本實(shí)用新型涉及一種LNG動力船的冷能綜合利用系統(tǒng)，屬于大型船舶LNG燃料冷能和船舶熱源的綜合利用技術(shù)。

背景技術(shù)：

排放控制區(qū)(ECA)內(nèi)航行的船舶其廢氣排放受到國際海事組織(IMO)公約的嚴(yán)格管制，對船舶的燃料提出了更高的要求。LNG作為一種清潔能源，市場價(jià)格低，污染小，因此以LNG為發(fā)動機(jī)燃料的船舶(LNG動力船)近年來得到快速發(fā)展。

LNG動力船燃料的需求量較大，以30萬噸級、85％負(fù)荷超大型油船(VLCC)為例，主機(jī)LNG進(jìn)氣量約為3000kg/h，而LNG在壓力1atm、溫度-163℃升至0℃的條件下氣化，釋放出約9.97×10⁵kJ/t的冷量。因此，LNG動力船燃料在送入主機(jī)利用前包含著巨大的冷能。

對送入主機(jī)的LNG燃料的處理，現(xiàn)LNG動力船上多采用強(qiáng)制氣化的方式，如海水換熱或者其他加熱方法，使液態(tài)的LNG氣化并提升至主機(jī)進(jìn)氣要求溫度，不僅造成了冷能的極大浪費(fèi)，而且還會產(chǎn)生較大的加熱負(fù)荷，產(chǎn)生額外的功耗。

此外，LNG動力船上存在較多的冷能需求場所，如海水淡化、船舶冷庫和船舶空調(diào)，但多依靠電能制冷，設(shè)備成本和運(yùn)行費(fèi)用高。若采用LNG燃料冷能替代傳統(tǒng)制冷方式，不僅可以節(jié)約大量電能，而且可以一定程度上簡化相關(guān)設(shè)備，降低設(shè)備投入和運(yùn)營費(fèi)用。另一方面，LNG動力船上存在較為豐富的熱源，如煙氣余熱、缸套冷卻水、海水等，結(jié)合LNG冷能可實(shí)現(xiàn)低溫冷能發(fā)電，如朗肯循環(huán)發(fā)電。因此，LNG動力船燃料冷能存在較大的利用空間，而相關(guān)研究尚未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種LNG動力船冷能綜合利用系統(tǒng)，將送入主機(jī)的LNG燃料冷能梯級利用于朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(A區(qū))-船舶空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)(B區(qū))、海水淡化循環(huán)系統(tǒng)(C區(qū))、低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)(D區(qū))-高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)(E區(qū))，并經(jīng)過缸套水加熱循環(huán)系統(tǒng)(F區(qū))將LNG燃料加熱至主機(jī)進(jìn)氣要求溫度，送入主機(jī)利用。該系統(tǒng)將LNG冷能和船舶熱源結(jié)合利用，提高冷能和冷的綜合利用效率，降低了船舶的營運(yùn)成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種LNG動力船冷能綜合利用系統(tǒng)，包括LNG儲罐、高壓泵P1、朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(A區(qū))、船舶空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)(B區(qū))、海水淡化循環(huán)系統(tǒng)(C區(qū))、低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)(D區(qū))、高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)(E區(qū))、缸套水加熱循環(huán)系統(tǒng)(F區(qū))。

所述朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括：朗肯循環(huán)冷媒R170、第一工質(zhì)泵(A1)、第一流量調(diào)節(jié)閥(A2)、第一換熱器(A3)、第二換熱器(A4)、膨脹機(jī)(A5)、第三換熱器(A6)。

所述船舶空調(diào)系統(tǒng)包括：空調(diào)循環(huán)冷媒R601、第一換熱器(A3)、第二工質(zhì)泵(B1)、第二流量調(diào)節(jié)閥(B2)、空調(diào)換熱器(B3)。

所述海水淡化系統(tǒng)包括：海水淡化循環(huán)冷媒R601a、第三工質(zhì)泵(C1)、第三流量調(diào)節(jié)閥(C2)、結(jié)晶器(C3)、第四換熱器(C4)。

所述低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)包括：低溫庫循環(huán)冷媒R600、第四工質(zhì)泵(D1)、第一分離器(D2)、兩個流量調(diào)節(jié)閥(D3，D5)、魚庫換熱器(D4)、肉庫換熱器(D6)、第一混合器(D7)、第六換熱器(D8)、第五換熱器(D9)。

