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专利号: 2019110888604
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于,包括:整体式IFV,用于运用两级级联朗肯循环发电将供主、辅机燃料的LNG高品位冷能转换为电能并且将高温冷库系统加入到供辅机燃料一路的整体式IFV(1)内部流程中作为两路级联朗肯循环第一级的预热器,供辅机一路的LNG从整体式IFV出来后已经气化为NG;

海水淡化系统,用于加入到供主机燃料一路的第一个整体式IFV(2)内部流程中作为两路级联朗肯循环第一级的预热器,LNG从该第一个整体式IFV(2)出来后还未气化,因此从第一个整体式IFV(2)出来后的LNG经高压泵加压到主机进气压力进入第二个整体式IFV(3)中并运用单级朗肯循环进行发电,将低温冷库系统加入到该第二个整体式IFV(3)内部流程中作为预热器,LNG从该第二个整体式IFV(3)出来后已经气化为NG;

BOG,用于经过加压后与供辅机的低压NG燃料管路合流后送入空调模块中,供主机的高压NG燃料也送入到空调模块中;

主机缸套冷却水系统,用于将不同压力的NG加热至20℃~45℃送入主机和辅机;

具体步骤如下:

步骤一:供辅机燃料一路的LNG基于整体式IFV运用两级级联朗肯循环发电将从储罐出来的LNG加压至0.5MPa~1MPa,温度为‑162℃~‑160℃,送入整体式IFV(1)中,第一级朗肯循环工质先吸收部分高温冷库系统工质的热量,再吸收第二级朗肯循环工质的热量和缸套水的热量发生气化,经过膨胀机(K2)做功后由LNG冷却液化并且LNG气化为NG,第二级朗肯循环工质吸收部分主机缸套水余热发生气化,经过膨胀机(K3)做功后由第一级朗肯循环工质冷却液化;

步骤二:供主机燃料一路的LNG基于整体式IFV运用两级级联朗肯循环发电将从储罐出来的LNG加压至15Mpa~17Mpa,温度上升至‑153.2℃~‑155℃,送入第一个整体式IFV(2)中,第一级朗肯循环工质先吸收部分海水淡化系统工质的热量,再吸收第二级朗肯循环工质的热量和缸套水的热量发生气化,经过膨胀机(K1)做功后由LNG冷却液化,LNG的温度上升到‑85℃~‑82℃,第二级朗肯循环工质吸收部分主机缸套水余热发生气化,经过膨胀机(K3)做功后由第一级朗肯循环工质冷却液化;

步骤三:供主机燃料一路的LNG基于整体式IFV运用单级朗肯循环发电LNG的温度上升到‑85℃~‑88℃仍然未气化时,从第一个整体式IFV(2)出来后的LNG经过高压泵(P7)再次加压至30MPa~32MPa,温度上升至‑73℃~‑75℃,送入第二个整体式IFV(3)中,单级LNG朗肯循环冷能发电机系统的工质先吸收低温冷库系统工质的热量,再吸收缸套水的热量发生气化,经过膨胀机(K4)做功后由LNG冷却液化并且LNG气化为NG;

步骤四:高温冷库系统嵌套于供辅机燃料一路的整体式IFV内部流程中当高温冷库工质进入高温冷库换热器与供辅机燃料一路的两级级联朗肯循环的第一级工质进行换热后,温度降至‑70℃~‑68℃,然后高温冷库工质经工质泵(P5)加压进入蒸发器(E101)与高温冷库的空气进行换热,满足高温冷库的冷负荷需求,升温到0℃~3℃的高温冷库工质重新回到高温冷库换热器与第一级朗肯循环工质换热;

步骤五:海水淡化系统嵌套于供主机燃料一路的整体式IFV内部流程中当海水淡化工质进入海水淡化换热器与供辅机燃料一路的两级联朗肯循环的第一级工质进行换热后,温度降至‑100℃~‑98℃,然后海水淡化工质经工质泵(P3)加压进入蒸发器(E100)与海水进行换热以满足海水淡化系统的冷负荷需求;升温到‑5℃~‑3℃的海水淡化工质重新回到海水淡化换热器与第一级朗肯循环工质换热;

