CN111874200A - Lng船舶热能综合利用*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LNG船舶热能综合利用***，包括LNG发动机、闭式循环换热器、废气换热器、管束式换热器、CNG气瓶、LNG汽瓶、散热盘管、低温冷却水柜、蒸发式制淡机、海水泵，LNG发动机为整个***提供热能，LNG汽瓶、管束换热器、CNG气瓶组成自恒压自转化模块；散热盘管组成舱室温度恒温模块，用于维持舱室温度恒定；废气换热器、蒸发式制淡机、海水泵组成制淡模块；闭式循环换热器与海水泵组成闭式循环冷却模块，低温冷却水柜组成开式循环冷却模块，用于确保LNG发动机良好的冷却。本发明利用LNG发动机工作所产生的热能和LNG向CNG转化所产生的冷能，通过合理控制高、低温冷却水的流量实现***的自增压自转换、舱室温度恒定、发动机的冷却以及高效制淡的功能。

Description

LNG船舶热能综合利用***
技术领域
本发明涉及热能运用技术领域，具体涉及一种LNG船舶的热能综合利用***。
背景技术
众所周知，以化石能源为动力的船舶会造成严重的排放污染，因此发展绿色船舶迫在眉睫，而应用清洁能源动力***是最佳方案。
液化天然气(LNG)作为清洁能源，在汽化时会释放出大量冷能，其作为燃料燃烧时，基本不产生污染气体。但是现有的LNG船舶，这部分冷能往往得不到有效利用。对低品位热能和LNG的冷能展开利用，既可以提高能源利用效率，也可以实现对新能源的高效开发利用。本专利以此为出发点，发明了一套完善的LNG船舶热能综合利用***。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的技术空白，提供一种LNG船舶热能综合利用***，它利用LNG发动机产生的高温冷却水和LNG汽化时产生的冷能，通过高温冷却水与低温冷却的合理配合实现舱室恒温、冷却和制淡功能，且具有闭式冷却循环与开式冷却循环，能够保证发动机的冷却效率以及提高工作的可靠性。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种LNG船舶热能综合利用***，包括LNG发动机、闭式循环换热器、废气换热器、管束式换热器、CNG气瓶、LNG汽瓶、散热盘管、低温冷却水柜、蒸发式制淡机、海水泵；
所述LNG汽瓶、管束式换热器、CNG气瓶依次相连，所述CNG气瓶的出气端连接所述LNG发动机的进气端；
所述海水泵连接所述闭式循环换热器，所述LNG发动机的高温冷却水经闭式循环冷却水管路V进入所述闭式循环换热器中与低温海水进行换热后流回LNG发动机中；低温海水经换热后成为高温冷却水，部分高温冷却水通过管路II进入所述管束式换热器，在高温冷却水的作用下，所述LNG汽瓶中的液化天然气通过管束式换热器吸收热量并且自恒压转化为气态天然气并压缩储存到CNG气瓶中，通过管路Ⅰ输送至所述LNG发动机中；
所述管束式换热器、散热盘管、低温冷却水柜依次相连，部分高温冷却水经管束式换热器换热后变成低温冷却水，来自闭式循环换热器的另一部分高温冷却水与低温冷却水混合后流向所述散热盘管，散发恒定的热量，维持舱室温度恒定，随后低温冷却水流入所述低温冷却水柜；
所述LNG发动机产生的高温废气通过管路Ⅲ输送至所述废气换热器，将来自管路II的高温冷却水进一步加热后输送至所述蒸发式制淡机；同时所述海水泵将海水输送至蒸发式制淡机内，所述蒸发式制淡机部分抽真空，使海水沸点降低；所述蒸发式制淡机产生的淡水储存起来用于船舶生产和生活，换热后的冷却水输送至所述低温冷却水柜。
上述方案中，所述散热盘管的入口管路上设有温度传感器与旋拧阀V4，二者关联控制以保证混合后的低温冷却水温度为24～26℃。
上述方案中，所述管路II的末端设置三通阀V9，所述三通阀V9的一个出口连接所述管束式换热器的进口，另一个出口连接所述废气换热器的进口。
上述方案中，所述管束式换热器与散热管盘之间的管路上设置三通阀V10，所述三通阀V10的一个进口连接所述管束式换热器的低温冷却水出口，另一个进口为高温冷却水进口。
