一种LNG运输船的冷能梯级利用系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种LNG运输船的冷能梯级利用系统，包括LNG加压泵、压缩机、制氮循环系统、两级朗肯循环发电系统、海水淡化循环系统、低温冷库循环系统、高温冷库循环系统、船舶空调系统和汽轮机乏汽加热装置。液态的LNG经LNG加压泵加压后供冷于制氮循环系统和两级朗肯循环发电系统，之后与经压缩机压缩后的BOG混合，再依次供冷于海水淡化循环系统、低温冷库循环系统、高温冷库循环系统、空调循环系统，经汽轮机乏汽加热后(25℃)进入锅炉燃烧。其中，第二级朗肯循环发电蒸发器采用锅炉废气加热。本实用新型专利技术针对LNG运输船冷能的特点，采用梯级利用的方式，充分利用了LNG运输船废热，提高了LNG运输船冷能和冷

A cold energy cascade utilization system for LNG transport ship

The utility model provides a transport ship of the LNG cold energy cascade utilization system, including LNG pressure pump, compressor, nitrogen cycle system, two Rankine cycle power generation, desalination of sea water circulation system, circulation system, cold storage freezer circulation system, marine air conditioning system and steam turbine exhaust steam heating device. LNG by LNG liquid pressure pump pressure after cooling in the nitrogen cycle system and two Rankine cycle power generation system, and then compressed by the compressor BOG after mixing, followed by cooling in desalination of sea water circulation system, circulation system, high temperature low temperature cold storage cold air conditioning circulation system, circulation system, the steam turbine exhaust steam heating (25 C) into the boiler combustion. Among them, second Rankine cycle power generation using waste gas heating boiler evaporator. Aiming at the characteristics of the cold energy of the LNG transport ship, the utility model adopts the cascade utilization mode, fully utilizes the waste heat of the LNG transport ship, and improves the cold energy and cold of the LNG transport ship.

【技术实现步骤摘要】
一种LNG运输船的冷能梯级利用系统
本技术涉及一种LNG运输船的冷能梯级利用系统，属于LNG、BOG冷能以及船舶废热的综合利用技术。
技术介绍
LNG(LiquefiedNaturalGas)作为一种清洁高效的能源，随着经济社会的发展，其需求量急剧上升，与此同时，LNG运输业发展迅速。国内未来5年营运的LNG运输船将达到50-70艘左右，LNG运输船的节能降耗存在较大的市场空间。国际海事组织(IMO)公约对排放控制区(ECA)内航行船舶的废气排放具有严格的管制，而LNG市场价格较低，燃烧后有害物质排放量较少，现LNG运输船多完成采用LNG作为燃料。以LNG为燃料的LNG运输船，送入锅炉的燃料主要包括货舱产生的蒸发气(BOG)和强制气化的液态LNG。LNG动力船(蒸汽动力装置)功率较大，货舱蒸发气BOG每天产生130m3，此外还需要消耗130～150m3的液态LNG。