本实用新型专利技术公开了一种适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，属于船舶工程及节能领域，LNG冷能发电供气系统包含LNG储罐（1）、LNG泵（11）、LNG蒸发器（10）、LNG透平发电机（9）、NG复热器（7）、供气缓冲罐（12）等部件。本实用新型专利技术既利用LNG冷能发电又利用烟气余热有机朗肯循环（ORC）发电，两者相互结合，LNG气化释放的冷量用于有机介质冷凝，ORC蒸发器的热量来自烟气余热或缸套水。LNG发电后复热到合适的温度为主机供气，复热过程中的冷量用于有机介质冷凝。有机介质冷凝过程在两个冷凝器完成，两个冷凝器中间设置气液分离器，减少系统中两相流流动，抑制船舶航行中晃荡工况对系统的负面影响。荡工况对系统的负面影响。荡工况对系统的负面影响。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统
[0001]本技术涉及一种适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，属于船舶工程及节能领域。具体地讲，利用LNG冷能进行发电后对主机或辅机供气，利用烟气余热进行ORC发电，前者的蒸发和复热过程中释放的冷量与后者液化过程中的释放的热量进行换热，冷热交互耦合。
技术介绍
[0002]为减缓全球气候变暖，国际海事组织（IMO）为各类船型制定了能效设计指数(EEDI)的计算方法。2011年海洋环境保护委员会（MEPC）形成了MEPC.203(62)决议，将船舶能效规则纳入MARPOL附则
Ⅵ
，并于2013年1月1日生效，之后经过数次修订。2020年11月，IMO召开MEPC 75会议，通过收集和分析满足EEDI要求的船舶能效的相关数据，将集装箱船、杂货船、LNG运输船、具有非传统推进系统的豪华邮轮和15000载重吨以上的气体运输船的EEDI第三阶段执行日期提前至2022年4月1日，并对不同船型的EEDI进行了修订，要求越来越高。同时针对新造船的EEDI第四阶段要求也在指定当中。上述相关决议和措施的发布对船舶能效提出更高的要求。船舶发动机在工作过程中燃料燃烧产生的能量约有50%的热能被废气和缸套水带走排入环境之中，导致燃料利用率低。废气中含有大量的余热由于品位低，不利于回收。如果船舶余热得到回收则可提高主机的能源利用率，减少燃料消耗，降低废弃排放量，起到节能减排的作用。
[0003]有机朗肯循环（ORC）因热效率高、结构简单、可靠性高、成本低、易于维护等优点，在众多领域得到广泛的研究，如工业余热回收、内燃机余热回收、太阳能利用、地热能利用等。ORC可以将中低品位的热能转化为所需要的电能或机械能，从而提高能源系统的能量使用效率。但该系统的冷凝器需要大量的循环水为介质降温。
[0004]LNG燃料船的供气系统中的燃料气化通常采用乙二醇水溶液吸收气化过程中释放的冷量，然后乙二醇水溶液需要通过蒸汽加热复温。这个过程既没有回收冷量还需要消耗蒸汽热量，造成很大的能量浪费。
技术实现思路
[0005]本技术克服上述技术问题和缺陷，本技术提供了一种适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电和ORC发电的节能系统。
[0006]LNG燃料船航行过程中燃料供应系统需要对LNG进行气化，过程中产生大量冷能，常规操作这部分冷能由乙二醇水溶液吸收，然后用蒸汽加热乙二醇水溶液，这个工艺需要消耗蒸汽，能耗较高，能源的合理利用方面尚有改进空间。
[0007]本技术将燃料供气系统燃料气化过程中释放的冷量进行回收利用，同时，利用船上来自缸套水或烟气的多余的热量为ORC发电提供热源。该工艺在利用LNG冷能发电的同时又能满足主机供气条件，ORC发电系统利用船舶多余热量和LNG气化冷量发电，ORC的冷
凝利用LNG气化冷凝而未采用循环水，且分两级冷凝，中间设置分离器，减少系统两相流，抑制船舶航行中晃荡影响。
[0008]具体的，为了达到上述目的，本技术提供了如下技术方案：
[0009]本技术的适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，其特征在于，包括LNG冷能发电供气系统和烟气余热ORC发电系统。
[0010]LNG冷能发电供气系统包括：LNG储罐（1）、LNG泵（11）、LNG蒸发器（10）、LNG透平发电机（9）、LNG复热器（7）、供气缓冲罐（12）部件；LNG储罐（1）与LNG泵（11）相连，LNG泵连接LNG蒸发器（10），LNG蒸发器连接LNG透平发电机（9），LNG透平发电机（9）连接LNG复热器（7），LNG复热器与供气缓冲罐（12）连接。
[0011]ORC发电的节能系统包括：ORC储液罐（2）、ORC泵（3）、ORC预热器（4）、ORC蒸发器（5）、ORC透平发电机（6）部件；ORC储液罐（2）与ORC泵（3）连接，ORC泵连接ORC预热器（4），ORC预热器（4）连接ORC蒸发器（5），ORC蒸发器连接ORC透平发电机（6）；ORC透平发电机（6）连接LNG复热器（7），LNG蒸发器（10）的液相管路通向ORC储液罐（2）。
