limités.
  • Ce type de propulsion à turbine à vapeur pour les navires transportant du gaz liquéfié comporte malheureusement des inconvénients majeurs, notamment :
    • un rendement plus faible que des systèmes à propulsion diesel gaz, turbine à gaz ou même diesel fuel lent ou lourd;
    • un encombrement important limitant, à volume égal de coque de navire, le volume disponible pour la cargaison ; et
    • une technologie de propulsion peu répandue, pouvant entraîner des difficultés de maintenance et de formation des équipages.
  • Ce type de propulsion est donc remplacé actuellement par des systèmes de propulsion à moteurs diesel fonctionnant au gaz, de turbines à gaz ou de moteurs diesel fonctionnant au fuel lourd. Malheureusement, ces systèmes de propulsion ne peuvent pas assurer l'incinération des vapeurs de gaz liquéfiés excédentaires. Il est donc nécessaire de leur adjoindre un dispositif spécifique permettant d'incinérer ces gaz.
  • Même dans le cas des moteurs diesel lent n'utilisant pas les vapeurs de gaz naturel comme combustible et qui sont généralement couplés à un reliquéfacteur, un ou des incinérateurs sont néanmoins requis par les sociétés de classification afin d'assurer deux fonctions. La première fonction concerne l'élimination de la partie riche en azote des vapeurs de gaz naturel qu'il n'est pas économiquement rentable de reliquéfier et la seconde fonction concerne l'élimination de la totalité des vapeurs lorsque le ou les reliquéfacteurs sont en panne.
  • Ainsi, même pour les navires n'utilisant pas une propulsion à vapeur pouvant assurer le brûlage des vapeurs s'échappant des cuves, les sociétés de classification, requièrent donc un dispositif supplémentaire pour incinérer ces vapeurs.
  • La figure 3 est une vue très schématique d'un dispositif 101 embarqué d'incinérateur de gaz ou vapeur selon l'art antérieur.
  • Ce dispositif 101 comporte une chambre de combustion 103 et une cheminée 111. La chambre de combustion 103 comporte un corps de chauffe 105 comprenant un ou plusieurs brûleurs 147 placés dans l'enceinte de la chambre de combustion 103 qui a généralement des dimensions plus importantes que la cheminée 111. Ainsi, la chambre de combustion 103 est reliée à la cheminée 111 par une pièce de raccordement 106 via, pour compenser les effets de dilatation, un accouplement souple 108.
  • Pour ramener la température de sortie des gaz 113 à la sortie de la cheminée 111 à une température acceptable, la chambre de combustion 103 est alimentée avec un excès d'air de façon à ce que les gaz chauds issues des flammes 131 des brûleurs 147 soient mélangés avec de l'air frais. Cet air frais de combustion et de dilution est forcé dans la chambre de combustion 103 par des ventilateurs 107a, 107b actionnés par des moteurs 113a, 113b.
  • Pour forcer le mélange entre les gaz chauds et l'air frais, des turbulateurs 135 sont éventuellement placés dans la chambre de combustion 103 ou dans la cheminée 111. Ces turbulateurs 135 doivent être réalisés en matériaux réfractaires, par exemple en aciers ou en briques réfractaires qui sont coûteux à l'achat et en maintenance.
  • L'utilisation de l'air ambiant pour, à la fois, assurer la combustion et la dilution amène, parfois, à considérer une séparation de ces fonctions avec deux série de ventilateurs. Une première série de ventilateurs 107a et 107b est dédié principalement, à la fourniture de l'air de combustion et une seconde série de ventilateurs 108 actionnés par des moteurs 114, à la fourniture de l'air de dilution. L'injection de l'air frais amené par ces ventilateurs 108 est généralement placée dans la partie haute de la chambre de combustion 103, ce qui permet, entre autre, de réduire les pertes de charge.
  • L'allumage des brûleurs 147 est assurée par des flammes pilotes 132, alimentée par un circuit séparé de gaz ou de mazout. Ceci génère des surcoûts à l'achat et en maintenance, et l'utilisation d'un combustible supplémentaire peut entraîner des risques d'incendie. Ces flammes pilotes 132 sont elle même allumées par des bougies électriques 171.
  • Un diaphragme 151 est éventuellement placé au niveau des brûleurs 147 pour optimiser la répartition de l'air autour de ceux ci et créer des turbulences pour "accrocher" les flammes 131.
  • Pour éviter, entre autres, les risques de brûlures pour l'équipage, la chambre de combustion 103 et la cheminée 111 sont revêtues par une isolation thermique, interne ou externe 104.
  • Pour des raisons de sécurité, la ligne d'alimentation de gaz 157 des brûleurs 147 est équipée de deux vannes de sectionnement 161 et 163 dont la fermeture peut être commandée, au cas de non détection des flammes 131 au niveau des brûleurs 147. De plus, pour satisfaire les impératifs de sécurité, une troisième vanne 173 est placée pour envoyer vers l'évent, le gaz piégé entre ces deux vannes 161 et 163.
  • Le débit de gaz envoyé vers l'incinérateur 101 pour y être traité est habituellement commandé par une vanne de régulation 159.
