CN209053647U - 一种多动力装置的船舶冷热综合利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多动力装置的船舶冷热综合利用系统，包括LNG供给系统、朗肯循环发电系统、低温冷库系统、空调系统以及热能利用系统，该系统利用冷媒将LNG的冷能传递到朗肯循环发电系统、低温冷库系统以及空调系统中，将LNG的冷能用于冷能发电、低温冷库和空调的供冷以及汽轮机乏汽的冷凝和余热锅炉废热烟气的冷却，然后再将释放完冷能的LNG气化后燃烧所产生的热能用于柴油机和燃气轮机的做功发电，同时将柴油机和燃气轮机产生的余热用于汽轮机的发电以及朗肯循环发电系统中冷媒的气化加热，并将汽轮机乏汽的余热用于LNG的升温气化。本实用新型实现对LNG冷能和热能的综合利用，提高了LNG的能量利用率，具有很好的节能降耗效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种LNG冷热综合利用系统，尤其涉及一种多动力装置（柴油机动力装置、燃气轮机动力装置和汽轮机动力装置）的船舶冷热综合利用系统。
背景技术
近年来，随着国际法规对船舶的排放不断提出新要求，低污染的LNG燃料越来越受船东的青睐，从而使得越来越多的船舶采用LNG燃料。LNG作为一种绿色价廉的新能源，不仅可产生大量热量，同时作为常压下为-162℃的超低温液体，1吨的LNG从-162℃气化到0℃，可以释放230～240kWh的冷量，如此大的冷量如果得以回收利用，具有十分可观的经济社会效益，因此在使用LNG作为燃料时，进行全系统冷热能量综合利用，可极大降低系统能耗。
专利号为CN105401989A的中国专利中，公开的一种综合利用LNG能量的系统，该综合利用系统将LNG的冷能用于冷库供冷、制冰站制冰以及冷却燃气轮机进口空气，将LNG气化燃烧后所产生的热能用于燃气轮机和蒸汽轮机的做功发电以及LNG的加热，该系统虽然实现了LNG冷能和热能的综合利用，但是该系统主要针对陆地上的发电站并不适用于LNG动力船，目前还未见用于LNG动力船多动力装置的LNG冷热综合利用系统。
发明内容
本实用新型的目的是针对LNG动力船，提供一种多动力装置的冷热综合利用系统。该系统实现了LNG冷热综合梯级利用，提高了LNG的能量利用率，将LNG冷能用于朗肯循环发电、低温冷库和空调的供冷以及汽轮机乏汽的冷凝和余热锅炉废热烟气的冷却，将LNG气化为NG燃烧所产生的热能用于柴油机和燃气轮机的发电，同时将柴油机和燃气轮机产生的余热用于汽轮机发电与朗肯循环发电系统中第一冷媒的加热气化，并将汽轮机乏汽的热能用于LNG的升温气化。
本实用新型的技术方案：一种多动力装置的船舶冷热综合利用系统，包括：LNG供给系统、朗肯循环发电系统、低温冷库系统、空调系统以及热能利用系统，所述LNG供给系统依次由LNG储罐（1）、LNG驳运泵（2）、LNG增压泵（3）、第一换热器（4）、第二换热器（5）以及第三换热器（6）组成并通过管道依次串联连接，所述LNG驳运泵（2）位于所述LNG储罐（1）底部，其出口经管道与所述LNG增压泵（3）入口连接，所述LNG增压泵（3）出口经管道与所述第一换热器（4）管程入口连接，所述第一换热器（4）管程出口经管道与所述第二换热器（5）管程入口连接，所述第二换热器（5）管程出口经管道与所述第三换热器（6）管程入口连接，其中在第一换热器（4）中，LNG走管程，所述朗肯循环发电系统的第一冷媒走壳程，在第二换热器（5）中，LNG走管程，所述低温冷库系统的第二冷媒走壳程，在第三换热器（6）中，LNG走管程，壳程流体为汽轮机（28）的乏汽。
所述朗肯循环发电系统依次由第一换热器（4）、第一循环泵（7）、第一比例阀（8）、第四换热器（9）、膨胀机（10）以及第一发电机（11）组成，所述第一换热器（4）壳程出口经管道与所述第一循环泵（7）入口连接，所述第一循环泵（7）出口经管道与所述第一比例阀（8）入口连接，所述第一比例阀（8）出口经管道与所述第四换热器（9）管程入口连接，所述第四换热器（9）管程出口经管道与所述膨胀机（10）入口连接，所述膨胀机（10）带动所述第一发电机（11）发电，所述膨胀机（10）出口经管道与所述第一换热器（4）壳程入口连接，其中在第四换热器（9）中，所述朗肯循环发电系统的第一冷媒走管程，壳程流体为余热锅炉（24）的废热烟气。
