CN110318833A - 一种邮轮lng供气系统冷能梯级利用系统及能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统及能量管理方法，包括LNG储存系统、冷能发电系统、间接冷冻法海水淡化系统、冷库系统、空调系统；LNG储存系统依次连接冷能发电系统、间接冷冻法海水淡化系统、冷库系统和空调系统。LNG动力船冷能梯级利用有利于船舶节能减排，冷能利用减少或省去传统气化过程，可节约大量高品位LNG冷能和高品位热能，降低船舶运行成本，提高船舶运行经济性。

Description

一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统及能量管理方法

技术领域

本发明涉及的是一种控制装置及控制方法，具体地说是邮轮LNG供气系统控制装置及控制方法。

背景技术

在全球气候问题及能源危机不断加剧的背景下，天然气作为一种理想的船用发动机燃料，因为具有燃烧性能好、储量大、清洁等特点，所以在作为船舶动力方向的研究越来越受重视。近年来LNG动力船得到了快速发展，大型LNG动力船消耗大量LNG，而这些LNG需要释放出830～860KJ/Kg的冷能气化到主机所需温度后才能使用，将这部分冷能进行梯级利用，既可以实现冷能的回收和利用，而且降低LNG气化过程中所消耗的热量，可以带来可观的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供可提高LNG动力邮轮冷能利用效率、降低能耗、带来可观经济效益的一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统及能量管理方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统，其特征是：包括LNG储存系统、冷能发电系统、间接冷冻法海水淡化系统、冷库系统、空调系统；LNG储存系统依次连接冷能发电系统、间接冷冻法海水淡化系统、冷库系统和空调系统。

本发明一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统还可以包括：

1、所述冷能发电系统包括第一LNG泵、第一LNG换热器、烟气-氦气换热器、氦气透平发电机、氦气压气机，LNG存储系统通过第一LNG泵连接第一LNG换热器LNG进口，第一LNG换热器氦气出口依次连通烟气、氦气换热器、氦气透平发电机、氦气压气机、第一LNG换热器氦气进口。

2、所述间接冷冻法海水淡化系统包括第二LNG泵、第二LNG换热器、第一冷媒泵、间接换热结晶器、预冷器、融冰槽、洗涤器，第一LNG换热器LNG出口通过第二LNG泵连接第二LNG换热器LNG进口，第二LNG换热器冷媒出口依次连通第一冷媒泵、间接换热结晶器、第二LNG换热器冷媒进口，预热器里分别设置原料海水通道、低温浓海水通道、淡水通道，原料海水通道、低温浓海水通道均连接间接换热结晶器，洗涤器分别连接原料海水通道、间接换热结晶器、分流器、融冰槽，分流器分别连接淡水通道和融冰槽。

3、所述冷库系统包括第三LNG泵、第一流量调节阀、第三LNG换热器、第二冷媒泵、第二流量调节阀、第三流量调节阀、低温冷库换热器、高温冷库换热器，所述空调系统包括空调换热器、第三冷媒泵，第二LNG换热器LNG出口通过第三LNG泵连接第三LNG换热器LNG进口，第三LNG泵与第三LNG换热器之间安装第一流量调节阀，第三LNG换热器冷媒出口连接第二冷媒泵进口，第二冷媒泵出口分别连接低温冷库换热器和高温冷库换热器，低温冷库换热器与第二冷媒泵之间设置第二流量调节阀，高温冷库换热器与第二冷媒泵之间设置第三流量调节阀，低温冷库换热器连接低温冷库换热器出口管，高温冷库换热器连接高温冷库换热器出口管，低温冷库换热器出口管和高温冷库换热器出口管汇合到总出口管，总出口管上安装第四流量调节阀，第四流量调节阀分别连接第三LNG换热器冷媒进口和空调换热器，第三冷媒泵出口依次连通空调换热器和第三冷媒泵进口，第三LNG换热器LNG出口依次连接第四LNG泵、高压气化器。

