一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统，其特征在于：该系统包括一级ORC回路(I)、二级ORC回路(II)、LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路(III)、烟气冷却回路(IV)和LNG气化回路(V)。一级ORC回路以缸套冷却水为热源，以LNG气化冷能为冷源；二级ORC回路以烟气为热源，以LNG气化冷能为冷源。一级ORC回路通过一级冷凝器与LNG气化回路相连，通过一级蒸发器与LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路相连；二级ORC回路通过二级冷凝器与LNG气化回路相连，通过二级蒸发器与烟气冷却回路相连。本发明专利技术能够有效整合LNG混合动力船舶上不同温度的冷源和热源，通过构建ORC复合系统避免大温差传热过程中的

A ORC hybrid power generation system for LNG hybrid power ships

The object of the present invention is to provide an ORC hybrid power generation system for LNG hybrid ships, which is characterized in that the system comprises a primary ORC loop (I), a secondary ORC loop (II), a cylinder liner cooling water loop (III), a flue gas cooling loop (IV) and a LNG gasification loop (V). The first ORC loop uses cylinder liner cooling water as heat source and LNG gasification cooling energy as cold source. The second ORC loop uses flue gas as heat source and LNG gasification cooling energy as cold source. The primary ORC loop is connected with the LNG gasification loop through the primary condenser and the LNG / diesel dual fuel main engine liner cooling water loop through the primary evaporator; the secondary ORC loop is connected with the LNG gasification loop through the secondary condenser and the flue gas cooling loop through the secondary evaporator. The invention can effectively integrate cold and heat sources with different temperatures on LNG hybrid ship, and avoid the process of heat transfer with large temperature difference by constructing ORC composite system.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统
本专利技术属于动力工程领域，涉及一种船舶余热利用系统，特别涉及一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统。
技术介绍
目前航运船舶普遍采用传统燃料，燃料所占船舶运输成本的比例越来越高，燃料所造成的大气污染(特别是PM2.5)引起了广泛关注。国际海事组织(IMO)指出航运所带来的大气污染、噪声污染以及油污染占全球污染排放的4.3％，至2020年，这一比例将会上升至12.9％。寻找高效清洁的燃料是航运业可持续发展的必然趋势。液化天然气(LiquidNatureGas,LNG)是以甲烷为主要成分的无色液体。与柴油燃烧相比，LNG燃烧具有极大的排放优势。使用LNG作为燃料的船舶，其运行费能节约40％，可吸入颗粒污染物减少85％，CO2减少24％，SO2减少90％。此外，石油资源的短缺、海事排放法规的日益严峻以及天然气液化能力的提升推动了LNG混合动力船舶的发展。LNG是将常压下气态的天然气冷却至-163℃，生产一吨LNG的动力消耗约为850kWh。然而，可以被船舶主机使用的气态LNG的温度区间为0～60℃，LNG气化成NG的过程中释放出的冷能大约为830kJkg-1。同时，船舶主机缸套冷却水的温度通常在80℃以上，烟气温度更是高达500℃。