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技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)內(nèi)容的領(lǐng)域大體上涉及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備，并且更具體地涉及用于捕集和使用排出氣體能量的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

至少一些已知的液化天然氣(LNG)載運(yùn)船只上的儲(chǔ)存罐未制冷，且未設(shè)計(jì)成經(jīng)得起顯著的內(nèi)部壓力。因此，儲(chǔ)存在儲(chǔ)存罐中的LNG在運(yùn)輸期間蒸發(fā)。這稱為自然蒸發(fā)氣體(NBOG)。NBOG在儲(chǔ)存罐中連續(xù)地生成，且需要持續(xù)地管理來(lái)確保船只的安全性。NBOG可通過(guò)將其用作船上的其它過(guò)程的燃料源來(lái)管理，或在NBOG以過(guò)大量存在時(shí)，將其在氣體燃燒單元(GCU)中氧化(燃燒)，其中產(chǎn)生的熱和生成的排出氣體產(chǎn)物向船外排至環(huán)境。如本文使用的那樣，蒸發(fā)氣體(BOG)覆蓋兩種氣流，自然BOG(NBOG)和強(qiáng)制BOG(FBOG)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一方面，一種基于燃?xì)鉁u輪的電力和蒸汽系統(tǒng)包括構(gòu)造成接收蒸發(fā)氣體(BOG)的流的第一部分的發(fā)電機(jī)組件、構(gòu)造成接收蒸發(fā)氣體(BOG)的流的第二部分的氧化單元，第二部分為多于發(fā)電機(jī)組件可處理的蒸發(fā)氣體(BOG)的流，以及構(gòu)造成接收來(lái)自發(fā)電機(jī)組件的排出氣體的第一流和來(lái)自氧化單元的排出氣體的第二流且將第一流和第二流導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器的入口的交叉管道。

另一方面，一種操作發(fā)電系統(tǒng)的方法包括使用來(lái)自儲(chǔ)存量的液化天然氣(LNG)的蒸發(fā)氣體(BOG)流的流的第一部分對(duì)發(fā)電機(jī)組件供燃料來(lái)生成電能，以及氧化BOG流的流的第二部分，第二部分為超過(guò)發(fā)電機(jī)組件的需求或超過(guò)發(fā)電機(jī)組件的能力的BOG流的流。該方法還包括將來(lái)自發(fā)電機(jī)組件的排出氣體的第一流和來(lái)自氧化單元的排出氣體的第二流通過(guò)交叉管道導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器的入口。

在還有另一方面，一種船載電力和蒸汽系統(tǒng)包括動(dòng)力推動(dòng)的浮動(dòng)船只，以及構(gòu)造成接收來(lái)自動(dòng)力推動(dòng)的浮動(dòng)船只的蒸發(fā)氣體(BOG)的流的第一部分的發(fā)電機(jī)組件。該系統(tǒng)還包括構(gòu)造成接收來(lái)自動(dòng)力推動(dòng)的浮動(dòng)船只的蒸發(fā)氣體(BOG)的流的第二部分的氧化單元，第二部分為超過(guò)發(fā)電機(jī)組件的需求或超過(guò)發(fā)電機(jī)組件的能力的BOG流的流。該系統(tǒng)還包括交叉管道，其構(gòu)造成接收來(lái)自發(fā)電機(jī)組件的排出氣體的第一流和來(lái)自氧化單元的排出氣體的第二流，且將第一流和第二流導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器的入口。

技術(shù)方案1. 一種電力和蒸汽系統(tǒng)，包括：

發(fā)電機(jī)組件，其構(gòu)造成接收蒸發(fā)氣體(BOG)的流的第一部分；

氧化單元，其構(gòu)造成接收所述蒸發(fā)氣體(NBOG)的流的第二部分，所述第二部分為超過(guò)所述發(fā)電機(jī)組件的需求和發(fā)電機(jī)組件的能力中的至少一者的所述BOG流的流；

交叉管道，其構(gòu)造成接收來(lái)自所述發(fā)電機(jī)組件的排出氣體的第一流和來(lái)自所述氧化單元的排出氣體的第二流，且將所述第一流和第二流中的至少一者導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器的入口。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括構(gòu)造成使用相應(yīng)分流閥控制所述第一流和第二流中的至少一者的控制器。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括構(gòu)造成控制所述第二流的背壓來(lái)促進(jìn)排氣流通過(guò)所述余熱回收蒸汽發(fā)生器的控制器。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述電力和蒸汽系統(tǒng)定位在浮動(dòng)船只上。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的系統(tǒng)，其中，所述余熱回收蒸汽發(fā)生器構(gòu)造成將蒸汽供應(yīng)至所述船只的加熱蒸汽系統(tǒng)和蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組件。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述電力和蒸汽系統(tǒng)定位在LNG載運(yùn)船只上。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電機(jī)組件和所述氧化單元構(gòu)造成燃燒多種不同燃料。

