一种LNG燃料动力船冷能全发电利用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种LNG燃料动力船冷能全发电利用系统，包括天然气气路、第一级朗肯循环回路、第二级朗肯循环回路和跨临界CO2朗肯循环回路，第一级朗肯循环回路、第二级朗肯循环回路构成两级级联朗肯循环将LNG高品位冷能转化为电能，再利用跨临界CO2循环将剩余的LNG冷能以及两级级联朗肯循环过程中工质的富裕冷能进行回收并转换为电能，同时利用高温烟气和缸套冷却水依次为跨临界CO2循环以及两级级联朗肯循环供给热源以充分利用高温烟气和缸套冷却水的中低温余热。本发明专利技术系统将高温烟气和缸套冷却水的中低温余热与LNG冷能进行合理梯级利用，能有效提高LNG冷能和船舶余热的综合利用效率，能有效降低船舶的营运成本。能有效降低船舶的营运成本。能有效降低船舶的营运成本。

【技术实现步骤摘要】
一种LNG燃料动力船冷能全发电利用系统


[0001]本专利技术涉及一种船舶冷能综合利用系统，尤其涉及一种LNG燃料动力船冷能全发电利用系统。

技术介绍

[0002]液化天然气(LNG)是天然气经压缩、冷却至其沸点(约
‑
162℃)后变成的液体，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，有利于储存和长距离运输。近年来，全球LNG产量与使用量大幅增长，LNG船舶运输业发展迅速，国际海事组织(IMO)对船舶排放的要求越来越高，因此LNG动力船发展迅速。而LNG在气化的过程中会释放出约830kJ/kg的冷能，如果冷量不加以利用，不仅会造成资源浪费，同时也会造成周边水域冷污染。
[0003]IMO新的防污染公约对硫氧化物(SO
X
)和氮氧化物(NO
X
)等废气的排放要求越来越高，相比燃料油的价格不稳定以及其燃烧排放大量的CO2和SO
X
等有害物质，LNG市场价格稳定且较低，并且燃烧后几乎不含硫、粉尘等有害物质，排放的CO2和NO
X
较少，上述的优势与公约的新要求促使更多LNG动力船主要使用甚至是完全使用LNG作为燃料。
[0004]现有技术中，在小型LNG动力船LNG冷能利用形式上多为单一功能的利用，例如为空调或冷库供给冷能，鉴于小型LNG动力船汽化量小，考虑综合利用的方案较少，尤其中小型船舶单一余热利用效率一般很低，导致不能使能量利用达到最优。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种LNG燃料动力船冷能全发电利用系统，实现对LNG冷能和船舶余热的利用，提高能量综合利用率。
[0006]本专利技术技术方案如下：一种LNG燃料动力船冷能全发电利用系统，包括天然气气路、第一级朗肯循环回路、第二级朗肯循环回路和跨临界CO2朗肯循环回路，所述天然气气路包括依次连接的LNG储罐、LNG增压泵、第一级朗肯循环冷凝器、第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器，所述第一级朗肯循环回路中循环工质膨胀做功后依次经过所述第一冷凝器和所述第一级朗肯循环冷凝器对所述天然气加热，所述第一级朗肯循环回路中循环工质膨胀做功前由缸套冷却水加热气化，所述第二级朗肯循环回路中循环工质膨胀做功后经过所述第二冷凝器对所述天然气加热，所述第二级朗肯循环回路中循环工质膨胀做功前由主机废气涡轮出口废气加热气化，所述第二级朗肯循环回路与所述第一级朗肯循环回路构成级联结构，所述跨临界CO2朗肯循环回路中工质膨胀做功后经过所述第三冷凝器对所述天然气加热，并且分别对第一级朗肯循环回路中由缸套冷却水加热前的循环工质加热以及对第二级朗肯循环回路中由主机废气涡轮出口废气加热前的循环工质加热，所述跨临界CO2朗肯循环回路中工质膨胀做功前由主机废气涡轮出口废气加热气化。
[0007]进一步地，所述第一级朗肯循环回路包括依次连接的第一级朗肯循环工质泵、第一加热器、第二加热器、缸套冷却水加热器和第一透平，所述第一级朗肯循环工质泵加压后的循环工质在所述第一加热器由第二级朗肯循环回路中循环工质加热后在所述第二加热
器由跨临界CO2朗肯循环回路中工质加热然后在所述缸套冷却水加热器由所述缸套冷却水加热后进入所述第一透平做功，经过所述第一级朗肯循环冷凝器的循环工质进入所述第一级朗肯循环工质泵。
[0008]进一步地，所述第一级朗肯循环回路包括回热器、第一分流器和第一混合器，所述回热器设置于所述第一级朗肯循环工质泵和所述第一加热器之间，所述第一透平的出口连接所述第一分流器，所述第一分流器分流后循环工质一路经过所述第一冷凝器后进入所述第一混合器，所述第一分流器分流后循环工质的另一路经过所述回热器后进入所述第一混合器，所述第一混合器出口排出的循环工质在所述第一级朗肯循环冷凝器对天然气加热。
[0009]进一步地，所述第二级朗肯循环回路包括依次连接的第二级朗肯循环工质泵、第三加热器、第四加热器、第二透平、第二分流器和第二混合器，所述第二级朗肯循环工质泵加压后的循环工质在所述第三加热器由跨临界CO2朗肯循环回路中工质加热后在所述第四加热器由主机废气涡轮出口废气加热，所述第二透平的出口连接所述第二分流器，所述第二分流器分流后循环工质一路经过所述第二冷凝器后进入所述第二混合器，所述第二分流器分流后循环工质的另一路对所述第一级朗肯循环回路的循环工质加热后进入所述第二混合器，所述第二混合器出口排出的循环工质进入所述第二级朗肯循环工质泵。