如何充分利用这些冷量和热量并进一步挖掘LNG混合动力船舶的能源综合利用率是本专利技术所要解决的问题。授权公布号为CN103982255B(授权公告日为2015.08.19)的专利文件中，公开了一种用于船舶主机废热发电ORC系统，包括发动机尾气回路、发动机缸套水回路、冷媒回路和外部冷却水回路。该专利通过采用缸套冷却水和发动机尾气释放出的热量，有效解决ORC系统蒸发压力过低的问题，同时采用海水作为冷源，采用ORC实现热电转换。该系统中ORC的冷源采用的是海水，冷凝压力受到海水温度的限制，没有涉及LNG冷能的回收利用。授权公布号为CN103967648B(授权公告日为2015.10.28)的专利文件中，提出了一种船舶低速柴油机余热综合回收系统，包括综合余热锅炉系统、动力涡轮发电系统、汽轮机发电系统、高温冷却水利用换热设备和有机工质汽轮机发电系统。通过动力涡轮回收柴油机排气压能和低温工质汽轮机回收锅炉和空冷转换器的热水能量，并利用海水作为冷源，通过ORC循环实现热电转换，达到综合回收船舶主机余热并提高柴油机热效率的效果。该系统是针对传统的燃油船舶柴油机组的余热利用，没有涉及LNG冷能的回收利用。申请公布号为CN106762215A(申请公布日为2017.05.31)的专利文件中，公开了一种船舶低速主机高温缸套冷却水ORC余热利用系统，该系统包括透平膨胀机、交流发电机、冷凝器、有机工质压力泵、蒸发器和再热器。该系统以主机高温缸套水和尾气余热作为热源，以船舶中央冷却水作为冷源，采用ORC实现热电转换。该系统的冷凝压力受中央冷却水温度的限制，没有涉及LNG冷能的回收利用。授权公布号为CN103343718B(授权公告日为2016.06.01)的专利文件中，公开了一种LNG燃料动力船舶的LNG燃料主机余热利用系统，该系统利用冷却LNG燃料主机产生的热量加热乙二醇水溶液。该系统能够减少船舶电站的容量，降低营运成本，节能环保；有效缓解采用电加热乙二醇水溶液的方式所消耗的能源。乙二醇水溶液的容量有限，且热量难以存储，该系统没有涉及LNG冷能的回收利用。申请公布号为CN106150578A(申请公布日为2016.11.23)的专利文件中，公开了一种多级耦合LNG冷能利用循环发电系统，其特征在于：它包括三级LNG冷能利用循环发电系统、海水泵和LNG循环泵。该系统采用LNG冷能作为冷源，采用海水作为热源，通过ORC实现热点转换。第一级和第二级冷能利用ORC系统采用R1150作为循环工质，第三级冷能利用ORC系统采用R1270作为循环工质。该系统的蒸发压力收到海水温度的限制，没有利用LNG混合动力船舶上的高品位热源。鉴于此，实有必要提供一种可以解决上述技术问题且适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术提供了一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统，有效地利用LNG气化冷能、LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水废热和烟气废热，降低热源和冷源之间的温差，减少传热过程中的损失，实现高效热电转换，具有显著的经济效益和社会效益，符合节能降耗减排的基本国策。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统，其特征在于：它包括一级ORC回路、二级ORC回路、LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路、烟气冷却回路和LNG气化回路；所述的一级ORC回路被所述的LNG气化回路产生的冷能和所述的LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路产生的热能驱动；所述的二级ORC回路被所述的LNG气化回路产生的冷能和所述的烟气冷却回路产生的热能驱动。作为本专利技术的优选实施例，所述的LNG气化回路包括依次连接的LNG压力泵、流量调节阀、一级减压阀、二级减压阀和辅助加热器，所述的LNG气化回路与所述的一级ORC回路通过一级冷凝器进行热交换，与二级ORC回路通过二级冷凝器进行热交换。作为本专利技术的优选实施例，所述的一级ORC回路包括一级冷凝器、一级透平、一级发电机、一级蒸发器和一级工质循环泵；循环工质在所述的一级工质循环泵作用下，完成在所述的一级ORC回路中的流动；循环工质在所述的一级冷凝器中吸收来自所述的LNG气化回路中的冷能，完成冷凝放热的过程；循环工质在所述的一级蒸发器中吸收来自所述的LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路中的热量，完成蒸发吸热的过程；循环工质在一级透平的作用下，推动一级发电机完成热电转换过程。作为本专利技术的优选实施例，所述的二级ORC回路包括二级冷凝器、二级透平、二级发电机、二级蒸发器和二级工质循环泵；循环工质在所述的二级工质循环泵作用下，完成在所述的二级ORC回路中的流动；循环工质在所述的二级冷凝器中吸收来自所述的LNG气化回路中的冷能，完成冷凝放热的过程；循环工质在所述的二级蒸发器中吸收来自所述的烟气冷却回路中的热量，完成蒸发吸热的过程；循环工质在二级透平的作用下，推动一级发电机完成热电转换过程。