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

一种LNG动力船LNG再气化及淡水制备***及方法
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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