CN108975438A - 一种lng动力船lng再气化及淡水制备***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***及方法,***包括LNG再气化***、淡水制备***。所述LNG再气化***,依次由储液罐、增压泵、低温换热器、冷凝换热器、主机的燃料进口m通过管道连通构成;所述淡水制备***,包括冷冻法制淡水***,闪蒸法制淡水***和蒸发法制淡水***。本发明将LNG再气化及NG燃烧后余热回收过程与海水制备淡水过程有机结合,利用LNG再气化过程中释放的冷能和再气化后NG燃烧释放的热能制备淡水,实现了LNG能量的梯级及综合利用,最大限度地减少了LNG动力船排放的冷能和热能对环境的污染,大幅地提高了LNG动力船能量综合利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***及其工作方法,属于LNG动力船LNG气化及LNG动力船淡水制备领域。
背景技术
LNG冷能利用的方式主要有两种,一种是直接利用,另一种是间接利用,在LNG气化过程中,约能产生870kJ/kg的低温能量,因此LNG动力船上燃料在送入主机利用前包含巨大的冷能。本***首先要合理利用LNG再气化时的巨大冷能,其次再考虑如何完善***余热的合理利用,在保证***能源稳定的前提下,提高***的综合利用率。
专利申请号为:201621062958.4,名称为:一种LNG动力船的冷能综合利用***,主要包括朗肯循环发电***、船舶空调循环***、海水淡化循环***、船舶低温冷库循环***、船舶高温冷库循环***和缸套冷却水加热循环***。所述海水淡化***包括:海水淡化循环冷媒R601a、第三工质泵、第三流量调节阀、结晶器、第四换热器。海水淡化循环***中,冷媒R601a通过第四换热器C4被冷却至-45℃,之后被第三工质泵C1加压至0.3MPa,通过第三流量调节阀C2进入结晶器C3供冷,冷媒温度升至-20℃,然后再次进入第四换热器C4换热,构成海水淡化循环***。该海水淡化***在LNG冷能利用的第二梯次进行冷量的交换,该海水淡化循环***仅仅只是冷媒的循环***,并没有详细阐述如何制备淡水;该***中八十摄氏度的缸套冷却水所具备的热量并没有得到充分的利用;尾部的高温烟气达到两三百摄氏度,此部分热量也并没有得到充分利用,这极大的造成了能源的浪费。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有的技术存在的缺陷和问题,提供一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***和方法。
本发明通过合理利用LNG动力船LNG在再气化的过程中释放的巨大冷能以及NG燃烧所释放的大量热量来制取淡水。LNG从-163℃升温至燃烧温度时将会释放大量高品质冷能,利用冷能我们可以通过冷冻法制取淡水;NG燃烧产生的温度高于100℃的大量高温烟气,将此部分热量做为热源,采用蒸发法制取淡水,既降低尾部烟气的排出温度,也提高能源的利用率;将80℃左右的缸套冷却水作为热源,在抽真空的条件下采用闪蒸法制取淡水,既起到对缸套冷却水进行冷却的作用,也充分利用缸套冷却水的大量热能来制取淡水。