作为本专利技术的优选实施例，所述的LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路包括一级蒸发器、一级板式换热器、一级冷却液循环泵、流量调节阀和LNG/柴油双燃料主机。作为本专利技术的优选实施例，所述的烟气冷却回路包括二级蒸发器、二级板式换热器、烟气交互池、流量调节阀和二级冷却液循环泵。作为本专利技术的优选实施例，LNG吸热气化成气体后，与柴油在所述的LNG/柴油双燃料主机内混合燃烧，为船舶提供动力。作为本专利技术的优选实施例，所述的一级ORC回路所采用的制冷剂为R600，所述的二级ORC回路所采用的制冷剂为R245fa。作为本专利技术的优选实施例，所述的主机缸套冷却水回路和所述的烟气冷却回路均采用乙二醇与丙三醇的混合溶液为循环工质。作为本专利技术的优选实施例，所述的LNG气化回路提供所述的一级ORC回路和二级ORC回路需要的冷能；所述的主机缸套冷却水回路提供所述的一级ORC回路需要的热能，所述的烟气冷却回路提供所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统，其特征在于：它包括一级ORC回路(I)、二级ORC回路(II)、LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路(III)、烟气冷却回路(IV)和LNG气化回路(V)；所述的一级ORC回路被所述的LNG气化回路产生的冷能和所述的LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路产生的热能驱动，包括一级冷凝器(7)、一级工质循环泵(8)、一级蒸发器(9)、一级透平(10)和一级发电机(11)；所述的二级ORC回路被所述的LNG气化回路产生的冷能和所述的烟气冷却回路产生的热能驱动，包括二级冷凝器(16)、二级工质循环泵(15)、二级蒸发器(14)、二级透平(13)和二级发电机(12)；所述的LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路包括一级蒸发器(9)、一级板式换热器(21)、一级冷却液循环泵(22)、流量调节阀(23)和LNG/柴油双燃料主机(24)；所述的烟气冷却回路包括二级蒸发器(14)、二级板式换热器(17)、烟气交互池(18)、流量调节阀(19)和二级冷却液循环泵(20)；所述的一级板式换热器(21)和二级板式换热器(17)分别与船舶中央冷却系统(25)相连；所述的LNG气化回路包括依次连接的LNG压力泵(2)、流量调节阀(3)、一级减压阀(4)、二级减压阀(5)和辅助加热器(6)；所述的LNG气化回路通过所述的一级ORC回路中的一级冷凝器(7)吸收一级循环工质的热量，通过所述的二级ORC回路中的二级冷凝器(16)与二级循环工质进行热交换。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统，其特征在于：它包括一级ORC回路(I)、二级ORC回路(II)、LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路(III)、烟气冷却回路(IV)和LNG气化回路(V)；所述的一级ORC回路被所述的LNG气化回路产生的冷能和所述的LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路产生的热能驱动，包括一级冷凝器(7)、一级工质循环泵(8)、一级蒸发器(9)、一级透平(10)和一级发电机(11)；所述的二级ORC回路被所述的LNG气化回路产生的冷能和所述的烟气冷却回路产生的热能驱动，包括二级冷凝器(16)、二级工质循环泵(15)、二级蒸发器(14)、二级透平(13)和二级发电机(12)；所述的LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路包括一级蒸发器(9)、一级板式换热器(21)、一级冷却液循环泵(22)、流量调节阀(23)和LNG/柴油双燃料主机(24)；所述的烟气冷却回路包括二级蒸发器(14)、二级板式换热器(17)、烟气交互池(18)、流量调节阀(19)和二级冷却液循环泵(20)；所述的一级板式换热器(21)和二级板式换热器(17)分别与船舶中央冷却系统(25)相连；所述的LNG气化回路包括依次连接的LNG压力泵(2)、流量调节阀(3)、一级减压阀(4)、二级减压阀(5)和辅助加热器(6)；所述的LNG气化回路通过所述的一级ORC回路中的一级冷凝器(7)吸收一级循环工质的热量，通过所述的二级ORC回路中的二级冷凝器(16)与二级循环工质进行热交换。2.如权利要求1所述的一种适用于LNG混合动力船舶的OR...

【专利技术属性】
技术研发人员：田镇，章学来，高文忠，张远，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31