  • Pour faire face au transitoires dans la ligne de gaz 157, par exemple lors d'un changement de régime des moteurs ou d'un reliquéfacteur, un réservoir tampon 181 est éventuellement placé en amont de ces vannes 159, 161 et 163. Ce réservoir tampon 181 permet d'amortir les variations de pression dans la ligne de gaz 157, permettant, par exemple, de lancer la séquence d'allumage de l'incinérateur 101 avant de pouvoir ouvrir les vannes 159, 161 et 163 pour brûler l'excès de gaz dans la ligne de gaz 157.
  • Le réservoir tampon 181 fonctionne entre la pression minimale et maximale de la ligne d'alimentation des moteurs ou du reliquéfacteur, ce qui constitue une plage de pression relativement faible, de l'ordre de quelques centaines de kPa. Ce réservoir tampon 181 doit donc être d'un volume très conséquent, typiquement plusieurs dizaines de m3, ce qui présente un facteur de coût et d'encombrement.
  • Outre le brûlage des vapeurs de gaz naturels venant des cuves d'un navire non consommées par le système de propulsion, ou non reliquéfiées par le reliquéfacteur, les incinérateurs embarqués sur des navires méthaniers sont aussi utilisés, lors des opérations de maintenance pour éliminer des mélanges de gaz naturel et de gaz inerte.
  • En effet, lorsque des opérations de maintenance sont nécessaires à l'intérieur des cuves, le gaz naturel qu'elles contiennent doit être remplacé tout d'abord par du gaz inerte puis par de l'air.
  • Après vidange de la dernière cargaison de gaz naturel liquéfié, les cuves pleines de vapeurs de gaz naturel sont d'abord réchauffées progressivement en en faisant circuler une partie en circuit fermé dans des échangeurs de chaleur. Pour maintenir la pression constante dans les cuves durant cette opération de réchauffage, une partie de ces vapeurs est brûlée dans le système propulsif du navire ou par l'incinérateur 101.
  • Une fois la température des cuves est proche de la température ambiante, un mélange d'azote et de gaz carbonique fourni par le générateur de gaz inerte du navire est injecté dans les cuves pour chasser les vapeurs de gaz naturel. Le mélange de vapeur de gaz naturel et de gaz inerte est évacué vers l'incinérateur 101 pour y être brûlé. Comme ce mélange, surtout vers la fin de l'opération, peut être pauvre en méthane, les flammes de support auxiliaire (flammes pilotes 132), généralement fonctionnant avec un autre combustible, comme le mazout, sont utilisées pour assurer le brûlage de ce mélange augmentant ainsi les risques d'incendie.
  • Par ailleurs, le brevet DE10211645 décrit un incinérateur de gaz installé sur un navire, comportant deux chambres de combustion et une cheminée. Les chambres de combustion sont alimentées en air de combustion par des souffleries ou ventilateurs radiaux et en air de dilution par des ventilateurs radiaux. Le raccordement entre les chambres de combustion et la cheminée est réalisé à la sortie de ces chambres de combustion et donc se trouve à la température des gaz chauds évacués par la cheminée présentant le risque, en cas de rupture, d'une fuite de gaz chaud dans le local où se trouve l'incinérateur.
  • En outre, en plus des risques de fuite de gaz chauds, les dispositifs incinérateur selon l'art antérieur présentent plusieurs autres inconvénients.
  • En effet, ces dispositifs sont encombrants et présentent des pertes de charge importante, entraînant des puissances des ventilateurs et des moteurs significatives.
    • Objet et résumé de l'invention
  • La présente invention se propose donc de pallier les inconvénients précités avec un dispositif incinérateur de gaz ayant un faible encombrement et présentant une facilité d'installation sur un navire transportant du gaz liquéfié ou sur un terminal gazier du type « off shore ».
  • Un autre but de l'invention est de simplifier l'architecture du dispositif incinérateur pour améliorer la fiabilité, la sécurité et faciliter la maintenance et réduire les coûts.
  • Ces buts sont atteints grâce à un dispositif incinérateur de gaz comportant une chambre de combustion comprenant un corps de chauffe produisant des gaz de combustion, au moins un ventilateur alimentant le corps de chauffe en air frais pour assurer la combustion et une cheminée d'évacuation du mélange formé par les gaz de combustion et l'air frais, la chambre de combustion étant montée dans la cheminée d'évacuation de façon à laisser entre la chambre de combustion et la cheminée d'évacuation un conduit annulaire pour la circulation d'un air frais de combustion et/ou de refroidissement issu dudit au moins un ventilateur, ladite chambre de combustion comportant une pluralité d'orifices et/ou tubes d'injection permettant d'y injecter une partie de l'air frais circulant dans ledit conduit annulaire.
  • Ainsi, aucun raccordement n'est nécessaire et nul besoin d'avoir une pièce d'adaptation et un accouplement souple entre la chambre de combustion et la cheminée. Ceci, augmente la sécurité en éliminant les risques de fuite de gaz chauds au niveau de l'accouplement et diminue les coûts et les pertes de charges.
  • De plus, cela simplifie les interfaces entre le fabricant de l'incinérateur (fournisseur de la chambre de combustion) et le chantier naval (où la cheminée d'évacuation est construite) réduisant ainsi les aléas et les coûts.
  • La cheminée d'évacuation peut être fixée sur un premier support et la chambre de combustion peut être fixée sur un deuxième support.
  • En variante, la cheminée d'évacuation est fixée sur un premier support et la chambre de combustion est suspendue dans la cheminée d'évacuation par des moyens de suspension refroidis par l'air circulant dans le conduit annulaire.
