一种用于向船舶发动机供给燃料的系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及船舶建造技术领域，尤其涉及一种用于向船舶发动机供给燃料的系统及方法。


背景技术：

[0002]
天然气以其清洁、方便、高热值的特性成为替代煤炭、石油的新型能源。由于天然气冷却液化后空间可以减少600倍，因此天然气通常以液态形式进行船舶运输，lng船是运输lng的专用船舶。装载lng的液货舱在受到外部热量时会导致其存储的部分液态lng气化，lng蒸发气(bog)逐渐增多会使液货舱内压力升高，为了控制液货舱内的压力，目前主流的bog处理方法是将bog作为燃料直接输送到双燃料发动机进行燃烧，但是这种方式双燃料发动机的燃气消耗量大、燃烧效率低下，船舶运行成本高。


技术实现要素：

[0003]
有鉴于此，本发明提供了一种用于向船舶发动机供给燃料的系统及方法，用以解决上述背景技术中存在的问题。
[0004]
一种用于向船舶发动机供给燃料的系统，包括氢气生成单元、天然气压缩机、燃料管和船舶发动机；
[0005]
所述氢气生成单元用于将液化天然气储存舱内生成的一部分蒸发气体转变为压缩氢气，并将压缩氢气输送至燃料管；
[0006]
所述天然气压缩机用于压缩液化天然气储存舱内生成的另一部分蒸发气体并输送至燃料管；
[0007]
所述燃料管用于将接收到的混合压缩气体减压供给给所述船舶发动机。
[0008]
优选地，所述氢气生成单元包括：
[0009]
氢气发生器，所述氢气发生器用于将液化天然气储存舱内生成的一部分蒸发气体转变为氢气；
[0010]
氢气压缩机，所述氢气压缩机用于将所述氢气压缩成压缩氢气；
[0011]
氢气储罐，所述氢气储罐用于储存所述压缩氢气，氢气储罐的出口通过出口管路与燃料管的进口相连。
[0012]
优选地，所述氢气发生器还可用于将液化天然气储存舱内生成的一部分蒸发气体转变为燃油，所述燃油存储在燃油储存罐内。
[0013]
优选地，所述氢气储罐的出口管路上安装有用以控制输送至燃料管的压缩氢气的流量以调节压缩氢气与压缩天然气的混合比例的控制阀；
[0014]
燃料管上安装有检测混合压缩气体中压缩氢气与压缩天然气的混合比例的气体成分传感器、和用以对混合压缩气体进行减压以供给给所述船舶发动机的燃气阀组。
[0015]
优选地，所述船舶发动机采用的是能够以燃气和燃油为燃料的双燃料柴油机。
[0016]
优选地，所述天然气压缩机为常温气体压缩机，天然气压缩机的进气口还安装有
用以对液化天然气储存舱内生成的另一部分蒸发气体进行加热的气体加热器。
[0017]
优选地，所述天然气压缩机为低温气体压缩机。
[0018]
优选地，所述液化天然气储存舱可选用整体式、薄膜式或独立式储存舱，
[0019]
液化天然气储存舱内可存储液化天然气、液化乙烷、液化石油气中的任一种。
[0020]
一种船舶发动机的燃料供给方法，具体包括以下步骤：
[0021]
液化天然气储存舱内生成的一部分蒸发气体在氢气发生器中与氧气混合反应生成氢气，氢气在氢气压缩机中增压压缩后存储在氢气储罐内，氢气储罐内的压缩氢气通过出口管路输送至燃料管；
[0022]
液化天然气储存舱内生成的另一部分蒸发气体经天然气压缩机增压压缩后输送至燃料管；
[0023]
燃料管将接收到的混合压缩气体减压供给给所述船舶发动机。
[0024]
优选地，液化天然气储存舱内生成的一部分蒸发气体在氢气发生器转化成燃油并存储在燃油储存罐内，燃油储存罐内的燃油加压后可直接供给给所述船舶发动机。
[0025]
本发明的有益效果是：
[0026]
