一种LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统，包括NG蒸发侧，由LNG依次经过第一级增压、第一级换热、第二级增压、第二级换热和第三级换热形成气态；第一级朗肯循环发电单元、第二级朗肯循环发电单元和第三级跨临界朗肯循环发电单元进行横向嵌套，由LNG逐级换热形成各单元冷源，并利用烟气作为热源构成了二级增压，三级横向嵌套的朗肯循环全发电系统。本发明专利技术系统结构紧凑，可以满足主机进气压力要求且具有较高的系统效率，降低船舶的营运成本。降低船舶的营运成本。降低船舶的营运成本。

【技术实现步骤摘要】
一种LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统


[0001]本专利技术涉及一种LNG动力船热能与冷能的集成利用系统，特别是涉及一种LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统。

技术介绍

[0002]随着全球液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)贸易量大幅增长，LNG船舶运输业发展迅速，针对船舶实现LNG冷能梯级利用的工艺也开始受到广泛关注。以往关于LNG汽化冷能的利用多针对陆地LNG汽化站，汽化冷能的利用方式包括海水淡化、冷库、空调以及发电等。LNG动力船在使用LNG的过程中往往将大量冷能排入海水或缸套水中，造成环境的污染和能量的浪费。
[0003]公开号为CN208520077U的中国专利，提供了一种利用LNG冷能的船舶冷库与空调控制系统，包括缸套水加热控制系统、低温冷库控制系统、高温冷库控制系统、空调控制系统以及冷媒防凝固控制系统，LNG燃料经LNG换热器的换热后，将冷能分别用于低温冷库、高温冷库和空调的制冷，同时在制冷的过程中利用控制系统调节冷库以及空调管路中冷媒的流量和阀门的开关，维持冷库和空调内温度的在规定范围内，另一方面利用控制系统控制进入船舶主柴油机的BOG温度在规定范围内，该技术实现了对LNG冷能的梯级利用。
[0004]公开号为CN109184837A的中国专利公开了一种LNG动力船燃料冷能全发电梯级利用系统，采用横向三级嵌套的朗肯循环发电将LNG燃料冷能逐级利用发电，同时在三级朗肯循环发电中利用船舶主机产生的高温烟气作为热源，实现LNG冷能的梯级利用，以及烟气低品位余热用于发电，对LNG冷能的利用效率达到了40～50％。但是对于大型LNG动力船而言，其要求进入主机的LNG压力较高，在上述发电系统中，LNG仅被增压到约3MPa，而进一步增加增压泵则将加大系统能耗。

