一种LNG动力船双动力供给与推进系统及工作方法

摘要

本发明公开了一种LNG动力船双动力供给与推进系统及工作方法，其系统包括LNG动力供给子系统、电力动力供给子系统。本发明将LNG通过增压泵增压至超临界压力后，利用海水和船舶主机缸套冷却水为热源将LNG加热成为超高压和高温天然气在透平内膨胀做功，驱动发电机进行发电作为船舶航行动力之一；同时，在透平内膨胀后的天然气进入船舶主机系统燃烧作为船舶航行的另一动力，使LNG动力船可以根据不同的航行工况选择电力驱动或燃气驱动。本发明充分利用海水和LNG燃烧后释放的废热作为LNG再气化和透平发电的热源，不仅进一步地提升了LNG冷能和热能的利用效率，同时显著地减少了传统LNG动力船在航行时向环境排放的冷能和热能，最大限度地保护海洋和大气环境。

说明书

技术领域

本发明涉及一种LNG动力船双动力供给及推进系统及工艺，属于能量回收与利用技术领域。

背景技术

目前，在全球航运市场控制碳排放的大背景下，重油虽仍是大多数船舶燃料的第一选择，但LNG动力船舶的比重在逐年增加。相关研究表明到2030年非传统燃料中将占9％，2050年则有大幅上升，并在所有船型燃料中占有较大份额。但是在LNG动力船舶发展过程中，对于LNG这一高品位能源利用过于简单，大部分情况下只是利用LNG燃烧为船舶提供动力，并未结合其他品味能源，针对LNG的特点进行系统化、高效化利用。此外，虽有一些针对LNG的能量综合利用系统，但大部分并为针对船舶来设计。

目前，对于LNG压差能量利用方式主要为发电。申请号为201610063898.6的专利公开了一种天然气压力差能量回收-制备LNG系统及工艺。该系统在高压天然气干线和低压天然气支线之间通过管道连接设置了换热装置、膨胀单元、冷能回收单元和气液分离装置。高压天然气经过换热遇冷后进入膨胀单元带动膨胀机工作，与膨胀机相连的发电机因此工作。从膨胀机出来的是低温低压天然气与液化天然气，液化天然气进入冷能回收单元，低温低压天然气经过与高压天然气的换热进入低压天然气管道。其专利内利用高压天然气为膨胀后的低温低压天然气升温，降低了膨胀机进口处高压天然气的温度，降低了发电效率。

与之类似的是申请号为201520364530.4的专利，它公开了一种管网天然气压力能及冷能回收的高效利用系统，该系统将高压天然气管路中的天然气压力能回收发电并将管网天然气冷能回收制冰。此专利虽然利用了天然气的压差能与冷能，但是蓄冷过程盐水无法循环利用，需要消耗大量淡水，产生的电能部分用于天然气出口回温，效率低。由于盐水凝固点低于0℃，从盐水池出来的低温天然气进入储水池可能导致储水池结冰，造成设备损坏。并且由于城市天然气管网流量随城市用气量而变化，因此系统并不稳定。

发明内容

本发明专利目的是针对上述现有技术的缺陷和问题，提供了一种LNG动力船双动力供给及推进系统。

本发明是利用增压后与丙烷和船舶主机缸套冷却水换热所形成的高温高压天然气在透平内膨胀降压做功，带动发电机发电来为船舶航行提供动力。在透平内做功后的天然气进入船舶主机燃烧为船舶航行提供动力。LNG动力船舶根据航行的需要，可自由选择由船舶主机推进或电力推进。此外，利用海水内的热能加热与LNG换热后丙烷。降低了船舶推进系统能源消耗，提升船舶整体运营的经济性和环保性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种LNG动力船双动力供给与推进系统及工作方法，包括LNG动力供给子系统、电力动力供给子系统，其中，所述LNG动力供给子系统由LNG储液罐1，增压泵3，LNG汽化器5的进口a，出口c，第一换热器6的进口g、出口h，透平7进口k，出口l，船舶主机9燃料进口m采用管道依次连接构成；所述LNG汽化器5出口d、f还采用管道依次连接丙烷储液罐16的进口v，出口u，第二换热器14的进口t、出口s，LNG汽化器5的进口b、e；所述第一换热器6进口i还通过管道连接船舶主机冷却水缸套10的出口o，出口j还通过管道连接船舶主机冷却水缸套(10)的进口p；所述电力动力供给子系统由透平7动力输出端x，发电机18，蓄电池19，动力转换装置20输入端w、输出端z，螺旋桨21依次连接构成；所述动力转换装置20输入端y还与船舶主机9动力输出端n连接。

进一步，所述储液罐1与增压泵3之间还采用管道连接有第一电磁阀2，所述增压泵3与LNG汽化器5之间还采用管道连接有压力表4。

进一步，所述LNG汽化器5进口b、e与第二换热器14的出口s之间还采用管道连接有第二电磁阀17；所述丙烷储液罐16与第二换热器14的进口t之间还采用管道连接有第三电磁阀15。

进一步，所述第二换热器14的进口r还采用管道依次连接有流量表13、泵12、第四电磁阀11；所述第二换热器14中的加热介质采用海水。

进一步，所述LNG汽化器5为三通道汽化器，进口a、出口c为第一通道进出口，进口b、出口d为第二通道进出口，进口e、出口f为第三通道进出口，第一通道为冷流体LNG通道，第二、三通道进口b、e采用汇管连接，出口d、f采用汇管连接后与主管道相连作为热流体丙烷通道。