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征包括:LNG再气化***和淡水制备***,淡水制备***包括:冷冻法制淡水***,闪蒸法制淡水***,蒸发法制淡水***;其中LNG再气化***,依次由储液罐1、增压泵2、低温换热器4、冷凝换热器5、主机6的燃料进口m通过管道连通构成;淡水制备***,其中冷冻法制淡水***,依次由低温换热器4出口f、循环泵7、结晶器8的冷媒进口接头8-1、冷媒出口接头8-2、低温换热器4进口e通过管道连通构成,其中所述结晶器8的冰晶出口接头8-5通过管道连通融冰器10的进口y,融冰器10出口z通过淡水收集总管27连通淡水收集罐28,所述融冰器10的进口r连通给海水总管26,融冰器10的出口q通过管道连通所述结晶器8的海水进口接头8-3;所述闪蒸法制淡水***,依次由主机6的缸套冷却水出口n、闪蒸器11的缸套冷却水进口接头11-4、缸套冷却水出口接头11-2、主机6缸套冷却水进口o通过管道连通构成;所述给海水总管26上设有的蒸发给水三通23的出口v2与所述闪蒸器11的海水进口接头11-5通过管道连通;所述蒸发法制淡水***,依次由主机6的烟气出口p、烟气三通21的进口x1、出口x2、蒸发器12的烟气进口接头12-3、烟气出口接头12-2通过管道连通;所述给海水总管26上设有的蒸发给水三通24的出口w2还与所述蒸发器12的海水进口接头12-5通过管道连通;所述蒸发器12的蒸汽出口接头12-4、闪蒸汽11的蒸汽出口接头11-3通过管道连通凝汽器13进口j,凝汽器13出口k通过管道依次连通淡水收集泵16、淡水收集总管27;所述结晶器8的浓海水出口接头8-4、闪蒸器11的浓海水出口接头11-1、蒸发器12的浓海水出口接头12-1、浓海水排放泵20依次与浓海水排放总管25连通;所述低温换热器4出口f、结晶器8冷媒进口8-1、结晶器8的冷媒出口8-2、低温换热器4进口f依次连接组成的回路中灌装有冷媒介质。
进一步,增压泵2与低温换热器4之间的管道上还设有低温闸阀3。
进一步,融冰器10出口q与所述结晶器8的海水进口接头8-3之间的管道上还设有给水泵14。
进一步,结晶器8的冰晶出口接头8-5与融冰器10的进口y之间的管道上还设有电动闸阀9。
进一步,给海水总管26上通过设有的冷凝三通22的出口s2与冷凝换热器5的进口t之间的管道上还设有冷凝泵15。
进一步,凝汽器13出口k与淡水收集总管27之间还设有相连通的淡水收集泵16。
进一步,闪蒸给水三通23的出口v2与海水进口接头11-5之间的管道上还设有闪蒸给水泵17。
进一步,闪蒸器11的缸套冷却水出口接头11-2与主机6的缸套冷却水进口o之间的管道上还设有缸套冷却水循环泵18。
进一步,蒸发给水三通24的出口w2与蒸发器12的海水进口接头12-5之间的管道上还设有蒸发给水泵19。
进一步,冷媒介质为R134a、R407c、R410a中的任一种,优选R410a。
所述工作方法包括如下***:LNG再气化***和淡水制备***;淡水制备***又包括冷冻法制淡水***、闪蒸法制淡水***、蒸发法制淡水***。
LNG再气化***的工作方式:-163℃液态天然气(LNG)由储液罐1进入增压泵2经增压变为高温高压LNG,再经过低温闸阀3进入低温换热器4,与冷媒进行热量交换,变成气态天然气(NG)其温度接近0℃,然后NG再进入冷凝换热器5与常温的海水进行热量交换,最后进入主机6燃烧室进行燃烧,产生气体,为船舶提供动力;
冷冻法制备淡水***的工作方式:LNG经过增压泵2和低温闸阀3进入低温换热器4与冷媒进行热量交换,温度降低的冷媒由循环泵7通过结晶器8的冷媒进口接头8-1输送至结晶器8内部与海水进行热量交换,然后再经过结晶器8的冷媒出口接头8-2进入低温换热器4与LNG进行热量交换;20℃的海水经给海水母管26进入融冰器10里,用海水的热量加热冰晶使冰晶融化,同时冰晶也对海水进行预冷,预冷过的海水再由给水泵14通过结晶器8的海水进口接头8-3进入结晶器8内部与冷媒进行热量的交换,使海水结晶,生成的冰晶通过电动闸阀9进入融冰器10,利用从给海水总管26过来的海水来对冰晶进行融化,最后将融化的水输送至淡水收集罐28,如此循环往复;
