CN107407230A - 用于船舶发动机的燃料供应系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于船舶发动机的燃料供应系统及方法。本发明的用于船舶发动机的燃料供应系统包括：第一流量通道，连接到船舶的液化天然气存储罐，泵送并气化存储在液化天然气存储罐中的液化天然气，并将所述液化天然气供应至设置到所述船舶的第一发动机；压力降低流量通道，从所述第一流量通道分支出，降低所述被泵送且被气化的天然气的压力，并将所述液化天然气供应至设置到所述船舶的第二发动机；以及压力维持流量通道，从所述压力降低流量通道分支出，并将所述经压力降低的天然气供应至所述液化天然气存储罐。

Description

用于船舶发动机的燃料供应系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于船舶发动机的燃料供应系统及方法，且更具体来说，涉及一种包括以下部件的用于船舶发动机的燃料供应系统及方法：第一通道，用于泵送来自液化天然气(liquefied natural gas，LNG)存储罐的液化天然气、将所述液化天然气重新气化、并将所述液化天然气供应至船舶的第一发动机；减压通道，从所述第一通道分支以将被泵送且被重新气化的液化天然气减压并将经减压的液化天然气供应至船舶的第二发动机；以及压力容纳通道，从减压通道分支，以将经减压的液化天然气供应至液化天然气存储罐。
背景技术
近来，例如液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)及液化石油气(LiquefiedPetroleum Gas，LPG)等液化气体的消耗在世界范围内迅速增加。
具体来说，液化天然气(在下文中称为“LNG”)是在燃烧过程排放较少的空气污染物的环保型燃料且在各个领域中的应用日益增加。
液化天然气是可通过将主要成分为甲烷(methane)的天然气冷却至约-162℃来获得的无色透明液体且体积为天然气体积的约1/600。因此，将天然气液化成液化天然气实现了天然气的非常高效的运输。举例来说，使用液化天然气运输船来通过海运运输(载送)液化天然气。
随着国际及国内船舶监管标准日益严格，船舶的环保型高效燃料越来越受到人们的重视。具体来说，已开发出由通过液化天然气自然蒸发或强制蒸发而产生的气体供应燃料的双燃料柴电发动机(Dual Fuel Diesel Electric，DFDE)且这种双燃料柴电发动机已投入使用。
这种由液化天然气供应燃料的船舶被称为液化天然气燃料动力船舶(LNG FueledShip，LFS)。随着国际船舶排放标准变得更严格及液化天然气价格的稳定，期望增加液化天然气作为船舶燃料的消耗量。
发明内容
技术问题
使用液化天然气作为燃料的船舶可包括多个发动机且液化天然气可根据发动机的类型在各种条件下供应。
本发明的一个方面是提供一种燃料供应系统及方法，所述燃料供应系统及方法可确保在包括由高压气体供应燃料的发动机以及由处于较低压力的气体供应燃料的发动机二者的船舶中顺畅地供应燃料。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，一种用于船舶发动机的燃料供应系统包括：第一通道，连接到船舶的液化天然气存储罐，以泵送来自所述液化天然气存储罐的液化天然气、将所述液化天然气重新气化、并将所述液化天然气供应至所述船舶的第一发动机；
减压通道，从所述第一通道分支，以将所述被泵送且被重新气化的液化天然气减压并将所述液化天然气供应至所述船舶的第二发动机；以及
压力容纳通道，从所述减压通道分支，以将所述经减压的液化天然气供应至所述液化天然气存储罐。
优选地，所述经减压的液化天然气通过所述压力容纳通道被供应至所述液化天然气存储罐的下部部分，以防止在所述液化天然气存储罐中出现压力降低。