4、第一LNG泵与第一LNG换热器之间安装流量计；间接换热结晶器与第二LNG换热器之间安装第一温度传感器，低温冷库换热器出口管上安装第二温度传感器，高温冷库换热器出口管上安装第三温度传感器，第三LNG换热器与第二冷媒泵之间安装第四温度传感器，第三冷媒泵进口与空调换热器之间安装第五温度传感器，高压气化器后方安装第六温度传感器。

本发明一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用能量管理方法，其特征是：根据流量计反馈数据来确定冷能总量；根据第一温度传感器反馈的冷媒出口温度控制原料海水的吸取量；根据第二温度传感器、第三温度传感器反馈的冷库出口冷媒温度来控制冷媒R11进入冷库和旁通的流量；根据第四温度传感器反馈的经过第三LNG换热器冷媒R11温度决定LNG进入第三LNG换热器和旁通的流量；根据第五温度传感器反馈与空气换热后的乙二醇溶液温度，调节进入空调换热器进行换热的冷媒R11以及旁通的流量；根据第六温度传感器反馈的换热后的天然气温度，决定参与换热的缸套水流量。

本发明的优势在于：LNG动力船冷能梯级利用有利于船舶节能减排，冷能利用减少或省去传统气化过程，可节约大量高品位LNG冷能和高品位热能，降低船舶运行成本，提高船舶运行经济性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为冷能发电系统中氦气透平结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-2，本发明一种用于邮轮LNG供气系统冷能利用系统及能量管理方法包括：LNG存储系统1、第一LNG泵2、流量计3、第一LNG换热器4、氦气压气机7、烟气-氦气换热器5、氦气透平发电机6、第二LNG泵8、第二LNG换热器9、第一冷媒泵10、间接换热结晶器11、预冷器12，分流器16、融冰槽17、洗涤器18、第一温度传感器19、第三LNG泵20、第一流量调节阀21、第三LNG换热器22、第二冷媒泵23、第二流量调节阀24、低温冷库换热器26、第二温度传感器27、第三流量调节阀25、高温冷库换热器28、第三温度传感器29、第四温度传感器31、第四流量调节阀30、空调换热器32、空气冷却器34、第五温度传感器35、第三冷媒泵36、第四LNG泵33、高压气化器37、第五温度传感器38等构成。邮轮LNG供气系统冷能利用系统包括冷能发电系统、间接冷冻法海水淡化系统、冷库系统、空调系统以及缸套水加热系统。冷能发电系统由第一LNG换热器4、氦气压气机7、烟气-氦气换热器5、氦气透平发电机6组成；间接冷冻法海水淡化系统由第二LNG泵8、第二LNG换热器9、第一冷媒泵10、间接换热结晶器11、第一温度传感器19、洗涤器18、融冰槽17、预冷器12组成；冷库系统由第三LNG泵20、第一流量调节阀21、第三LNG换热器22、第二冷媒泵23、第二流量调节阀24、低温冷库换热器26、第二温度传感器27、第三流量调节阀25、高温冷库换热器28、第三温度传感器29、第四温度传感器31组成：空调系统由第四流量调节阀30、空调换热器32、空气冷却器34、第五温度传感器35、第三冷媒泵36组成；缸套水加热系统由第四LNG泵33、高压气化器37、第六温度传感器38组成；LNG经由LNG存储系统1放出，经第一LNG泵2进入冷能发电系统，LNG进入第一LNG换热器与氦气换热，完成换热后的氦气经由压气机增压液化，结合图2进入烟气-氦气换热器吸热变成高压气体进入拉伐尔喷管6.1加速膨胀为超声速气体，之后经由导流器6.2使高压、高速氦气以合适的角度进入涡轮6.3，产生动量矩经由联轴器6.4带动发电机6.5转动发电；经过第一LNG换热器4的LNG经由第二LNG泵8进入间接冷冻法海水淡化系统，首先LNG进入第二LNG换热器9与低温冷媒R410A进行间接换热，换热后的冷媒进入间接换热结晶器11与经由预冷器12，与低温浓海水14和淡水15换热预冷，温度达到2℃左右的原料海水13进行间接换热，使海水部分结晶得到浓海水和冰晶；低温浓海水14进入预冷器12，冰晶进入洗涤器18经洗涤淡水洗涤后进入融冰槽17，排出的洗涤水进入间接换热结晶器11再次利用；冰晶在融冰槽17中融化为淡水，经由分流器16分为两部分，一部分作为洗涤水，另一部分流经预冷器12后即为所得淡水；经过第二LNG换热器9的LNG经由第三LNG泵20，由控制系统控制第一流量调节阀21决定进入冷库系统或是旁通的LNG流量，进入冷库系统的LNG经由第三LNG换热器22吸收冷量后经第二冷媒泵23后分为两路，一路经第二流量调节阀24到达低温冷库26，一路经第三流量调节阀25到达高温冷库28，第二流量调节阀24与第三流量调节阀25根据第二温度传感器27与第三温度传感器29反馈的冷库出口的冷媒温度决定冷媒R11进入冷库和旁通的流量；经过冷库系统的冷媒R11由控制系统控制第四流量调节阀30决定进入空调系统还是旁通的冷媒量，进入空调系统的冷媒R11与空调系统冷媒乙二醇溶液在空调换热器32中换热，之后在空气冷却器34中完成对空气的制冷；经过第三LNG换热器的LNG与旁通的LNG汇合后进入缸套水加热系统，缸套水进入高压气化器37，与低温NG换热，使其温度达到进入主机的要求，同时降低缸套水温度，达到循环利用；

