一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统

本发明公开了一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,该系统首先利用冷媒将‑162℃至‑140℃的LNG冷能用于氮气制备;之后利用两级朗肯循环将高压低温的LNG冷能转换为电能;随后将汽化后的天然气送入膨胀机直接膨胀发电;再利用单级朗肯循环将低压低温的LNG冷能转换为电能;最后利用冷媒将中冷部分的LNG冷能梯次回收用于船舶低温冷库循环系统、高温冷库循环系统和第二级空调循环系统供冷,该系统将LNG冷能进行合理梯级利用,提高冷能和冷的综合利用效率,降低了船舶的营运成本。

专利类型: 发明专利
申请(专利)号: CN201911090047.0
申请日期: 2019年11月8日
公开(公告)日: 2020年2月7日
公开(公告)号: CN110761862A
主分类号: F01K25/06,F01K25/00,F,F01,F01K,F01K25
分类号: F01K25/06,F01K25/00,C01B21/02,C01B21/00,C02F1/16,C02F1/00,B63J2/12,B63J2/00,F,C,B,F01,C01,C02,B63,F01K,C01B,C02F,B63J,F01K25,C01B21,C02F1,B63J2,F01K25/06,F01K25/00,C01B21/02,C01B21/00,C02F1/16,C02F1/00,B63J2/12,B63J2/00
申请(专利权)人: 江苏科技大学
发明(设计)人: 姚寿广,张旭,沈晓宇,肖民,杨宗明
主申请人地址: 212003 江苏省镇江市梦溪路2号
专利代理机构: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人: 颜盈静
国别省市代码: 江苏;32
主权项: 1.一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于,该系统包括以下实施步骤:首先利用冷媒将-162℃至-140℃的LNG冷能用于氮气制备;之后利用两级朗肯循环将高压低温的LNG冷能转换为电能;随后将汽化后的天然气送入膨胀机直接膨胀发电;再利用单级朗肯循环将低压低温的LNG冷能转换为电能;然后利用冷媒将中冷部分的LNG冷能梯次回收用于船舶低温冷库循环系统、高温冷库循环系统和第二级空调循环系统供冷。 2.根据权利要求1所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于,具体步骤如下: 步骤一:LNG冷能首先用于氮气制备循环 将常压的液化天然气加压至4MPa~5MPa,温度为-161℃~-160℃,之后送入氮气制备循环的LNG换热器(3)与氮气制备循环工质进行换热; 步骤二:两级朗肯循环发电系统置于氮气制备循环末端 经过氮气制备循环初步利用后的LNG的温度为-140℃~-135℃,送入两级朗肯循环发电系统中的一级朗肯循环的冷凝器(4),一级朗肯循环工质先吸收部分海水淡化系统热量,再吸收二级朗肯循环工质热量发生汽化,经过膨胀机(18)做功后由液化天然气冷却液化,所述的二级朗肯循环工质先吸收第一级空调系统热量,再吸收部分主机缸套水余热发生汽化,经过膨胀机(23)做功后由一级朗肯循环工质冷却液化; 步骤三:LNG膨胀机置于两级朗肯循环发电系统末端 经过氮气制备系统、两级朗肯循环发电系统后的天然气,温度为-57℃~-55℃,然后送入膨胀机(5)进行直接膨胀做功; 步骤四:单级朗肯循环发电系统置于LNG膨胀机末端 经过氮气制备系统、两级朗肯循环发电系统、LNG膨胀机直接膨胀做功后的天然气,压力为0.7Mpa~1Mpa,温度为-115℃~-120℃,送入单级朗肯循环的冷凝器(6),单级朗肯循环工质先吸收部分海水淡化系统热量,再吸收部分主机缸套水余热发生汽化,经过膨胀机(28)做功后由天然气冷却液化; 步骤五:海水淡化系统嵌套于两级朗肯循环发电系统和单级朗肯循环系统内部 海水淡化系统冷媒经过海水淡化设备(32)换热后温度为-15℃~-10℃,经过分流阀(33)后一部分冷媒送入两级朗肯循环发电系统中一级朗肯循环回热器(16)与一级朗肯循环工质进行换热,温度降至-90℃~-85℃,另一部分冷媒送入单级朗肯循环发电系统的回热器(27)与单级朗肯循环工质进行换热,温度降至-75℃~-70℃,两股冷媒经过降温后通过混合器(29)混合,混合后的冷媒温度为-83℃~-80℃,经过海水淡化系统的冷媒泵(30)推动进入海水淡化设备(32)进行换热; 步骤六:第一级空调系统嵌套于两级朗肯循环发电系统内部 