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动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统，目的是在利用LNG冷能的同时使LNG能增压至约30MPa满足主机进气要求，并保证系统具有较高的效率。
[0006]本专利技术技术方案如下：一种LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统，包括，
[0007]LNG蒸发侧，由LNG依次经过第一级增压、第一级换热、第二级增压、第二级换热和第三级换热形成气态；
[0008]第一级朗肯循环发电单元，所述第一级朗肯循环发电单元的循环回路为第一级循环工质增压后依次通过所述第二级换热、所述第三级换热后由烟气加热，并进行膨胀做功后通过所述第一级换热再重新增压的回路；
[0009]第二级朗肯循环发电单元，所述第二级朗肯循环发电单元的循环回路为第二级循环工质增压后通过所述第三级换热再由烟气加热，并进行膨胀做功后通过所述第二级换热
再重新增压的回路；
[0010]第三级跨临界朗肯循环发电单元，所述第三级朗肯循环发电单元的循环回路为第三级循环工质增压后通过回热再由烟气加热，并进行膨胀做功后依次通过所述回热、所述第三级换热后再重新增压的回路，所述回热为增压后的所述第三级循环工质与膨胀做功后的所述第三级循环工质换热；
[0011]以及烟气侧，由烟气分别对膨胀做功前的所述第一级循环工质、第二级循环工质和第三级循环工质加热；
[0012]其中所述第一级换热为所述LNG向膨胀做功后的所述第一级循环工质吸热，所述第二级换热为所述LNG和增压后的所述第一级循环工质共同向膨胀做功后的所述第二级循环工质吸热，所述第三级换热为所述LNG、经过第二级换热后的所述第一级循环工质、增压后的所述第二级循环工质共同向增压前的所述第三级循环工质吸热。
[0013]进一步地，所述烟气侧由所述烟气先对所述第三级循环工质加热后分两路分别对所述第一级循环工质和第二级循环工质加热。
[0014]进一步地，所述LNG蒸发侧包括依次连接的LNG储罐、一级LNG增压泵、第一级LNG换热器、二级LNG增压泵、第二级LNG换热器和第三级LNG换热器；所述第一级朗肯循环发电单元由包括第一级循环工质泵、所述第二级LNG换热器、所述第三级LNG换热器、第一级烟气换热器、第一级透平膨胀机和所述第一级LNG换热器依次连接构成的循环回路；所述第二级朗肯循环发电单元由包括第二级循环工质泵、所述第三级LNG换热器、第二级烟气换热器、第二级透平膨胀机和所述第二级LNG换热器依次连接构成的循环回路；所述第三级跨临界朗肯循环发电单元由包括第三级循环工质泵、回热器、第三级烟气换热器、第三级透平膨胀机和所述第三级LNG换热器连接构成的循环回路；所述烟气侧包括所述第一级烟气换热器、所述第二级烟气换热器和所述第三级烟气换热器，其中，所述第一级LNG换热器进行所述第一级换热，所述第二级LNG换热器进行所述第二级换热，所述第三级LNG换热器进行所述第三级换热。
[0015]进一步地，所述LNG经过所述第一级增压后压力为16.5～17MPa，经过所述第二级增压后压力不小于30MPa。
[0016]进一步地，所述第一级循环工质为甲烷、乙烷和丙烷的混合工质，所述第二级循环工质为甲烷、乙烷、丙烷和戊烷的混合工质，所述第三级循环工质为CO2。
[0017]进一步地，所述第一级循环工质的甲烷、乙烷和丙烷的体积比为4︰5～5.5︰0.5～1，所述第一级循环工质的甲烷、乙烷、丙烷和戊烷的体积比为0.5～1︰2～2.5︰4.5～5︰2～2.5。
[0018]本专利技术所提供的技术方案的优点在于：
[0019]本专利技术基于“温度对等、梯级利用”的原则，构建了两级增压，三级横向嵌套的朗肯循环全发电系统，对主机LNG燃料汽化过程中所释放的冷能进行依次利用，同时结合主机烟气的中温余热对三级的朗肯循环发电单元中的循环工质提供热量，可充分使用LNG低品位冷能，系统结构紧凑简单，能有效降低船舶的营运成本；采用两级增压的方式使燃料进气达到主机进气要求，相比于其他增压进气方式能取得更高的系统效率；分别以甲烷、乙烷和丙烷混合构成第一级循环工质，甲烷、乙烷、丙烷和戊烷混合构成第二级循环工质，配合CO2构成的第三级循环工质，在换热过程中能最大限度地降低冷热流体间的换热温差，以优选
的体积比混合可使系统效率达到最优。
附图说明
[0020]图1是实施例的LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统结构示意图。
具体实施方式
[0021]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。
[0022]请结合图1所示，本实施例的LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统包括以下五个部分：
[0023]LNG蒸发侧，其包括依次通过管道连接的LNG储罐1、一级LNG增压泵2、第一级LNG换热器3、二级LNG增压泵4、第二级LNG换热器5和第三级LNG换热器6，其中，一级LNG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统，其特征在于，包括：LNG蒸发侧，由LNG依次经过第一级增压、第一级换热、第二级增压、第二级换热和第三级换热形成气态；第一级朗肯循环发电单元，所述第一级朗肯循环发电单元的循环回路为第一级循环工质增压后依次通过所述第二级换热、所述第三级换热后由烟气加热，并进行膨胀做功后通过所述第一级换热再重新增压的回路；第二级朗肯循环发电单元，所述第二级朗肯循环发电单元的循环回路为第二级循环工质增压后通过所述第三级换热再由烟气加热，并进行膨胀做功后通过所述第二级换热再重新增压的回路；第三级跨临界朗肯循环发电单元，所述第三级朗肯循环发电单元的循环回路为第三级循环工质增压后通过回热再由烟气加热，并进行膨胀做功后依次通过所述回热、所述第三级换热后再重新增压的回路，所述回热为增压后的所述第三级循环工质与膨胀做功后的所述第三级循环工质换热；以及烟气侧，由烟气分别对膨胀做功前的所述第一级循环工质、第二级循环工质和第三级循环工质加热；其中所述第一级换热为所述LNG向膨胀做功后的所述第一级循环工质吸热，所述第二级换热为所述LNG和增压后的所述第一级循环工质共同向膨胀做功后的所述第二级循环工质吸热，所述第三级换热为所述LNG、经过第二级换热后的所述第一级循环工质、增压后的所述第二级循环工质共同向增压前的所述第三级循环工质吸热。2.根据权利要求1所述的LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统，其特征在于，所述烟气侧由所述烟气先对所述第三级循环工质加热后分两路分别对所述第一级循环工质和第二级循环工质加热。3.根据权利要求1或2所述的LNG动力船主机余热与LNG汽化冷能集成利用系统，其特征在于，所述LNG蒸发侧包括依次连接的LNG储...

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