[0010]进一步地，所述跨临界CO2朗肯循环回路包括依次连接的CO2工质泵、烟气加热器、第三透平、第三分流器和第三混合器，所述CO2工质泵加压后的工质在所述烟气加热器由主机废气涡轮出口废气加热然后进入所述第三透平膨胀做功，所述第三透平的出口连接所述第三分流器，所述第三分流器分流后工质的一路经过所述第三冷凝器后进入所述第三混合器，所述第三分流器分流后工质的另一路对所述第一级朗肯循环回路的循环工质加热后进入所述第三混合器，所述第三分流器分流后工质的再一路对所述第二级朗肯循环回路的循环工质加热后进入所述第三混合器，所述第三混合器出口排出的工质进入所述CO2工质泵。
[0011]进一步地，所述跨临界CO2朗肯循环回路包括CO2加热器，所述第三透平的出口通过所述CO2加热器连接至所述第三分流器，所述CO2工质泵加压后的工质在所述CO2加热器与所述第三透平排出的工质换热后再进入所述烟气加热器。
[0012]进一步地，所述跨临界CO2朗肯循环回路中加热工质后的所述主机废气涡轮出口废气再进入所述第二级朗肯循环回路加热所述第二级朗肯循环回路中的循环工质。
[0013]进一步地，所述第一级朗肯循环回路中的循环工质由甲烷、乙烷和乙烯混合而成，所述第二级朗肯循环回路中的循环工质由乙烷、乙烯和丙烷混合而成。
[0014]本专利技术所提供的技术方案的优点在于：
[0015]能够有效利用LNG冷能与船舶低品位余热，减少能量的浪费和对水域生态环境产生的不利影响；该系统将LNG冷能进行合理梯级利用，利用高温烟气以及缸套冷却水等低品位余热，提高LNG冷能和船舶余热的综合利用效率，能有效降低船舶的营运成本。
附图说明
[0016]图1为实施例的LNG燃料动力船冷能全发电利用系统结构示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而
不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本说明之后，本领域技术人员对本说明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。
[0018]如图1所示，本专利技术的LNG燃料动力船冷能全发电利用系统由天然气气路系统、用于发电的具有二级冷凝的两级级联朗肯循环回路系统和跨临界CO2朗肯循环回路系统三部分构成，下面对每个部分系统做展开说明。
[0019]天然气气路系统包括依次串联的LNG储罐1、LNG增压泵2、第一级朗肯循环冷凝器3、第一冷凝器4、第二冷凝器5和第三冷凝器6。LNG增压泵2出口连接第一级朗肯循环冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LNG燃料动力船冷能全发电利用系统，其特征在于，包括天然气气路、第一级朗肯循环回路、第二级朗肯循环回路和跨临界CO2朗肯循环回路，所述天然气气路包括依次连接的LNG储罐、LNG增压泵、第一级朗肯循环冷凝器、第一冷凝器、第二冷凝器和第三冷凝器，所述第一级朗肯循环回路中循环工质膨胀做功后依次经过所述第一冷凝器和所述第一级朗肯循环冷凝器对所述天然气加热，所述第一级朗肯循环回路中循环工质膨胀做功前由缸套冷却水加热气化，所述第二级朗肯循环回路中循环工质膨胀做功后经过所述第二冷凝器对所述天然气加热，所述第二级朗肯循环回路中循环工质膨胀做功前由主机废气涡轮出口废气加热气化，所述第二级朗肯循环回路与所述第一级朗肯循环回路构成级联结构，所述跨临界CO2朗肯循环回路中工质膨胀做功后经过所述第三冷凝器对所述天然气加热，并且分别对第一级朗肯循环回路中由缸套冷却水加热前的循环工质加热以及对第二级朗肯循环回路中由主机废气涡轮出口废气加热前的循环工质加热，所述跨临界CO2朗肯循环回路中工质膨胀做功前由主机废气涡轮出口废气加热气化。2.根据权利要求1所述的LNG燃料动力船冷能全发电利用系统，其特征在于，所述第一级朗肯循环回路包括依次连接的第一级朗肯循环工质泵、第一加热器、第二加热器、缸套冷却水加热器和第一透平，所述第一级朗肯循环工质泵加压后的循环工质在所述第一加热器由第二级朗肯循环回路中循环工质加热后在所述第二加热器由跨临界CO2朗肯循环回路中工质加热然后在所述缸套冷却水加热器由所述缸套冷却水加热后进入所述第一透平做功，经过所述第一级朗肯循环冷凝器的循环工质进入所述第一级朗肯循环工质泵。3.根据权利要求2所述的LNG燃料动力船冷能全发电利用系统，其特征在于，所述第一级朗肯循环回路包括回热器、第一分流器和第一混合器，所述回热器设置于所述第一级朗肯循环工质泵和所述第一加热器之间，所述第一透平的出口连接所述第一分流器，所述第一分流器分流后循环工质一路经过所述第一冷凝器后进入所述第一混合器，所述第一分流器分流后循环工质的另一路经过所述回热器后进入所述第一混合器，所述第一混合器出口排出的循环工质在所述第一级朗肯循环冷凝器对天然气加热。4.根据权利要求1所述的LNG燃料动力船冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚寿广，杨伊豪，魏越，汪自钊，毛惠艺，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：