根据LNG运输船燃料锅炉进气要求，两者的混合气体送入锅炉燃烧前需要加热至25℃。而LNG在压力1atm、温度-163℃升至0℃的条件下气化，释放出约235kW/t的冷量，BOG(-130℃)在同样条件下升温至0℃，释放出约77kW/t的冷量，两者蕴含的冷量非常可观。现LNG运输船上低温制氮装置多采用膜分离法，海水淡化、船舶冷库和空调系统多依赖电能运转，设备成本和运行费用高。若在LNG运输船上采用LNG和BOG冷能代替以上传统方法，不仅可以稳定持续实现以上各装置和系统的功能，而且可以极大地节约电能，降低LNG运输船的运营成本，而相关技术研究尚未见报道。此外船舶存在较为丰富的热源，包括锅炉废气、汽轮机乏汽和海水等，LNG、BOG冷能和船舶热源结合，可实现低温冷能发电。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种LNG运输船的冷能梯级利用系统，将送入燃料锅炉的BOG和液态LNG冷能梯级用于制氮循环系统(A区)、海水淡化循环系统(C区)、船舶冷库(D、E区)和空调循环系统(F区)，并结合锅炉排烟余热进行朗肯循环发电(B区)，末级采用汽轮机乏汽将燃料加热至锅炉进气要求温度。该系统充分考虑了LNG运输船LNG、BOG冷能和废热热源的利用方式，节约了船舶的营运成本，提高了冷能的综合利用效率。本技术为实现上述目的所采用的技术方案如下：一种LNG运输船的冷能梯级利用系统，包括货舱蒸发气BOG、压缩机(I1)、强制蒸发液态LNG、制氮循环系统(A区)、LNG加压泵(J1)、两级朗肯循环发电系统(B区)、第一混合器(K1)、海水淡化循环系统(C区)、低温冷库循环系统(D区)、高温冷库循环系统(E区)、空调循环系统(F区)、第九换热器(H1)。所述制氮系统包括：第一工质泵(A1)、第一流量调节阀(A2))、制氮装置(A3)、第一换热器(A4)。所述两级朗肯循环发电系统包括一级朗肯循环和二级朗肯循环：一级朗肯循环包括一级朗肯循环冷媒R1150、第二工质泵(B1)、第二流量调节阀(B2)、第二换热器(B3)、第一膨胀机(B4)、第三换热器(B5)，二级朗肯循环包括二级朗肯循环冷媒R1270、第三工质泵(B6)、第三流量调节阀(B7)、第四换热器(B8)、第二膨胀机(B9)、第二换热器(B3)。所述海水淡化循环系统包括：海水淡化系统循环冷媒R601a、第四工质泵(C1)、第四流量调节阀(C2)、结晶器(C3)、第五换热器(C4)。所述低温冷库循环系统包括：低温库循环冷媒R600、第五工质泵(D1)、第一分离器(D2)、第五流量调节阀(D3)、鱼库换热器(D4)、第六流量调节阀(D5)、肉库换热器(D6)、第二混合器(D7)、第六换热器(D8)。所述高温冷库循环系统包括：高温库循环冷媒R600、第六工质泵(E1)、第二分离器(E2)、第七流量调节阀(E3)、水果库换热器(E4)、第八流量调节阀(E5)、蔬菜库换热器(E6)，第三混合器(E7)、第七换热器(E8)所述空调循环系统包括：空调循环冷媒R601、第七工质泵(F1)、第九流量调节阀(F2)、空调换热器(F3)、第八换热器(F4)。所述各循环系统中，各设备依次连接，工质循环流通。所述液态LNG经第一换热器(A4)、第二换热器(B5)，分别对制氮循环和两级朗肯循环系统提供冷量，之后与经过压缩机(I1)压缩后的BOG混合，再通过第五换热器(C4)、第六换热器(D8)、第七换热器(E8)、第八换热器(F4)，分别对海水淡化循环系统(C区)、低温库循环系统(D区)、高温库循环系统(E区)提供冷量，最后经汽轮机乏汽加热送入主机燃烧。进一步地，液态LNG经第一换热器(A4)和第三换热器(B5)后，被加热至完全气体状态。进一步地，二级朗肯循环系统，蒸发器(第四换热器B8)热源为锅炉废气。进一步地，第九换热器(H1)采用汽轮机乏汽加热。进一步地，流量调节阀由负反馈控制系统(温度、流量)控制阀开度。附图说明图1为本技术提供的一种LNG运输船的冷能梯级利用系统的工艺方案示意图。附图中的标记为：J1-LNG加压泵，A1-第一工质泵，A2-第一流量调节阀，A3-制氮装置，A4-第一换热器，B1-第二工质泵，B2-第二流量调节阀，B3-第二换热器，B4-第一膨胀机，B5-第三换热器，B6-第三工质泵，B7-第三流量调节阀，B8-第四换热器，B9-第二膨胀机，I1-压缩机，K1-第一混合器，C1-第四工质泵，C2-第四流量调节阀，C3-结晶器，C4-第五换热器，D1-第五工质泵，D2-第一分离器，D3-第五流量调节阀，D4-鱼库换热器，D5-第六流量调剂阀，D6-肉库换热器，D7-第二混合器，D8-第六换热器，E1-第六工质泵，E2-第二分离器，E3-第七流量调节阀，E4-水果库换热器，E5-第八流量调节阀，E6-蔬菜库换热器，E7-第三混合器，E8-第七换热器，F1-第七工质泵，F2-第九流量调节阀，F3-空调换热器，F4-第八换热器，H1-第九换热器。