  • Selon un aspect de l'invention, le dispositif comporte une pluralité de tubes disposés au dessus de la chambre de combustion amenant de l'air frais supplémentaire de l'extérieur par un effet d'aspiration crée par l'air frais issu dudit au moins un ventilateur.
  • Avantageusement, le dispositif comporte un turbulateur facilitant le mélange du gaz de combustion avec l'air frais, ledit turbulateur étant monté sur une partie de ladite pluralité de tubes.
  • Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comporte au moins un premier circuit d'eau comprenant à son extrémité une première buse de pulvérisation logée à l'intérieur d'au moins un tube de ladite pluralité de tubes, la première buse de pulvérisation injectant de l'eau dans le mélange formé par les gaz de combustion et l'air frais.
  • Selon encore un autre un aspect de l'invention, le dispositif comporte un conduit supplémentaire monté autour d'une partie supérieure de la cheminée d'évacuation entraînant par effet de succion un débit d'air ambiant supplémentaire.
  • Le dispositif peut comporter au moins un second circuit d'eau comprenant à son extrémité une seconde buse de pulvérisation logée à l'intérieur dudit conduit supplémentaire.
  • Selon une particularité de l'invention, le corps de chauffe est alimenté en gaz de manière indépendante par un circuit principal à fort débit et un circuit secondaire à faible débit, les circuits principal et secondaire étant connectés à une ligne de gaz.
  • Le circuit principal peut être contrôlé par des premier et deuxième vannes dont la fermeture est commandée par un détecteur de pression en cas de défaillance dudit au moins un ventilateur ou par un détecteur de flamme en cas de non allumage.
  • Le circuit secondaire peut être contrôlé par des troisième et quatrième vannes dont la fermeture est commandée par le détecteur de pression en cas de défaillance dudit au moins un ventilateur.
  • Avantageusement, le dispositif comporte un réservoir tampon mis en relation soit avec la ligne de gaz au moyen des cinquième et sixième vannes pour en contrôler la pression, soit avec le corps de chauffe au moyen des troisième, quatrième et cinquième vannes pour être dépressurisé.
  • L'invention vise aussi un navire de transport ayant des réservoirs de gaz liquéfié comportant un dispositif incinérateur selon les caractéristiques ci-dessus.
  • L'invention vise encore un terminal gazier comportant un dispositif incinérateur selon les caractéristiques ci-dessus.
    • Brève description des dessins
  • D'autres particularités et avantages du dispositif incinérateur, navire, et terminal gazier selon l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue très schématique d'un dispositif incinérateur de gaz selon l'invention;
    • la figure 2 est une vue très schématique d'un navire comportant un dispositif incinérateur selon la figure 1; et
    • la figure 3 est une vue très schématique d'un dispositif incinérateur de gaz selon l'art antérieur.
    Description détaillée de modes de réalisation
  • Conformément à l'invention, la figure 1 illustre très schématiquement un dispositif incinérateur 1 de gaz, qui peut être embarqué sur un navire transportant du gaz liquéfié ou sur un terminal gazier du type « off shore ». Ce dispositif incinérateur 1 comporte une chambre de combustion 3 unique comprenant un corps de chauffe 5 produisant des gaz de combustion, au moins un ventilateur 7a, 7b alimentant le corps de chauffe 5 en air frais 9 pour assurer la combustion et une cheminée d'évacuation 11 du mélange 13 formé par les gaz de combustion et l'air frais 9.
  • Selon l'exemple de la figure 1, le dispositif incinérateur 1 comporte deux ventilateurs 7a et 7b disposés en dessous et dans l'axe de la chambre de combustion 3. Ces ventilateurs 7a et 7b peuvent être actionnés par deux moteurs 13a et 13b. L'air frais 9 issu des ventilateurs 7a, 7b est forcé dans la chambre de combustion 3 via une boite 15 à air. Par ailleurs, afin de faciliter les opérations de montage et réduire la transmission de vibrations, la boite 15 à air est reliée aux ventilateurs 7a et 7b et à la cheminée d'évacuation 11 par des manchettes souples 17.
  • En outre, pour permettre un fonctionnement partiel en cas de panne d'un ventilateur 7a ou 7b, des clapets 19 anti-retour sont éventuellement placés à la sortie des ventilateurs 7a, 7b, afin de guider la totalité de l'air frais 9 soufflé par le ou les ventilateurs 7a, 7b en état de marche vers la chambre de combustion 3.
  • Conformément à l'invention, la chambre de combustion 3 est montée dans la cheminée d'évacuation 11 de façon à laisser entre la chambre de combustion 3 et la cheminée d'évacuation 11 un conduit annulaire 21 pour la circulation d'un air frais 9a de combustion et/ou de refroidissement issu du ou des ventilateurs 7a, 7b. La chambre de combustion 3 entourant le corps de chauffe 5 comporte une pluralité d'orifices 29a et/ou de tubes d'injection 29b permettant d'y injecter une partie de l'air frais 9a circulant dans le conduit annulaire 11 à proximité de la flamme 31 du corps de chauffe 5 et donc de mélanger cet air frais avec les gaz de combustion. Autrement dit, les orifices 29a et tubes d'injection 29b injectent l'air frais 9a directement dans la veine chaude mélangeant ainsi cet air frais 9a dans la veine chaude. On notera que l'utilisation des mêmes ventilateurs pour alimenter le conduit annulaire 21 et l'intérieur de la chambre de combustion 3 simplifie et réduit les coûts et la consommation électrique de l'installation.
