CN211924353U - 一种船用液氨燃料供给*** - Google Patents

Abstract

一种船用液氨燃料供给***，有氨燃料主机、液氨燃料储罐、氨燃料输送***和氨气液化***，液氨燃料储罐内设置有液氨低压泵，液氨低压泵依次连接有液氨日用缓冲罐、液氨增压泵、第一阀门、液氨加热器、液氨供给缓冲罐、调压阀组和氨燃料主机，形成氨燃料输送***。液氨燃料储罐通过管路与氨气压缩机连接，氨气压缩机与氨气预冷却器、氨液化装置依次连接，氨液化装置将液化后的液氨送回液氨燃料储罐，形成氨气液化***。本发明采用液氨作为船舶主机推进***燃料，不考虑消耗的少量点火油的情况下，基本实现了“零碳排放”，具有极大的环保效益。

Description

一种船用液氨燃料供给***

技术领域

本发明涉及一种船用燃料供给***，具体涉及一种采用液氨作为燃料供给主机的船用液氨燃料供给***。

背景技术

当前全球气候变暖现象加剧，导致世界各地极端气候现象及自然灾害频发，其罪魁祸首为以CO2为代表的温室气体排放。在船舶航运领域，IMO国际海事组织也制定了最新的关于碳排放EEDI标准，随着时间推移，该标准对船舶设计、船舶配套设备、新能源技术应用等提出了更高的要求。

氨(-33.6℃，1大气压力，液体状态)作为一种重要的化工原料，在化学医药及农药领域、国防工业领域、冶金工业领域等存在着广泛应用，早在20世纪60年代，以氨为燃料的发动机在汽车、船舶及航天火箭等领域已经具有实际应用。氨通常以液态方式存储及运输，在陆上已具有成熟应用，同时，氨可作为燃料燃烧，由于本身不含硫，其燃烧产物为仅氮气和水，不存在碳排放、硫排放问题，是一种十分清洁的燃料。当前，德国曼集团研发一种可燃烧液氨燃料的双燃料低速主机，使用50bar压力的液体氨喷入气缸燃烧，该机型的船舶应用，可实现船舶主机推进***的“零碳”“零硫”排放，极具环保价值。

但该氨燃料低速主机采用迪塞尔循环，其排放尾气仍含有NO及NO2等氮氧化物，不满足IMO tier III对于氮氧化物的排放标准，针对该种情况，传统做法是额外增加一套主机尾气后处理装置SCR反应器装置，使用喷射尿素的方式与尾气混合，混合气体经SCR反应器，在催化剂下发生还原反应，尾气中氮氧化物被还原为N2，反应附加生成CO2和水，尾气排放至大气；但此种处理方式，还需要一套额外的尿素存储、喷射、清洗、吹灰等***，同时反应后的尾气中又由于尿素作为还原剂掺杂进来了CO2，该发动机的尾气虽处理了氮氧化物，但排放无法做到“零碳”排放。

氨燃料发动机使用的氨燃料在船舶上以液体状态存储，以节省燃料存储空间。根据船舶类型、船舶尺度、续航力等需求，采用不同容积、不同型式、不同设计压力的液氨存储罐，通常分为半冷半压式(设计温度-40℃，设计压力4～10barg不等，C型储罐)、全冷式(设计温度-40℃，设计压力0.7barg，B型储罐或薄膜型储罐)两种。液氨易挥发，具有毒性，由于外界热量不断透入液氨燃料储罐，导致液氨不断挥发，挥发的氨气积聚在燃料储罐中，将导致储罐压力上升，如不及时处理氨挥发气，将导致安全阀起跳事故，甚至液氨燃料储罐结构破坏。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种船用液氨燃料供给***，旨在达到给船舶提供一种清洁、环保氨燃料，并且保证氨燃料在船舶运行过程中，储存安全的目的，其所采用的技术方案是：

一种船用液氨燃料供给***，有氨燃料主机、液氨燃料储罐、氨燃料输送***和氨气液化***，液氨燃料储罐内设置有液氨低压泵，液氨低压泵依次连接有液氨日用缓冲罐、液氨增压泵、第一阀门、液氨加热器、液氨供给缓冲罐、调压阀组和氨燃料主机，形成氨燃料输送***。本发明通过液氨低压泵和液氨增压泵建立50bar燃料供给压力，将液氨从液氨燃料储罐内泵出，经过第一阀门，输送到液氨加热器，通过液氨加热器对液氨燃料温度调节，达到氨燃料主机所需45±10℃供给温度，升温后的氨燃料供给主机使用。液氨加热器与氨燃料主机之间设置液氨供给缓冲罐，缓冲***压力波动。