基于图1所述的一种用于邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统及能量管理方法，其能量管理主要由控制系统完成，控制系统由控制单元、流量计3、第一温度传感器19、第一流量调节阀21、第二流量调节阀24、第二温度传感器27、第三流量调节阀25、、第三温度传感器29、第四温度传感器31、第四流量调节阀30、第五温度传感器35、第六温度传感器38组成，控制系统根据流量计3反馈数据来确定冷能总量，决定冷能在各个系统的合理分配以及是否启用与之配合的普通制冷系统；根据第一温度传感器19反馈的冷媒出口温度控制原料海水的吸取量；根据第二温度传感器27、第三温度传感器29反馈的冷库出口冷媒温度来控制冷媒R11进入冷库和旁通的流量；根据第四温度传感器31反馈的经过第三LNG换热器22冷媒R11温度来决定LNG进入第三LNG换热器22和旁通的流量，以防止温度过低导致冷媒凝固；根据第五温度传感器36反馈与空气换热后的乙二醇溶液温度，调节进入空调换热器32进行换热的冷媒R11以及旁通的流量；根据第六温度传感器39反馈的换热后的天然气温度，决定参与换热的缸套水流量。

本发明一种用于邮轮LNG供气系统冷能利用系统及能量管理方法，包括冷能发电系统、间接冷冻法海水淡化系统、冷库系统、空调系统以及缸套水加热系统。其特征是LNG通过供气管道依次通过所述系统，实现LNG冷能的梯级利用。

所述冷能发电系统包括氦气压气机、第一LNG换热器、烟气-氦气换热器、氦气透平发电机。氦气经由压气机增压进入第一LNG换热后液化，进入烟气-氦气换热器吸热变成高压气体进入氦气透平发电机发电。

所述氦气透平发电机由氦气透平和与之相连的发电机组成，氦气透平由拉伐尔喷管、带有出入口的带有密封内腔的外壳，以及位于密封内腔的导流器和涡轮组成。

所述间接冷冻法海水淡化系统包括第二LNG泵、第二LNG换热器、第一冷媒泵、间接换热结晶器、温度传感器、洗涤器、融冰槽、预冷器；原料海水经由预冷器，与低温浓海水和淡水换热预冷，使其冷温度达到2℃左右，；之后进入间接换热结晶器，与经由第二LNG换热器，与LNG完成换热的低温冷媒R410A进行间接换热，使海水部分结晶得到浓海水和冰晶；低温浓海水进入预冷器，冰晶进入洗涤器，经洗涤淡水洗涤后进入融冰槽，排出的洗涤水进入间接换热结晶器再次利用；冰晶在融冰槽中融化为淡水，经由分流器分为两部分，一部分作为洗涤水，另一部分流经预冷器后即为所得淡水。

