專利名稱：適用于船舶的lng冷能多級回收利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及能量的轉(zhuǎn)換利用領(lǐng)域，特別涉及一種適用于船舶的LNG(液化天然氣)冷能多級回收利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)LNG的汽化特性曲線對LNG冷能采用多級回收綜合利用的方式，提高了 LNG冷能的回收率。
背景技術(shù)：
隨著國家對減少碳排放和提高節(jié)能效率的要求日益提高，我國的能源消費結(jié)構(gòu)將更加倚重天然氣。未來天然氣的供應(yīng)中，來自海外的LNG比重占較大份額。無論是從海外進口的LNG，還是我國制取的LNG，在汽化時要放出大量的冷能，一般為830-860kJ/kg。世界各國都在努力探索提高LNG冷能利用率的途徑和方法，其中發(fā)電和供冷是主要途徑。目前， 利用LNG冷能發(fā)電的方法主要有直接膨脹循環(huán)、郎肯循環(huán)或二者的復合循環(huán)等。由于LNG 冷能釋放溫度跨度大，換熱溫差懸殊，造成冷火用損失大，LNG冷能利用效率難于提高，一般 LNG冷能利用率只有30%左右。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種適用于船舶的LNG冷能多級回收利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)LNG的汽化特性曲線對LNG冷能采用多級回收綜合利用的方式，提高了船舶上LNG冷能的回收率。所述的適用于船舶的LNG冷能多級回收利用系統(tǒng)包括1)、由LNG儲罐、加壓泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第一換熱器、第二換熱器和第三膨脹透平機構(gòu)成的LNG汽化升溫膨脹主回路，該主回路與船舶上的燃氣發(fā)動機連接；2)、由第一冷凝器、第一壓縮機、第一蒸發(fā)器、第一膨脹透平機和第一發(fā)電機構(gòu)成的第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；[0007]3)、由第二冷凝器、第二壓縮機、第二蒸發(fā)器、第二膨脹透平機和第二發(fā)電機構(gòu)成的第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；4)、由第一換熱器構(gòu)成的低溫供冷單元；5)、由第二換熱器、循環(huán)泵和熱水器構(gòu)成的LNG加熱低溫供熱單元；6)、由第三膨脹透平機和第三發(fā)電機構(gòu)成的膨脹發(fā)電單元。在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐通過管路依次與加壓泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第一換熱器、第二換熱器和第三膨脹透平機連接，該主回路為船舶上的燃氣發(fā)動機提供動力燃氣。在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第一冷凝器通過管路依次與第一壓縮機、第一蒸發(fā)器和第一膨脹透平機連接并回到第一冷凝器構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)I，第一膨脹透平機通過機械軸與第一發(fā)電機連接，第一蒸發(fā)器通過另一管路與船舶上的冷庫連接。在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第二冷凝器通過管路依次與第二壓縮機、第
3二蒸發(fā)器和第二膨脹透平機連接并回到第二冷凝器構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)II，第二膨脹透平機通過機械軸與第二發(fā)電機連接，第二蒸發(fā)器通過另一管路與船舶上的冷庫連接。在所述低溫供冷單元中，第一換熱器通過另一管路與船舶上的空調(diào)連接。在所述LNG加熱低溫供熱單元中，第二換熱器通過管路依次與循環(huán)泵和熱水器連接并回到第二換熱器構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有工質(zhì)水，熱水器通過另一管路與船舶上的低溫供熱管路連接。在所述膨脹發(fā)電單元中，第三膨脹透平機通過機械軸與第三發(fā)電機連接。優(yōu)選地，所述冷媒工質(zhì)I包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷。優(yōu)選地，所述冷媒工質(zhì)II包括包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷。優(yōu)選地，所述的熱水器是燃氣熱水器、太陽能熱水器或余熱熱水器。在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐輸出的LNG經(jīng)加壓泵加壓后送至第一冷凝器，在第一冷凝器中LNG吸收冷媒工質(zhì)I的熱量汽化為天然氣的飽和蒸汽，該飽和蒸汽在第二冷凝器中吸收冷媒工質(zhì)II的熱量后進入第一換熱器，在第一換熱器中天然氣吸收熱量后繼續(xù)升溫，升溫后的天然氣進入第二換熱器，在第二換熱器中天然氣吸收工質(zhì)水的熱量再次升溫，再次升溫后的天然氣進入第三膨脹透平機膨脹做功，天然氣膨脹做功降溫后進入船舶上的燃氣發(fā)動機。