液氨燃料储罐通过管路与氨气压缩机连接，氨气压缩机与氨气预冷却器、氨液化装置依次连接，氨液化装置将液化后的液氨送回液氨燃料储罐，形成氨气液化***。氨气液化***带有氨气压缩机，液氨燃料储罐内的氨气挥发气体经过管路，流入氨气压缩机内，氨气压缩机通过管路分别与氨气气体缓冲罐、氨气预冷却器连接，氨气预冷却器与氨液化装置连接，氨液化装置通过管路与氨燃料储罐连接，形成回路。

本发明设置的氨气液化***可以充分保障整个动力***的安全，当液氨燃料储罐内产生过多的氨气时，当发动机停机或发动机尾气处理***无法全部消耗时，通过氨气压缩机及氨液化装置，将挥发的氨气气体压缩成液态氨，通过管路，输送回液氨燃料储罐内。通过设置氨气预冷却器，可降低氨液化装置的电力消耗，同时降低液氨加热器的热量供给。通过氨液化装置，降低液氨燃料储罐内气相压力，保证***安全。氨气气体缓冲罐内的气体来自两部分，一部分来自氨气压缩机，另一部分来自液氨蒸发器。

上述一种船用液氨燃料供给***，更进一步地，氨气预冷却器分别与液氨增压泵和液氨加热器连接，所述氨气预冷却器与所述液氨增压泵之间设置有第二阀门，氨气预冷却器与液氨加热器之间设置有第三阀门。根据不同航行情况，调节阀门，来控制***运行，及保障***运行安全。

上述一种船用液氨燃料供给***，更进一步地，液氨加热器通过管路依次与水乙二醇加热器、主机锅炉、水乙二醇循环泵连接，形成第一循环网。液氨加热器释放的冷能提供给主机锅炉或主机缸套水，主机锅炉、主机缸套水释放的热能提供给液氨加热器。

上述一种船用液氨燃料供给***，更进一步地，氨燃料主机的主轴连接有齿轮箱，齿轮箱与轴带发电机相连接。

上述一种船用液氨燃料供给***，优选地，第一循环网内流通有水乙二醇换热介质。水乙二醇换热介质在水乙二醇加热器处换热，主机缸套水或锅炉蒸汽释放的热量传递给水乙二醇换热介质，形成高温水乙二醇换热介质，高温水乙二醇换热介质流经水乙二醇循环泵，在液氨加热器处换热，将热量提供给液氨加热器，给液氨加热器运行供能。液氨加热器释放的冷能传递给水乙二醇换热介质，换热后，低温水乙二醇换热介质返回，给主机锅炉或主机缸套水供能。

上述一种船用液氨燃料供给***，优选地，第二阀门、第三阀门与第一阀门并联。由于仅主机可采用氨燃料，本发明在主机主轴设置齿轮箱，连接至轴带发电机，利用主机富裕功率实现氨燃料发电，电力供给至船舶电网，从而解决船舶电力需求问题，而无需再配置其他燃料发电机。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用液氨作为船舶主机推进***燃料，不考虑消耗的少量点火油的情况下，基本实现了“零碳排放”，具有极大的环保效益。

2.本发明采用氨液化装置，实现液氨燃料储罐内挥发气的再液化处理，避免了氨挥发气持续积聚导致液氨燃料储罐压力上升和结构破坏，避免了氨挥发气体的大量排放至大气，保证了液氨燃料储罐和船舶安全。

3.本发明在氨液化装置前设置氨气预冷却器，利用液氨增压泵出口的液氨燃料携带的冷能预冷氨挥发气，可降低氨液化装置的电力消耗；同时由于增压泵出口液氨燃料温度升高，液氨加热器的热量供给需求也进一步降低，最终节省了船舶热源消耗。

4.本发明采用液氨燃料主机配齿轮箱和轴带发电机方案，实现船舶电力供给，而不采用燃油或其他燃料发电机，进而保证电力***的“零碳排放”。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

其中：1-液氨燃料储罐、2-液氨低压泵、3-液氨日用罐、4-液氨增压泵、5-液氨加热器、6-液氨供给缓冲罐、7-调压阀组、8-氨燃料主机、9-氨气压缩机、10-氨气预冷却器、11-氨液化装置、12-第一阀门、13-第二阀门、14-第三阀门、15-齿轮箱、16-轴带发电机、17-水乙二醇加热器、18-水乙二醇循环泵、19-主机锅炉。