上述方案中，所述低温冷却水柜的出口通过管路IV连接至所述LNG发动机，用于向LNG发动机补充低温冷却水；所述管路II上设有四通阀V13，四通阀V13的一个进口连接来自管路IV的高温冷却水出口，一个进口连接所述闭式循环换热器的高温冷却水出口，一个出口与三通阀V9的进口连接，一个出口与三通阀V10的高温冷却水进口连接。
上述方案中，所述海水泵之后设置三通阀V12，三通阀V12的进口连接所述海水泵，三通阀V12的一个出口连接所述闭式循环换热器的进口，另一个出口连接所述蒸发式制淡机的进口。
上述方案中，所述低温冷却水柜的进口处设置三通阀V11；三通阀V11的一个进口连接所述散热盘管的出口，三通阀V11与散热盘管之间设有流量计F1；三通阀V11的另一个进口连接所述蒸发式制淡机的出口，三通阀V11与蒸发式制淡机之间设有流量计F2；三通阀V11的出口连接所述低温冷却水柜。
上述方案中，所述管路II上设置流量计F3。
上述方案中，所述管路Ⅲ上设置安全阀V16，用于保证管路安全。
上述方案中，所述管束式散热器装配有电加热丝，用来维持高温冷却水温度，当高温冷却水温度不足以使LNG汽瓶中的LNG向CNG气瓶中的CNG自恒压转换时，电加热丝进入工作。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过利用LNG发动机工作所产生的热能和LNG向CNG转化所产生的冷能，通过合理地控制高温冷却水和低温冷却水的流量实现***的自增压自转换、舱室温度恒定、发动机的冷却以及高效制淡的功能。无需较多消耗其他形式能量，可完成相应模块工作，有利于热能的综合利用，运转费用低。
2、采用船舶废气对制淡模块的高温冷却水再次进行换热，提高进入制淡装置内热源的品位，提高制淡效率。
3、LNG发动机冷却采用开式循环与闭式循环，并设定一级冷却与二级冷却，最大程度保证了LNG发动机工作的可靠性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明LNG船舶热能综合利用***的结构图。
图中：1、LNG发动机；2、闭式循环换热器；3、废气换热器；4、CNG气瓶；5、管束式换热器；6、LNG汽瓶；7、散热盘管；8、低温冷却水柜；9、蒸发式制淡机；10、海水泵；11、海水滤器；
V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、旋拧阀；V9、V10、V11、V12、三通阀；V13、四通阀；V14、V15、V16、安全阀；V20、V21电磁阀；F1、F2、F3、流量计。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明提供的一种LNG船舶热能综合利用***，包括LNG发动机1、闭式循环换热器2、废气换热器3、管束式换热器5、CNG气瓶4、LNG汽瓶6、散热盘管7、低温冷却水柜8、蒸发式制淡机9、海水泵10。其中，LNG发动机1为整个***提供热能，LNG船舶热能综合利用***主要有四个功能模块：1)由LNG汽瓶6、管束换热器、CNG气瓶4组成的自恒压自转化模块，用于实现LNG向CNG自恒压转换；2)由散热盘管7组成的舱室温度恒温模块，用于维持舱室温度恒定；3)由废气换热器3、蒸发式制淡机9、海水泵10组成的制淡模块；4)冷却模块：包括由闭式循环换热器2与海水泵10组成的闭式循环冷却模块，以及由低温冷却水柜8组成的开式循环冷却模块，用于确保LNG发动机1良好的冷却。
管路Ⅰ中是CNG(压缩天然气)；管路Ⅱ中是高温冷却水；管路Ⅲ中是LNG发动机1高温废气；管路Ⅳ中是低温冷却水。
管路II的末端设置三通阀V9，三通阀V9的一个出口连接管束式换热器5的进口，另一个出口连接废气换热器3的进口。
管束式换热器5与散热管盘之间的管路上设置三通阀V10，三通阀V10的一个进口连接管束式换热器5的低温冷却水出口，另一个进口为高温冷却水进口。
低温冷却水柜8的进口处设置三通阀V11，三通阀V11的一个进口连接散热盘管7的出口，三通阀V11的另一个进口连接蒸发式制淡机9的出口，三通阀V11的出口连接低温冷却水柜8。
海水泵10之后设置三通阀V12，三通阀V12的进口连接海水泵10，三通阀V12的一个出口连接闭式循环换热器2的进口，另一个出口连接蒸发式制淡机9的进口。