进一步，所述第一换热器6进口与船舶主机冷却水缸套10出口o还采用管道连接有第五电磁阀8；第一换热器6中的加热介质采用船舶主机缸套冷却水。

本发明的一种LNG动力船双动力供给及推进系统的工作方法，所述工作方法包括以下两种子系统：LNG动力供给子系统和电力动力供给子系统；

LNG动力供给子系统的工作方式：LNG储液罐1内的-160℃的LNG通过第一电磁阀2进入增压泵3经增压变为高压LNG，通过高效紧凑式LNG汽化器5进口a进入高效紧凑式LNG汽化器5，与丙烷充分换热，升温至接近0℃，再进入第一换热器6与船舶主机冷却水缸套10中的80℃左右的船舶主机缸套冷却水换热升温，变成高温高压天然气，随后进入透平7后膨胀做功后压力温度均降低，然后通过透平7出口l进入船舶主机9燃烧为船舶的动能。与此同时，与LNG换热后的丙烷从经LNG汽化器5出口d、f进入丙烷储液罐16，然后丙烷由丙烷储液罐16进入第二换热器14与海水换热升温后进入LNG汽化器5；海水由泵12经第二换热器14进口r抽入第二换热器14，与丙烷换热后经第二换热器14出口q被排入大海；

电力动力供给子系统的工作方式：进入透平7高温高压天然气膨胀做功，带动发电机18工作发电，产生的电能储存在蓄电池19中，蓄电池19中的电能与船舶主机9内的动能由动力转换装置20根据航行需求决定分配至螺旋桨21使之工作。

附图说明

图1为本发明实施例原理示意图。

图中：1.LNG储液罐，2.第一电磁阀，3.增压泵，4.压力表，5.LNG汽化器，6.第一换热器，7.透平，8.第五电磁阀，9.船舶主机，10.船舶主机冷却水缸套，11.第四电磁阀，12.海水泵，13.流量表，14.第二换热器，15.第三电磁阀，16.丙烷储液罐，17.第二电磁阀，18.发电机，19.蓄电池，20.动力转换装置，21.螺旋桨。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示：为本发明的一种LNG动力船双动力供给与推进系统，包括LNG动力供给子系统、电力动力供给子系统，其中，所述LNG动力供给子系统由LNG储液罐1，增压泵3，LNG汽化器5的进口a，出口c，第一换热器6的进口g、出口h，透平7进口k，出口l，船舶主机9燃料进口m采用管道依次连接构成；所述LNG汽化器5出口d、f还采用管道依次连接丙烷储液罐16的进口v，出口u，第二换热器14的进口t、出口s，LNG汽化器5的进口b、e；所述第一换热器6进口i通过管道连接船舶主机冷却水缸套10的出口o，出口j通过管道连接船舶主机冷却水缸套(10)的进口p；所述电力动力供给子系统由透平7动力输出端x，发电机18，蓄电池19，动力转换装置20输入端w、输出端z，螺旋桨21依次连接构成；所述动力转换装置20输入端y还与船舶主机9动力输出端n连接。

所述储液罐1与增压泵3之间还采用管道连接有第一电磁阀2，所述增压泵3与LNG汽化器5之间还采用管道连接有压力表4。

所述LNG汽化器5进口b、e与第二换热器14的出口s之间还采用管道连接有第二电磁阀17；所述丙烷储液罐16与第二换热器14的进口t之间还采用管道连接有第三电磁阀15。

所述第二换热器14的进口r还采用管道依次连接有流量表13、泵12、第四电磁阀11；所述第二换热器14中的加热介质采用海水。

所述LNG汽化器5为三通道汽化器，进口a、出口c为第一通道进出口，进口b、出口d为第二通道进出口，进口e、出口f为第三通道进出口，第一通道为冷流体LNG通道，第二、三通道进口b、e采用汇管连接，出口d、f采用汇管连接后与主管道相连作为热流体丙烷通道。

所述第一换热器6进口与船舶主机冷却水缸套10出口o还采用管道连接有第五电磁阀8；第一换热器6中的加热介质采用船舶主机缸套冷却水。

一种LNG动力船双动力供给及推进系统的工作方法，具体包括以下两种方式：

(1)、LNG动力供给子系统的工作方式：LNG储液罐1内的-160℃的LNG通过第一电磁阀2进入增压泵3经增压变为高压LNG，通过高效紧凑式LNG汽化器5进口a进入高效紧凑式LNG汽化器5，与丙烷充分换热，升温至接近0℃，再进入第一换热器6与船舶主机缸冷却水套10中的80℃左右的船舶主机缸套冷却水换热升温，变成高温高压天然气，随后进入透平7后膨胀做功后压力温度均降低，然后通过透平7出口l进入船舶主机9燃烧为船舶的动能，燃烧的废热被船舶冷却水缸套10内的船舶缸套冷却水吸收。与此同时，与LNG换热后的丙烷液体从经LNG汽化器5出口d、f进入丙烷储液罐16，然后丙烷由丙烷储液罐16进入第二换热器14与海水换热升温汽化后进入LNG汽化器5；海水由泵12经第二换热器14进口r抽入第二换热器14，与丙烷换热后经第二换热器14出口q被排入大海；

(2)、电力动力供给子系统的工作方式：进入透平7高温高压天然气膨胀做功，透平7内的转子转动带动发电机18工作发电，产生的电能储存在蓄电池19中，蓄电池19中的电能与船舶主机9内的动能由动力转换装置20根据航行需求决定分配至螺旋桨21使之工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。