空调系统冷媒与外界环境换热后温度为10℃~20℃,送入两级朗肯循环发电系统中二级朗肯循环回热器(21)与二级朗肯循环工质进行换热,温度降至-10℃~-8℃,经过第一级空调系统的冷媒泵(43)推动与外界环境进行换热; 步骤七:低温冷库系统置于单级朗肯循环发电系统末端 经过氮气制备系统、两级朗肯循环发电系统、LNG膨胀机(5)直接膨胀做功、单级朗肯循环发电系统利用后的天然气的温度为-40℃~-38℃左右,送入低温冷库系统进行供冷,经天然气冷却后的冷媒,温度为-37℃~-35℃,经低温库的冷媒泵(34)推动与外界环境进行换热,温度升高至-20℃~-15℃,再吸收冷量,进行下一循环制冷; 步骤八:高温冷库系统置于低温冷库系统末端 经过氮气制备系统、两级朗肯循环发电系统、LNG膨胀机(5)直接膨胀做功、单级朗肯循环发电系统,低温冷库系统利用后的天然气的温度为-24℃~-20℃,送入高温冷库系统进行供冷,经天然气冷却后的冷媒,温度为-20℃~-15℃,经高温冷库的冷媒泵(37)推动与外界环境进行换热,温度升高至-9℃再吸收冷量,进行下一循环制冷; 步骤九:第二级空调系统置于高温冷库系统末端 经过氮气制备系统、两级朗肯循环发电系统、LNG膨胀机(5)直接膨胀做功、单级朗肯循环发电系统、低温冷库系统和高温冷库系统利用后的天然气,温度为-14℃~-10℃,送入第二级空调系统进行供冷,经天然气冷却液化的冷媒的温度为-9℃~-5℃,经第二级空调系统的冷媒泵(40)推动与外界环境换热汽化,温度升高至20℃~22℃,再吸收冷量,进行下一循环制冷; 步骤十:天然气温度调节换热器置于第二级空调系统末端 经过氮气制备系统、两级朗肯循环发电系统、LNG膨胀机(5)直接膨胀做功、单级朗肯循环发电系统、低温冷库系统、高温冷库系统和第二级空调系统利用后的天然气,温度为12℃~15℃,将天然气送入缸套水换热器(10)与部分主机缸套水换热,换热后的天然气温度升高至25℃~28℃,送入主机进行燃烧。 3.根据权利要求2所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于:步骤六和步骤九中所述的空调系统所需制冷量大小和具体船型的LNG流量相适配。 4.根据权利要求3所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于:所述的空调系统制冷量的大小通过调节阀门(44)的开启程度或关闭来实现。 5.根据权利要求1所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于:在步骤五中所述的海水淡化系统所需制冷量大小和具体船型的LNG流量相对应。 6.根据权利要求1所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于:当回热器(26)带出的冷量满足海水淡化所需制冷量时,阀门C(48)与阀门D(49)部分开启,阀门A(46)与阀门B(47)完全关闭,通过调节阀门C(48)与阀门D(49)的开度来控制海水淡化系统所需的制冷量; 当回热器(26)带出的冷量不能满足海水淡化所需制冷量时,阀门C(48)与阀门D(49)完全开启,阀门A(46)与阀门B(47)部分开启,通过调节阀门A(46)与阀门B(47)的开度,满足海水淡化系统所需的制冷量。 7.根据权利要求1或2所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于:所述的两级朗肯发电循环系统中一级朗肯循环工质为R1150与甲烷的混合工质,质量比例为43:57;所述的两级朗肯发电循环系统中二级朗肯循环工质为R1150与乙烷的混合工质,质量比例为60:40;所述的单级朗肯发电循环系统中朗肯循环工质为R1150与R1270的混合工质,质量比例为52:48。 8.根据权利要求1或2所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于:所述的氮气制备系统的冷媒为R1150;所述的第二级空调系统冷媒为R410a。 9.根据权利要求1或2所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于:所述的海水淡化系统、第一级空调系统、低温冷库系统、高温冷库系统冷媒均为R600。 10.根据权利要求1所述的一种液化天然气动力船液化天然气冷能梯级利用系统,其特征在于:通过利用回热器(16)通过冷媒将两级朗肯循环中的一级朗肯循环工质冷能及单级朗肯循环工质冷能引出部分用于船舶海水淡化循环系统供冷,利用回热器(21)通过冷媒将两级朗肯循环中的二级朗肯循环工质冷能引出部分用于船舶第一级空调循环系统供冷。
法律状态: 公开,公开,公开,公开,公开,公开