CN109779709A - 一种lng动力船冷热电联装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了LNG动力船冷热电联供装置，包括LNG气化系统、冷能冷量回收系统和烟气余热回收及生产系统；LNG气化系统包括依序连通的LNG罐、调节阀、低温泵、一级气化器和二级气化器；冷能和冷量回收系统包括依序连通的载冷剂泵、冷冻库、回热器、冷藏库和透平机；透平机的出口端依序经过回热器和一级气化器在与载冷剂泵连通构成循环回路；烟气余热回收及生产系统包括内燃机、天然气锅炉、烟气冷热机组、烟气一级回收器、烟气二级回收器和高温换热器。其可以实现LNG冷能和冷量同时利用；冷量利用主要通过冻藏冷库和载冷剂实现，冷能回收主要通过透平机发电实现，冷冻库和冷藏库构成朗肯循环的高温热源，一级汽化器构成朗肯循环的低温热源，实现冷能梯级利用。
Description
技术领域
本发明属于船舶电联技术领域，尤其涉及一种LNG动力船冷热电联产装置。
背景技术
目前船舶动力主要有柴油动力燃柴混合动力、燃气轮机动力和核动力等。除了核动力船舶外，其他形式动力均涉及到燃烧产物排放及对海洋环境的不利影响。对于海洋环境的保护需求，这也是液化天然气发动机应用的技术背景。同时船舶在海上航行，运行在不同纬度，还必须为船员提供必要的电、热水、空调等生活要求。特别是海上邮轮主要以提供休闲旅游为主，必须提供舒适的环境，还要有游泳池等高级设备。目前液化天然气还没有推广到船舶领域应用，本专利为满足船舶冷、热、电的需求，提供应用LNG动力时其冷能和冷量的利用技术。
发明内容
为海洋环境，满足海上生活需求，提供的休闲娱乐环境，本发明提出了一种LNG动力船冷热电联装置，本装置可以同时为船舶提供冷库、空调所需要冷量，也可以提供生活热水、蒸汽和电能；可以大幅度减少向大气排放NOx，SO2等污染物；可以为船舶提供温湿度独立控制的所需的热源和冷源。
本发明的技术方案为：一种LNG动力船冷热电联装置，包括LNG 气化系统、冷能冷量回收系统和烟气余热回收及生产系统；
所述LNG气化系统包括依序连通的LNG罐、调节阀、低温泵、一级气化器和二级气化器；
所述冷能和冷量回收系统包括依序连通的载冷剂泵、冷冻库、回热器、冷藏库和透平机；
所述透平机的出口端依序经过回热器和所述一级气化器在与所述载冷剂泵连通构成循环回路；
所述烟气余热回收及生产系统包括内燃机、天然气锅炉、烟气冷热机组、烟气一级回收器、烟气二级回收器和高温换热器；
所述内燃机与高温换热冷凝器连接，其上设有缸套换热管和烟气出口；
所述烟气二级回收器与所述二级汽化冷凝器连接，换热管与换热管相连接；
所述天然气锅炉与所述二级汽化冷凝器连接，其内设有三次预热加热管；
所述烟气冷热机组内设有吸收机组发生器、吸收机组蒸发管和吸收机组冷凝管；
所述烟气一级回收器内设有一级烟气换热管和二次预热加热管；
所述烟气二级回收器内设有二级烟气换热管和烟气吸热管；
所述高温换热器内设有一次预热加热管，
所述高温换热器的一端通过管道与所述缸套换热管内的缸套换热管连通构成回路，另一端设有第一进水管道和第一出水管道；
所述烟气出口依次通过管道连通吸收机组发生器、一级烟气换热管和二级烟气换热管；
所述吸收机组蒸发管的一端连接第二进水管道，另一端连接第二出水管道，进水管道上设有阀门，出水管道上设有阀门和空调冷水泵，所述阀门与吸收机组蒸发管之间设有支路，所述支路连通所述烟气吸热管回流至吸收机组蒸发管与阀门之间；
所述阀门与烟气二级回收器之间的支路上设有烟气载热泵和阀门；
所述吸收机组冷凝管的输入端设有阀门，输出端设有水泵；
所述一次预热加热管的一端设有阀门作为淡水输入端，另一端作为输出端依次通过管道与二次预热加热管、三次预热加热管连通。
更进一步的，所述二级汽化冷凝器上设有二级汽化器加热管。
更进一步的，所述透平机上设有发电机。
更进一步的，所述缸套换热管从内燃机中的输出端至所述高热热器之间的管道上设有缸套载热泵。
更进一步的，所述阀门为三通阀门。
所述天然气锅炉(NB)内的余烟依次通过烟气一级回收器(12) 和烟气二级回收器(1)，所述烟气二级回收器(11)与所述二级汽化冷凝器(5)连接，换热管(H4)与换热管(H3)相连接。