闪蒸法制备淡水***的工作方式:80℃左右缸套冷却水经主机6的缸套冷却水出口n、闪蒸器11的缸套冷却水进口接头11-4进入闪蒸器11内,缸套冷却水对闪蒸器11内部进行加热,海水由闪蒸给水泵17经过闪蒸器11的海水进口接头11-5进入闪蒸器11,当闪蒸器11内处于真空状态并且内部温度高于60℃时,此时部分海水将会蒸发成水蒸汽,水蒸汽经闪蒸器11的蒸汽出口接头11-3进入凝汽器13进行凝结,最后将凝结的淡水输送至淡水收集罐28;
蒸发法制备淡水***的工作方式:从主机6出来的高温烟气(200℃-300℃)通过烟气三通21和烟气进口接头12-3进入蒸发器12里,与蒸发器12里的海水进行热量交换,海水经蒸发给水三通24、蒸发给水泵19、蒸发器12的海水进口接头12-5进入蒸发器12内部,当蒸发器12内部温度达到蒸发温度(100℃)时,蒸发器12内的部分海水将会蒸发成水蒸汽,水蒸汽经蒸汽出口接头12-4经过管道输送至凝汽器13进行凝结,最后凝结的淡水输送至淡水收集罐28。
本发明主要是将低温LNG的高品质冷能充分利用,利用LNG再气化时释放的大量冷能来制取淡水,气化成气体的NG温度仍低于燃烧温度,再次利用其冷能对常温海水进行降温处理,使被降温的海水作为闪蒸法制淡水和蒸发法制淡水的凝汽器的冷源;缸套冷却水流出缸套时具有大量的热量,通过闪蒸法充分利用此部分热量来制取淡水,燃气在主机内高温燃烧将会产生具有高品质热量的高温烟气,我们通过蒸发法充分利用此部分热量来制取淡水,最后将各***制取的淡水统一收集储存。
本发明的优点及有益效果
1、本发明的主要功能是将LNG再气化及NG燃烧后余热回收过程与海水制备淡水过程有机结合,利用LNG再气化时释放的巨额冷能,作为淡水制备***的冷源,并将再气化后的NG对海水进行降温处理,最后将NG送入船舶主机动力***,然后再对产生的大量烟气余热进行回收,以满足蒸发法制淡水对热量的需求;缸套冷却水通过船舶主机动力***对主机进行降温,并将吸收到的热量作为闪蒸法制取淡水的热源。
2、本发明***合理利用了LNG再气化的冷能和NG燃烧的热能,解决了LNG动力船对淡水的需求,还降低了尾部烟气的排放温度,使得***的整体的能源利用率得到很大的提高,实现了LNG能量的梯级及综合利用,最大限度地减少了LNG动力船排放的冷能和热能的损失,大幅地提高了LNG动力船能量综合利用效率。
附图说明
图1为本发明实施例原理示意图。
图中:1.LNG储液罐,2.增压泵,3.低温闸阀,4.低温换热器,5.冷凝换热器,6.主机,7.循环泵,8.结晶器,8-1.冷媒进口接头,8-2.冷媒出口接头,8-3.海水进口接头,8-4.浓海水出口接头,8-5.冰晶出口接头,9.电动闸阀,10.融冰器,11.闪蒸器,11-1.浓海水出口接头,11-2.缸套冷却水出口接头,11-3.蒸汽出口接头,11-4.缸套冷却水进口接头,11-5.海水进口接头,12.蒸发器,12-1.浓海水出口接头,12-2.烟气出口接头,12-3.烟气进口接头,12-4.蒸汽出口接头,12-5.海水进口接头,13.凝汽器,14.给水泵,15.冷凝泵,16.淡水收集泵,17.闪蒸给水泵,18.缸套冷却水循环泵,19.蒸发给水泵,20.浓海水排放泵,21.烟气三通,22.冷凝三通,23.闪蒸给水三通,24.蒸发给水三通,25.浓海水排放总管,26.给海水总管,27.淡水收集总管,28.淡水收集罐,29.淡水给水泵,30.给淡水闸阀,
具体实施方式
下面结合图1和具体实施例对本专利发明作进一步的详细说明。