技術(shù)方案8. 一種操作發(fā)電系統(tǒng)的方法，包括：

使用來(lái)自儲(chǔ)存量的液化天然氣(LNG)的蒸發(fā)氣體(BOG)流的流的第一部分對(duì)發(fā)電機(jī)供以燃料來(lái)生成電能；

氧化所述BOG流的流的第二部分，所述第二部分為超過(guò)所述發(fā)電機(jī)的需求和所述發(fā)電機(jī)的能力中的至少一者的所述BOG流的流；以及

將來(lái)自所述發(fā)電機(jī)組件的排出氣體的第一流或來(lái)自氧化單元的排出氣體的第二流通過(guò)交叉管道導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器的入口。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，將來(lái)自所述發(fā)電機(jī)組件的排出氣體的第一流和來(lái)自所述氧化單元的排出氣體的第二流通過(guò)交叉管道導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器的入口包括使用定位在所述交叉管道上游的相應(yīng)分流閥來(lái)控制所述第一流和所述第二流中的至少一者。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，將來(lái)自所述發(fā)電機(jī)組件的排出氣體的第一流或來(lái)自所述氧化單元的排出氣體的第二流通過(guò)交叉管道導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器的入口包括控制GTG排氣分流閥中的至少一者的位置和所述第二流的背壓來(lái)促進(jìn)GCU排出氣流通過(guò)所述余熱回收蒸汽發(fā)生器。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，還包括操作定位在浮動(dòng)船只上的所述發(fā)電系統(tǒng)。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，還包括操作定位在LNG載運(yùn)船只上的所述發(fā)電系統(tǒng)。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其中，生成電能包括通過(guò)燃燒多種不同燃料的發(fā)電機(jī)組件生成電能，且氧化包括使用氧化單元的多種不同燃料。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，還包括將蒸汽從所述余熱回收蒸汽發(fā)生器供應(yīng)至蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組件。

技術(shù)方案15. 一種船載電力和蒸汽系統(tǒng)，包括：

動(dòng)力推動(dòng)的浮動(dòng)船只；

發(fā)電機(jī)組件，其構(gòu)造成接收來(lái)自所述動(dòng)力推動(dòng)的浮動(dòng)船只的蒸發(fā)氣體(NBOG)的流的第一部分；

氧化單元，其構(gòu)造成接收來(lái)自所述動(dòng)力推動(dòng)的浮動(dòng)船只的所述蒸發(fā)氣體(NBOG)的流的第二部分，所述第二部分為超過(guò)所述發(fā)電機(jī)的需求和所述發(fā)電機(jī)的能力中的至少一者的所述BOG流的流；以及

交叉管道，其構(gòu)造成接收來(lái)自所述發(fā)電機(jī)組件的排出氣體的第一流和來(lái)自所述氧化單元的排出氣體的第二流，且將所述第一流和第二流導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器的入口。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括構(gòu)造成使用相應(yīng)分流閥控制所述第一流和第二流中的至少一者的控制器。

技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括構(gòu)造成控制所述第一流和第二流的背壓來(lái)促進(jìn)排氣流通過(guò)所述余熱回收蒸汽發(fā)生器的控制器。

技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，其中，所述動(dòng)力推動(dòng)的浮動(dòng)船只體現(xiàn)為L(zhǎng)NG裝載船只。

技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電機(jī)組件和所述氧化單元構(gòu)造成燃燒多種不同燃料。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，其中，所述余熱回收蒸汽發(fā)生器構(gòu)造成將蒸汽供應(yīng)至蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組件。

附圖說(shuō)明

在參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本公開(kāi)內(nèi)容的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示貫穿附圖的相似的部分，在附圖中：

圖1為基于燃?xì)鉁u輪的組合燃?xì)鉁u輪電力和蒸汽(COGES)系統(tǒng)的示意圖。

圖2為示出圖1中所示的電力和蒸汽系統(tǒng)的主要設(shè)備的操作模式的圖表。

圖3為包括左舷配電系統(tǒng)和右弦配電系統(tǒng)的船載電力系統(tǒng)的示意圖。

圖4為圖1中所示的電力和蒸汽系統(tǒng)的單線示意圖。

除非另外指出，否則本文提供的附圖意在示出本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的特征。這些特征被認(rèn)作適用于包括本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的多種系統(tǒng)。因此，附圖不意在包括本文公開(kāi)的實(shí)施例的實(shí)施所需的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的所有常規(guī)特征。

構(gòu)件清單

100 電力和蒸汽系統(tǒng)

102 蒸發(fā)氣體(BOG)壓縮機(jī)

104 液化天然氣(LNG)儲(chǔ)存罐

106 氣體燃燒單元(GCU)

108 燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)(GTG)

110 船用氣油(MGO)系統(tǒng)

112 柴油發(fā)電機(jī)

114 船載配電系統(tǒng)

116 余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)