  • La chambre de combustion 3, en ayant de préférence la même forme géométrique (par exemple cylindrique) que la cheminée 11 d'évacuation, est insérée directement dans la partie inférieure de celle ci. Cela permet, entre autre, de supprimer toute pièce d'adaptation et d'accouplement à haute température entre la chambre de combustion 3 et la cheminée d'évacuation 11. En outre, le conduit annulaire 21 présente un jeu mécanique facilitant l'insertion et le montage de la chambre de combustion 3 dans la cheminée d'évacuation 11.
  • Selon cet exemple, la cheminée 11 est raccordée dans l'espace annulaire 21 via un compensateur comportant les manchettes souples 17. Ainsi, le raccordement peut se faire par un compensateur fonctionnant à une température proche de l'ambiante (typiquement moins de 100°C) permettant d'utiliser des moyens peu coûteuses telles que des soufflets en toile renforcée. En outre, ceci présente peu de risque en cas de fuite car cette fuite serait de l'air qui lui aussi est proche de la température ambiante.
  • De plus cela simplifie les interfaces entre le fabricant de l'incinérateur et le chantier naval, qui assure en général la fourniture de cette cheminée d'évacuation 11. L'espace ou le conduit annulaire 21 compris entre la chambre de combustion 3 et la cheminée d'évacuation 11 est utilisé à la fois comme conduit pour amener une partie de l'air de dilution 9 vers le haut de la chambre de combustion 3 et comme écran thermique permettant de maintenir les parois de la partie inférieure de la cheminée d'évacuation 11 à une température non dangereuse pour le personnel ou l'équipage d'un navire sans avoir à recourir à une isolation coûteuse et encombrante.
  • L'air frais 9a circulant dans le conduit annulaire 21 sert aussi au refroidissement des parois de la chambre de combustion 3, ce qui permet d'utiliser pour sa réalisation des matériaux non coûteux et ne nécessitant pas d'être protégés par une isolation thermique spécifique.
  • Ainsi, la chambre de combustion 3 est alimentée en air de dilution et de combustion par son dessous et en air de dilution supplémentaire à sa périphérie par le conduit annulaire 21.
  • Le fait que la totalité de l'air (de combustion et de dilution) envoyé par les ventilateurs 7a, 7b traverse la chambre de combustion 3 ou en lèche sa périphérie avant de passer dans les orifices ou tubes d'injection 29a, 29b permet l'utilisation de matériaux non réfractaires.
  • A titre d'exemple, lorsque le dispositif incinérateur 1 de gaz est embarqué sur un navire (voir aussi figure 2), la cheminée d'évacuation 11 peut être supportée ou fixée sur un premier support 23a au niveau d'un pont supérieur 24a du navire. Cependant, la chambre de combustion 3, le corps de chauffe 5 et la boîte à air 15 peuvent être fixés sur un deuxième support 23b au niveau d'un pont intermédiaire 24b du navire tandis que les ventilateurs 7a et 7b peuvent être fixés sur un troisième support 23c au niveau d'un pont inférieur 24c. Par ce biais, la cheminée 11 fournie par le chantier est supportée de manière indépendante de la chambre de combustion 3, le corps de chauffe 5, la boîte à air 15 et les ventilateurs 7a, 7b qui sont des équipements fournis par le fabricant de l'incinérateur ce qui simplifie les interfaces mécaniques entre le chantier et l'équipementier.
  • On notera que, la cheminée d'évacuation 11 en étant fixée sur le premier support 23a descend suffisamment bas autour de la chambre de combustion 3 pour que la liaison flexible 17 la reliant à la boîte à air 15 et la chambre de combustion 3 reliée mécaniquement au support 23b ne soit pas exposée aux gaz chauds 13 mais au courant d'air frais 9a circulant dans le conduit annulaire 21 ainsi créé entre la chambre de combustion 3 et la cheminée.
  • En variante, la chambre de combustion 3 peut être suspendue dans la cheminée d'évacuation 11 par des moyens de suspension 25 aménagés de préférence dans les parties moins chaudes de la chambre de combustion 3 et refroidis par l'air frais 9a circulant dans le conduit annulaire 21.
  • Encore en variante, la cheminée d'évacuation 11, la chambre de combustion 3, le corps de chauffe 5 et la boîte à air 15 peuvent être fixés sur un même support (23a ou 23b) au niveau du pont intermédiaire ou supérieur.
  • On notera que ces approches permettent l'utilisation des interfaces mécaniques 27 simples entre la cheminée d'évacuation 11 ou la chambre de combustion 3 et le support 23a ou 23b. Ces interfaces mécaniques 27 restent à des températures proches de la température ambiante grâce à l'air frais 9a circulant dans le conduit annulaire 21.
  • En outre, le dispositif incinérateur 1 comporte une pluralité de tuyaux ou tubes 33 disposés au dessus de la chambre de combustion 3 amenant de l'air frais supplémentaire 9b de l'extérieur par un effet d'aspiration créé par l'air frais 9 issu du ou des ventilateurs 7a, 7b.