管路II上设有四通阀V13，四通阀V13的一个进口连接来自管路IV的高温冷却水出口，一个进口连接闭式循环换热器2的高温冷却水出口，一个出口与三通阀V9的进口连接，一个出口与三通阀V10的高温冷却水进口连接。
自恒压自转化模块中，LNG汽瓶6、管束式换热器5、CNG气瓶4依次相连，CNG气瓶4的出气端连接LNG发动机1的进气端。LNG一般储存在-157℃的气瓶中，受热汽化转化成CNG。为实现LNG向CNG的自恒压转换功能，打开电磁阀V20，CNG气瓶4中储存的压缩天然气进入LNG发动机1，LNG发动机1开始运转。当LNG发动机1正常运转一段时间后，海水在海水泵10的作用下经过旋拧阀V8、海水滤器11后进入闭式循环换热器2中，同时LNG发动机1的高温冷却水经闭式循环冷却水管路V进入闭式循环换热器2中与低温海水进行换热后流回LNG发动机1中。低温海水吸收热量后成为高温冷却水(温度60℃)，部分高温冷却水通过管路II经电磁阀V21进入管束式换热器5，在高温冷却水的作用下，LNG汽瓶6中的液化天然气通过管束式换热器5吸收热量并且自恒压转化为气态天然气并压缩储存到CNG气瓶4中，通过管路Ⅰ配送给LNG发动机1中。通过三通阀V9调节流入管束式换热器5内高温冷却水的流量，控制LNG向CNG转化的体积，实现精准的控制。
舱室温度恒温模块中，管束式换热器5、散热盘管7、低温冷却水柜8依次相连。当部分高温冷却水用于维持LNG向CNG的自恒压转换后，变成低温冷却水(温度15℃)，另一部分高温冷却水(温度60℃)，经旋拧阀V5与低温冷却水混合，然后流向散热盘管7。该管路上有温度传感器，温度传感器与管路上的旋拧阀V4关联控制，确保混合后的低温冷却水温度为24～26℃，低温冷却水(温度24～26℃)进入散热盘管7，散发恒定的热量，维持舱室温度恒定。随后低温冷却水(温度24～26℃)流入低温冷却水柜8。
制淡模块中，蒸发式制淡机9部分抽真空，使海水沸点降低到65～70℃。为实现制出淡水功能，LNG发动机1产生的高温废气通过管路Ⅲ输送至废气换热器3，将来自管路II的高温冷却水(温度60℃)进一步加热至90～95℃，然后经旋拧阀V6输送至蒸发式制淡机9，在废气换热器3内冷却后的废气经旋拧阀V7排出。同时，海水泵10将海水输送至蒸发式制淡机9内。蒸发式制淡机9产生的淡水储存起来用于船舶生产和生活。
高温冷却水(温度90～95℃)经过蒸发式制淡机9后，温度变成温度为65℃的高温冷却水，高温冷却水(温度65℃)经旋拧阀V1、三通阀V11进入低温冷却水柜8，混合后形成温度为30～40℃的冷却水。
发动机冷却模块中，闭式循环冷却为一级冷却，经舷外海水进行换热。开式循环为二级冷却循环，高温冷却水经恒温***、制淡***换热后形成低温冷却水贮存在低温冷却水柜8中，低温冷却水柜8的出口通过管路IV连接至LNG发动机1，用于向LNG发动机1补充低温冷却水。在LNG发动机1热负荷较低时，只启用一级冷却循环，此时低温冷却水柜8中的低温冷却水(温度30～40℃)通过旋拧阀V3排出舷外，LNG发动机1靠闭式循环冷却水就能够达到很好的冷却；在LNG发动机1热负荷较高时，一、二级冷却循环同时开启，此时管路Ⅳ旋拧阀V2打开，低温冷却水柜8中的低温冷却水(温度30～40℃)经过管路Ⅳ进入发动机，使LNG发动机1能达到良好的冷却，能够保证发动机的冷却效率以及提高工作的可靠性。同时低温冷却水(温度30～40℃)冷却后变成高温冷却水(温度60℃)经四通阀V13进入管路Ⅱ，进而进入其他模块，使LNG热能综合利用***能有更好的运行。
进一步优化，管束式散热器装配有电加热丝，用来维持高温冷却水温度，当高温冷却水温度不足以使LNG汽瓶6中的LNG向CNG气瓶4中的CNG自恒压转换时，电加热丝进入工作。
进一步优化，三通阀V11与散热盘管7之间设有流量计F1。三通阀V11与蒸发式制淡机9之间设有流量计F2。管路II上设有流量计F3。
进一步优化，管路表面均覆盖保温层，防止管路流动过程中的热量损失。
进一步优化，LNG汽瓶6设有安全阀V14，CNG汽瓶设有安全阀V15。
进一步优化，***中的各个旋拧阀可以根据温度传感器的变化调节阀的开度，控制流入各装置的热流量，实现精准控制平稳运行。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，包括LNG发动机、闭式循环换热器、废气换热器、管束式换热器、CNG气瓶、LNG汽瓶、散热盘管、低温冷却水柜、蒸发式制淡机、海水泵；