118 排氣管道

120 GTG排氣分流閥

122 排氣分流閥控制器

124 環(huán)境

126 HRGS旁通排氣器

128 交叉管道

130 GCU排氣器

132 GCU排氣分流閥

134 排氣分流閥控制器

136 蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)(STG)

138 船載蒸汽負(fù)載

300 船載電力系統(tǒng)

302 左舷配電系統(tǒng)

304 右弦配電系統(tǒng)

306 燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)(GTG)

308 蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)(STG)

310 輔助柴油發(fā)電機(jī)

312 MVAC母線

314 MVAC母線

316 升壓變壓器

317 MVAC匯流條斷路器

318 推進(jìn)馬達(dá)

319 MVAC匯流條斷路器

320 推進(jìn)馬達(dá)

322 變頻驅(qū)動(dòng)器(VFD)

324 變頻驅(qū)動(dòng)器(VFD)

326 變壓器

400 流

402 入口

404 交叉管道斷流閥

406 HRSG排氣器旁通閥。

具體實(shí)施方式

在以下說(shuō)明書和權(quán)利要求中，將參照許多用語(yǔ)，它們應(yīng)當(dāng)限定為具有以下意義。

單數(shù)形式"一個(gè)"、"一種"和"該"包括復(fù)數(shù)參照物，除非上下文清楚地另外指出。

"可選"或"可選地"意思是隨后描述的事件或情形可發(fā)生或可不發(fā)生，且描述包括事件發(fā)生的情況，以及其不發(fā)生的情況。

如本文貫穿說(shuō)明書和權(quán)利要求使用的近似語(yǔ)言可用于修飾可允許在不導(dǎo)致其涉及的基本功能的變化的情況下改變的任何數(shù)量表達(dá)。因此，由一個(gè)或多個(gè)諸如"大約"、"大概"和"大致"的用語(yǔ)修飾的值不限于指定的準(zhǔn)確值。在至少一些情況中，近似語(yǔ)言可對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量值的器具的精度。這里和貫穿說(shuō)明書和權(quán)利要求，范圍限制可組合和/或互換；此范圍被確定且包括包含在其中的所有子范圍，除非上下文或語(yǔ)言另外指出。

例如，本文所述的定位在動(dòng)力推動(dòng)或非動(dòng)力推動(dòng)的浮船上的船載電力和蒸汽系統(tǒng)的實(shí)施例提供了LNG載運(yùn)船載設(shè)備構(gòu)造，其比那些當(dāng)前可用的成本效益更合算。因?yàn)樽匀徽舭l(fā)氣體(NBOG)由于LNG載運(yùn)操作而基本上是"免費(fèi)的"燃料源，且比傳統(tǒng)液體燃料燃燒更清潔，故NBOG的額外使用是期望的，因?yàn)镹BOG的使用改善LNG船運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性且減小LNG操作的環(huán)境影響。

LNG載運(yùn)動(dòng)力和推進(jìn)系統(tǒng)支持很多類型的常規(guī)船舶操作。這些在動(dòng)力需求、持續(xù)時(shí)間和對(duì)于冗余的要求方面不同。在典型的貨物運(yùn)輸周期期間，船舶經(jīng)歷以下基本操作：

貨物裝載：這通常是十二小時(shí)的周期，其中LNG從岸上的終端LNG儲(chǔ)存罐轉(zhuǎn)移至船舶貨罐。如果罐未包含保持冷的溫度且阻擋空氣的LNG剩余液(heel)，則還將需要罐的沖洗和冷卻，且增加了貨物操作所需的時(shí)間。在貨物裝載期間，NBOG大體上將不可用于對(duì)動(dòng)力設(shè)備供以燃料。在各種實(shí)施例中，取決于船舶類型，典型的電負(fù)載大約為2500kW到6000kW。

在港口配置、裝燃料和船員休息時(shí)：除保養(yǎng)活動(dòng)、裝載儲(chǔ)存和再加液體燃料和潤(rùn)滑油之外，船舶在港口閑置。功率水平可從1500kW到3500kW，在船舶操作周期中最低。

移進(jìn)和移出港口：船舶在低速下航行，通常十到十二節(jié)，在港口設(shè)施與海界浮標(biāo)或開(kāi)放海域之間移動(dòng)。功率水平中等，3000kW到13000kW。這是最大設(shè)備冗余最重要時(shí)的時(shí)間。海港通道可能較窄，且其它海港交通的風(fēng)險(xiǎn)需要?jiǎng)恿Φ倪B續(xù)性。通常，LNG載運(yùn)設(shè)備將在這些操作期間有拖船護(hù)送來(lái)減小風(fēng)險(xiǎn)。除拖船護(hù)送之外，船舶使用拖船來(lái)轉(zhuǎn)向，定位于通道中，且移動(dòng)往返于碼頭。在拖船操作期間，推進(jìn)動(dòng)力有時(shí)可為0.0kW。

