一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其系统包括LNG再气化子系统、空气液化子系统、冷能发电子系统和供冷子系统。其中LNG再气化子系统产生的冷量为空气液化子系统、冷能发电子系统和供冷子系统提供冷能，LNG再气化燃烧后产生的废热为冷能发电子系统提供热源，实现了LNG再气化过程中产生的冷能梯级利用和燃烧产生的废热能综合利用，同时利用液态空气储存冷能解决了LNG动力船运行过程中产冷和用冷、发电和用电不同步、不匹配的技术难题，进一步提升了LNG动力船能量综合利用效率。量综合利用效率。量综合利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统


[0001]本专利技术涉及一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统及工作方法，属于能量回收与利用


技术介绍

[0002]在我国传统能源仍然是最主要的能源供给来源，但是国际海事组织为加强全球海洋燃料许用含硫量的管控新标准指出，在2020年，全球范围内海洋燃料的含硫量不得高于0.5％，传统以燃油为动力的船舶硫排放量远高于该标准，所以对船舶动力方式的转变提出了迫切要求。LNG动力船采用天然气燃料，有着污染小、价格低的特点，因此LNG动力船是未来船舶发展的大势所趋。现阶段LNG动力船多采用汽化器或废气锅炉进行加热，大量LNG气化所释放的冷能被浪费，且LNG动力船通常处于海上航行状态，受航线、季节气候以及航速变化等影响，供应至动力系统的LNG燃料需求量通常处于变化状态，使得LNG气化时释放的冷能与用冷存在不同步、不匹配的技术难题。为实现冷、电、热的最优匹配，从而实现能量的梯级利用。因此，研发一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用的系统已经迫在眉睫。
[0003]申请号为202011423648.1，名称为“一种基于LNG的制冷系”的专利技术专利，公开了一种基于LNG的制冷系统，包括燃气发电单元、LNG换热单元、电制冷单元以及余热回收制冷单元，该专利技术系统从理论上实现了LNG冷能的回收，同时，将通过余热回收制冷单元回收利用燃气发电单元形成的高温烟气以及高温缸套水，实现燃气发电制冷与余热回收制冷的耦合。然而，该专利技术系统制冷循环依旧是压缩式制冷循环，产冷与用冷只能同时进行，并且将LNG的低温冷能直接用于制冷，热交换温差能达到170℃，不仅对换热器要求极高，并且对LNG气化时所释放的冷能造成严重浪费，没有对冷能进行梯级利用，总体上并没有合理利用LNG冷能。
[0004]申请号为202011119799.8，名称为“利用LNG冷能和燃气调峰发电余热的液态空气储能系统”的专利技术专利，公开了一种利用LNG冷能和燃气调峰发电余热的液态空气储能系统，包括液态空气储能子系统、燃气调峰发电子系统和蒸汽循环发电子系统，液态空气储能子系统包括储能子系统和释能子系统，该专利技术系统从理论上利用LNG再气化冷能及燃气调峰电站的余热，提高了液态空气储能系统的效率和能源利用率。然而，该系统主要使用LNG燃烧及燃烧产生的余热加热水蒸气进行发电，产电与用电只能同时进行，其系统中的液态空气储能主要是用于调峰，并没有解决气化与用电不同步、不匹配的问题，且该专利技术中多次利用压缩机组对于外界能量需求较大。该专利技术还存在一定缺陷，将LNG从－162℃加热到10℃，172℃的换热温差大对于换热器要求极高，在实际应用中是不现实的。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统及工作方法。
[0006]本专利技术通过将LNG气化过程与LNG动力船的冷能储存及用电用冷需求进行有机整
合，利用LNG气化时释放的大量冷能，作为空气液化、发电和供冷的冷源。利用余热作为发电热源。以达到能源利用效率的最优化。
[0007]本专利技术利用液化空气储存冷能，解决了LNG动力船运行过程中产冷和用冷、发电和用电不同步、不匹配的难题。当主机运行时，利用液化空气储存LNG气化时产生的冷量，当主机不运行时，由液化空气代替LNG进行供冷。
[0008]本专利技术通过三通阀来调节系统在不同工况下的运行。
[0009]本专利技术还利用冰蓄冷的方式，解决了气化量与用户需冷量不匹配，气化时间与用冷时间不同步的问题，当用户所需冷量较少时，则利用蓄冰罐储存气化时产生的多余的冷量。
[0010]本专利技术能够实现储存LNG再气化释放冷能的要求，对冷能进行梯级利用，能够改善LNG动力船运行过程中用气用电不匹配的情况，且系统相对简单，初步投资较小。
[0011]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，包括LNG再气化子系统、空气液化子系统、冷能发电子系统和供冷子系统；其中所述LNG再气化子系统由LNG储液罐、设置在LNG储液罐内的潜液泵、出液阀、LNG气化器的进口a、LNG气化器的出口b、第一换热器、第二换热器、第三换热器、主机的燃料进口c通过管道依次联通构成；所述空气液化子系统由空气净化干燥器、压缩机、LNG气化器的进口d、LNG气化器的出口e、气液分离器的进液口o、气液分离器(11)的出液口q、储液罐通过管道依次联通构成；所述冷能发电子系统分为主机运行、主机不运行两种情况；当主机运行时所述冷能发电子系统由第一循环泵、第二三通阀、第四换热器、第三三通阀、透平、第四三通阀、第一换热器、第一三通阀通过管道依次联通构成；当主机不运行时所述冷能发电子系统由第一循环泵、第二三通阀、第五换热器、第三三通阀、透平、第四三通阀、第六换热器、第一三通阀通过管道依次联通构成；所述供冷子系统分为主机运行、主机不运行两种情况；当主机运行时所述供冷子系统由第七换热器、混合器的进口f、混合器的出口g、第二循环泵、用户通过管道依次联通构成；当主机不运行时所述供冷子系统第一条支路由储液罐、第三循环泵、第六换热器、蓄冰罐的进口h、蓄冰罐的出口i、混合器的进口j、混合器的出口g、第二循环泵、用户通过管道依次联通构成；当主机不运行时所述供冷子系统第二条支路由蓄冰罐的进口k、蓄冰罐的出口l、混合器的进口m、混合器的出口g、第二循环泵、用户通过管道依次联通构成；当主机不运行时所述供冷子系统第三条支路由第五换热器、混合器的进口、混合器的出口g、第二循环泵、用户通过管道依次联通构成。