  • Ainsi, une partie supplémentaire de l'air de dilution est amenée au coeur des gaz chauds via la pluralité de tubes 33 qui sont reliés à l'extérieur de la cheminée d'évacuation 11. Ces tubes 33, étant de faible longueur, typiquement de l'ordre du cinquième du diamètre de la cheminée d'évacuation 11, présentent pour l'air aspiré, une faible source de perte de charge et peuvent donc apporter un débit d'air de dilution supplémentaire très significatif, typiquement de dix à vingt pour cent. Cette disposition permet éventuellement de se passer d'un aménagement de ventilateurs supplémentaires dans la partie haute de la chambre de combustion 3, ce qui permet de simplifier l'installation.
  • De plus, le dispositif incinérateur 1 peut comporter un turbulateur 35 facilitant le mélange du gaz de combustion avec l'air frais. Ce turbulateur 35 peut être monté sur une partie de la pluralité de tubes 33. Avantageusement, le turbulateur 35 peut être supporté par certains de ces tubes 33 de sorte que l'air frais 9b aspiré par ceux-ci peut être utilisé pour le refroidir. Ainsi, il n'est pas utile de recourir à une isolation thermique ou à réaliser le turbulateur 35 en matériaux réfractaires et coûteux.
  • De façon à réduire, pour une température d'échappement donnée à la sortie de la cheminée d'évacuation 11, la taille des ventilateurs 7a, 7b, le dispositif incinérateur 1 peut comporter au moins un premier circuit d'eau 37 comprenant à son extrémité une première buse 39 de pulvérisation logée à l'intérieur d'au moins un tube de la pluralité de tubes 33. La première buse 39 de pulvérisation injecte de l'eau dans le mélange formé par les gaz de combustion et l'air frais pour les refroidir par évaporation partielle ou complète.
  • On notera que cette approche permet d'injecter de l'eau au milieu des gaz chauds tout en évitant l'exposition des buses 39 d'injection aux hautes températures, car elles sont placées à l'intérieur des tubes 33 d'air d'aspiration frais et ne sont donc en contact direct qu'avec de l'air proche de la température ambiante. Ceci peut éventuellement permettre l'utilisation d'eau de mer tout en réduisant les risques de dépôts salins, de colmatage et de corrosion au niveau de ces circuits d'eau et des buses d'injection.
  • Eventuellement, le dispositif incinérateur 1 peut comporter un conduit 41 supplémentaire monté autour d'une partie supérieure de la cheminée d'évacuation 11 entraînant par effet de succion un débit d'air ambiant supplémentaire dans le panache de gaz chauds.
  • Dans ce cas, le dispositif incinérateur 1 peut comporter un second circuit d'eau 43 comprenant à son extrémité une seconde buse 45 de pulvérisation logée à l'intérieur de ce conduit 41 supplémentaire afin d'obtenir des températures de panache plus faibles.
  • Ainsi, le refroidissement des parois de la chambre de combustion 3 est assuré principalement par échange convectif forcé sur leur face externe alors que le refroidissement des gaz chauds est induit par les conduits 33 d'air frais dans la veine chaude puis, éventuellement, par l'injection via les circuits 37, 43 d'eau. Le mélange de l'air frais supplémentaire et de l'eau avec les gaz chauds est assuré par les turbulances crées par les conduits d'injection d'air frais et d'eau 29a, 29b et 37, 43, ainsi que par le turbulateur 35.
  • On notera que la différence de pression entre le conduit annulaire 21 et l'intérieur de la chambre de combustion 3 est très faible, typiquement de l'ordre de 100 Pa (1 mbar). D'une part, le mélange de gaz chauds est assuré, dès le bas de la chambre de combustion 3, par une alimentation d'air au travers la boîte à air avec un rapport de mélange de l'ordre de « 70 ». D'autre part, le mélange de gaz chauds est assuré par les turbulences et apport d'air frais supplémentaire créés par les tubes ou orifices 29a, 29b, 33 ou le turbulateur 35.
  • Ainsi, du fait que le brûleur est alimenté en excès, par le bas, dans un rapport de l'ordre de 70, ramène la température moyenne des gaz chauds à un niveau inférieur à environ 700°C. En combinant cet effet au refroidissement des parois de la chambre de combustion par le conduit annulaire 21, la température des gaz chauds est ramenée à un niveau inférieur à environ 550°C, autorisant l'utilisation de matériaux non réfractaires pour cette chambre, tels que de l'acier inox.
  • En outre, le corps de chauffe 5 comporte un ou plusieurs brûleurs 47 dont l'allumage est contrôlé par un système de détection de flamme 49 comportant par exemple des cellules ultra violet.
  • Eventuellement, un diaphragme 51 est placé au niveau du ou des brûleurs 47 pour optimiser la répartition de l'air autour de ceux-ci et créer des turbulences pour accrocher la flamme.
  • Par ailleurs, le corps de chauffe 5 est alimenté en gaz de manière indépendante par un circuit principal 53 à fort débit et un circuit secondaire 55 à faible débit. Les circuits principal 53 et secondaire 55 sont alimentés par une ligne de gaz 57 par exemple d'un navire (voir figure 2). Le débit de gaz envoyé vers le dispositif incinérateur 1 à partir de la ligne de gaz 57 est régulé par une vanne de régulation 59.
  • Ainsi, le ou les brûleurs 47 du corps de chauffe 5 sont alimentés à partir de la ligne de gaz 57 par deux branches correspondant à deux gammes de débit différentes.