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本技术。LNG运输船送入锅炉的燃料包括货舱蒸发气BOG和强制蒸发的液态LNG，对该两部分进行冷能利用。液态LNG(140m3/d，-163℃，0.1MPa)经LNG加压泵J1加压(0.22MPa)，通过管道输送至第一换热器A4，供冷于制氮循环装置系统。第一换热器A4冷源端出口与第三换热器B5连接，LNG通过第三换热器B5后，出口温度为-110℃(完全气体状态)，释放的该部分冷能用于两级朗肯循环发电。货舱蒸发气BOG(130m3/d，-130℃，0.1MPa)经过管道输送压缩机I1加压(0.2MPa)，压缩机出口与第一混合器K1连接。第三换热器B5冷源端出口与第一混合器K1相连，NG气体与BOG经第一混合器K1混合(温度-103℃)，之后依次进入第五换热器C4、第六换热器D8、第七换热器E8、第八换热器F4，对海水淡化循环系统、低温冷库循环系统、高温冷库循环系统、船舶空调循环系统提供冷量，混合气体经过各换热器温度依次为-59℃、-50℃、-44℃、-5.15℃，之后通过第九换热器H1被加热至25℃送入锅炉燃烧。所述制氮装置循环系统中，冷媒R1150通过第一换热器A4被冷却至-120℃，之后被第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LNG运输船的冷能梯级利用系统，其特征在于包括：LNG加压泵(J1)、压缩机(I1)、制氮循环系统、两级朗肯循环发电系统、海水淡化循环系统、低温冷库循环系统、高温冷库循环系统、空调循环系统以及汽轮机乏汽加热装置，液态的LNG经LNG加压泵(J1)加压后供冷于制氮循环和两级朗肯循环发电，之后与压缩后的BOG混合，再依次供冷于海水淡化循环系统、船舶冷库循环系统、船舶空调循环系统，经汽轮机乏汽加热后进入锅炉燃烧；所述制氮循环系统包括第一工质泵(A1)、第一流量调节阀(A2)、制氮装置(A3)、第一换热器(A4)；所述两级朗肯循环发电系统包括一级朗肯循环和二级朗肯循环，一级朗肯循环包括第二工质泵(B1)、第二流量调节阀(B2)、第二换热器(B3)、第一膨胀机(B4)、第三换热器(B5)，二级朗肯循环包括第三工质泵(B6)、第三流量调节阀(B7)、第四换热器(B8)、第二膨胀机(B9)、第二换热器(B3)；所述海水淡化循环系统包括第四工质泵(C1)、第四流量调节阀(C2)、结晶器(C3)、第五换热器(C4)；所述低温冷库循环系统包括第五工质泵(D1)、第一分离器(D2)、第五流量调节阀(D3)、鱼库换热器(D4)、第六流量调节阀(D5)、肉库换热器(D6)、第二混合器(D7)、第六换热器(D8)；所述高温冷库循环系统包括第六工质泵(E1)、第二分离器(E2)、第七流量调节阀(E3)、水果库换热器(E4)、第八流量调节阀(E5)、蔬菜库换热器(E6)，第三混合器(E7)、第七换热器(E8)；所述空调循环系统包括第七工质泵(F1)、第九流量调节阀(F2)、空调换热器(F3)、第八换热器(F4)；所述各循环系统设备依次连接，工质循环流通。...

【技术特征摘要】
1.一种LNG运输船的冷能梯级利用系统，其特征在于包括：LNG加压泵(J1)、压缩机(I1)、制氮循环系统、两级朗肯循环发电系统、海水淡化循环系统、低温冷库循环系统、高温冷库循环系统、空调循环系统以及汽轮机乏汽加热装置，液态的LNG经LNG加压泵(J1)加压后供冷于制氮循环和两级朗肯循环发电，之后与压缩后的BOG混合，再依次供冷于海水淡化循环系统、船舶冷库循环系统、船舶空调循环系统，经汽轮机乏汽加热后进入锅炉燃烧；所述制氮循环系统包括第一工质泵(A1)、第一流量调节阀(A2)、制氮装置(A3)、第一换热器(A4)；所述两级朗肯循环发电系统包括一级朗肯循环和二级朗肯循环，一级朗肯循环包括第二工质泵(B1)、第二流量调节阀(B2)、第二换热器(B3)、第一膨胀机(B4)、第三换热器(B5)，二级朗肯循环包括第三工质泵(B6)、第三流量调节阀(B7)、第四换热器(B8)、第二膨胀机(B9)、第二换热器(B3)；所述海水淡化循环系统包括第四工质泵(C1)、第四流量调节阀(C2)、结晶器(C3)、第五换热器(C4)；所述低温冷库循环系统包括第五工质泵(D1)、第一分离器(D2)、第五流量调节阀(D3)、鱼库换热器(D4)、第六流量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博洋，邱力强，刘璇，王强，张晓荣，张运秋，韩淑洁，钱德松，田东方，
申请(专利权)人：青岛远洋船员职业学院，
类型：新型
国别省市：山东,37