所述LNG汽瓶、管束式换热器、CNG气瓶依次相连，所述CNG气瓶的出气端连接所述LNG发动机的进气端；
所述海水泵连接所述闭式循环换热器，所述LNG发动机的高温冷却水经闭式循环冷却水管路V进入所述闭式循环换热器中与低温海水进行换热后流回LNG发动机中；低温海水经换热后成为高温冷却水，部分高温冷却水通过管路II进入所述管束式换热器，在高温冷却水的作用下，所述LNG汽瓶中的液化天然气通过管束式换热器吸收热量并且自恒压转化为气态天然气并压缩储存到CNG气瓶中，通过管路Ⅰ输送至所述LNG发动机中；
所述管束式换热器、散热盘管、低温冷却水柜依次相连，部分高温冷却水经管束式换热器换热后变成低温冷却水，来自闭式循环换热器的另一部分高温冷却水与低温冷却水混合后流向所述散热盘管，散发恒定的热量，维持舱室温度恒定，随后低温冷却水流入所述低温冷却水柜；
所述LNG发动机产生的高温废气通过管路Ⅲ输送至所述废气换热器，将来自管路II的高温冷却水进一步加热后输送至所述蒸发式制淡机；同时所述海水泵将海水输送至蒸发式制淡机内，所述蒸发式制淡机部分抽真空，使海水沸点降低；所述蒸发式制淡机产生的淡水储存起来用于船舶生产和生活，换热后的冷却水输送至所述低温冷却水柜。
2.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述散热盘管的入口管路上设有温度传感器与旋拧阀V4，二者关联控制以保证混合后的低温冷却水温度为24～26℃。
3.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述管路II的末端设置三通阀V9，所述三通阀V9的一个出口连接所述管束式换热器的进口，另一个出口连接所述废气换热器的进口。
4.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述管束式换热器与散热管盘之间的管路上设置三通阀V10，所述三通阀V10的一个进口连接所述管束式换热器的低温冷却水出口，另一个进口为高温冷却水进口。
5.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述低温冷却水柜的出口通过管路IV连接至所述LNG发动机，用于向LNG发动机补充低温冷却水；所述管路II上设有四通阀V13，四通阀V13的一个进口连接来自管路IV的高温冷却水出口，一个进口连接所述闭式循环换热器的高温冷却水出口，一个出口与三通阀V9的进口连接，一个出口与三通阀V10的高温冷却水进口连接。
6.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述海水泵之后设置三通阀V12，三通阀V12的进口连接所述海水泵，三通阀V12的一个出口连接所述闭式循环换热器的进口，另一个出口连接所述蒸发式制淡机的进口。
7.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述低温冷却水柜的进口处设置三通阀V11；三通阀V11的一个进口连接所述散热盘管的出口，三通阀V11与散热盘管之间设有流量计F1；三通阀V11的另一个进口连接所述蒸发式制淡机的出口，三通阀V11与蒸发式制淡机之间设有流量计F2；三通阀V11的出口连接所述低温冷却水柜。
8.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述管路II上设置流量计F3。
9.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述管路Ⅲ上设置安全阀V16，用于保证管路安全。
10.根据权利要求1所述的LNG船舶热能综合利用***，其特征在于，所述管束式散热器装配有电加热丝，用来维持高温冷却水温度，当高温冷却水温度不足以使LNG汽瓶中的LNG向CNG气瓶中的CNG自恒压转换时，电加热丝进入工作。
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