[0012]本技术所述的节能系统还包括ORC气液分离器（8），ORC气液分离器（8）连接LNG复热器（7），ORC气液分离器（8）气相管路连接LNG蒸发器（10），ORC气液分离器（8）的液相管路通向ORC储液罐（2）。
[0013]所述的LNG透平发电机（9）和ORC透平发电机（6）都采用高速磁悬浮发电机。
[0014]所述的LNG蒸发器（10）和LNG复热器（7）选用平板式换热器、板翅式换热器、绕管式换热器或管壳式换热器的一种。
[0015]优选的，LNG蒸发器和LNG复热器选用板翅式换热器。
[0016]所述的ORC预热器（4）和ORC蒸发器（5）选用平板式换热器、板翅式换热器、绕管式换热器、印刷电路板换热器或管壳式换热器的一种。
[0017]优选的，ORC预热器（4）和ORC蒸发器（5）选用平板式换热。
[0018]进一步的，本技术还包括并网柜（13），LNG透平发电机（9）和ORC透平发电机（6）输出的电通过并网柜（13）与船舶主电网并网，为用电设备供电。
[0019]本技术所述高速磁悬浮发电机结构是：转子（9
‑
5）采用磁悬浮轴承，所述的转子（9
‑
5）与叶轮（9
‑
4）直联，叶轮置于蜗壳（9
‑
1）内，转子置于发电机壳（9
‑
2）内；蜗壳与发电机壳（9
‑
2）通过法兰连接；有机介质经叶轮做功后进入发电机壳（9
‑
2）内，穿过电机壳体，冷却电机；发电机壳（9
‑
2）出口连接出口管（9
‑
3），出口管（9
‑
3）采用偏心变径管，与发电机壳（9
‑
2）和管道通过法兰连接。
[0020]叶轮（9
‑
4）是轴流式、径流式或径轴流式的任意一种；叶轮配套有转速传感器。
[0021]磁悬浮轴承带有保护轴承、位移传感器、温度检测器及UPS电源。
[0022]所述的ORC发电系统采用的有机介质是245fa或R123的一种或多种。利用ORC透平发电机（6）出来的245fa做热源，分别加热LNG使其气化和加热LNG使其满足供气温度需求，245fa在上述两个换热器中逐步冷凝液化。245fa与LNG蒸发器（10）和NG复热器（7）的换热顺序可以改变，优选地换热顺序是，先进NG复热器换热，气液分离后，气相进入LNG蒸发器换热。245fa两级冷凝后，温度40～50℃。
[0023]ORC气液分离器（8）用于分离第一次降温后的245fa的气液两相，其安装位置处于LNG复热器（7）和LNG蒸发器（10）之间，ORC气本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，其特征在于，包括LNG冷能发电供气系统和烟气余热ORC发电系统；LNG冷能发电供气系统包括：LNG储罐（1）、LNG泵（11）、LNG蒸发器（10）、LNG透平发电机（9）、LNG复热器（7）、供气缓冲罐（12）部件；LNG储罐（1）与LNG泵（11）相连，LNG泵连接LNG蒸发器（10），LNG蒸发器连接LNG透平发电机（9），LNG透平发电机（9）连接LNG复热器（7），LNG复热器与供气缓冲罐（12）连接；ORC发电的节能系统包括：ORC储液罐（2）、ORC泵（3）、ORC预热器（4）、ORC蒸发器（5）、ORC透平发电机（6）部件；ORC储液罐（2）与ORC泵（3）连接，ORC泵连接ORC预热器（4），ORC预热器（4）连接ORC蒸发器（5），ORC蒸发器连接ORC透平发电机（6）；ORC透平发电机（6）连接LNG复热器（7），LNG蒸发器（10）的液相管路通向ORC储液罐（2）。2.根据权利要求1所述的适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，其特征在于，所述系统还包括ORC气液分离器（8）；ORC气液分离器（8）连接LNG复热器（7），ORC气液分离器（8）气相管路连接LNG蒸发器（10），ORC气液分离器（8）的液相管路通向ORC储液罐（2）。3.根据权利要求1所述的适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，其特征在于，所述的LNG透平发电机（9）和ORC透平发电机（6）都采用高速磁悬浮发电机。4.根据权利要求1所述的适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，其特征在于，所述的LNG蒸发器（10）和LNG复热器（7）选用平板式换热器、板翅式换热器、绕管式换热器或管壳式换热器的一种。5.根据权利要求1所述的适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，其特征在于，所述的ORC预热器（4）和ORC蒸发器（5）选用平板式换热器、板翅式换热器、绕管式换热器、印刷电路板换热器或管壳式换热器的一种。6.根据权利要求1所述适用于LNG燃料船的耦合LNG冷能发电供气和ORC发电的节能系统，其特征在于，还包括并网柜（1...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹学磊，宋伟娟，赵锐，张吉恒，赵佳旋，田瑞斌，
申请(专利权)人：海德威科技集团青岛有限公司，
类型：新型
国别省市：
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