所述高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)包括：高溫庫循環(huán)冷媒R600、第五工質(zhì)泵(E1)、第二分離器(E2)、兩個流量調(diào)節(jié)閥(E3，E5)、菜庫換熱器(E4)、水果冷庫換熱器(E6)、第二混合器(E7)、第六換熱器(D8)。

所述缸套水循環(huán)系統(tǒng)包括：水泵(F1)、第八流量調(diào)節(jié)閥(F2)、發(fā)動機(jī)缸套部分(F3)、第七換熱器(F4)。

所述各循環(huán)系統(tǒng)中，各設(shè)備依次連接，工質(zhì)循環(huán)流通。

所述朗肯朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，第二換熱器(A4)采用柴油-天然氣雙燃料主機(jī)排放煙氣進(jìn)行加熱。

所述低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)冷媒工質(zhì)通過第六換熱器(D8)對高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)提供冷能，省去了高溫冷庫系統(tǒng)的高壓LNG換熱器。

所述LNG燃料送入主機(jī)利用前，采用缸套水加熱循環(huán)系統(tǒng)加熱至主機(jī)進(jìn)氣要求溫度40℃。

所述第一換熱器(A3)連接了朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與船舶空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)，低溫高壓的朗肯循環(huán)冷媒R170作為冷源端通過第一換熱器(A3)對船舶空調(diào)系統(tǒng)提供冷量。

所述第六換熱器(D8)連接了低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)與高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)，低溫冷庫循環(huán)冷媒R600作為冷源端通過第六換熱器(D8)對高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)提供冷量。

所述低溫液態(tài)LNG經(jīng)加高壓泵(P1)加壓后，依次經(jīng)過第三換熱器(A6)、第四換熱器(C4)、第五換熱器(D9)，分別供冷于朗肯循環(huán)系統(tǒng)-船舶空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)、海水淡化循環(huán)系統(tǒng)、低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)-高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)，末級通過第七換熱器(F4)被缸套水加熱循環(huán)系統(tǒng)加熱并送入主機(jī)利用。

進(jìn)一步地，朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，低溫冷媒R170經(jīng)過第一換熱器(A3)被加熱至完全氣體狀態(tài)，并保持一定過熱度(2℃)。

進(jìn)一步地，朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，第二換熱器(A4)熱源為主機(jī)排放煙氣。

進(jìn)一步地，流量調(diào)節(jié)閥由負(fù)反饋控制系統(tǒng)(溫度、流量)控制閥開度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的一種LNG動力船冷能綜合利用系統(tǒng)的工藝方案示意圖。

附圖中的標(biāo)記為：P1-高壓泵，A1-第一工質(zhì)泵，A2-第一流量調(diào)節(jié)閥，A3-第一換熱器，A4-第二換熱器，A5-膨脹機(jī)，A6-第三換熱器，B1-第二工質(zhì)泵，B2-第二流量調(diào)節(jié)閥，B3-空調(diào)換熱器，C1-第三工質(zhì)泵，C2-第三流量調(diào)節(jié)閥，C3-結(jié)晶器，C4-第四換熱器，D1-第四工質(zhì)泵，D2-第一分離器，D3-第四流量調(diào)節(jié)閥，D4-魚庫換熱器，D5-第五流量調(diào)節(jié)閥，D6-肉庫換熱器，D7-第一混合器，D8-第六換熱器，D9-第五換熱器，E1-第五工質(zhì)泵，E2-第二分離器，E3-第六流量調(diào)節(jié)閥，E4-蔬菜庫換熱器，E5-第七流量調(diào)節(jié)閥，E6-水果庫換熱器，E7-第二混合器，F(xiàn)1-水泵，F(xiàn)2—第八流量調(diào)節(jié)閥，F(xiàn)3-發(fā)動機(jī)缸套，F(xiàn)4-第七換熱器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并以30萬噸級、85％負(fù)荷VLCC船為代表船型對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便更好地理解本實(shí)用新型。

以LNG為發(fā)動機(jī)燃料的VLCC船，主機(jī)LNG進(jìn)氣量約為3000kg/h。液態(tài)LNG(-163℃，0.1MPa)經(jīng)過高壓泵P1加壓至1.6MPa(對應(yīng)WARTSILA 2-S DF型發(fā)動機(jī)進(jìn)氣要求)，之后依次進(jìn)入第三換熱器A6、第四換熱器C4、第五換熱器D9，對朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)-船舶空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)、海水淡化循環(huán)系統(tǒng)、低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)-高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)提供冷量，LNG通過各換熱器后溫度依次升高至-100℃、-54℃、-29℃，之后進(jìn)入第七換熱器F4，被缸套水循環(huán)系統(tǒng)加熱至40℃送入主機(jī)加以利用。