如图1所示:本发明的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,包括LNG再气化***和淡水制备***;淡水制备***又包括冷冻法制淡水***、闪蒸法制淡水***、蒸发法制淡水***。所述LNG再气化***,依次由储液罐1、增压泵2、低温闸阀3、低温换热器4、冷凝换热器5、主机6的燃料进口m通过管道连通构成;淡水制备***,其中,所述冷冻法制淡水***,依次由低温换热器4出口f、循环泵7、结晶器8的冷媒进口接头8-1、冷媒出口接头8-2、低温换热器4进口e通过管道连通构成;所述结晶器8的冰晶出口接头8-5通过管道连通融冰器10进口y,融冰器10出口z通过淡水收集总管27连通淡水收集罐28,所述融冰器10进口r连通给海水总管26,融冰器10出口q通过管道连通结晶器8的海水进口接头8-3;所述闪蒸法制淡水***,依次由主机6的缸套冷却水出口n、闪蒸器11的缸套冷却水进口接头11-4、缸套冷却水出口接头11-2、缸套冷却水循环泵18、主机6缸套冷却水进口o通过管道连通构成;所述给海水总管26上设有的闪蒸给水三通23的出口v2与闪蒸器11的海水进口接头11-5之间的管道上还连通有闪蒸给水泵;所述蒸发法制淡水***,依次由主机6的烟气出口p、烟气三通20的进口x1、出口x2、蒸发器12的烟气进口接头12-3、烟气出口接头12-2通过管道连通;所述给海水总管26上设有的蒸发给水三通24的出口w2与蒸发器12的海水进口接头12-5之间的管道上还连通有蒸发给水泵19;所述蒸发器12的蒸汽出口接头12-4、闪蒸器11的蒸汽出口接头11-3通过管道连通凝汽器13进口j,凝汽器13出口k通过管道依次连通淡水收集泵16、淡水收集总管27;所述结晶器8的浓海水出口接头8-4、闪蒸器11的浓海水出口接头11-1、蒸发器12的浓海水出口接头12-1、浓海水排放泵20依次与浓海水排放总管25相连通。所述低温换热器4出口f、结晶器8冷媒进口8-1、结晶器8冷媒出口8-2、低温换热器4进口f依次连接组成的回路中灌装有冷媒介质。
工作方式:
LNG再气化的方法:-163℃液态天然气(LNG)由储液罐1进入增压泵2经增压变为高温高压LNG,再经过低温闸阀3进入低温换热器4,与冷媒进行充分换热,液态天然气(LNG)变成气态天然气(NG),其温度接近0℃,然后NG再进入冷凝换热器5与常温的海水进行热量交换,最后进入主机6燃烧室进行燃烧,产生气体,为船舶提供动力;
冷冻法制备淡水的工作方式:LNG经过储液罐1出来经增压泵2和低温闸阀3进入低温换热器4与冷媒进行热量交换,温度降低的冷媒由循环泵7通过结晶器8的冷媒进口接头8-1输送至结晶器8内部与海水进行热量交换,然后再经过结晶器8的冷媒出口接头8-2进入低温换热器4与LNG进行热量交换;20℃的海水经给海水母管26进入融冰器10里,用海水的热量加热冰晶使冰晶融化,同时冰晶也对海水进行预冷,预冷过的海水再由给水泵14通过结晶器8的海水进口接头8-3进入结晶器8内部与冷媒进行热量交换,使海水结晶,生成的冰晶通过电动闸阀9进入融冰器10,利用从给海水总管26过来的海水对冰晶进行融化,最后将融化后的水输送至淡水收集罐28,如此循环往复;
闪蒸法制备淡水的工作方式:80℃左右缸套冷却水经主机6的缸套冷却水出口n、闪蒸器11的缸套冷却水进口接头11-4进入闪蒸器11内,缸套冷却水对闪蒸器11内部进行加热,海水由闪蒸给水泵17经过闪蒸器11的海水进口接头11-5进入闪蒸器11,当闪蒸器11内处于真空状态并且内部温度高于60℃时,此时部分海水将会蒸发成水蒸汽,水蒸汽经闪蒸器11的蒸汽出口接头11-3进入凝汽器13进行凝结,最后将凝结的淡水输送至淡水收集罐28;
蒸发法制备淡水的工作方式:从主机6出来的高温烟气(200℃-300℃)通过烟气三通21和烟气进口接头12-3进入蒸发器12里,高温烟气对蒸发器12内部空间进行加热,海水经蒸发给水三通24、蒸发给水泵19、蒸发器12的海水进口接头12-5进入蒸发器12内部,当蒸发器12内温度达到蒸发温度(100℃)时,蒸发器12内的部分海水将会蒸发成水蒸汽,水蒸汽经蒸汽出口接头12-4经过管道输送至凝汽器13进行凝结,最后将凝结的淡水输送至淡水收集罐28。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方法,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的发明范围内。