优选地，所述燃料供应系统进一步包括：第二通道，将在所述液化天然气存储罐中产生的蒸发气体(Boil Off Gas，BOG)供应至所述第二发动机；以及加热器，设置在所述第二通道中并对要供应至所述第二发动机的所述蒸发气体进行加热。
优选地，所述燃料供应系统进一步包括：高压泵，设置在所述第一通道中，以将液化天然气加压至高压；以及气化器，将经过所述高压泵加压的所述液化天然气重新气化并将所述液化天然气供应至所述第一发动机，其中所述减压通道在所述高压泵下游从所述第一通道分支出。
优选地，所述第一发动机是由被压缩至150巴至400巴的压力的高压气体供应燃料的高压气体喷射发动机，且所述第二发动机是由5巴至20巴的低压气体供应燃料的双燃料发动机。
优选地，所述燃料供应系统进一步包括：输送泵，设置在所述液化天然气存储罐中，以向所述第一通道供应液化天然气；以及减压阀，在所述压力容纳通道从所述减压通道分支的点的上游设置在所述减压通道中。
优选地，所述燃料供应系统进一步包括：截止阀，在所述压力容纳通道从所述减压通道分支的所述点的下游设置在所述减压通道中；回流阀，设置在所述压力容纳通道中；以及燃料供应阀，设置在所述第二通道中。
优选地，所述液化天然气存储罐是耐压罐且具有设计压力，所述设计压力被设定成在所述船舶运行期间保持在所述耐压罐中产生的蒸发气体(Boil Off Gas，BOG)或闪发气体。
根据本发明的另一方面，提供一种用于船舶发动机的燃料供应方法，其中从船舶的液化天然气存储罐泵送液化天然气且将所述液化天然气重新气化以供应至所述船舶的第一发动机，并且将在所述液化天然气存储罐中产生的蒸发气体(BOG)供应至所述船舶的第二发动机，
其中被供应至所述第一发动机的所述被泵送且被重新气化的液化天然气的一部分被减压并供应至所述第二发动机，且所述经减压的液化天然气的一部分被供应至所述液化天然气存储罐以防止在所述液化天然气存储罐中出现压力降低。
优选地，所述第一发动机是由被压缩至150巴至400巴的高压的高压气体供应燃料的高压气体喷射发动机，且所述第二发动机是由5巴至20巴的低压气体供应燃料的双燃料发动机。
有利效果
本发明提供一种燃料供应系统，所述燃料供应系统包括：第一通道，用于泵送来自液化天然气存储罐的液化天然气、将所述液化天然气重新气化、并将所述液化天然气供应至船舶的第一发动机；减压通道，从所述第一通道分支以将被泵送且被重新气化的液化天然气减压并将所述液化天然气供应至船舶的第二发动机；以及压力容纳通道，从减压通道分支，以将经减压的液化天然气供应至液化天然气存储罐，从而防止在所述液化天然气存储罐中出现压力降低。
由于能够防止因燃料供应而导致的液化天然气存储罐的压力降低，因此可稳定且顺畅地实现液化天然气向第二发动机的供应，且可调节向发动机供应的燃料的热值(calorific value)。
另外，不需要提供单独的气化器、加热器或管道来防止液化天然气存储罐中的压力降低，同时不需要提供用于调节液化天然气的甲烷值(methane number)的组件，由此所述系统可具有紧凑的结构，从而提高船舶的空间利用率。
附图说明
图1是说明根据本发明一个实施例的用于将燃料从液化天然气存储罐供应至多个发动机的系统的基本概念的图，且图2是说明设置有压力容纳通道的图1所示系统的改良形式的图。
图3是说明图2所示系统的修改形式的图。
具体实施方式
通过结合附图阅读以下实施例的详细说明，本发明的以上及其他方面、特征、及优点将变得显而易见。
在下文中，将参照附图详细阐述本发明的示例性实施例。应注意，在本说明书通篇中及所有的附图中将由相同的参考编号来表示相同的组件。
图1是说明根据本发明一个实施例的用于将燃料从液化天然气存储罐(T)供应至多个发动机的系统的基本概念的图，且图2是说明设置有压力容纳通道(PCL)的图1所示系统的改良形式的图。