更进一步的，夏季，阀门k5、阀门K6是打开的，冷水泵P2运行，阀门K7是关闭的，水泵P3停运的。
更进一步的，冬季，阀门K5、阀门K6是关闭的，冷水泵P2停开，阀门K3、阀门K4是打开的，水泵P4是运行的。
更进一步的，所述内燃机上设有发电机。
更进一步的，第一进水管道的进入水温为50℃，第一出水管道的流出水温为70℃；吸收机组蒸发管两侧的水温分别为80℃和90℃；淡水输入端的水温为20℃；吸收机组蒸发管上第二进水管道的水温为23℃，，第二出水管道的水温为18℃；内燃机输出的烟气为450℃，经过吸收机器发生器后，烟气温度为140℃。进一步在烟气一级12 回收器和烟气二级回收器11降温后，下降到50℃，最后被用于二次 LNG气化器后温度下降到30℃。
更进一步的，二级汽化冷凝器至内燃机的管道上设有阀门；二级汽化冷凝器至天然气锅炉的管道上设有阀门。
有益效果：本新型发明的一种LNG动力船冷热电联装置，可以实现LNG冷能和冷量同时利用；冷量利用主要通过冻藏冷库和载冷剂实现，冷能回收主要通过透平机发电实现，冷冻库和冷藏库构成朗肯循环的高温热源，一级汽化器构成有机朗肯循环的低温热源，实现冷能梯级利用。通过调控阀门与水泵，夏季可以同时提供冷、电和汽；冬季可以同时提供热、电和汽，实现热能梯级利用。内然机(ICE) 发电，利用其燃烧时1300℃高温，然后通过吸收式机组(GAH)夏季制取高温冷水用于空调，冬季回收烟气余热用于生产生活热水，剩余烟气仍可用于二级天然气气化。为船舶空调提供温湿度独立控制所需的冷热源，夏季通过H9蒸发管产生高温冷水，缸套余热用于给稀溶液加热再生。
附图说明
图1为本实用新型的一种LNG动力船冷热电联装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如附图1所示，一种LNG动力船冷热电联装置，包括LNG气化系统、冷能冷量回收系统和烟气余热回收及生产系统；
所述LNG气化系统包括依序连通的LNG罐1、调节阀2、低温泵 3、一级气化器4和二级气化器5。所述冷能和冷量回收系统包括依序连通的载冷剂泵6、冷冻库7、回热器8、冷藏库9和透平机T；所述透平机T的出口端依序经过回热器8和所述一级气化器4在与所述载冷剂泵6连通构成循环回路。所述烟气余热回收及生产系统包括内燃机ICE、天然气锅炉NB、烟气冷热机组GAH、烟气一级回收器 12、烟气二级回收器11和高温换热器10。
所述内燃机ICE与二级汽化冷凝器5连接，其上设有缸套换热管 H11和烟气出口；
所述烟气二级回收器11与所述二级汽化冷凝器5连接，换热管 H4与换热管H3相连接；
所述天然气锅炉NB与所述二级汽化冷凝器5连接，其内设有三次预热加热管H7；
所述烟气冷热机组GAH内设有吸收机组发生器H1、吸收机组蒸发管H9和吸收机组冷凝管H10；
所述烟气一级回收器12内设有一级烟气换热管H2和二次预热加热管H6；
所述烟气二级回收器11内设有二级烟气换热管H3和烟气吸热管 H8；
所述高温换热器10内设有一次预热加热管H5，
所述高温换热器10的一端通过管道与所述缸套换热管H11内的缸套换热管H11连通构成回路，另一端设有第一进水管道和第一出水管道；
所述烟气出口依次通过管道连通吸收机组发生器H1、一级烟气换热管H2和二级烟气换热管H3；
所述吸收机组蒸发管H9的一端连接第二进水管道，另一端连接第二出水管道，进水管道上设有阀门K6，出水管道上设有阀门K5和空调冷水泵P2，所述阀门K6与吸收机组蒸发管H9之间设有支路，所述支路连通所述烟气吸热管H8回流至吸收机组蒸发管H9与阀门K5之间；
所述阀门K6与烟气二级回收器11之间的支路上设有烟气载热泵 P3和阀门K7；
所述吸收机组冷凝管H10的输入端设有阀门K3，输出端设有水泵P4；
所述一次预热加热管H5的一端设有阀门K4作为淡水输入端，另一端作为输出端依次通过管道与二次预热加热管H6、三次预热加热管H7连通。
二级汽化冷凝器5上设有二级汽化器加热管H4。透平机T上设有发电机G2。缸套换热管H11从内燃机中的输出端至高热换热器之间的管道上设有缸套载热泵P1。阀门K4为三通阀门。夏季，阀门k5、阀门K6是打开的，冷水泵P2运行，阀门K7是关闭的，水泵P3停运的。冬季，阀门K5、阀门K6是关闭的，冷水泵P2停开，阀门K3、阀门K4是打开的，水泵P4是运行的。内燃机ICE上设有发电机G1。