在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，冷媒工質(zhì)I在第一冷凝器中冷凝為低壓液態(tài)，然后經(jīng)第一壓縮機加壓為高壓液態(tài)后進入第一蒸發(fā)器，在第一蒸發(fā)器中冷媒工質(zhì)I吸收所述低溫供冷管路的熱量蒸發(fā)為高壓氣態(tài)，該高壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I進入第一膨脹透平機，在第一膨脹透平機中膨脹做功后降壓為低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I，該低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì) I進入第一冷凝器再次冷凝為低壓液態(tài)繼續(xù)下一次循環(huán)，冷媒工質(zhì)I在第一膨脹透平機中所做的功轉(zhuǎn)化為機械能并通過機械軸驅(qū)動第一發(fā)電機發(fā)電。在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，冷媒工質(zhì)II在第二冷凝器中冷凝為低壓液態(tài)，然后經(jīng)第二壓縮機加壓為高壓液態(tài)后進入第二蒸發(fā)器，在第二蒸發(fā)器中冷媒工質(zhì)II吸收所述低溫供冷管路的熱量蒸發(fā)為高壓氣態(tài)，該高壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II進入第二膨脹透平機，在第二膨脹透平機中膨脹做功后降壓為低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II，該低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II進入第二冷凝器再次冷凝為低壓液態(tài)繼續(xù)下一次循環(huán)，冷媒工質(zhì)II在第二膨脹透平機中所做的功轉(zhuǎn)化為機械能并通過機械軸驅(qū)動第二發(fā)電機發(fā)電。在所述低溫供冷單元中，第一換熱器通過另一管路給船舶上的空調(diào)供冷。在所述LNG加熱低溫供熱單元中，工質(zhì)水在第二換熱器中向LNG汽化升溫膨脹主回路中的天然氣釋放熱量，然后經(jīng)循環(huán)泵驅(qū)動進入熱水器，工質(zhì)水被熱水器加熱后再次進入第二換熱器繼續(xù)下一次循環(huán)，熱水器的余熱通過低溫供熱管路輸出，用于加熱船舶上的生活用水。在所述膨脹發(fā)電單元中，天然氣在第三膨脹透平機中所做的功轉(zhuǎn)化為機械能并通過機械軸驅(qū)動第三發(fā)電機發(fā)電。本實用新型具有如下有益效果[0027]本實用新型依據(jù)LNG汽化曲線的分段特性，構(gòu)建了兩級郎肯循環(huán)和一級膨脹循環(huán)發(fā)電單元，并為提高LNG冷能利用率設(shè)置了低溫供冷單元和低溫供熱單元，實現(xiàn)了船舶上的LNG冷能多級回收綜合利用。理論計算表明，在SMPa的工作壓力下，所述系統(tǒng)的LNG冷能的綜合利用率可達38%以上，如降低工作壓力，LNG冷能的綜合利用率還可進一步提高。

圖1為本實用新型實施例1的適用于船舶的LNG冷能多級回收利用系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型的發(fā)明內(nèi)容作進一步的描述。實施例1如圖1所示，本實用新型提供的適用于船舶的LNG冷能多級回收利用系統(tǒng)包括1)、由LNG儲罐1、加壓泵2、第一冷凝器3、第二冷凝器8、第一換熱器13、第二換熱器14和第三膨脹透平機17構(gòu)成的LNG汽化升溫膨脹主回路，該主回路與船舶上的燃氣發(fā)動機連接；2)、由第一冷凝器3、第一壓縮機4、第一蒸發(fā)器5、第一膨脹透平機6和第一發(fā)電機 7構(gòu)成的第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；3)、由第二冷凝器8、第二壓縮機9、第二蒸發(fā)器10、第二膨脹透平機11和第二發(fā)電機12構(gòu)成的第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；4)、由第一換熱器13構(gòu)成的低溫供冷單元；5)、由第二換熱器14、循環(huán)泵16和熱水器15構(gòu)成的LNG加熱低溫供熱單元；6)、由第三膨脹透平機17和第三發(fā)電機18構(gòu)成的膨脹發(fā)電單元；在所述系統(tǒng)中，各單元的連接關(guān)系如下在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐1通過管路依次與加壓泵2、第一冷凝器3、第二冷凝器8、第一換熱器13、第二換熱器14和第三膨脹透平機17連接，該主回路為船舶上的燃氣發(fā)動機提供動力燃氣；在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第一冷凝器3通過管路依次與第一壓縮機4、 