具体实施方式

如图1所示的一种船用液氨燃料供给***，有液氨燃料储罐1，液氨燃料储罐内设置有液氨低压泵2，液氨低压泵依次连接有液氨日用缓冲罐3、液氨增压泵4、第一阀门12、液氨加热器5、液氨供给缓冲罐6、调压阀组7和氨燃料主机8，形成氨燃料输送***。液氨燃料储罐通过管路与氨气压缩机9连接，氨气压缩机与氨气预冷却器10、氨液化装置11依次连接，氨液化装置将液化后的液氨送回液氨燃料储罐，形成氨气液化***。氨燃料主机的主轴连接有齿轮箱15，齿轮箱与轴带发电机16相连接。

氨气预冷却器分别与液氨增压泵和液氨加热器连接，氨气预冷却器与液氨增压泵之间设置有第二阀门13，氨气预冷却器与液氨加热器之间设置有第三阀门14。液氨加热器通过管路依次与水乙二醇加热器17、主机锅炉19、水乙二醇循环泵18连接，形成第一循环网，第一循环网内流通有水乙二醇换热介质。

实施例1

当液氨燃料储罐内挥发氨气气体积聚，使液氨燃料储罐内压力达到设定值时，关闭第一阀门，开启第二阀门和第三阀门。氨气压缩机开启，将液氨燃料储罐内的挥发气体抽出，氨气流经氨气预冷却器，在氨气预冷却器处，对氨气进行预降温，降温后的氨气进入氨液化装置，经氨液化装置处理后形成液氨，输送回液氨燃料储罐内。

液氨低压泵将液氨加压至18bar，并将液氨从液氨燃料储罐内泵出，输送至液氨日用罐。液氨增压泵吸入液氨日用罐内液氨燃料，此时，液氨增压泵将液氨增压至50bar，增压后的液氨燃料经过第二阀门、氨气预冷却器、第三阀门，进入液氨加热器内，经过液氨加热器加热，形成温度在45±10℃的高温液氨燃料，高温液氨燃料经过液氨供给缓冲罐、调压阀组，通过液氨供给缓冲罐及调压阀组调压后，输送至氨燃料主机内，供给氨燃料主机燃烧。液氨燃料在氨气预冷却器处与氨气换热，升温后的液氨燃料进入液氨加热器内。

实施例2

当液氨燃料储罐内压力降低到设定值时，氨气压缩机及氨液化装置关闭，第二阀门和第三阀门关闭，第一阀门开启，此时液氨燃料储罐内挥发气不进行再液化处理。液氨增压泵出口液氨燃料依次经过液氨日用罐、液氨增压泵、第一阀门、液氨加热器、液氨供给缓冲罐、调压阀组，提供给氨燃料主机。

Claims (6)

1.一种船用液氨燃料供给***，其特征在于：有氨燃料主机(8)、液氨燃料储罐(1)、氨燃料输送***和氨气液化***，液氨燃料储罐内设置有液氨低压泵(2)，液氨低压泵依次连接有液氨日用缓冲罐(3)、液氨增压泵(4)、第一阀门(12)、液氨加热器(5)、液氨供给缓冲罐(6)、调压阀组(7)和氨燃料主机，形成氨燃料输送***；

液氨燃料储罐通过管路与氨气压缩机连接，氨气压缩机(9)与氨气预冷却器(10)、氨液化装置(11)依次连接，氨液化装置将液化后的液氨送回液氨燃料储罐，形成氨气液化***。

2.如权利要求1所述的一种船用液氨燃料供给***，其特征在于：氨气预冷却器分别与液氨增压泵和液氨加热器连接，所述氨气预冷却器与所述液氨增压泵之间设置有第二阀门(13)，氨气预冷却器与液氨加热器之间设置有第三阀门(14)。

3.如权利要求1所述的一种船用液氨燃料供给***，其特征在于：液氨加热器通过管路依次与水乙二醇加热器(17)、主机锅炉(19)、水乙二醇循环泵(18)连接，形成第一循环网。

4.如权利要求1所述的一种船用液氨燃料供给***，其特征在于：氨燃料主机的主轴连接有齿轮箱(15)，齿轮箱与轴带发电机(16)相连接。

5.如权利要求3所述的一种船用液氨燃料供给***，其特征在于：第一循环网内流通有水乙二醇换热介质。

6.如权利要求4所述的一种船用液氨燃料供给***，其特征在于：第二阀门、第三阀门与第一阀门并联。

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