第一进水管道的进入水温为50℃，第一出水管道的流出水温为 70℃；吸收机组蒸发管H9两侧的水温分别为80℃和90℃；淡水输入端的水温为20℃；吸收机组蒸发管H9上第二进水管道的水温为 23℃，，第二出水管道的水温为18℃；内燃机ICE输出的烟气为450℃，经过吸收机器发生器H1后，烟气温度为140℃。进一步在烟气一级 12回收器和烟气二级回收器11降温后，下降到50℃，最后被用于二次LNG气化器后温度下降到30℃。
二级汽化冷凝器至内燃机ICE的管道上设有阀门K2；二级汽化冷凝器至天然气锅炉NB的管道上设有阀门K1。
液化天然气气化的过程是：打开调节阀2，开动低温泵泵入LNG 给一级汽化器4，释放冷能和冷量，然后在二级汽化器5中被烟气加热气化成所要求的天然气。
冷能和冷量利用过程是：气体载冷剂可以是乙烷等在一级换热器 4冷凝成液态，载冷剂泵6泵入为冷冻库7，为其提供冷量，在换热器8中再次给载冷剂加热，将透平机排出气体降温，载冷剂流入冷藏库9提供冷量，载冷剂本身完全气化，然后流入透平机T，带动发电机G2。
对于冬季和夏季天然气不同利用方式：
夏季运行：天然气供给内然机ICE和天然气锅炉NB，这里内然机可以是发电机或船舶主机，锅炉是蒸汽锅炉，内然机发电可以船舶用电需求，主机是用于驱动螺旋桨，内然机缸套换热管H11用于带走其工作热量，水流入和流出换热管H11温度为80℃和90℃，再通过高温换热器10用于加热来自除湿空调溶液，用于给除湿溶液再生。内然机ICE排烟温度在450℃左右，高温烟气在双效溴化锂机组GAH可以制取18℃高温冷水，用于给船舶空调降温。这期间k5、K6是打开的，冷水泵P2运行，K7是关闭的，水泵P3停运的，吸收和冷凝换热器H10用船舶冷却水降温，冷水流入温度在25℃左右。船舶所需蒸汽首先是进过三通阀K4，调节流入高温换热器10中换热管H5的水量，再次在一级烟气换热器中换热管H6中加热，最后在天然气锅炉NB中加热成蒸汽，蒸汽可以用于厨房和海水淡化。
冬季运行：天然气供给内然机ICE和天然气锅炉NB，这里内然机可以是发电机或船舶主机，锅炉是蒸汽锅炉，内然机发电可以船舶用电需求，主机是用于驱动螺旋桨，内然机缸套换热管H11用于带走其工作热量，水流入和流入换热管H11温度为80℃和90℃，再通过高温换热器10用于加热来自冬季房间空调回水为房间提供热量。内然机ICE排烟温度在450℃左右，这期间K5、K6是关闭的，冷水泵P2停开，K3、K4是打开的，水泵P4是运行的，高温烟气在双效溴化锂机组可以制取60℃高温热水，可以用于人员生活热水。蒸汽产生过程与夏季一致。
Claims (10)
1.一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：包括LNG气化系统、冷能冷量回收系统和烟气余热回收及生产系统；
所述LNG气化系统包括依序连通的LNG罐(1)、调节阀(2)、低温泵(3)、一级气化器(4)和二级气化器(5)；
所述冷能和冷量回收系统包括依序连通的载冷剂泵(6)、冷冻库(7)、回热器(8)、冷藏库(9)和透平机(T)；
所述透平机(T)的出口端依序经过回热器(8)和所述一级气化器(4)在与所述载冷剂泵(6)连通构成循环回路；
所述烟气余热回收及生产系统包括内燃机(ICE)、天然气锅炉(NB)、烟气冷热机组(GAH)、烟气一级回收器(12)、烟气二级回收器(11)和高温换热器(10)；
所述内燃机(ICE)与所述二级汽化冷凝器(5)连接，其上设有缸套换热管(H11)和烟气出口；
所述天然气锅炉(NB)与所述二级汽化冷凝器(5)连接，其内设有加热管(H7)；
所述烟气冷热机组(GAH)内设有吸收机组发生器(H1)、吸收机组蒸发管(H9)和吸收机组冷凝管(H10)；
所述烟气一级回收器(12)内设有一级烟气换热管(H2)和二次预热加热管(H6)；
所述烟气二级回收器(11)内设有二级烟气换热管(H3)和烟气吸热管(H8)；
所述高温换热器(10)内设有一次预热加热管(H5)，
所述高温换热器(10)的一端通过管道与所述内燃机内的缸套换热管(H11)连通构成回路，另一端设有第一进水管道(101)和第一出水管道(102)；
所述烟气出口依次通过管道连通吸收机组发生器(H1)、一级烟气换热管(H2)和二级烟气换热管(H3)；