所述低温冷库系统由第二换热器（5）、第二循环泵（12）、第二比例阀（13）、鱼库换热器（14）、第三比例阀（15）、肉库换热器（16）以及第五换热器（17）组成，所述第二换热器（5）壳程出口经管道与所述第二循环泵（12）入口连接，所述第二比例阀（13）与所述鱼库换热器（14）的串联管路和所述第三比例阀（15）与所述肉库换热器（16）的串联管路并联连接，所述比例阀（13、15）入口管路并联后经管道与所述第二循环泵（12）出口连接，所述换热器（14、16）出口管路并联后经管道与所述第五换热器（17）管程入口连接，所述第五换热器（17）管程出口经管道与所述第二换热器（5）壳程入口连接，其中在第五换热器（17）中，所述低温冷库系统的第二冷媒走管程，所述空调系统的第三冷媒走壳程。
所述空调系统依次由第五换热器（17）、第三循环泵（18）、第四比例阀（19）以及空调蒸发器（20）组成并通过管道依次串联连接，所述第五换热器（17）壳程出口经管道与所述第三循环泵（18）入口连接，所述第三循环泵（18）出口经管道与所述第四比例阀（19）入口连接，所述第四比例阀（19）出口经管道与所述空调蒸发器（20）入口连接，所述空调蒸发器（20）出口经管道与所述第五换热器（17）壳程入口连接。
所述热能利用系统由第三换热器（6）、第四换热器（9）、第五比例阀（21）、柴油机（22）、第二发电机（23）、余热锅炉（24）、第六比例阀（25）、燃气轮机（26）、第三发电机（27）、汽轮机（28）、第四发电机（29）、第七比例阀（30）以及第四循环泵（31）组成，所述第五比例阀（21）与所述柴油机（22）的串联管路和所述第六比例阀（25）与所述燃气轮机（26）的串联管路并联连接，所述比例阀（21、25）入口经管道与第三换热器（6）管程出口连接，所述第五比例阀（21）出口经管道与所述柴油机（22）燃料供给口连接，所述柴油机（22）带动所述第二发电机（23）发电，所述柴油机（22）排气口经管道与所述余热锅炉（24）进气口连接，所述第六比例阀（25）出口经管道与所述燃气轮机（26）燃料供给口连接，所述燃气轮机（26）带动所述第三发电机（27）发电，所述燃气轮机（26）排气口经管道与所述余热锅炉（24）进气口连接，所述柴油机（22）的排气口位于所述余热锅炉（24）的中部，而所述燃气轮机（26）的排气口位于余热锅炉（24）的底部，所述余热锅炉（24）过热蒸汽出口经管道与所述汽轮机（28）进气口连接，所述汽轮机（28）带动所述第四发电机（29）发电，所述第七比例阀（30）入口管路与所述第三换热器（6）壳程入口管路并联后与所述汽轮机（28）排气口连接，所述第七比例阀（30）出口管路与所述第三换热器（6）壳程出口管路并联后通向冷凝设备和热水井，所述冷凝设备和热水井的冷凝水出口经管道与所述第四循环泵（31）入口连接，所述第四循环泵（31）出口经管道与所述余热锅炉（24）进水口连接，所述余热锅炉（24）废热排放口经管道与所述第四换热器（9）壳程入口连接，所述第四换热器（9）壳程出口通向大气。
所述朗肯循环发电系统中的冷媒选择R1270，所述低温冷库系统中的冷媒选择R134a，所述空调系统中的冷媒选择50%乙二醇溶液。
附图说明
图1为该船舶冷热综合利用系统的流程图。
图中：1、LNG储罐 2、LNG驳运泵 3、LNG增压泵 4、第一换热器
5、第二换热器 6、第三换热器 7、第一循环泵 8、第一比例阀
9、第四换热器 10、膨胀机 11、第一发电机 12、 第二循环泵
13、第二比例阀 14、鱼库换热器 15、第三比例阀 16、肉库换热器
17、第五换热器 18、第三循环泵 19、第四比例阀 20、空调蒸发器
21、第五比例阀 22、柴油机 23、第二发电机 24、余热锅炉 25、第六比例阀
26、燃气轮机 27、第三发电机 28、汽轮机 29、第四发电机 30、第七比例阀
31、第四循环泵。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本实用新型。
系统的主要工作流程为：
LNG储罐（1）底部的LNG经LNG驳运泵（2）的输送后进入LNG增压泵（3）中加压，加压后的LNG依次经过第一换热器（4）和第二换热器（5），将冷能分别传递到朗肯循环发电系统、低温冷库系统和空调系统中，然后LNG在第三换热器（6）将剩余的冷能释放，用于汽轮机（28）乏汽的冷凝，同时利用汽轮机（28）乏汽的热能将LNG升温气化为NG并加热至30℃，最后NG分为两路进入热能利用系统中。