開(kāi)放海域運(yùn)輸：在裝載港口海界浮標(biāo)與運(yùn)輸港口處的海界浮標(biāo)之間的移動(dòng)消耗大部分運(yùn)送時(shí)間。通常，船舶在裝運(yùn)航程上在設(shè)計(jì)速度(19.5節(jié))下或附近運(yùn)輸，且在空放航程上以平均值(15到17節(jié))運(yùn)輸。船舶的速度受制于天氣、海水、經(jīng)濟(jì)性和計(jì)劃考慮。船舶大體上在最經(jīng)濟(jì)的速度下操作，這在動(dòng)力設(shè)備消耗所有NBOG且不需要強(qiáng)制蒸發(fā)氣體(FBOG)時(shí)發(fā)生。最經(jīng)濟(jì)的速度隨貨罐大小、罐蒸發(fā)率和船身阻力變化。平均載運(yùn)航程速度通常為大約十八節(jié)。開(kāi)放海域運(yùn)輸是燃料經(jīng)濟(jì)性比冗余更重要的航程部分。交通不太擁擠且不考慮水深。所以，船舶有時(shí)間從設(shè)備故障恢復(fù)。其還具有最高功率要求，通常在25000kW到30000kW之間。給定速度所需的功率為船舶設(shè)計(jì)/排水量的函數(shù)。在LNG載運(yùn)設(shè)備的情況下，船舶大小由船舶貨物容量表示。這些值是174000m³級(jí)的LNG載運(yùn)設(shè)備中典型的。較大的船只將需要更多功率，且較小船只較少功率。在動(dòng)力設(shè)備觀點(diǎn)看，裝運(yùn)航程與空放航程之間的主要差別在于可用于燃料的自然蒸發(fā)氣體的量。在裝運(yùn)航程上，蒸發(fā)率為0.08體積%/天到0.15體積%/天。由于貨罐在空放航程上填充至10%或更少，故自然蒸發(fā)氣體(NBOG)流率為裝運(yùn)航程上看到的流的40%到45%。

貨物卸載：這是十二小時(shí)的周期，其中船舶將其貨物轉(zhuǎn)移至岸上終端。由于貨罐必須保持沒(méi)有空氣且在約略大氣壓下，故再氣化的LNG由輸送終端或船舶提供以在LNG貨物泵至終端時(shí)回填罐。罐壓力控制很重要。在示例性實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)船舶服務(wù)負(fù)載和貨物泵的功率水平為大約8000kW。如果船舶提供回填氣體，其實(shí)際上是強(qiáng)制蒸發(fā)氣體(FBOG)，則汽化LNG的加熱蒸汽需求是裝運(yùn)周期中最高的，取決于船舶泵送速率，8噸/小時(shí)到10噸/小時(shí)。這通常由船舶的輔助鍋爐滿足。在另一個(gè)實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)在簡(jiǎn)單循環(huán)中使用以供應(yīng)船舶的電力需求，且氣體燃燒單元(GCU)操作以將熱供應(yīng)至余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG 116)，這然后將供應(yīng)該加熱蒸汽需求。在另一個(gè)備選實(shí)施例中，如果由等級(jí)規(guī)則允許，則GTG和GCU操作且各種排氣同時(shí)地導(dǎo)送至HRSG，且排氣最終經(jīng)由HRSG排氣裝置排放。GCU可燃燒NBOG、FBOG或兩者的組合。在一些實(shí)施例中，所有BOG通過(guò)燃料氣體壓縮機(jī)。在其它實(shí)施例中，僅NBOG通過(guò)壓縮機(jī)。FBOG可在其泵送出貨罐時(shí)在液態(tài)下加壓。其然后在壓力下汽化且與NBOG混合。

剩余液放出(heel out)航程：船舶必須定期進(jìn)入干船塢來(lái)檢查和保養(yǎng)。其不可將貨物運(yùn)到船塢。結(jié)果，在進(jìn)船塢之前的運(yùn)輸時(shí)，貨罐完全泵出，允許了加熱至環(huán)境溫度且氣體釋放。進(jìn)船塢和從船塢到裝載港口的航程通常稱為"剩余液放出"航程。沒(méi)有貨物的剩余液留在罐中。這些航程必須使用液體燃料進(jìn)行，諸如但不限于船用氣油(MGO)。

操作者將選擇電力和蒸汽系統(tǒng)的操作模式來(lái)在此時(shí)最佳地配合環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性。在確定操作模式中，他們將考慮若干因素。

