一种LNG动力船的冷能综合利用系统的制作方法

本实用新型涉及一种LNG动力船的冷能综合利用系统，属于大型船舶LNG燃料冷能和船舶热源的综合利用技术。

背景技术：

排放控制区(ECA)内航行的船舶其废气排放受到国际海事组织(IMO)公约的严格管制，对船舶的燃料提出了更高的要求。LNG作为一种清洁能源，市场价格低，污染小，因此以LNG为发动机燃料的船舶(LNG动力船)近年来得到快速发展。

LNG动力船燃料的需求量较大，以30万吨级、85％负荷超大型油船(VLCC)为例，主机LNG进气量约为3000kg/h，而LNG在压力1atm、温度-163℃升至0℃的条件下气化，释放出约9.97×10⁵kJ/t的冷量。因此，LNG动力船燃料在送入主机利用前包含着巨大的冷能。

对送入主机的LNG燃料的处理，现LNG动力船上多采用强制气化的方式，如海水换热或者其他加热方法，使液态的LNG气化并提升至主机进气要求温度，不仅造成了冷能的极大浪费，而且还会产生较大的加热负荷，产生额外的功耗。

此外，LNG动力船上存在较多的冷能需求场所，如海水淡化、船舶冷库和船舶空调，但多依靠电能制冷，设备成本和运行费用高。若采用LNG燃料冷能替代传统制冷方式，不仅可以节约大量电能，而且可以一定程度上简化相关设备，降低设备投入和运营费用。另一方面，LNG动力船上存在较为丰富的热源，如烟气余热、缸套冷却水、海水等，结合LNG冷能可实现低温冷能发电，如朗肯循环发电。因此，LNG动力船燃料冷能存在较大的利用空间，而相关研究尚未见报道。

技术实现要素：

本实用新型提供一种LNG动力船冷能综合利用系统，将送入主机的LNG燃料冷能梯级利用于朗肯循环发电系统(A区)-船舶空调循环系统(B区)、海水淡化循环系统(C区)、低温冷库循环系统(D区)-高温冷库循环系统(E区)，并经过缸套水加热循环系统(F区)将LNG燃料加热至主机进气要求温度，送入主机利用。该系统将LNG冷能和船舶热源结合利用，提高冷能和冷的综合利用效率，降低了船舶的营运成本。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种LNG动力船冷能综合利用系统，包括LNG储罐、高压泵P1、朗肯循环发电系统(A区)、船舶空调循环系统(B区)、海水淡化循环系统(C区)、低温冷库循环系统(D区)、高温冷库循环系统(E区)、缸套水加热循环系统(F区)。

所述朗肯循环发电系统包括：朗肯循环冷媒R170、第一工质泵(A1)、第一流量调节阀(A2)、第一换热器(A3)、第二换热器(A4)、膨胀机(A5)、第三换热器(A6)。

所述船舶空调系统包括：空调循环冷媒R601、第一换热器(A3)、第二工质泵(B1)、第二流量调节阀(B2)、空调换热器(B3)。

所述海水淡化系统包括：海水淡化循环冷媒R601a、第三工质泵(C1)、第三流量调节阀(C2)、结晶器(C3)、第四换热器(C4)。

所述低温冷库循环系统包括：低温库循环冷媒R600、第四工质泵(D1)、第一分离器(D2)、两个流量调节阀(D3，D5)、鱼库换热器(D4)、肉库换热器(D6)、第一混合器(D7)、第六换热器(D8)、第五换热器(D9)。

所述高温冷库循环系统包括：高温库循环冷媒R600、第五工质泵(E1)、第二分离器(E2)、两个流量调节阀(E3，E5)、菜库换热器(E4)、水果冷库换热器(E6)、第二混合器(E7)、第六换热器(D8)。

所述缸套水循环系统包括：水泵(F1)、第八流量调节阀(F2)、发动机缸套部分(F3)、第七换热器(F4)。

所述各循环系统中，各设备依次连接，工质循环流通。

所述朗肯朗肯循环发电系统中，第二换热器(A4)采用柴油-天然气双燃料主机排放烟气进行加热。

所述低温冷库循环系统冷媒工质通过第六换热器(D8)对高温冷库循环系统提供冷能，省去了高温冷库系统的高压LNG换热器。

所述LNG燃料送入主机利用前，采用缸套水加热循环系统加热至主机进气要求温度40℃。

所述第一换热器(A3)连接了朗肯循环发电系统与船舶空调循环系统，低温高压的朗肯循环冷媒R170作为冷源端通过第一换热器(A3)对船舶空调系统提供冷量。

所述第六换热器(D8)连接了低温冷库循环系统与高温冷库循环系统，低温冷库循环冷媒R600作为冷源端通过第六换热器(D8)对高温冷库循环系统提供冷量。

所述低温液态LNG经加高压泵(P1)加压后，依次经过第三换热器(A6)、第四换热器(C4)、第五换热器(D9)，分别供冷于朗肯循环系统-船舶空调循环系统、海水淡化循环系统、低温冷库循环系统-高温冷库循环系统，末级通过第七换热器(F4)被缸套水加热循环系统加热并送入主机利用。