Claims (10)
1.一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,包括LNG再气化***和淡水制备***;其特征在于,所述LNG再气化***,依次由储液罐(1)、增压泵(2)、低温换热器(4)、冷凝换热器(5)、主机(6)的燃料进口m通过管道连通构成;所述淡水制备***,包括冷冻法制淡水***,闪蒸法制淡水***和蒸发法制淡水***,其中,所述冷冻法制淡水***,依次由低温换热器(4)出口f、循环泵(7)、结晶器(8)的冷媒进口接头(8-1)、冷媒出口接头(8-2)、低温换热器(4)进口e通过管道连通构成,其中所述结晶器(8)的冰晶出口接头(8-5)通过管道连通融冰器(10)进口y,融冰器(10)出口z通过淡水收集总管(27)连通淡水收集罐(28),所述融冰器(10)的进口r连通给海水总管(26),融冰器(10)的出口q通过管道连通所述结晶器(8)的海水进口接头(8-3);所述闪蒸法制淡水***,依次由主机(6)的缸套冷却水出口n、闪蒸器(11)的缸套冷却水进口接头(11-4)、缸套冷却水出口接头(11-2)、主机(6)缸套冷却水进口o通过管道连通构成;所述给海水总管(26)上设有的闪蒸给水三通(23)的出口v2与所述闪蒸器(11)的海水进口接头(11-5)通过管道连通;所述蒸发法制淡水***,依次由主机(6)烟气出口p、烟气三通(21)的进口x1、出口x2、蒸发器(12)的烟气进口接头(12-3)、烟气出口接头(12-2)通过管道连通;所述给海水总管(26)上设有的蒸发给水三通(24)的出口w2还与所述蒸发器(12)的海水进口接头(12-5)通过管道连通;所述蒸发器(12)的蒸汽出口接头(12-4)、闪蒸器(11)的蒸汽出口接头(11-3)通过管道连通凝汽器(13)进口j,凝汽器(13)出口k通过管道依次连通淡水收集泵(16)、淡水收集总管(27);所述结晶器(8)的浓海水出口接头(8-4)、闪蒸器(11)的浓海水出口接头(11-1)、蒸发器(12)的浓海水出口接头(12-1)、浓海水排放泵(20)依次与浓海水排放总管(25)相连通;所述低温换热器(4)出口f、结晶器(8)的冷媒进口(8-1)、结晶器(8)的冷媒出口(8-2)、低温换热器(4)进口f依次连接组成的回路中灌装有冷媒介质。
2.根据权利要求1所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征在于:所述增压泵(2)与所述低温换热器(4)之间的管道上还设有低温闸阀(3)。
3.根据权利要求1所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征在于:所述融冰器(10)出口q与所述结晶器(8)的海水进口接头(8-3)之间的管道上还设有给水泵(14)。
4.根据权利要求1所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征在于:所述结晶器(8)的冰晶出口接头(8-5)与所述融冰器(10)的进口y之间的管道上还设有电动闸阀(9)。
5.根据权利要求1所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征在于:所述给海水总管(26)上通过设有的冷凝三通(22)的出口s2与所述冷凝换热器(5)的进口t之间的管道上还设有冷凝泵(15)。