船舶功率需求確定電力和蒸汽系統(tǒng)是在簡(jiǎn)單循環(huán)模式或是聯(lián)合循環(huán)模式中操作。除港口等待、配置和裝燃料周期外，正常操作是聯(lián)合循環(huán)模式。航行、推進(jìn)負(fù)載是主要功率需求。在港內(nèi)，電負(fù)載可取決于操作從1500kW到8000kW變化。貨物裝載和運(yùn)輸分別需要~6000 kW到~8000 kW，動(dòng)力和推進(jìn)設(shè)備在船舶功率需求和可用功率(操作的發(fā)電機(jī)的總額定功率)匹配時(shí)最有效操作。燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)(GTG)隨輸出功率接近額定點(diǎn)而提高。GTG以及聯(lián)合電力和蒸汽系統(tǒng)可在額定負(fù)載下操作，而沒(méi)有任何工作周期限制，這不同于柴油，其通常"過(guò)大"帶有足夠的裕度來(lái)避免工作周期限制。然而，大體上保持可用的一定百分比的多余動(dòng)力來(lái)提供裕度以接受船舶功率需求中由間斷和循環(huán)負(fù)載或功率需求中非預(yù)計(jì)的增大引起的波動(dòng)。電力和蒸汽系統(tǒng)的總熱效率將在大于額定功率的40%的負(fù)載下超過(guò)40%。當(dāng)需要低功率操作時(shí)，蒸汽循環(huán)將較低燃?xì)鉁u輪效率減少至燃?xì)鉁u輪額定值的25%到30%的功率水平。GTG為雙燃料機(jī)器，其中其可燃燒BOG或液體燃料。GCU也是雙燃料。因此，當(dāng)GTG不工作時(shí)，GCU可用于提供熱來(lái)生成蒸汽。

系統(tǒng)操作模式也必須適應(yīng)貨罐的狀態(tài)。在無(wú)強(qiáng)制蒸發(fā)的情況下可用的燃料氣體的量在裝載航程和空放航程之間變化，且隨使用的貨物圍護(hù)系統(tǒng)(例如，貨罐的大小)變化。電力和蒸汽系統(tǒng)具有在關(guān)于蒸發(fā)氣體或液體燃料的船舶操作包絡(luò)中的任何位置操作的靈活性。剩余液放出航程可在與貨物航程相同的速度下進(jìn)行。電力和蒸汽系統(tǒng)給予操作者基于燃料的相對(duì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值選擇燃料的能力。

排放要求變得更受限，且將從一個(gè)地點(diǎn)到下一個(gè)不同。在排放控制地區(qū)(ECA)，電力和蒸汽系統(tǒng)能夠關(guān)于氣體或液體燃料操作，且保持低SO_X和NO_X排放。SO_X排放通過(guò)使用低硫燃料(諸如氣體或MGO)來(lái)控制。為了控制NO_X，GTG 108包括兩種燃燒器類型，其能夠在多種燃料和操作條件下進(jìn)行低NO_X操作。構(gòu)造成具有干式低排放(DLE)燃燒器的電力和蒸汽系統(tǒng)在所有時(shí)間、在所有功率水平下且以液體和氣體燃料兩者在低排放模式中操作。例如，構(gòu)造成具有單個(gè)環(huán)形燃燒器(SAC)的系統(tǒng)可使低排放操作模式開(kāi)啟和關(guān)閉。對(duì)于后者，在ECA中，噴水可用于通過(guò)降低燃燒器溫度來(lái)減少NO_X的形成。該操作模式對(duì)于氣體和液體燃料兩者起作用，但水流率將隨燃料類型、功率水平和溫度變化。在不受控的區(qū)域中，燃?xì)鉁u輪在沒(méi)有噴水的情況下操作。該燃燒器在路線的僅小部分在排放控制區(qū)域中時(shí)良好工作。噴水開(kāi)關(guān)特征保存船舶純水。

操縱條件或船舶操作環(huán)境影響如何操作動(dòng)力和推進(jìn)設(shè)備。在交通量較高的區(qū)域中，窄通道和運(yùn)河(諸如蘇伊士或巴拿馬運(yùn)河)，操作者不可承受功率損失，且可選擇操作兩個(gè)獨(dú)立的動(dòng)力源來(lái)提高穩(wěn)定性，即使這表現(xiàn)出可用功率與功率需求的較大的失配。此情形通常具有低功率要求。在此情況中，電力和蒸汽系統(tǒng)以聯(lián)合循環(huán)操作，其中GCU準(zhǔn)備將排出氣體供應(yīng)至HRSG。作為備選，GCU可排列為在簡(jiǎn)單循環(huán)模式中操作的GTG和HRSG的熱源，產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的功率源。任何故障將仍允許船舶保持電功率和舵效航速。

電力和蒸汽系統(tǒng)動(dòng)力島給予操作者控制貨罐壓力的另一手段。在NBOG超過(guò)燃料氣體的要求時(shí)，例如，對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或其它發(fā)電機(jī)的，多余的通常引導(dǎo)至氣體燃燒單元(GCU)。如果罐壓力達(dá)到需要操作者動(dòng)作來(lái)將其保持在期望水平的水平，則電力和蒸汽系統(tǒng)給予操作者提高速度或減慢的靈活性(假定航行要求/操作要求允許)。改變速度會(huì)改變氣體從貨罐取得的速率，因此允許操作者限制GCU的使用。