第一蒸發(fā)器5和第一膨脹透平機6連接并回到第一冷凝器3構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)I，第一膨脹透平機6通過機械軸與第一發(fā)電機7連接，第一蒸發(fā)器 5通過另一管路與船舶上的冷庫連接；在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第二冷凝器8通過管路依次與第二壓縮機9、 第二蒸發(fā)器10和第二膨脹透平機11連接并回到第二冷凝器8構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)II，第二膨脹透平機11通過機械軸與第二發(fā)電機12連接，第二蒸發(fā)器10通過另一管路與船舶上的冷庫連接；在所述低溫供冷單元中，第一換熱器13通過另一管路與船舶上的空調(diào)連接；在所述LNG加熱低溫供熱單元中，第二換熱器14通過管路依次與循環(huán)泵16和熱水器15連接并回到第二換熱器14構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有工質(zhì)水，熱水器15通過另一管路與船舶上的低溫供熱管路連接；[0044]在所述膨脹發(fā)電單元中，第三膨脹透平機17通過機械軸與第三發(fā)電機18連接。在所述LNG加熱低溫供熱單元中，熱水器15為燃氣熱水器。由于LNG的組分及其含量存在差異，隨著LNG汽化過程中的工作壓力的不同而LNG 汽化曲線的分段特性也不同，因此所述冷媒工質(zhì)I和所述冷媒工質(zhì)II需要根據(jù)實際情況來選用和調(diào)配。在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐1輸出的LNG經(jīng)加壓泵2加壓后送至第一冷凝器3，在第一冷凝器3中LNG吸收冷媒工質(zhì)I的熱量汽化為天然氣的飽和蒸汽， 該飽和蒸汽在第二冷凝器8中吸收冷媒工質(zhì)II的熱量后進入第一換熱器13，在第一換熱器 13中天然氣吸收熱量后繼續(xù)升溫，升溫后的天然氣進入第二換熱器14，在第二換熱器14中天然氣吸收工質(zhì)水的熱量再次升溫，再次升溫后的天然氣進入第三膨脹透平機17膨脹做功，天然氣膨脹做功降溫后進入船舶上的燃氣發(fā)動機。在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，冷媒工質(zhì)I在第一冷凝器3中冷凝為低壓液態(tài)，然后經(jīng)第一壓縮機4加壓為高壓液態(tài)后進入第一蒸發(fā)器5，在第一蒸發(fā)器5中冷媒工質(zhì) I吸收所述低溫供冷管路的熱量蒸發(fā)為高壓氣態(tài)，該高壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I進入第一膨脹透平機6，在第一膨脹透平機6中膨脹做功后降壓為低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I，該低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I進入第一冷凝器3再次冷凝為低壓液態(tài)繼續(xù)下一次循環(huán)，冷媒工質(zhì)I在第一膨脹透平機6中所做的功轉(zhuǎn)化為機械能并通過機械軸驅(qū)動第一發(fā)電機7發(fā)電。在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，冷媒工質(zhì)II在第二冷凝器8中冷凝為低壓液態(tài)，然后經(jīng)第二壓縮機9加壓為高壓液態(tài)后進入第二蒸發(fā)器10，在第二蒸發(fā)器10中冷媒工質(zhì)II吸收所述低溫供冷管路的熱量蒸發(fā)為高壓氣態(tài)，該高壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II進入第二膨脹透平機11，在第二膨脹透平機11中膨脹做功后降壓為低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II，該低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II進入第二冷凝器8再次冷凝為低壓液態(tài)繼續(xù)下一次循環(huán)，冷媒工質(zhì)II 在第二膨脹透平機11中所做的功轉(zhuǎn)化為機械能并通過機械軸驅(qū)動第二發(fā)電機12發(fā)電。在所述低溫供冷單元中，第一換熱器13通過另一管路給船舶上的空調(diào)供冷。在所述LNG加熱低溫供熱單元中，工質(zhì)水在第二換熱器14中向LNG汽化升溫膨脹主回路中的天然氣釋放熱量，然后經(jīng)循環(huán)泵16驅(qū)動進入熱水器15，工質(zhì)水被熱水器15加熱后再次進入第二換熱器14繼續(xù)下一次循環(huán)，熱水器15的余熱通過低溫供熱管路輸出，用于加熱船舶上的生活用水。在所述膨脹發(fā)電單元中，天然氣在第三膨脹透平機17中所做的功轉(zhuǎn)化為機械能并通過機械軸驅(qū)動第三發(fā)電機18發(fā)電。應(yīng)當理解，以上借助優(yōu)選實施例對本實用新型的技術(shù)方案進行的詳細說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本實用新型說明書的基礎(chǔ)上可以對各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.