  • La branche ou circuit principal 53 est contrôlé par des premiére et deuxième vannes 61 et 63 dont la fermeture est commandée par un détecteur ou capteur de pression 65 en cas de défaillance du ou des ventilateurs 7a, 7b ou par le détecteur de flamme 49 en cas de non allumage du ou des brûleurs 47.
  • En revanche, la branche ou circuit secondaire 55 est contrôlé par des troisième et quatrième vannes 67 et 69 dont la fermeture est commandée par le détecteur de pression 65 en cas de défaillance du ou des ventilateurs 7a, 7b.
  • La branche ou circuit principal 53 à fort débit est utilisée en marche normale, lorsque le gaz envoyé vers l'incinérateur 1 est suffisamment riche en méthane pour permettre son allumage par un allumeur 71 (par exemple des bougies électriques) et donc sa combustion et la création d'une flamme 31 détectable par le détecteur de flamme 49.
  • Pour plus de sécurité, lorsque, pour une raison quelconque, la flamme 31 n'est plus détectée par le détecteur de flamme 49, les première et deuxième vannes 61 et 63 sont fermées et une vanne de sécurité 73 est ouverte pour évacuer le gaz piégé entre ces deux vannes 61 et 63 vers un évent.
  • Comme l'incinérateur 1 doit pouvoir traiter, néanmoins, un mélange de gaz naturel et de méthane non combustible, le dispositif selon l'invention permet, lorsque le circuit principal 53 à fort débit est fermé, d'utiliser le circuit secondaire 55 qui permet, d'envoyer un débit de mélange de gaz vers le brûleur 47, même si ce mélange de gaz est incombustible. En effet, ce mélange de gaz injecté dans la chambre de combustion 3 est dilué avec l'air envoyé par les ventilateurs 7a, 7b et les tubes 33 et conduit 41. Cet appauvrissement supplémentaire de la teneur en méthane du mélange permet de garantir que cette teneur en méthane de gaz s'échappant de la cheminée d'évacuation 11 est bien en deçà des domaines d'explosivité.
  • Ainsi, lorsque le dispositif incinérateur 1 fonctionne de cette façon, l'allumeur 71 peut être activé régulièrement de façon à rallumer à nouveau le mélange si celui-ci devient à nouveau combustible, par exemple lors d'un basculement d'une cuve d'un navire remplie de gaz inerte à une autre remplie de vapeurs de gaz naturel. Si cette combustion se maintient, la flamme 31 peut être détectée à nouveau par le détecteur de flamme 49 autorisant à nouveau l'ouverture des première et deuxième vannes 61 et 63 du circuit principal 53 permettant un débit plus important de traitement des gaz venant des cuves.
  • Il est ainsi possible d'assurer de manière automatique le traitement de mélange de gaz naturel et de gaz inerte soit par simple dilution, à faible débit, soit par combustion, si le mélange est suffisamment riche, à fort débit. On optimise ainsi la durée des opérations d'inertage ou de remise en gaz des cuves.
  • Lorsque le dispositif incinérateur 1 fonctionne en mode dilution la sécurité repose sur la fermeture des troisième et quatrième vannes 67 et 69 en cas de défaillance des ventilateurs 7a, 7b ne garantissant pas une dilution suffisante du mélange. Cette sécurité peut être commandée par le capteur de pression 65 qui mesure la perte de charge entre les ventilateurs 7a, 7b et la chambre de combustion 3 au niveau du diaphragme 51 placé à proximité du brûleur 47.
  • La sécurité du dispositif incinérateur 1 est ainsi garantie à faible débit, par la fermeture des troisième et quatrième vannes 67 et 69 et l'ouverture d'une autre vanne 75 de mise à l'évent dès que le capteur de pression 65 détecte une pression trop faible, et donc un débit d'air trop faible pour diluer suffisamment le mélange de gaz envoyé vers l'incinérateur 1, qu'il soit suffisamment riche en méthane ou pas pour y être soit brûlé ou simplement dilué.
  • De même, la sécurité est garantie à fort débit, par la fermeture des première et deuxième vannes 61 et 63 du circuit principal 53 et l'ouverture de la vanne 73 de mise à l'évent dès que le détecteur de flamme 49 ne détecte plus de flamme, entraînant le risque d'un réallumage brutal, ou dès que le capteur de pression 65 détecte une défaillance des ventilateurs 7a, 7b entraînant le risque d'une température d'échappement trop élevée.
  • On notera que, le débit maximal dans le circuit secondaire 55 peut être commandé par un étranglement spécifique ou par le choix même de la section des troisième et quatrième vannes 67 et 69. Ainsi, il est garanti que même dans des conditions de pression maximales de mélange de gaz à l'entrée de l'incinérateur 1, le taux de dilution dans la chambre de combustion 3 est tel qu'un réallumage du mélange de gaz par l'allumeur 71, si ce mélange devient à nouveau combustible, reste non dangereux.
  • En fait, ce circuit secondaire 55, couplé avec l'allumeur 71 joue le rôle d'une flamme pilote, qui une fois activée et détectée par le détecteur de flamme 49 sert à allumer la flamme 31 principale alimentée par l'ouverture du circuit principal 53 commandé par les vannes 61 et 63.