船舶的配電系統(tǒng)的構(gòu)造也影響電力和蒸汽系統(tǒng)的操作模式的選擇。STG和GTG可與HRSG和蒸汽渦輪在滑動(dòng)壓力控制中并行操作，其中蒸汽渦輪節(jié)流閥敝開(kāi)且GTG設(shè)置頻率。兩個(gè)發(fā)電機(jī)得到與STG盡可能取得那樣多的負(fù)載相同的負(fù)載和負(fù)載分配，且仍能夠保持由GTG設(shè)置的速度和頻率。類似地，負(fù)載得到兩個(gè)電功率的源，且不知道其功率來(lái)自于何處。

如果MVAC匯流條斷路器斷開(kāi)，則GTG和STG從電力觀點(diǎn)獨(dú)立地操作，且各自控制其自身的速度/頻率。各個(gè)發(fā)電機(jī)具有其自身的負(fù)載。在中等電壓交流(MVAC)匯流條斷路器斷開(kāi)時(shí)，不存在負(fù)載分配。STG 136使用蒸汽渦輪節(jié)流閥來(lái)控制渦輪速度且因此頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)推進(jìn)馬達(dá)由兩個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器(變頻器)給送。各個(gè)馬達(dá)從GTG和STG兩者接收功率。這允許了在分開(kāi)的設(shè)備操作期間可用于各個(gè)軸的相等功率。

圖1為基于燃?xì)鉁u輪的組合的燃?xì)鉁u輪電力和蒸汽系統(tǒng)100的示意圖。盡管示為基于燃?xì)鉁u輪的，但電力和蒸汽系統(tǒng)100也可基于其它發(fā)電技術(shù)，諸如但不限于柴油發(fā)電機(jī)。在示例性實(shí)施例中，電力和蒸汽系統(tǒng)100構(gòu)造成供應(yīng)液化天然氣(LNG)載運(yùn)船舶的船上電力和推進(jìn)需要。

電力和蒸汽系統(tǒng)100包括構(gòu)造成接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)LNG儲(chǔ)存罐104的BOG的蒸發(fā)氣體(BOG)壓縮機(jī)102。壓縮的BOG導(dǎo)送至雙燃料氣體燃燒單元(GCU)106和雙燃料燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)GTG 108。此外，GCU 106也可燃燒"自由流"或未壓縮的蒸發(fā)氣流。

電力和蒸汽系統(tǒng)100包括船用氣油(MGO)系統(tǒng)110，其構(gòu)造成將MGO導(dǎo)送至構(gòu)造成在不正常操作期間供應(yīng)船上的電力負(fù)載的起動(dòng)液體燃料柴油發(fā)電機(jī)112。船用氣油(MGO)系統(tǒng)110也構(gòu)造成將MGO導(dǎo)送至GCU 106和GTG 108。盡管描述為MGO，但對(duì)GCU 106和GTG 108的雙燃料供應(yīng)的第二燃料可為多種其它燃料和燃料類型。

除將電力直接供應(yīng)至船載配電系統(tǒng)114之外，GTG 108還通過(guò)排氣管道118向余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)116供應(yīng)高溫排氣流。排氣管道118包括GTG排氣分流閥120，其由GTG排氣分流閥控制器122控制。GTG排氣分流閥120構(gòu)造成調(diào)制通過(guò)HRSG旁通排氣器126至HRSG 116和環(huán)境124的GTG排氣流的量。GTG排氣經(jīng)由通過(guò)交叉管道128導(dǎo)送至HRSG 116。在某些條件下，GTG 108不能消耗由LNG儲(chǔ)存罐104生成的所有NBOG。在此條件期間，使用NBOG至GCU 106的備選通路。GCU 106氧化NBOG，生成熱GCU排氣的流，其通過(guò)GCU排氣器130導(dǎo)送至環(huán)境124，或通過(guò)GCU排氣分流閥132至交叉管道128，GCU排氣分流閥132由GCU排氣分流閥控制器134控制。因此，HRSG 116可由從GTG 108和/或GCU 106通過(guò)交叉管道128的熱排出氣體供應(yīng)，且熱排出氣體的各個(gè)流由相應(yīng)的分流閥120和132控制。在其它條件下，可能期望能夠生成相比使用通過(guò)GTG 108和/或GCU 106處理的NBOG生成的更多的流。在此情況下，當(dāng)NBOG流可能不足以允許STG 136達(dá)到滿功率時(shí)，F(xiàn)BOG可用于對(duì)GCU 106供燃料，諸如在空放航程時(shí)。

分流閥120和132由相應(yīng)的控制器122和134控制。盡管描述為獨(dú)立的單獨(dú)控制器，但控制器132和134可組合到單個(gè)控制器中，或可體現(xiàn)在較大的發(fā)電設(shè)備控制系統(tǒng)內(nèi)。分流閥120和132由相應(yīng)的控制器122和134控制以確保導(dǎo)送至HRSG 134的GCU排出氣體提供足夠的背壓來(lái)確保所有操作條件下的穩(wěn)定且平衡的從GCU 106到HRSG 116的排出氣流。