在朗肯循环发电系统中，在第一换热器（4）中获得冷能的R1270经第一循环泵（7）的加压以及第一比例阀（8）的流量调节后，R1270进入第四换热器（9）中利用余热锅炉（24）废热烟气的加热至高温气态，然后进入膨胀机（10）中膨胀做功并带动第一发电机（11）进行发电，做功后的R1270回到第一换热器（4）中再一次冷凝，如此循环，达到将LNG冷能用于朗肯循环发电的目的。
在低温冷库系统中，在第二换热器（5）中获得冷能的R134a经第二循环泵（12）的加压后分为两路，一路经第二比例阀（13）的流量调节后进入鱼库换热器（14）中，将鱼库冷却至-20℃，另一路经第三比例阀（15）的流量调节后进入肉库换热器（16）中，将肉库冷却至-20℃，然后两路冷媒汇合后进入第五换热器（17）中，将R134a中剩余的冷能传递到空调系统中，最后R134a回到第二换热器（5）中再一次冷凝，如此循环，达到将LNG冷能用于低温冷库供冷的目的。
在空调系统中，在第五换热器（17）中获得冷能的50%乙二醇溶液经第三循环泵（18）的加压以及第四比例阀（19）的流量调节后进入空调蒸发器（20）中释放冷能，将流过蒸发器（20）翅片间的空气冷却至20℃，最后50%乙二醇溶液回到第五换热器（17）中再一次冷凝，如此循环，达到将LNG冷能用于空调供冷的目的。
在热能利用系统中，加热至30℃的NG分为两路，一路经第五比例阀（21）的流量调节后进入柴油机（22）中燃烧膨胀做功并带动第二发电机（23）进行发电，将其废热烟气排入余热锅炉（24）中，另一路经第六比例阀（25）的流量调节后进入燃气轮机（26）中燃烧膨胀做功并带动第三发电机（27）进行发电，将其废热烟气排入余热锅炉（24）中，其中由于柴油机（22）的排气温度为280~360℃，燃气轮机（26）的排气温度为450~600℃，所以柴油机（22）的排气口位于余热锅炉（24）的中部，而燃气轮机（26）的排气口位于余热锅炉（24）的底部，余热锅炉（24）利用柴油机（22）与燃气轮机（26）烟气的余热将余热锅炉（24）内的水加热为过热蒸汽，过热蒸汽经管道进入汽轮机（28）中做功，带动第四发电机（29）进行发电，然后汽轮机（28）中的乏汽进入第三换热器（6）中，利用自身的热能将LNG气化为NG并加热至30℃同时利用第三换热器（6）中LNG剩余的冷能对乏汽进行冷凝，冷凝后的乏汽经管道排入冷凝设备和热水井中进行进一步的冷凝，将汽轮机（28）乏汽完全冷凝为水，然后冷凝水经第四循环泵（31）的加压后回到余热锅炉（24）中再一次的加热为过热蒸汽，最后加热完冷凝水后的废热烟气经管道进入第四换热器（9）中将朗肯循环发电系统中的R1270加热为高温气态，同时利用R1270的冷能冷却烟气，然后将其排至大气，如此循环，达到利用NG燃烧所产生的热能以及LNG冷能的目的。
在热能利用系统中，当NG的温度高于30℃时，第七比例阀（30）打开，汽轮机（28）乏汽不经第三换热器（6）直接进入冷凝设备和热水井冷凝，当NG的温度低于30℃时，第七比例阀（30）关闭，其中第三换热器（6）对乏汽的冷凝起到辅助作用，乏汽主要在冷凝设备和热水井完全冷凝为水。
上述系统中发电机（11、23、27、29）并网，向船舶推进电机供电，实现船舶电力推进。
以及以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种多动力装置的船舶冷热综合利用系统，其特征在于，包括：LNG供给系统、朗肯循环发电系统、低温冷库系统、空调系统以及热能利用系统，所述LNG供给系统依次由LNG储罐（1）、LNG驳运泵（2）、LNG增压泵（3）、第一换热器（4）、第二换热器（5）以及第三换热器（6）组成并通过管道依次串联连接，所述LNG驳运泵（2）位于所述LNG储罐（1）底部，其出口经管道与所述LNG增压泵（3）入口连接，所述LNG增压泵（3）出口经管道与所述第一换热器（4）管程入口连接，所述第一换热器（4）管程出口经管道与所述第二换热器（5）管程入口连接，所述第二换热器（5）管程出口经管道与所述第三换热器（6）管程入口连接，其中在第一换热器（4）中，LNG走管程，所述朗肯循环发电系统的第一冷媒走壳程，在第二换热器（5）中，LNG走管程，所述低温冷库系统的第二冷媒走壳程，在第三换热器（6）中，LNG走管程，壳程流体为汽轮机（28）的乏汽；