  • Par ailleurs, dans le cas d'un navire à Diesel lent comportant un reliquéfacteur, le circuit secondaire 55 peut être utilisé pour traiter par combustion et dilution la fraction des vapeurs, riche en azote, qui n'est pas reliquéfiée et renvoyée vers les cuves. En revanche, le circuit principal 53 n'est activé qu'en cas de défaillance du reliquéfacteur (ou durant ses transitoires de démarrage ou d'arrêt) lorsque l'incinérateur 1 doit brûler une partie ou la totalité des vapeurs venant des cuves du navire.
  • Avantageusement, le dispositif incinérateur 1 comporte un réservoir tampon 81 mis en relation soit avec la ligne de gaz 57 au moyen des cinquième et sixième vannes 83 et 85 pour en contrôler la pression, soit avec le corps de chauffe 5 au moyen des troisième, quatrième et cinquième vannes 67, 69 et 83 pour être dépressurisé. Ceci permet d'amortir les transitoires de débit de gaz devant être traités par l'incinérateur 1.
  • Le réservoir tampon 81 peut être isolé par la vanne 83 tout en étant monté en amont des vannes 67 et 69. De plus, le réservoir tampon 81 peut être couplé avec la vanne 85 placée entre les circuits principal 53 et secondaire 55. Cet arrangement permet d'utiliser cette capacité tampon non pas entre les valeurs de pression minimale et maximale de la ligne de gaz 57 mais entre cette pression maximale et une pression légèrement supérieure à la pression dans la chambre de combustion 3.
  • En particulier, lorsque l'on considère le cas d'un navire utilisant les vapeurs de gaz pour assurer sa propulsion, le débit de gaz en régime nominal dans la ligne de gaz 57 est ajusté par des systèmes de mise en pression et de réchauffage (non représentés) prévu à cet effet pour satisfaire les besoins des moteurs de propulsions du navire rendant nul le débit de gaz à traiter par l'incinérateur 1. Il est donc intéressant, pour réduire de manière drastique la consommation électrique de l'incinérateur, de pouvoir arrêter les ventilateurs 7a, 7b durant ce régime nominal du système où il n'y à pas de vapeurs de gaz en excès à éliminer. Dans ce cas, il est nécessaire de pouvoir, au cas d'un changement brusque de régime ou arrêt d'un ou de plusieurs des moteurs de propulsion du navire, d'absorber l'excès de vapeurs de gaz naturel dans la ligne de gaz 57 pour éviter sa montée en pression, le temps que les ventilateurs 7a, 7b soient mis en marche, que la détection de pression par le détecteur de pression 65 autorise l'ouverture du circuit secondaire 55 et que dans un second temps, que la détection de la flamme 31 par le détecteur de flamme 49 autorise l'ouverture du circuit principal 53.
  • On notera que lorsque l'incinérateur est inactif, avec les ventilateurs 7a, 7b arrêtés et les vannes 61, 63, 67 et 69 étant fermées, le réservoir tampon 81 à une pression proche de la pression atmosphérique.
  • Cependant, lorsque la pression de gaz dans la ligne de gaz 57 se rapproche de sa limite haute, les ventilateurs 7a, 7b sont démarrés et les vannes 59 et 85 sont ouvertes. Ainsi, une partie du gaz présent dans la ligne de gaz 57 peut donc être absorbée par le réservoir tampon 81 dont la pression se rapproche progressivement de celle de la ligne de gaz 57.
  • Lorsque les ventilateurs 7a, 7b ont atteint un régime suffisant, une alarme commandée par le capteur de pression 65 est levée et les vannes 67 et 69 du circuit secondaire 55 peuvent être ouvertes et l'allumeur 71 activé. Si le gaz est suffisamment riche en méthane, il commence à brûler et une autre alarme commandée par le détecteur de flamme 49 peut être elle aussi levée, permettant l'ouverture du circuit principal 53 commandé par les vannes 61 et 63.
  • Ainsi, l'incinérateur 1 peut fonctionner à pleine puissance, en fonction du débit de gaz à traiter pour maintenir la pression dans la ligne de gaz 57 dans sa plage nominale. La vanne 85 peut alors être fermée, permettant d'isoler le réservoir 81 de la ligne de gaz 57 tout en le maintenant en liaison avec le brûleur 47 via le circuit secondaire 55, les vannes 67, 69 et 83 étant maintenues ouvertes.
  • Dans la mesure où la technologie du brûleur 47 est choisie de manière appropriée, celui ci peut fonctionner avec une très faible perte de charge, typiquement moins de 10 kPa. Dans ce cas, le gaz absorbé dans le réservoir tampon 81 peut être évacué vers le brûleur 47, jusqu'à atteindre une pression très proche de celle régnant dans la chambre de combustion 3, proche elle même de la pression atmosphérique. Lorsque la pression dans le réservoir tampon 81 est amenée à cette valeur, les vannes 67, 69 et 83 peuvent être fermées et le réservoir tampon 81 peut être laissé fermé sur lui même prêt, à être utilisé à nouveau pour faire face à une transition de pression dans la ligne de gaz 57.
  • On remarquera que la plage de pression de fonctionnement du réservoir tampon 81, qui se situe entre la pression maximale nominale dans la ligne gaz 57 et la pression atmosphérique est beaucoup plus large que celle du réservoir de l'art antérieur (voir figure 3) qui elle se situe entre les pressions minimale et maximale de la ligne de gaz.