所述冷库系统包括第三LNG泵、第一流量调节阀、第三LNG换热器、第二冷媒泵、第二流量调节阀、低温冷库换热器、第一温度传感器、第三流量调节阀、高温冷库换热器、第三温度传感器、第四温度传感器。冷媒R11流经第三LNG换热器吸收冷量后根据第二、第三温度传感器反馈的冷媒温度决定流经冷库换热器和旁通的流量。

所述空调系统包括第四流量调节阀、空调换热器、空气冷却器、第四温度传感器、第三冷媒泵。冷媒R11流经冷库系统后混合，通过第四流量调节阀，根据第五温度传感器反馈的冷媒温度，决定进入空调换热器与冷媒乙二醇溶液换热的R11流量。吸收冷能的乙二醇溶液与空气冷却器换热，得到低温空气，经由换气管道送达需要冷气的舱室。

所述缸套水加热系统由第四LNG泵、高压气化器、第六温度传感器组成，缸套水进入高压气化器，与低温NG换热，使其温度达到进入主机的要求，同时降低缸套水温度，达到循环利用。

进一步的LNG与冷媒进行间接换热，LNG换热器均为带有出入口的密封腔体，LNG供气系统位于换热器内部分为带有肋片的回环管路，冷媒进入换热器后与回环管路换热，在冷媒泵作用下快速完成换热过程，避免过冷使冷媒凝固。

进一步的LNG在经过冷能利用系统前都经过LNG泵加压，提高换热效果，且在第一LNG泵后，安装流量计，测得LNG初始流量，作为进行能量管理的重要参数。

具体的所述间接冷冻法海水淡化系统，根据温度传感器所反馈的经过间接换热结晶器后的冷媒温度，决定吸入原料海水的量。

具体的对于冷库系统根据第三温度传感器反馈的经过第三LNG换热器冷媒R11温度，利用第一流量调节阀对LNG进行旁通调节，以防止温度过低导致冷媒凝固。

进一步的冷媒R11完成换热后，经第二冷媒泵后，分为两路，一路经第二流量调节阀到达低温冷库，一路经第三流量调节阀到达高温冷库，第二流量调节阀与第三流量调节阀根据第三温度传感器与第四温度传感器反馈的冷库出口的冷媒温度决定冷媒R11进入冷库和旁通的流量。

具体的所述空调系统冷媒乙二醇溶液在空调换热器中与完成冷库制冷的冷媒R11换热，之后在空气冷却器中完成对空气的制冷，冷空气根据各舱室的需要进行分配。

进一步的为了防止空气中水蒸气凝结产生霜层堵塞冷气通道，根据各舱室对冷量的总需求量,以及第五温度传感器反馈的流经空调换热器和空气冷却器的乙二醇溶液温度，通过第四流量调节阀调节进入空调换热器进行换热的冷媒R11以及旁通的流量。

进一步的经过第三LNG换热器的低温天然气经第四LNG泵，进入高压气化器，根据第六温度传感器反馈的换热后的天然气温度，决定参与换热的缸套水流量。

更进一步的为了应对在LNG动力船舶停靠码头、维修等情况下无LNG冷能利用，船舶上拥有一套普通制冷系统，用于在无LNG冷能或LNG冷能不足时与本发明用于邮轮LNG供气系统冷能利用装置配合使用。

更进一步的控制系统根据流量计反馈数据来确定冷能总量，决定冷能在各个系统的合理分配以及是否启用与之配合的普通制冷系统；根据第一温度传感器反馈的冷媒出口温度控制原料海水的吸取量；根据第二温度传感器、第三温度传感器反馈的冷库出口冷媒温度来控制冷媒R11进入冷库和旁通的流量；根据第四温度传感器反馈的经过第三LNG换热器冷媒R11温度来决定LNG进入第三LNG换热器和旁通的流量，以防止温度过低导致冷媒凝固；根据第五温度传感器反馈与空气换热后的乙二醇溶液温度，调节进入空调换热器进行换热的冷媒R11以及旁通的流量；根据第六温度传感器反馈的换热后的天然气温度，决定参与换热的缸套水流量。