HRSG 116構(gòu)造成由來(lái)自GTG 108和/或GCU 106且供應(yīng)通過(guò)交叉管道128的熱排出氣體生成蒸汽。生成的蒸汽導(dǎo)送至蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)(STG)136，其構(gòu)造成生成電功率，該電功率引導(dǎo)至船上的配電系統(tǒng)114。來(lái)自STG 136的放出蒸汽的第一部分導(dǎo)送至一個(gè)或多個(gè)船上的蒸汽負(fù)載138。船舶加熱蒸汽可源自位于蒸汽渦輪上游的減壓閥(蒸汽流小于大約85%)或源自取自蒸汽渦輪的獲取蒸汽(放出蒸汽)(功率＞85%)。來(lái)自STG 136的放出蒸汽的第二部分在冷凝器中冷凝，且通過(guò)冷凝物系統(tǒng)(未示出)和給水系統(tǒng)(未示出)再循環(huán)回HRSG 116。

在操作期間，電力和蒸汽系統(tǒng)100包括至少基于總功率需求、可用的操作設(shè)備、操作環(huán)境和電力設(shè)備構(gòu)造的七種基本操作模式。七種基本操作模式中的每一種的子模式考慮了不同的燃料供應(yīng)(液體或氣體)、排放要求和自行起動(dòng)緊急柴油的潛在使用來(lái)提高功率。

圖2為示出電力和蒸汽系統(tǒng)100(圖1中所示)的主要設(shè)備的操作模式的圖表。

基本操作模式為：

設(shè)備關(guān)閉(模式0)：電力和蒸汽系統(tǒng)100關(guān)閉。船舶電功率從輔助柴油發(fā)電機(jī)和/或船舶的緊急柴油發(fā)電機(jī)或從岸電供應(yīng)。岸電和緊急柴油發(fā)電機(jī)通常連接到緊急開(kāi)關(guān)裝置。并未從緊急開(kāi)關(guān)裝置直接給送的負(fù)載通過(guò)將功率經(jīng)由低壓母線饋線斷路器給送回船舶服務(wù)低壓配電系統(tǒng)來(lái)供應(yīng)。

GTG和STG聯(lián)合循環(huán)并行電力設(shè)備操作(模式1)：在此模式中，總船舶功率需求可大于額定功率的大約25%(維持聯(lián)合循環(huán)操作所需的)。在其它實(shí)施例中，總船舶功率需求可低至10%。MVAC匯流條斷路器關(guān)閉。GTG 108和STG 136發(fā)電機(jī)兩者通過(guò)MVAC匯流條斷路器一起聯(lián)結(jié)到公共負(fù)載。例如，GTG 108在同步模式中操作，設(shè)置用于船舶配電系統(tǒng)的頻率。STG 136發(fā)電機(jī)與GTG 108發(fā)電機(jī)并行操作。在此模式中，STG 136速度由GTG 108控制。在一個(gè)實(shí)施例中，HRSG 116使用滑動(dòng)壓力控制。STG 136節(jié)流閥敝開(kāi)，未控制，且STG 136采用盡可能多的負(fù)載，且仍保持與GTG 108同步。GTG 108首先響應(yīng)于負(fù)載的變化。當(dāng)改變到STG 136的可用蒸汽的GTG排氣特征的變化改變時(shí)，新負(fù)載然后在GTG 108與STG 136之間再分配，最終建立新的平衡負(fù)載分布。在其它實(shí)施例中，HRSG 116使用設(shè)置點(diǎn)控制。

GTG和STG聯(lián)合循環(huán)分流電力設(shè)備操作(模式2)：例如，總船舶功率需求大于額定功率的大約25%(維持聯(lián)合循環(huán)操作所需的)。MVAC匯流條斷路器打開(kāi)。各個(gè)發(fā)電機(jī)供應(yīng)電力設(shè)備的一"側(cè)"，且得到獨(dú)特的負(fù)載。不存在負(fù)載分配。結(jié)果，各個(gè)發(fā)電機(jī)操作以控制其自身的速度/頻率。STG 136節(jié)流閥接合以控制到渦輪的蒸汽進(jìn)入。燃?xì)鉁u輪燃料計(jì)量閥控制GTG輸出。各個(gè)渦輪響應(yīng)于電力設(shè)備的其"側(cè)"上的負(fù)載需求瞬變?？捎玫目偣β蕿閪28.5 MW，假定電力負(fù)載與發(fā)電機(jī)額定值成比例地在側(cè)之間分配。STG輸出可由GTG輸出限制。

GTG簡(jiǎn)單循環(huán)(模式3)：GTG 108承受全部船舶負(fù)載。中壓交流(MVAC)匯流條斷路器大體上關(guān)閉，除非電力設(shè)備的僅一側(cè)使用或自行起動(dòng)柴油可用于對(duì)其它側(cè)供能。燃?xì)鉁u輪排氣可引導(dǎo)至HRSG旁通排氣器或穿過(guò)HRSG。如果后者，蒸汽設(shè)備給送系統(tǒng)和冷凝器必須聯(lián)線，以保持循環(huán)且防止蒸汽設(shè)備高壓和HRSG換熱器管過(guò)熱，除非HRSG設(shè)計(jì)成干運(yùn)行。GTG 108在同步模式中操作。