参照图1，根据本发明一个实施例的系统被用于设置有由天然气供应燃料的多个发动机的船舶中，且所述系统包括：第一通道(L1)，连接到船舶的液化天然气存储罐(T)，以泵送来自液化天然气存储罐的液化天然气、将液化天然气重新气化、并将液化天然气供应至船舶的第一发动机(E1)；以及第二通道(L2)，用于将液化天然气存储罐(T)中产生的蒸发气体(BOG)供应至第二发动机(E2)，从而使得所述各发动机中的每一个均可被供应燃料。
第一发动机(E1)是由具有比用于第二发动机(E2)的燃料气体的压力还高的燃料气体供应燃料的发动机，且减压通道(PL)从第一通道(L1)分支，以将通过第一通道(L1)的一部分被泵送且被重新气化的液化天然气减压并将经减压的液化天然气供应至第二发动机(E2)，以使得除了蒸发气体之外，也可将经减压的液化天然气供应至第二发动机(E2)。
在此实施例中，液化天然气存储罐(T)是能够保持在液化天然气存储罐(T)中产生的蒸发气体或闪发气体(flash gas)的耐压罐。耐压罐的设计压力可被设定为2巴或者高于2巴的、优选地为3巴至30巴的表压力(gauge pressure)，以使得可以第二发动机的运行所需要的压力来供应蒸发气体，而不使用单独的压缩机。
在此实施例中，所述耐压罐可为独立的存储罐，优选地为国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)C型罐。
参照图2，根据本发明的改良实施例的燃料供应系统进一步包括压力容纳通道(PCL)，压力容纳通道(PCL)从减压通道(PL)分支出，以将经过减压通道(PL)减压的液化天然气供应至液化天然气存储罐(T)。
由于经减压的液化天然气通过压力容纳通道(PCL)被供应至液化天然气存储罐(T)的下部部分，因此可防止因燃料供应而导致的液化天然气存储罐(T)的压力降低。尽管经减压的液化天然气优选地被供应至液化天然气存储罐(T)的下部部分，如图2所示，然而应理解，经减压的液化天然气也可被供应至液化天然气存储罐(T)的上部部分或中心部分，如在图3所示系统的修改形式中一样。
第一通道(L1)可设置有高压泵(200)及气化器(300)，高压泵(200)用于将液化天然气从液化天然气存储罐(T)加压至高压并泵送液化天然气；气化器(300)将经过高压泵(200)加压的液化天然气重新气化并将经重新气化的液化天然气供应至第一发动机(E1)，且减压通道(PL)在高压泵(200)下游从第一通道(L1)分支出。
另外，第二通道(L2)设置有加热器(100)，加热器(100)根据第二发动机(E2)需要的燃料供应条件对要供应至第二发动机(E2)的蒸发气体进行加热。对于双燃料发动机来说，要供应至发动机的燃料气体由加热器(100)加热到-30℃到80℃，优选地0℃到60℃。
在此实施例中，第一发动机(E1)可为由被压缩至150巴至400巴的高压的高压气体供应燃料的高压气体喷射发动机，且第二发动机(E2)可为由5巴至20巴的低压气体供应燃料的双燃料发动机。
第一发动机(E1)可为用于船舶的推进的发动机(例如，由液化天然气供应燃料的曼恩柴电气体喷射(Man diesel Electronically-Gas Injection，ME-GI)发动机)，且第二发动机(E2)可为用于为船舶发电的发动机(例如，双燃料柴油发电机(Dual Fuel DieselGenerator，DFDG)或双燃料柴油发动机(Dual Fuel Diesel Engine，DFDE))。
ME-GI发动机是为减少氮氧化物(NOX)及硫氧化物(SOX)的排放而开发的二冲程高压天然气喷射发动机(2-stroke high-pressure natural gas injection engine)，且可使用气体及油作为燃料，并且由被压缩至150巴至400巴的气体供应燃料。