6.根据权利要求1所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征在于:所述凝汽器(13)出口k与淡水收集总管(27)之间还设有相连通的淡水收集泵(16)。
7.根据权利要求1所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征在于:所述闪蒸给水三通(23)出口v2与海水进口接头(11-5)之间的管道上还设有闪蒸给水泵(17);所述闪蒸器(11)的缸套冷却水出口接头(11-2)与所述主机(6)的缸套冷却水进口o之间的管道上还设有缸套冷却水循环泵(18)。
8.根据权利要求1所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征在于:所述蒸发给水三通(24)的出口w2与所述蒸发器(12)的海水进口接头(12-5)之间的管道上还设有蒸发给水泵(19)。
9.根据权利要求1所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***,其特征在于:所述冷媒介质为R134a、R407c、R410a中的任一种。
10.一种利用权利要求1至9任意一项所述的一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***进行LNG再气化及淡水制备的方法,其特征在于:包括以下四种方法:
(1)LNG再气化的方法:液态天然气(LNG)由储液罐(1)进入增压泵(2),再经过低温闸阀(3)进入低温换热器(4)与冷媒进行热量交换变成气态天然气(NG),然后NG再进入冷凝换热器(5)与常温的海水进行热量交换,最后进入主机(6)燃烧室进行燃烧,产生气体,为船舶提供动力;
(2)冷冻法制备淡水的工作方式:LNG经过增压泵(2)和低温闸阀(3)进入低温换热器(4)与冷媒进行热量交换,温度降低的冷媒由循环泵(7)通过结晶器(8)的冷媒进口接头(8-1)输送至结晶器(8)内部与海水进行热量交换,然后再经过结晶器(8)的冷媒出口接头(8-2)进入低温换热器(4)与LNG进行热量交换;海水经给海水母管(26)进入融冰器(10)里,用海水的热量加热冰晶使冰晶融化,同时冰晶也对海水进行预冷,预冷过的海水再由给水泵(14)通过结晶器(8)的海水进口接头(8-3)进入结晶器(8)内部与冷媒进行热量的交换,使海水结晶,生成的冰晶通过电动闸阀(9)进入融冰器(10),利用从给海水总管(26)过来的海水对冰晶进行融化,最后将融化后的水输送至淡水收集罐(28),如此循环往复;
(3)闪蒸法制备淡水的方法:缸套冷却水经主机(6)的缸套冷却水出口n、闪蒸器(11)的缸套冷却水进口接头(11-4)进入闪蒸器(11)内,缸套冷却水对闪蒸器(11)内部进行加热,海水由闪蒸给水泵(17)经过闪蒸器(11)的海水进口接头(11-5)进入闪蒸器(11),当闪蒸器(11)内处于真空状态并且内部温度高于60℃时,此时部分海水将会蒸发成水蒸汽,水蒸汽经闪蒸器(11)的蒸汽出口接头(11-3)进入凝汽器(13)进行凝结,最后将凝结的淡水输送至淡水收集罐(28);
(4)蒸发法制备淡水的方法:从主机(6)出来的高温烟气通过烟气三通(21)进入蒸发器(12)里,高温烟气对蒸发器内部空间进行加热,海水经蒸发给水泵(19)、蒸发器(12)的海水进口接头(12-5)进入蒸发器(12)内部,当蒸发器(12)内温度达到蒸发温度时,蒸发器(12)内的部分海水将会蒸发成水蒸汽,水蒸汽经蒸汽出口接头(12-4)经过管道输送至凝汽器(13)进行凝结,最后将凝结的淡水输送至淡水收集罐(28)。
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