適用于船舶的LNG冷能多級回收利用系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括1)、由LNG儲罐(1)、加壓泵( 、第一冷凝器C3)、第二冷凝器(8)、第一換熱器(13)、第二換熱器(14)和第三膨脹透平機(17)構(gòu)成的LNG汽化升溫膨脹主回路，該主回路與船舶上的燃氣發(fā)動機連接；2)、由第一冷凝器C3)、第一壓縮機(4)、第一蒸發(fā)器( 、第一膨脹透平機(6)和第一發(fā)電機(7)構(gòu)成的第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；3)、由第二冷凝器(8)、第二壓縮機(9)、第二蒸發(fā)器(10)、第二膨脹透平機(11)和第二發(fā)電機(1 構(gòu)成的第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；4)、由第一換熱器(13)構(gòu)成的低溫供冷單元；5)、由第二換熱器(14)、循環(huán)泵(16)和熱水器(15)構(gòu)成的LNG加熱低溫供熱單元；6)、由第三膨脹透平機(17)和第三發(fā)電機(18)構(gòu)成的膨脹發(fā)電單元；在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐(1)通過管路依次與加壓泵O)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(8)、第一換熱器(13)、第二換熱器(14)和第三膨脹透平機(17)連接，該主回路為船舶上的燃氣發(fā)動機提供動力燃氣；在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第一冷凝器C3)通過管路依次與第一壓縮機G)、 第一蒸發(fā)器( 和第一膨脹透平機(6)連接并回到第一冷凝器C3)構(gòu)成封閉的循環(huán)回路， 在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)I，第一膨脹透平機(6)通過機械軸與第一發(fā)電機(7)連接， 第一蒸發(fā)器( 通過另一管路與船舶上的冷庫連接；在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第二冷凝器(8)通過管路依次與第二壓縮機(9)、 第二蒸發(fā)器(10)和第二膨脹透平機(11)連接并回到第二冷凝器(8)構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)II，第二膨脹透平機(11)通過機械軸與第二發(fā)電機(12) 連接，第二蒸發(fā)器(10)通過另一管路與船舶上的冷庫連接；在所述低溫供冷單元中，第一換熱器(1 通過另一管路與船舶上的空調(diào)連接；在所述LNG加熱低溫供熱單元中，第二換熱器(14)通過管路依次與循環(huán)泵(16)和熱水器(1 連接并回到第二換熱器(14)構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有工質(zhì)水， 熱水器(1 通過另一管路與船舶上的低溫供熱管路連接；在所述膨脹發(fā)電單元中，第三膨脹透平機(17)通過機械軸與第三發(fā)電機(18)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷媒工質(zhì)I采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷媒工質(zhì)II采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱水器(15)是燃氣熱水器、太陽能熱水器或余熱熱水器。
專利摘要本實用新型公開了一種適用于船舶的LNG冷能多級回收利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括由LNG儲罐(1)、加壓泵(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(8)、第一換熱器(13)、第二換熱器(14)和第三膨脹透平機(17)構(gòu)成的LNG汽化升溫膨脹主回路，該主回路與船舶上的燃氣發(fā)動機連接；由第一冷凝器(3)、第一壓縮機(4)、第一蒸發(fā)器(5)、第一膨脹透平機(6)和第一發(fā)電機(7)構(gòu)成的第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；由第二冷凝器(8)、第二壓縮機(9)、第二蒸發(fā)器(10)、第二膨脹透平機(11)和第二發(fā)電機(12)構(gòu)成的第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；由第一換熱器(13)構(gòu)成的低溫供冷單元；由第二換熱器(14)、循環(huán)泵(16)和熱水器(15)構(gòu)成的LNG加熱低溫供熱單元；由第三膨脹透平機(17)和第三發(fā)電機(18)構(gòu)成的膨脹發(fā)電單元。
文檔編號F01K27/00GK202215312SQ201120294858
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者江衛(wèi), 王平 申請人:北京天成山泉電子科技有限公司