1、本发明能够利用lng船上现有lng储存舱中蒸发的天然气，将液化天然气储存舱内生成的一部分蒸发气体转变为氢气，然后将氢气与液化天然气储存舱内生成的另一部分蒸发气体混合，将混合有一定比例氢气的天然气供给给双燃料柴油机进行燃烧，可以大幅度提高双燃料柴油机的燃烧效率，降低天然气消耗量、降低营运成本、提升环境友好性的目的。经多次试验，在天然气燃料中掺入5％氢气所得到的混合气体的燃烧效率可以提高15％。
[0027]
2、本发明可以广泛应用于各尺寸、各类型的低温液货运输船、lng动力船舶，应用非常广泛。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0029]
图1是本发明的结构示意图。
[0030]
图中标号的含义为：
[0031]
1为液化天然气储存舱，2为氢气发生器，3为氢气压缩机，4为氢气储罐，5为控制阀，6为气体成分传感器，7为燃油储存罐，8为气体加热器，9为天然气压缩机，10为燃气阀组，11为船舶发动机，12为燃料管，13为出口管路。
具体实施方式
[0032]
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0033]
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
[0035]
本发明给出一种用于向船舶发动机供给燃料的系统及方法，本发明能够将液化天然气储存舱1内生成的一部分蒸发气体转变为氢气，然后将氢气与液化天然气储存舱1内生成的另一部分蒸发气体在燃料管12中混合，将混合有一定比例氢气的天然气供给给双燃料柴油机11进行燃烧，可以大幅度提高双燃料柴油机11的燃烧效率，降低天然气消耗量。经多次试验，在天然气燃料中掺入5％氢气所得到的混合气体的燃烧效率可以提高15％。
[0036]
本发明的用于向船舶发动机供给燃料的系统包括氢气生成单元、天然气压缩机9、燃料管12和船舶发动机11。
[0037]
所述氢气生成单元用于将液化天然气储存舱1内生成的一部分蒸发气体转变为压缩氢气，并将压缩氢气输送至燃料管12。
[0038]
液化天然气储存舱1是装载有-163℃低温液化天然气(lng)的存储舱，如果液化天然气周围温度略微增加并超过-163℃，则液化lng可能被蒸发。例如，lng船运输过程中，尽管lng储存舱配置有热绝缘结构，也不肯能完全防止热量经由储存舱进入lng，从而在借由lng运输船运输lng期间，lng会被不断地蒸发，并在lng储存舱内生成蒸发气体(bog)。
[0039]
本实施例中，液化天然气储存舱1选用的是《国际散装运输液化气体船舶构造与设备规则》(《igc code》)中所规定的整体式、薄膜式或独立式储存舱，进一步地，独立式储存舱可选用a型、b型或c型独立舱。液化天然气储存舱1内可存储液化天然气lng、液化乙烷leg、液化石油气lpg中的任一种。
[0040]
具体地，氢气生成单元包括氢气发生器2、氢气压缩机3和氢气储罐4。
[0041]
所述氢气发生器2利用ft(fischer-tropsch)技术或等效技术将液化天然气储存舱1内生成的一部分蒸发气体(bog)与氧气混合生成氢气。
[0042]
所述氢气压缩机3用于将所述氢气压缩成压缩氢气。
[0043]
所述氢气储罐4用于储存所述压缩氢气，氢气储罐4的出口通过出口管路13与燃料管12的进口相连，出口管路13上安装有用以控制输送至燃料管12的压缩氢气的流量以调节压缩氢气与压缩天然气的混合比例的控制阀5。
[0044]
所述天然气压缩机9用于压缩液化天然气储存舱1内生成的另一部分蒸发气体(bog)并输送至燃料管12。
[0045]