所述朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，處于低溫低壓(-91℃，0.085MPa)的冷媒工質(zhì)R170，經(jīng)過第一工質(zhì)泵A1加壓至低溫高壓狀態(tài)(-90，3MPa)，通過第一流量調(diào)節(jié)閥A2進(jìn)入第一換熱器A3被加熱至完全氣態(tài)，并保持一定過熱度(2℃)，此過程將主要冷量傳遞船舶空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)，之后進(jìn)入第二換熱器A4，加熱至高溫高壓狀態(tài)(150℃，3MPa)，然后進(jìn)入膨脹機(jī)A5膨脹做功，冷媒工質(zhì)處于低壓狀態(tài)(0.085MPa)，然后再次進(jìn)入第三換熱器A6中冷凝為液體狀態(tài)，構(gòu)成朗肯發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)。其中，第二換熱器A4熱源端為主機(jī)排放煙氣。

所述船舶空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)中，冷媒R601通過第一換熱器A3被冷卻至1℃，之后被第二工質(zhì)泵B1加壓至0.3MPa，通過第二流量調(diào)節(jié)閥B2進(jìn)入空調(diào)換熱器B3供冷，然后再次進(jìn)入第一換熱器A3重新冷卻，構(gòu)成船舶空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)。

所述海水淡化循環(huán)系統(tǒng)中，冷媒R601a通過第四換熱器C4被冷卻至-45℃，之后被第三工質(zhì)泵C1加壓至0.3MPa，通過第三流量調(diào)節(jié)閥C2進(jìn)入結(jié)晶器C3供冷，冷媒溫度升至-20℃，然后再次進(jìn)入第四換熱器C4換熱，構(gòu)成海水淡化循環(huán)系統(tǒng)。

所述低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)中，冷媒R600通過第六換熱器D8被冷卻至-36℃，之后被第四工質(zhì)泵D1加壓至0.3MPa，進(jìn)入第一分離器D2分成兩股，一股通過第四流量調(diào)節(jié)閥D3進(jìn)入船舶魚庫換熱器D4供冷，另一股通過第五流量調(diào)節(jié)閥D5進(jìn)入船舶肉庫換熱器D6供冷，然后兩股冷媒流體通過第一混合器D7混合，混合后的冷媒溫度為-20℃，進(jìn)入第六換熱器D8作為冷源對高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)供冷，之后重新進(jìn)入第五換熱器D9進(jìn)行冷卻，構(gòu)成低溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)。

所述高溫冷庫循環(huán)中，冷媒R600通過第六換熱器D8被冷卻至-10℃，之后被第五工質(zhì)泵E1加壓至0.3MPa，通過第二分離器E2平均分成兩股，一股通過第六流量調(diào)節(jié)閥E3進(jìn)入船舶菜庫換熱器E4供冷，另一股通過第七流量調(diào)節(jié)閥E5進(jìn)入船舶水果保鮮庫換熱器E6供冷，然后兩股冷媒流體通過第二混合器E7混合，重新進(jìn)入換熱器E8進(jìn)行冷卻，構(gòu)成高溫冷庫循環(huán)系統(tǒng)。

所述缸套水加熱循環(huán)系統(tǒng)中，缸套冷卻水(80℃)進(jìn)入第七換熱器F4中將NG氣體加熱至40℃，之后缸套水被水泵F1加壓至0.3MPa，經(jīng)過第八流量調(diào)節(jié)閥F2重新進(jìn)入發(fā)動機(jī)缸套F3中進(jìn)行冷卻，構(gòu)成缸套水加熱循環(huán)系統(tǒng)。

所述朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，膨脹機(jī)A5做功形式為帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

所述主機(jī)排煙余熱達(dá)到250～350℃。

所述各循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)中，忽略了管阻損失。

此外，以上描述的具體實(shí)施內(nèi)容為LNG動力船中的典型代表——VLCC船冷能綜合利用系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式，凡是在實(shí)用新型的基礎(chǔ)上，依據(jù)所述的特征或原理進(jìn)行等效變換或者簡單變化，或者采用類似的方式進(jìn)行替代，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。