1.一种LNG动力船燃料冷能全发电梯级利用系统,其特征在于包括:
一级朗肯循环发电单元,包括依次通过管道连接形成闭合回路的二级LNG换热器、三级LNG换热器、一级透平膨胀机、一级LNG换热器、一级发电工质泵及在该闭合回路中循环的一级发电工质,一级透平膨胀机驱动一级发电机组工作,一级LNG换热器具有一对冷源输入端A和冷源输出端A、一对热源输入端A和热源输出端A,二级LNG换热器具有一对冷源输入端B和冷源输出端B、一对冷源输入端C和冷源输出端C、一对热源输入端B和热源输出端B,三级LNG换热器具有一对冷源输入端D和冷源输出端D、一对冷源输入端E和冷源输出端E、一对冷源输入端F和冷源输出端F、一对冷源输入端G和冷源输出端G、一对热源输入端C和热源输出端C,一级发电工质泵连入冷源输入端B,冷源输出端B连入冷源输入端D,冷源输出端D连入一级透平膨胀机,一级透平膨胀机连入热源输入端A,热源输出端A连入一级发电工质泵;
二级朗肯循环发电单元,包括依次通过管道连接形成闭合回路的所述三级LNG换热器、二级透平膨胀机、所述二级LNG换热器、二级发电工质泵及在该闭合回路中循环的二级发电工质,二级透平膨胀机驱动二级发电机组工作,二级发电工质泵连入冷源输入端E,冷源输出端E连入二级透平膨胀机,二级透平膨胀机连入热源输入端B,热源输出端B连入二级发电工质泵;
三级跨临界朗肯循环发电单元,包括依次通过管道连接的所述三级LNG换热器、三级发电工质泵、回热器、烟气换热器、三级透平膨胀机,回热器具有一对冷源输入端H和冷源输出端H、一对热源输入端D和热源输出端D,烟气换热器具有一对冷源输入端I和冷源输出端I、一对热源输入端E和热源输出端E,三级发电工质泵连入冷源输入端H,冷源输出端H连入冷源输入端I,冷源输出端I连入三级透平膨胀机,三级透平膨胀机连入热源输入端D,热源输出端D连入热源输入端C,热源输出端C连入三级发电工质泵,形成闭合回路,及在该闭合回路中循环的三级发电工质,热源输入端E连入高温烟气加热,三级透平膨胀机驱动三级发电机组工作,LNG蒸发侧,包括依次通过管道连接的LNG储罐、LNG增压泵、所述一级LNG换热器、所述二级LNG换热器、所述三级LNG换热器、四级透平膨胀机,LNG储罐、LNG增压泵依次连接后连入冷源输入端A,冷源输出端A连入冷源输入端C,冷源输出端C连入冷源输入端F,冷源输出端F连入四级透平膨胀机,四级透平膨胀机连入冷源输入端G,冷源输出端G连入动力船主机进气。
2.根据权利要求1所述的LNG动力船燃料冷能全发电梯级利用系统,其特征在于:一级发电工质的露点低于二级发电工质的露点,二级发电工质的露点低于三级发电工质的露点。
3.根据权利要求2所述的LNG动力船燃料冷能全发电梯级利用系统,其特征在于:一级发电工质为乙烷,二级发电工质为丙烷,三级发电工质为二氧化碳。
4.一种权利要求1~3任一所述的LNG动力船燃料冷能全发电梯级利用系统的利用方法,其特征在于:
LNG蒸发侧:LNG燃料经LNG增压泵增压后,依次进入一级LNG换热器、二级LNG换热器、三级LNG换热器换热,LNG均吸热升温,汽化后以气态进入四级透平膨胀机做功并降温,而后再次进入三级LNG换热器换热,LNG吸热升温,使液态低温的LNG燃料提升至动力船主机进气要求温度;
一级朗肯循环发电单元:液态的一级发电工质经一级发电工质泵增压后,依次进入二级LNG换热器、三级LNG换热器换热,一级发电工质均吸热升温,汽化后以气态进入一级透平膨胀机做功并降温,而后进入一级LNG换热器换热,一级发电工质冷凝成液体,再循环进入一级发电工质泵;
二级朗肯循环发电单元:液态的二级发电工质经二级发电工质泵增压后,进入三级LNG换热器换热,二级发电工质吸热升温,汽化后以气态进入二级透平膨胀机做功并降温,而后进入二级LNG换热器换热,二级发电工质冷凝成液体,再循环进入二级发电工质泵;
三级跨临界朗肯循环发电单元:液态的三级发电工质经三级发电工质泵增压后,依次进入回热器、烟气换热器换热,三级发电工质均吸热升温,汽化后以气态进入三级透平膨胀机做功并降温,而后进入回热器换热,最后进入三级LNG换热器换热,三级发电工质冷凝成液体,再循环进入三级发电工质泵。
5.根据权利要求4所述的利用方法,其特征在于:LNG燃料提升至0~60℃、1600kPa作为动力船主机进气。
6.根据权利要求4所述的利用方法,其特征在于:一级朗肯循环发电的发电工质温度区间为-100~10℃,二级朗肯循环发电的发电工质温度区间为-60~10℃,三级跨临界朗肯循环发电的发电工质温度区间为-20~300℃。