[0013]所述的一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其特征在于：所述气液分离器的出气口p与LNG气化器进口n相连接。所述第二换热器与第七换热器之间通过管道还连通有第四循环泵。
[0014]进一步地，所述LNG气化器为换热器，优选为印刷版式换热器。
[0015]进一步地，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第五换热器、第六换热器、第七换热器均为板式换热器、套管式换热器或板翅式换热器。
[0016]进一步地，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器对应的热源分别为丙烯、乙二醇、缸套冷却水。
[0017]进一步地，所述空气干燥机选用模芯吸附式干燥机。
[0018]进一步地，除尘器选用静电除尘器、过滤式除尘器或离心式除尘器。
[0019]进一步地，发电系统两种情况下中间工质均为丙烯；当主机运行时，则热源为主机的出口s的高温烟气，冷源为NG；当主机不运行时，则热源为空气，冷源为液态空气。
[0020]进一步地，所述供冷子系统分为主机运行和不运行两种情况；当主机运行时，则冷源为NG，中间介质采用乙二醇；当主机不运行时，则冷源为液态空气。
[0021]进一步地，所述蓄冰罐中为蓄冰球，空气可以直接进行接触换热。
[0022]进一步地，所述混合器的进口t与用户本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，包括LNG再气化子系统、空气液化子系统、冷能发电子系统和供冷子系统；其特征在于：所述LNG再气化子系统由LNG储液罐(1)、设置在LNG储液罐(1)内的潜液泵(2)、出液阀(3)、LNG气化器(4)的进口a、LNG气化器(4)的出口b、第一换热器(5)、第二换热器(6)、第三换热器(7)、主机(8)的燃料进口c通过管道依次联通构成；所述空气液化子系统由空气净化干燥器(9)、压缩机(10)、LNG气化器(4)的进口d、LNG气化器(4)的出口e、气液分离器(11)的进液口o、气液分离器(11)的出液口q、储液罐(12)通过管道依次联通构成；所述冷能发电子系统分为主机(8)运行、主机(8)不运行两种情况；当主机(8)运行时所述冷能发电子系统由第一循环泵(13)、第二三通阀(25)、第四换热器(14)、第三三通阀(26)、透平(15)、第四三通阀(27)、第一换热器(5)、第一三通阀(24)通过管道依次联通构成；当主机(8)不运行时所述冷能发电子系统由第一循环泵(13)、第二三通阀(25)、第五换热器(16)、第三三通阀(26)、透平(15)、第四三通阀(27)、第六换热器(17)、第一三通阀(24)通过管道依次联通构成；所述供冷子系统分为主机(8)运行、主机(8)不运行两种情况；当主机(8)运行时所述供冷子系统由第七换热器(18)、混合器(19)的进口f、混合器(19)的出口g、第二循环泵(20)、用户(21)通过管道依次联通构成；当主机(8)不运行时所述供冷子系统第一条支路由储液罐(12)、第三循环泵(22)、第六换热器(17)、蓄冰罐(23)的进口h、蓄冰罐(23)的出口i、混合器(19)的进口j、混合器(19)的出口g、第二循环泵(20)、用户(21)通过管道依次联通构成；当主机(8)不运行时所述供冷子系统第二条支路由蓄冰罐(23)的进口k、蓄冰罐(23)的出口l、混合器(19)的进口m、混合器(19)的出口g、第二循环泵(20)、用户(21)通过管道依次联通构成；当主机(8)不运行时所述供冷子系统第三条支路由第五换热器(16)、混合器(19)的进口r、混合器(19)的出口g、第二循环泵(20)、用户(21)通过管道依次联通构成。2.根据权利要求1所述的一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其特征在于：所述气液分离器(11)的出气口p还通过管道与LNG气化器(4)进口n相连接；所述第二换热器(6)与第七换热器(18)之间通过管道还连通有第四循环泵(28)。3.根据权利要求1所述的一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其特征在于：所述LNG气化器(4)为换热器。4.根据权利要求1所述的一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其特征在于：所述第一换热器(5)、第二换热器(6)、第三换热器(7)、第四换热器(14)、第五换热器(16)、第六换热器(17)、第七换热器(18)均为板式换热器、套管式换热器或板翅式换热器。5.根据权利要求1所述的一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其特征在于：供冷子系统分为主机(8)运行和不运行两种情况；当主机(8)运行时，则冷源为NG，中间介质采用乙二醇；当主机(8)不运行时，则冷源为液态空气。6.根据权利要求1所述的一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其特征在于：所述蓄冰罐(23)中填充有蓄冰球。7.根据权利要求1所述的一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其特征在于：所述混合器(19)的进口t还通过管道与用户(21)的回风口相连接。8.根据权利要求1所述的一种LNG动力船的冷能存储及冷/热能综合利用系统，其特征在于：所述第三换热器(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵忠超，陈正超，徐海佳，杨岷，龚慧芝，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：