所述吸收机组蒸发管(H9)的一端连接第二进水管道(201)，另一端连接第二出水管道(202)，第二进水管道(201)上设有阀门(K6)，第二出水管道(202)上设有阀门(K5)和空调冷水泵(P2)，所述阀门(K6)与吸收机组蒸发管(H9)之间设有支路，所述支路连通所述烟气吸热管(H8)回流至吸收机组蒸发管(H9)与阀门(K5)之间；
所述阀门(K6)与烟气二级回收器(11)之间的支路上设有烟气载热泵(P3)和阀门(K7)；
所述吸收机组冷凝管(H10)的输入端设有阀门(K3)，输出端设有水泵(P4)；
所述一次预热加热管(H5)的一端设有阀门(K4)作为淡水输入端，另一端作为输出端依次通过管道与二次预热加热管(H6)、三次预热加热管(H7)连通。
2.根据权利要求1所述的一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：所述二级汽化冷凝器(5)上设有二级汽化器加热管(H4)。
3.根据权利要求1所述的一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：所述透平机(T)上设有发电机(G2)。
4.根据权利要求1所述的一种LNG动力穿冷热电联装置，其特特征于：所述缸套换热管(H11)从内燃机中的输出端至所述高热换热器之间的管道上设有缸套载热泵(P1)。
5.根据权利要求1所述的一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：所述阀门(K4)为三通阀门。
6.根据权利要求1所述的一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：所述天然气锅炉(NB)内的余烟依次通过烟气一级回收器(12)和烟气二级回收器(1)，所述烟气二级回收器(11)与所述二级汽化冷凝器(5)连接，换热管(H4)与换热管(H3)相连接。
7.根据权利要求1所述的一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：夏季，阀门k5、阀门K6是打开的，冷水泵P2运行，阀门K7是关闭的，水泵P3停运的；冬季，阀门K5、阀门K6是关闭的，冷水泵P2停开，阀门K3、阀门K4是打开的，水泵P4是运行的。
8.根据权利要求1所述的一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：所述内燃机(ICE)上设有发电机(G1)。
9.根据权利要求1所述的一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：第一进水管道的进入水温为50℃，第一出水管道的流出水温为70℃；吸收机组蒸发管(H9)两侧的水温分别为80℃和90℃；淡水输入端的水温为20℃；吸收机组蒸发管(H9)上第二进水管道的水温为23℃，第二出水管道的水温为18℃；内燃机(ICE)输出的烟气为450℃，经过吸收机器发生器(H1)后，烟气温度为140℃，进一步在烟气一级12回收器和烟气二级回收器11降温后，下降到50℃，最后被用于二次LNG气化器后温度下降到30℃。
10.根据权利要求1所述的一种LNG动力船冷热电联装置，其特征在于：二级汽化冷凝器至内燃机(ICE)的管道上设有阀门(K2)；二级汽化冷凝器至天然气锅炉(NB)的管道上设有阀门(K1)。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112260316A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-01-22 | 浙江大学 | 一种离网型多能互补的冷热电湿联供系统及其方法 |
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2019
- 2019-02-12 CN CN201910110650.4A patent/CN109779709A/zh active Pending
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