与同等功率输出的柴油发动机相比，这种ME-GI发动机可减少污染物排放：减少了23％的二氧化碳、80％的氮化合物及95％的硫化合物。双燃料发动机是由重油及天然气两种燃料来供应燃料的发动机。尽管双燃料发动机的操作压力可根据许可方(licensor)及大小(size)而变化，然而双燃料发动机通常被供应压力为约5巴至20巴、优选地为5巴至9巴的天然气。另外，与仅由重油供应燃料的发动机相比，双燃料发动机由于燃料中的硫含量低而排放硫氧化物含量相对低的废气。因此，当如此实施例中一样为船舶提供使用液化天然气作为燃料进行推进或发电的发动机时，可减少污染物排放。
天然气除了含有甲烷之外还含有例如乙烷、丙烷、丁烷、及戊烷等烃类以及例如氮气及二氧化碳等惰性气体。此处，上述成分中的每一种的含量根据生产地区而有所变化。本文中所使用的用语“甲烷值(methane number)”是指天然气中甲烷的含量。当将不满足发动机的甲烷值要求的燃料供应至发动机时，可能会出现例如以下异常燃烧：爆震(knocking)、或爆炸、或者燃料在活塞到达上死点之前燃烧。这种异常燃烧现象可能会造成发动机活塞的磨损、发动机效率降低及系统故障。
在此实施例中，用于作为第二发动机的双燃料发动机的燃料需要具有为80或高于80的甲烷值，而用于作为第一发动机的ME-GI发动机的燃料不需要对甲烷值加以控制。根据生产地区，液化天然气可具有约70的甲烷值。因此，需要调节甲烷值以将液化天然气强制性地重新气化并将经重新气化的液化天然气供应至双燃料发动机。相反，由于蒸发气体主要由甲烷构成，因此在将蒸发气体供应至双燃料发动机时不需要控制蒸发气体的甲烷值。
当如在此实施例中一样将液化天然气通过第一通道泵送且重新气化、并且供应至第一发动机(其是不需要控制甲烷值的ME-GI发动机)且将蒸发气体供应到第二发动机(其是双燃料发动机)时，不需要调节甲烷值。天然气中的其他成分(例如，乙烷、丙烷及丁烷)具有比甲烷高的液化温度且因此当被泵送且强制性地重新气化的液化天然气被减压以通过压力容纳通道被供应至液化天然气存储罐的下部部分时可易于液化。另外，由于可因向所述罐中供应强制性地重新气化的液化天然气而使液化天然气存储罐的压力维持为恒定水平，因此双燃料发动机可连续地接收蒸发气体。
燃料之间甲烷值的差异会引起燃料之间热值的差异。举例来说，在分离前甲烷值为71.3的一般液化天然气(C1：89.6％，N2：0.6％)具有48,872.8kJ/kg的低热值(lowerheating value，LHV)(在1个标准大气压下且针对饱和蒸气来说)，而甲烷值为95.5的液化天然气具有49,265.6kJ/kg的低热值。
如上所述，在此实施例中，双燃料发动机可通过将液化天然气存储罐的压力维持为恒定水平来仅连续地接收具有高甲烷值的蒸发气体，从而使得能够对热值进行调节。
液化天然气存储罐(T)设置有输送泵(400)以向第一通道(L1)供应液化天然气。减压阀(500)设置在压力容纳通道(PCL)进行分支的点的上游的减压通道(PL)中以将由高压泵(200)加压至高压的液化天然气减压至适合于供应至第二发动机(E2)或返回至液化天然气存储罐(T)的压力(例如，5巴至20巴)。
截止阀(510)设置在压力容纳通道(PCL)进行分支的点的下游的减压通道(PL)中，截止阀(510)能够截止经减压的天然气向第二发动机(E2)的供应，且用于控制向液化天然气存储罐(T)供应经减压的天然气的回流阀(520)设置在压力容纳通道(PCL)中。
燃料供应阀(530)设置在第二通道(L2)中以控制向第二发动机(E2)供应蒸发气体。
如上所述，在此实施例中，从液化天然气存储罐(T)泵送液化天然气且将液化天然气重新气化以供应至第一发动机(E1)(高压气体喷射发动机)，并且将在液化天然气存储罐(T)中产生的蒸发气体(Boil Off Gas，BOG)供应至第二发动机(E2)(低压气体喷射发动机)，其中被供应至第一发动机(E1)的所述被泵送且被重新气化的液化天然气的一部分被减压并供应至第二发动机(E2)，且所述经减压的液化天然气的一部分被供应至液化天然气存储罐(T)以防止在液化天然气存储罐(T)中出现压力降低。