步骤六:低温冷库系统嵌套于供主机燃料一路的整体式IFV内部流程中当低温冷库工质进入低温冷库换热器与供主机燃料一路的单级工质进行换热后,温度降至‑20℃~‑18℃,然后低温冷库经工质泵(P8)加压进入蒸发器(E102)与低温冷库的空气进行换热以满足低温冷库的冷负荷需求,升温到0℃~2℃的工质重新回到低温冷库换热器与单级朗肯循环工质换热;

步骤七:NG冷能为空调供冷BOG经压缩机(K101)压缩到0.5MPa~1MPa后,温度上升到‑

3.7℃~‑3℃,与步骤一中的0.5MPa~1MPa的NG进行合流,合流后的NG与步骤三中的30MPa~32MPa的NG一起进入空调系统的换热器(LNG11)中与空调系统的工质进行换热,空调系统的工质温度降至0℃~2℃,然后经工质泵(P10)加压进入蒸发器(E103)与空气进行换热,升温到5.4℃~6℃的工质重新回到空调系统的换热器与NG进行换热;

步骤八:缸套冷却水加热低温NG当步骤七中两股不同压力的NG与空调循环工质换热后,此时,温度为0℃~2℃,两股NG进入换热器(LNG12),被缸套水加热至45℃~48℃,加热后的NG分别送入主机和辅机。

2.根据权利要求1所述的一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于:在步骤一和步骤二中,两路级联朗肯循环第二级工质在各自的气化器中冷凝后合流,一起进入两级级联朗肯循环的第二级循环中的工质泵(P6)加压,然后与缸套冷却水换热变成高温高压蒸汽,送入透平(K3)做功发电,最后再分流进入各自的气化器中冷凝。

3.根据权利要求1所述的一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于:所述的供辅机燃料一路的两级联朗肯循环第一级朗肯循环工质为混合工质,所述的混合工质的成分为甲烷、乙烷和R1150,成分配比为:甲烷:乙烷:R1150=5:1:4;所述的供主机燃料一路的两级联朗肯循环第一级朗肯循环工质为混合工质,所述的混合工质的成分为甲烷、乙烷和丙烷,成分配比为:甲烷:乙烷:丙烷=1:8:1;海水淡化系统的冷媒采用的是异丁烷;所述的主机、辅机两路级联朗肯循环的第二级循环和供主机燃料高压管路中的单级朗肯发电循环的工质均选取丙烯;高温冷库系统冷媒采用的是三氟甲烷;低温冷库系统冷媒采用的是正丁烷;空调系统冷媒采用的是乙二醇;系统中的热源全都为缸套冷却水。

4.根据权利要求1所述的一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于:步骤七中,两股不同压力的NG与空调循环工质换热后温度为0℃~5℃。

5.根据权利要求1所述的一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于:所述的储罐是9200TEU集装箱船双燃料发动机上的储罐,该发动机的主机进气压力

25~30MPa和辅机进气压力0.5~0.7MPa。

6.根据权利要求1所述的一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于:所述的单级LNG朗肯循环冷能发电机系统包括整体式中间介质气化器、热源工质泵、工质泵和膨胀机。

7.根据权利要求6所述的一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于:所述的整体式中间介质气化器的中间介质通道两端蒸气状态中间工质进出口与透平两端相连接,冷凝液状态中间介质进出口与工质泵相连接,中间介质经气化器、工质泵与新型整体式中间介质透平构成一个有机工质朗肯循环。

8.根据权利要求1所述的一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于:所述的两级级联朗肯循环发电包括新型整体式中间介质气化器、热源工质泵、工质泵、膨胀机和换热器。

9.根据权利要求8所述的一种新型液化天然气动力集装箱船冷能综合利用系统,其特征在于:所述的新型整体式中间介质气化器中间通道中的中间介质为两级联朗肯循环第一级工质,其所构成的循环为两级联朗肯循环的第一级循环,而新型整体式中间介质气化器的热源工质通道加入一个隔板,并且在壳体上开两个通道出口,两级联朗肯循环第二级循环的汽态工质自前部换热区通道入口进入新型整体式中间介质气化器下部通道,与第一级工质换热后以低压液态工质自后部换热区端头通道出口流出,热源工质则从该通道后部换热区端入口进入,与第一工质换热使其变为高温高压蒸汽,然后从后部换热区靠隔板的通道出口流出,两种工质经新型整体式中间介质气化器、工质泵、膨胀机与换热器构成一个两级朗肯循环发电系统。