所述朗肯循环发电系统依次由第一换热器（4）、第一循环泵（7）、第一比例阀（8）、第四换热器（9）、膨胀机（10）以及第一发电机（11）组成，所述第一换热器（4）壳程出口经管道与所述第一循环泵（7）入口连接，所述第一循环泵（7）出口经管道与所述第一比例阀（8）入口连接，所述第一比例阀（8）出口经管道与所述第四换热器（9）管程入口连接，所述第四换热器（9）管程出口经管道与所述膨胀机（10）入口连接，所述膨胀机（10）带动所述第一发电机（11）发电，所述膨胀机（10）出口经管道与所述第一换热器（4）壳程入口连接，其中在第四换热器（9）中，所述朗肯循环发电系统的第一冷媒走管程，壳程流体为余热锅炉（24）的废热烟气；
所述低温冷库系统由第二换热器（5）、第二循环泵（12）、第二比例阀（13）、鱼库换热器（14）、第三比例阀（15）、肉库换热器（16）以及第五换热器（17）组成，所述第二换热器（5）壳程出口经管道与所述第二循环泵（12）入口连接，所述第二比例阀（13）与所述鱼库换热器（14）的串联管路和所述第三比例阀（15）与所述肉库换热器（16）的串联管路并联连接，所述比例阀（13、15）入口管路并联后经管道与所述第二循环泵（12）出口连接，所述换热器（14、16）出口管路并联后经管道与所述第五换热器（17）管程入口连接，所述第五换热器（17）管程出口经管道与所述第二换热器（5）壳程入口连接，其中在第五换热器（17）中，所述低温冷库系统的第二冷媒走管程，所述空调系统的第三冷媒走壳程；
所述空调系统依次由第五换热器（17）、第三循环泵（18）、第四比例阀（19）以及空调蒸发器（20）组成并通过管道依次串联连接，所述第五换热器（17）壳程出口经管道与所述第三循环泵（18）入口连接，所述第三循环泵（18）出口经管道与所述第四比例阀（19）入口连接，所述第四比例阀（19）出口经管道与所述空调蒸发器（20）入口连接，所述空调蒸发器（20）出口经管道与所述第五换热器（17）壳程入口连接；
所述热能利用系统由第三换热器（6）、第四换热器（9）、第五比例阀（21）、柴油机（22）、第二发电机（23）、余热锅炉（24）、第六比例阀（25）、燃气轮机（26）、第三发电机（27）、汽轮机（28）、第四发电机（29）、第七比例阀（30）以及第四循环泵（31）组成，所述第五比例阀（21）与所述柴油机（22）的串联管路和所述第六比例阀（25）与所述燃气轮机（26）的串联管路并联连接，所述比例阀（21、25）入口经管道与第三换热器（6）管程出口连接，所述第五比例阀（21）出口经管道与所述柴油机（22）燃料供给口连接，所述柴油机（22）带动所述第二发电机（23）发电，所述柴油机（22）排气口经管道与所述余热锅炉（24）进气口连接，所述第六比例阀（25）出口经管道与所述燃气轮机（26）燃料供给口连接，所述燃气轮机（26）带动所述第三发电机（27）发电，所述燃气轮机（26）排气口经管道与所述余热锅炉（24）进气口连接，所述柴油机（22）的排气口位于所述余热锅炉（24）的中部，而所述燃气轮机（26）的排气口位于余热锅炉（24）的底部，所述余热锅炉（24）过热蒸汽出口经管道与所述汽轮机（28）进气口连接，所述汽轮机（28）带动所述第四发电机（29）发电，所述第七比例阀（30）入口管路与所述第三换热器（6）壳程入口管路并联后与所述汽轮机（28）排气口连接，所述第七比例阀（30）出口管路与所述第三换热器（6）壳程出口管路并联后通向冷凝设备和热水井，所述冷凝设备和热水井的冷凝水出口经管道与所述第四循环泵（31）入口连接，所述第四循环泵（31）出口经管道与所述余热锅炉（24）进水口连接，所述余热锅炉（24）废热排放口经管道与所述第四换热器（9）壳程入口连接，所述第四换热器（9）壳程出口通向大气。
2.根据权利要求1所述的一种多动力装置的船舶冷热综合利用系统，其特征在于：所述朗肯循环发电系统中的冷媒选择R1270，所述低温冷库系统中的冷媒选择R134a，所述空调系统中的冷媒选择50%乙二醇溶液。
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