利用GCU熱源的STG底部循環(huán)(模式4)：STG 136承受全部船舶負(fù)載?？偣β氏抻趡8.5 MW。GTG 108為離線的。GCU排氣用作到HRSG的熱源。其排出氣體溫度可控制為近似燃?xì)鉁u輪排出氣體溫度。STG 136在同步模式中操作。當(dāng)GTG 108跳閘或不能工作時(shí)，這是主要后備模式。

高冗余分流電力設(shè)備(模式5)：該模式與GTG 108和STG 136聯(lián)合循環(huán)分流電力設(shè)備操作模式相同，只是分流閥排列將燃?xì)鉁u輪排氣引導(dǎo)至HRSG旁通排氣器。GCU分流閥將GCU排氣引導(dǎo)至HRSG來(lái)用作蒸汽生成熱源。MVAC匯流條斷路器斷開(kāi)。GTG 108和STG 136兩者在同步模式中操作。該操作模式提供用于船舶的兩個(gè)完全獨(dú)立的電力設(shè)備。至任一發(fā)電機(jī)的功率中斷將不會(huì)影響其它發(fā)電機(jī)?？捎玫目偣β蕿閪28.5 MW，假定了電力負(fù)載與發(fā)電機(jī)額定值成比例地在側(cè)之間分配。

高冗余并行電力設(shè)備操作(模式6)：與模式5相同，只是MVAC匯流條斷路器關(guān)閉且GTG控制母線頻率。這加強(qiáng)高冗余操作配置中的負(fù)載分配。

在船員休息、配置或裝燃料期間在港口中經(jīng)歷的功率水平(小于2.5到3.MW)下，船員也將選擇使用自行起動(dòng)輔助柴油發(fā)電機(jī)作為船舶的功率源(模式0)。以下表格歸納了基本操作模式和分量控制模式。

圖3為包括左舷配電系統(tǒng)302和右弦配電系統(tǒng)304的船載電力系統(tǒng)300的示意圖。左舷配電系統(tǒng)302包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)(GTG)306，且右弦配電系統(tǒng)304包括由GTG 306或GCU 106的排氣流生成的蒸汽驅(qū)動(dòng)的蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)308。輔助柴油發(fā)電機(jī)310可通過(guò)相應(yīng)的MVAC母線312或314直接地聯(lián)接到左舷配電系統(tǒng)302或右弦配電系統(tǒng)304中的一者，或可通過(guò)升壓變壓器316聯(lián)接到MVAC母線312或314。MVAC母線可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)MVAC匯流條斷路器317和319電聯(lián)接。推進(jìn)馬達(dá)318和320從相應(yīng)的變頻驅(qū)動(dòng)器(VFD)322和324供應(yīng)。VFD 322和324通過(guò)相應(yīng)的變壓器326和328從相應(yīng)母線312和314給送。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電力和蒸汽系統(tǒng)100的單線示意圖。在示例性實(shí)施例中，蒸發(fā)氣體的流400導(dǎo)送至BOG壓縮機(jī)102。BOG壓縮機(jī)102的排放導(dǎo)送至GCU 106和GTG 108。GTG 108將壓縮的BOG轉(zhuǎn)變成有用的電能，而不能由GTG 108使用的任何BOG以受控方式氧化來(lái)限制調(diào)節(jié)的氣體，且副產(chǎn)物由GCU 106排放至環(huán)境124。交叉管道128構(gòu)造成接收來(lái)自發(fā)電機(jī)組件、GTG 108的排出氣體的第一流，以及來(lái)自氧化單元106的排出氣體的第二流，且將第一流和第二流導(dǎo)送至余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)116的入口402。交叉管道128允許來(lái)自GTG 108的排出氣流和來(lái)自GCU 106的排出氣流選擇性地導(dǎo)送至HRSG 116。除GTG排氣分流閥120和GCU排氣分流閥132之外，兩個(gè)其它閥連同交叉管道128使用來(lái)控制至HRSG 116的排出氣流。交叉管道斷流閥404構(gòu)造成隔離來(lái)自GCU 106的排出氣體以免進(jìn)入HRSG 116。HRSG排氣器旁通閥406構(gòu)造成使排出氣體從GTG 108轉(zhuǎn)移至環(huán)境124，而非進(jìn)入HRSG 116。

盡管本公開(kāi)內(nèi)容的各種實(shí)施例的特定特征可能在一些圖中示出且在其它圖中未示出，但這僅是為了方便。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的原理，可與任何其它附圖的任何特征組合來(lái)參照和/或提出附圖的任何特征。

該書面描述使用示例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請(qǐng)專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。