Claims (6)

1.一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统，其特征是：包括LNG储存系统、冷能发电系统、间接冷冻法海水淡化系统、冷库系统、空调系统；LNG储存系统依次连接冷能发电系统、间接冷冻法海水淡化系统、冷库系统和空调系统。

2.根据权利要求1所述的一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统，其特征是：所述冷能发电系统包括第一LNG泵、第一LNG换热器、烟气-氦气换热器、氦气透平发电机、氦气压气机，LNG存储系统通过第一LNG泵连接第一LNG换热器LNG进口，第一LNG换热器氦气出口依次连通烟气、氦气换热器、氦气透平发电机、氦气压气机、第一LNG换热器氦气进口。

3.根据权利要求2所述的一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统，其特征是：所述间接冷冻法海水淡化系统包括第二LNG泵、第二LNG换热器、第一冷媒泵、间接换热结晶器、预冷器、融冰槽、洗涤器，第一LNG换热器LNG出口通过第二LNG泵连接第二LNG换热器LNG进口，第二LNG换热器冷媒出口依次连通第一冷媒泵、间接换热结晶器、第二LNG换热器冷媒进口，预热器里分别设置原料海水通道、低温浓海水通道、淡水通道，原料海水通道、低温浓海水通道均连接间接换热结晶器，洗涤器分别连接原料海水通道、间接换热结晶器、分流器、融冰槽，分流器分别连接淡水通道和融冰槽。

4.根据权利要求3所述的一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统，其特征是：所述冷库系统包括第三LNG泵、第一流量调节阀、第三LNG换热器、第二冷媒泵、第二流量调节阀、第三流量调节阀、低温冷库换热器、高温冷库换热器，所述空调系统包括空调换热器、第三冷媒泵，第二LNG换热器LNG出口通过第三LNG泵连接第三LNG换热器LNG进口，第三LNG泵与第三LNG换热器之间安装第一流量调节阀，第三LNG换热器冷媒出口连接第二冷媒泵进口，第二冷媒泵出口分别连接低温冷库换热器和高温冷库换热器，低温冷库换热器与第二冷媒泵之间设置第二流量调节阀，高温冷库换热器与第二冷媒泵之间设置第三流量调节阀，低温冷库换热器连接低温冷库换热器出口管，高温冷库换热器连接高温冷库换热器出口管，低温冷库换热器出口管和高温冷库换热器出口管汇合到总出口管，总出口管上安装第四流量调节阀，第四流量调节阀分别连接第三LNG换热器冷媒进口和空调换热器，第三冷媒泵出口依次连通空调换热器和第三冷媒泵进口，第三LNG换热器LNG出口依次连接第四LNG泵、高压气化器。

5.根据权利要求4所述的一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用系统，其特征是：第一LNG泵与第一LNG换热器之间安装流量计；间接换热结晶器与第二LNG换热器之间安装第一温度传感器，低温冷库换热器出口管上安装第二温度传感器，高温冷库换热器出口管上安装第三温度传感器，第三LNG换热器与第二冷媒泵之间安装第四温度传感器，第三冷媒泵进口与空调换热器之间安装第五温度传感器，高压气化器后方安装第六温度传感器。

6.一种邮轮LNG供气系统冷能梯级利用能量管理方法，其特征是：根据流量计反馈数据来确定冷能总量；根据第一温度传感器反馈的冷媒出口温度控制原料海水的吸取量；根据第二温度传感器、第三温度传感器反馈的冷库出口冷媒温度来控制冷媒R11进入冷库和旁通的流量；根据第四温度传感器反馈的经过第三LNG换热器冷媒R11温度决定LNG进入第三LNG换热器和旁通的流量；根据第五温度传感器反馈与空气换热后的乙二醇溶液温度，调节进入空调换热器进行换热的冷媒R11以及旁通的流量；根据第六温度传感器反馈的换热后的天然气温度，决定参与换热的缸套水流量。