天然气压缩机9可选用低温气体压缩机或常温气体压缩机。当天然气压缩机9选用低温气体压缩机时，液化天然气储存舱1内生成的另一部分蒸发气体(bog)直接输送至天然气压缩机9，天然气压缩机9对该部分bog气体压缩增加后通过管路输送至燃料管12。当天然气压缩机9选用常温气体压缩机时，液化天然气储存舱1内生成的另一部分蒸发气体(bog)先经过气体加热器进行加热，加热后的该部分bog气体再通过管路进入天然气压缩机9进行压缩增压，增压后的天然气通过管路进入燃料管12与氢气混合。
[0046]
所述燃料管12用于将接收到的混合压缩气体(混合的压缩氢气和压缩天然气)减压供给给所述船舶发动机11。
[0047]
燃料管12上安装有检测混合压缩气体中压缩氢气与压缩天然气的混合比例的气体成分传感器6、和用以对混合压缩气体进行减压以供给给所述船舶发动机11的燃气阀组10。
[0048]
气体成分传感器6将其检测到的信号传输给控制阀5，气体成分传感器6与控制阀5
电连接。控制阀5根据接收到的信号其阀门开度，从而控制出口管路13内压缩氢气的流量，调节压燃料管12内缩氢气与压缩天然气的混合比例。
[0049]
燃气阀组10是根据双燃料发动机11的负荷调整燃气压力的模块，包括按照气体流向依次串联连接的滤器、压力调节阀、速关阀、氮气吹洗控制阀、流量计等部件，燃料管12中的混合压缩气体通过燃气阀组调整压力后进入双燃料发动机11。
[0050]
本实施例中，所述船舶发动机11采用的是能够以燃气和燃油为燃料的双燃料柴油机。氢气压缩机3和天然气压缩机9可以选择采用电机或者液压驱动的活塞式、螺杆式或者离心式压缩机，如采用电机驱动的压缩机，还可以进一步选择变频控制压缩机。
[0051]
作为优选地，所述氢气发生器2还可用于将液化天然气储存舱1内生成的一部分蒸发气体转变为燃油，所述燃油存储在燃油储存罐7内。
[0052]
本发明的船舶发动机的燃料供给方法，具体包括以下步骤：
[0053]
液化天然气储存舱1内生成的一部分蒸发气体在氢气发生器2中与氧气混合反应生成氢气，氢气在氢气压缩机3中增压压缩后存储在氢气储罐4内，氢气储罐4内的压缩氢气通过出口管路输送至燃料管12；
[0054]
液化天然气储存舱1内生成的另一部分蒸发气体经天然气压缩机9增压压缩后输送至燃料管12；
[0055]
燃料管12将接收到的混合压缩气体减压供给给所述船舶发动机11。
[0056]
作为优选地，氢气发生器2还可选择生产液态燃油模式，将液化天然气储存舱1内生成的一部分蒸发气体转化成燃油，生成的燃油存储在燃油储存罐7内，燃油储存罐7内的燃油加压后可直接供给给所述船舶发动机11。
[0057]
下面以8万立方lng运输船为例具体说明本发明的实施方式。
[0058]
该lng运输船上设置有2台wingd 5rt-flex50df型号双燃料柴油机，双燃料柴油机选定的设计功率(smcr)为6700kw，设计转速为116r/min，服务工况(ncr：85％smcr)为5695kw@109.9r/min。每台双燃料柴油机在燃料供给系统中的设计压力为13.2barg，在85％负荷下每台双燃料柴油机燃气耗量为775kg/h，两台双燃料柴油机燃气耗量共计为1550kg/h。
[0059]
该船采用gtt no96 l03+型薄膜型围护系统，日蒸发率为0.14％，即每天有47吨lng蒸发气，合计每小时天然气流量约为1950kg/h。将多余的400kg/h蒸发气输入到氢气发生器2，生产氢气约80kg/h，经过氢气压缩机3输送至氢气储罐4中储存；通过气体成分传感器6控制控制阀5的开度，调整氢气混入天然气的比例。
[0060]
lng蒸发气经过气体加热器8和天然气压缩机9的升温、升压后，掺入5％氢气混合后输送至燃气阀组10，燃气阀组10根据双燃料柴油机的负荷调整燃气生产供给压力和供给量，将氢气、天然气混合燃料输入双燃料柴油机，进而提高柴油机的热效率约10％。
[0061]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。