  • Typiquement la pression nominale dans la ligne de gaz 57 varie entre 0,6 et 0,8 MPa, alors que la pression dans le réservoir tampon 81 peut varier entre 0,8 MPa et la pression atmosphérique. On voit donc que pour absorber la même quantité de gaz, le volume du réservoir tampon 81 est d'environ quatre fois inférieur à celui d'un réservoir de l'art antérieur, ce qui présente un avantage très significatif en terme de coût et d'encombrement.
  • On notera que pour éviter les risques de mélange explosif dans les circuits secondaire 55 et primaire 53 ou le réservoir tampon 81, des dispositifs tels que des clapets 87 ou des circuits (non représentés) d'injection de gaz inerte, par exemple azote, peuvent être mis en place.
  • Lorsque la transition de pression nécessitant le brûlage du gaz en excès dans la ligne de gaz 57 est passé, les vannes 67, 69 et 57 peuvent être fermées et les ventilateurs 7a, 7b arrêtés à nouveau. On peut ainsi, avec un réservoir tampon 81 de petite taille faire face au transitoires de brûlage de gaz tout en réduisant au minimum la consommation électrique des ventilateurs 7a, 7b.
  • La figure 2 est une vue très schématique d'un navire de transport ayant des réservoirs 91 de gaz liquéfié, comportant un dispositif incinérateur selon la figure 1, assurant le brûlage des vapeurs s'échappant des cuves.
  • Selon cet exemple, la cheminée d'évacuation 11 est montée sur le pont supérieur 24a et les ventilateurs 7a et 7b sont montés sur le pont inférieur 24c du navire. En revanche, la chambre de combustion 3, le corps de chauffe 5 et la boîte à air 15 sont montés sur le pont intermédiaire 24b du navire.
  • On notera que le dispositif incinérateur peut aussi être utilisé dans un terminal gazier.

Claims (14)

  1. Dispositif incinérateur de gaz comportant une chambre de combustion (3) comprenant un corps de chauffe (5) produisant des gaz de combustion, au moins un ventilateur (7a, 7b) alimentant le corps de chauffe (5) en air frais (9) pour assurer la combustion et une cheminée d'évacuation (11) du mélange (13) formé par les gaz de combustion et l'air frais, caractérisé en ce que la chambre de combustion (3) est montée dans la cheminée d'évacuation (11) de façon à laisser entre la chambre de combustion (3) et la cheminée d'évacuation (11) un conduit annulaire (21) pour la circulation d'un air frais (9a) issu dudit au moins un ventilateur (7a, 7b), ladite chambre de combustion (3) comportant une pluralité d'orifices et/ou tubes d'injection (29a, 29b) permettant d'y injecter une partie de l'air frais circulant dans ledit conduit annulaire (21).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cheminée d'évacuation (11) est fixée sur un premier support (23a) et la chambre de combustion (3) est fixée sur un deuxième support (23b).
  3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cheminée d'évacuation (11) est fixée sur un premier support (23a) et la chambre de combustion (3) est suspendue dans la cheminée d'évacuation (11) par des moyens de suspension (25) refroidis par l'air circulant dans le conduit annulaire (21).
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de tubes (33) disposés au dessus de la chambre de combustion (3) amenant de l'air frais supplémentaire de l'extérieur par un effet d'aspiration crée par l'air frais issu dudit au moins un ventilateur (7a, 7b).
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un turbulateur (35) facilitant le mélange du gaz de combustion avec l'air frais, ledit turbulateur étant monté sur une partie de ladite pluralité de tubes (33).
  6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier circuit d'eau (37) comprenant à son extrémité une première buse (39) de pulvérisation logée à l'intérieur d'au moins un tube de ladite pluralité de tubes (33), la première buse de pulvérisation injectant de l'eau dans le mélange formé par les gaz de combustion et l'air frais.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit supplémentaire (41) monté autour d'une partie supérieure de la cheminée d'évacuation (11) entraînant par effet de succion un débit d'air ambiant supplémentaire.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un second circuit d'eau (43) comprenant à son extrémité une seconde buse (45) de pulvérisation logée à l'intérieur dudit conduit supplémentaire (41).
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps de chauffe (5) est alimenté en gaz de manière indépendante par un circuit principal (53) à fort débit et un circuit secondaire (55) à faible débit, les circuits principal et secondaire étant connectés à une ligne de gaz (57).
  10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit principal (53) est contrôlé par des première et deuxième vannes (61, 63) dont la fermeture est commandée par un détecteur de pression (65) en cas de défaillance dudit au moins un ventilateur (7a, 7b) ou par un détecteur de flamme (49) en cas de non allumage.
  11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit secondaire (55) est contrôlé par des troisième et quatrième vannes (67, 69) dont la fermeture est commandée par le détecteur de pression (65) en cas de défaillance dudit au moins un ventilateur (7a, 7b).
  12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir tampon (81) mis en relation soit avec la ligne de gaz (57) au moyen des cinquième et sixième vannes (83, 85) pour en contrôler la pression, soit avec le corps de chauffe (5) au moyen des troisième, quatrième et cinquième vannes (67, 69, 83) pour être dépressurisé.
  13. Navire de transport ayant des réservoirs de gaz liquéfié, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif incinérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
  14. Terminal gazier caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif incinérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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