因此，可防止因燃料供应而导致的液化天然气存储罐(T)的压力降低，从而使得能够实现顺畅的且稳定的燃料供应。另外，由于不需要提供单独的气化器、加热器或管道来防止液化天然气存储罐(T)中的压力降低，因此可减少所需要的组件的数目，从而实现低成本且空间高效的系统。
尽管已在本文中阐述了一些实施例，然而应理解提供这些实施例仅是为了说明且并非以任何方式被解释为对本发明进行限制，且在不背离本发明的精神及范围的条件下，所属领域中的技术人员可作出各种修改、变化、改变及等效实施例。

Claims (10)

1.一种用于船舶发动机的燃料供应系统，包括：
第一通道，连接到船舶的液化天然气存储罐，以泵送来自所述液化天然气存储罐的液化天然气、将所述液化天然气重新气化、并将所述液化天然气供应至所述船舶的第一发动机；
减压通道，从所述第一通道分支，以将被泵送且被重新气化的所述液化天然气减压并将所述液化天然气供应至所述船舶的第二发动机；以及
压力容纳通道，从所述减压通道分支，以将经减压的所述液化天然气供应至所述液化天然气存储罐。
2.根据权利要求1所述的燃料供应系统，其中经减压的所述液化天然气通过所述压力容纳通道被供应至所述液化天然气存储罐的下部部分，以防止在所述液化天然气存储罐中出现压力降低。
3.根据权利要求1所述的燃料供应系统，进一步包括：
第二通道，将在所述液化天然气存储罐中产生的蒸发气体(Boil Off Gas，BOG)供应至所述第二发动机；以及
加热器，设置在所述第二通道中并对要供应至所述第二发动机的所述蒸发气体进行加热。
4.根据权利要求1所述的燃料供应系统，进一步包括：
高压泵，设置在所述第一通道中，以将所述液化天然气加压至高压；以及
气化器，将经过所述高压泵加压的所述液化天然气重新气化并将所述液化天然气供应至所述第一发动机，
其中所述减压通道在所述高压泵下游从所述第一通道分支出。
5.根据权利要求4所述的燃料供应系统，其中所述第一发动机是由被压缩至150巴至400巴的压力的高压气体供应燃料的高压气体喷射发动机，且所述第二发动机是由5巴至20巴的低压气体供应燃料的双燃料发动机。
6.根据权利要求4所述的燃料供应系统，进一步包括：
输送泵，设置在所述液化天然气存储罐中，以向所述第一通道供应所述液化天然气；以及
减压阀，设置在所述压力容纳通道进行分支的点的上游的所述减压通道中。
7.根据权利要求6所述的燃料供应系统，进一步包括：
截止阀，设置在所述压力容纳通道进行分支的所述点的下游的所述减压通道中；
回流阀，设置在所述压力容纳通道中；以及
燃料供应阀，设置在所述第二通道中。
8.根据权利要求1所述的燃料供应系统，其中所述液化天然气存储罐是耐压罐且具有设计压力，所述设计压力被设定成在所述船舶运行期间保持在所述耐压罐中产生的蒸发气体或闪发气体。
9.一种用于船舶发动机的燃料供应方法，包括：
从船舶的液化天然气存储罐泵送液化天然气且将所述液化天然气重新气化以供应至所述船舶的第一发动机，并且将在所述液化天然气存储罐中产生的蒸发气体(Boil OffGas，BOG)供应至所述船舶的第二发动机，
其中被供应至所述第一发动机的被泵送且被重新气化的所述液化天然气的一部分被减压并供应至所述第二发动机，且经减压的所述液化天然气的一部分被供应至所述液化天然气存储罐以防止在所述液化天然气存储罐中出现压力降低。
10.根据权利要求9所述的燃料供应方法，其中所述第一发动机是由被压缩至150巴至400巴的高压气体供应燃料的高压气体喷射发动机，且所述第二发动机是由5巴至20巴的低压气体供应燃料的双燃料发动机。
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