进一步地，朗肯循环发电系统中，低温冷媒R170经过第一换热器(A3)被加热至完全气体状态，并保持一定过热度(2℃)。

进一步地，朗肯循环发电系统中，第二换热器(A4)热源为主机排放烟气。

进一步地，流量调节阀由负反馈控制系统(温度、流量)控制阀开度。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种LNG动力船冷能综合利用系统的工艺方案示意图。

附图中的标记为：P1-高压泵，A1-第一工质泵，A2-第一流量调节阀，A3-第一换热器，A4-第二换热器，A5-膨胀机，A6-第三换热器，B1-第二工质泵，B2-第二流量调节阀，B3-空调换热器，C1-第三工质泵，C2-第三流量调节阀，C3-结晶器，C4-第四换热器，D1-第四工质泵，D2-第一分离器，D3-第四流量调节阀，D4-鱼库换热器，D5-第五流量调节阀，D6-肉库换热器，D7-第一混合器，D8-第六换热器，D9-第五换热器，E1-第五工质泵，E2-第二分离器，E3-第六流量调节阀，E4-蔬菜库换热器，E5-第七流量调节阀，E6-水果库换热器，E7-第二混合器，F1-水泵，F2—第八流量调节阀，F3-发动机缸套，F4-第七换热器。

具体实施方式

下面结合附图并以30万吨级、85％负荷VLCC船为代表船型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。

以LNG为发动机燃料的VLCC船，主机LNG进气量约为3000kg/h。液态LNG(-163℃，0.1MPa)经过高压泵P1加压至1.6MPa(对应WARTSILA 2-S DF型发动机进气要求)，之后依次进入第三换热器A6、第四换热器C4、第五换热器D9，对朗肯循环发电系统-船舶空调循环系统、海水淡化循环系统、低温冷库循环系统-高温冷库循环系统提供冷量，LNG通过各换热器后温度依次升高至-100℃、-54℃、-29℃，之后进入第七换热器F4，被缸套水循环系统加热至40℃送入主机加以利用。

所述朗肯循环发电系统中，处于低温低压(-91℃，0.085MPa)的冷媒工质R170，经过第一工质泵A1加压至低温高压状态(-90，3MPa)，通过第一流量调节阀A2进入第一换热器A3被加热至完全气态，并保持一定过热度(2℃)，此过程将主要冷量传递船舶空调循环系统，之后进入第二换热器A4，加热至高温高压状态(150℃，3MPa)，然后进入膨胀机A5膨胀做功，冷媒工质处于低压状态(0.085MPa)，然后再次进入第三换热器A6中冷凝为液体状态，构成朗肯发电循环系统。其中，第二换热器A4热源端为主机排放烟气。

所述船舶空调循环系统中，冷媒R601通过第一换热器A3被冷却至1℃，之后被第二工质泵B1加压至0.3MPa，通过第二流量调节阀B2进入空调换热器B3供冷，然后再次进入第一换热器A3重新冷却，构成船舶空调循环系统。

所述海水淡化循环系统中，冷媒R601a通过第四换热器C4被冷却至-45℃，之后被第三工质泵C1加压至0.3MPa，通过第三流量调节阀C2进入结晶器C3供冷，冷媒温度升至-20℃，然后再次进入第四换热器C4换热，构成海水淡化循环系统。

所述低温冷库循环系统中，冷媒R600通过第六换热器D8被冷却至-36℃，之后被第四工质泵D1加压至0.3MPa，进入第一分离器D2分成两股，一股通过第四流量调节阀D3进入船舶鱼库换热器D4供冷，另一股通过第五流量调节阀D5进入船舶肉库换热器D6供冷，然后两股冷媒流体通过第一混合器D7混合，混合后的冷媒温度为-20℃，进入第六换热器D8作为冷源对高温冷库循环系统供冷，之后重新进入第五换热器D9进行冷却，构成低温冷库循环系统。

所述高温冷库循环中，冷媒R600通过第六换热器D8被冷却至-10℃，之后被第五工质泵E1加压至0.3MPa，通过第二分离器E2平均分成两股，一股通过第六流量调节阀E3进入船舶菜库换热器E4供冷，另一股通过第七流量调节阀E5进入船舶水果保鲜库换热器E6供冷，然后两股冷媒流体通过第二混合器E7混合，重新进入换热器E8进行冷却，构成高温冷库循环系统。

所述缸套水加热循环系统中，缸套冷却水(80℃)进入第七换热器F4中将NG气体加热至40℃，之后缸套水被水泵F1加压至0.3MPa，经过第八流量调节阀F2重新进入发动机缸套F3中进行冷却，构成缸套水加热循环系统。

所述朗肯循环发电系统中，膨胀机A5做功形式为带动发电机发电。

所述主机排烟余热达到250～350℃。

所述各循环系统参数中，忽略了管阻损失。

此外，以上描述的具体实施内容为LNG动力船中的典型代表——VLCC船冷能综合利用系统的优选实施方式，凡是在实用新型的基础上，依据所述的特征或原理进行等效变换或者简单变化，或者采用类似的方式进行替代，均属于本实用新型的保护范围。