CN110878725A - 一种lng动力船舶上双燃料低速机冷却系统 - Google Patents

一种lng动力船舶上双燃料低速机冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,所述系统包括:LNG气化模块,所述LNG气化模块包括能够进行热交换的两侧,所述LNG气化模块的一侧串联进天然气流路,所述LNG气化模块另一侧串联进乙二醇水流路;冷却系统换热器,所述冷却系统换热器包括能够进行热交换的两侧,所述冷却系统换热器的一侧串联进所述乙二醇水流路,所述冷却系统换热器的另一侧串联进淡水流路;以及双燃料低速机。本发明回收利用LNG动力船舶上LNG燃料产生的冷能,将冷能传递至双燃料低速机冷却水系统,达到降低双燃料低速机冷却水温度、优化推进双燃料低速机的能耗指标、提升环境友好性的目的。

Description

一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统
技术领域
本发明属于船舶技术领域,具体涉及一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统。
背景技术
天然气以其清洁、方便、高热值的特性成为替代煤炭、石油的新型能源。在航运业,船舶使用LNG作为燃料逐渐成为主流。使用天然气作为燃料不仅可以降低92%的氮氧化物和近30%的二氧化碳,而且不含硫和颗粒物,是清洁环保的绿色能源。在船上LNG燃料供给系统中,通常是使用LNG增压泵搭配气化器的供气模块,而用来加热LNG使其气化的热源一般为船用蒸汽,同时考虑到LNG燃料舱周围与船体结构之间也需有加热装置,因此,LNG的冷能没有充分利用而白白浪费了。
在航运业,90%以上的船舶都是使用两冲程低速柴油机作为动力装置推进的。在过去船舶设计中,低速柴油机的冷却水系统设计一直是海水冷却淡水、淡水冷却柴油机,海水设计温度一般是32℃,考虑到兼容中央冷却系统,因此双燃料低速机淡水设计温度通常为36℃。近期,船用柴油机设计知名公司曼恩(MAN)和温特图尔(WinGD)宣布低速柴油机的冷却水设计温度应为10 - 25℃,由此可以降低船舶双燃料低速机的燃料消耗约1% - 2%。由于海水温度一般均高于25℃,所以传统设计中船舶双燃料低速机的冷却水温度是无法满足柴油机设计公司的要求的。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,本发明的部分实施例能够回收利用LNG动力船舶上LNG燃料产生的冷能,通过中间介质乙二醇水循环回路,将冷能传递至双燃料低速机冷却水系统,达到降低双燃料低速机冷却水温度、优化推进双燃料低速机的能耗指标、提升环境友好性是本发明专利所阐述的内容。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,所述系统包括:LNG气化模块,所述LNG气化模块包括能够进行热交换的两侧,所述LNG气化模块的一侧串联进天然气流路,所述LNG气化模块另一侧串联进乙二醇水流路;冷却系统换热器,所述冷却系统换热器包括能够进行热交换的两侧,所述冷却系统换热器的一侧串联进所述乙二醇水流路,所述冷却系统换热器的另一侧串联进淡水流路;以及
双燃料低速机,所述双燃料低速机的冷却水系统串联进所述淡水流路。
优选地,所述系统包括深冷模块,用以对所述乙二醇水流路中进入所述冷却系统换热器前的乙二醇水进行再冷处理,所述深冷模块的出口设置有温度传感器,所述温度传感器与所述深冷模块连接。
优选地,所述乙二醇水流路中,所述冷却系统换热器与所述LNG气化模块之间还串联有燃料舱隔离空舱。
优选地,所述乙二醇水流路中串联有用来给乙二醇水增压的乙二醇水循环泵、用来添加乙二醇水的乙二醇水膨胀柜。
优选地,所述淡水流路中串联有温度控制阀,用来调整控制进入所述冷却系统换热器的淡水温度,所述淡水流路中串联有冷却淡水泵,用来给淡水增压。
优选地,所述天然气流路通过燃料泵自LNG燃料舱中抽取液态的天然气,所述天然气流路中还串联有增加天然气压力的增压泵。
优选地,所述LNG气化模块采用冗余配置的换热器,所述换热器形式为板式、壳管式或印刷电路板式。
优选地,所述深冷模块采用布雷顿循环。
优选地,所述乙二醇水膨胀柜上还设置有加注口、透气口和泄放口。
优选地,所述LNG增压泵为柱塞式或离心式。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、本发明是回收利用LNG动力船舶上LNG燃料产生的冷能,通过中间介质乙二醇水循环回路,将冷能传递至双燃料低速机冷却水系统,达到降低双燃料低速机冷却水温度,满足柴油机设计公司要求的目的;
2、本发明充分利用LNG燃料的冷能,优化推进双燃料低速机的能耗指标,可以降低船舶双燃料低速机的燃料消耗约1% - 2%,经济性好;
3、本发明利用LNG燃料的冷能冷却双燃料低速机冷却水系统后,减少海水(冷却)用量,提升环境友好性,同时也能减少船上海水管路,降低船舶建造成本和施工周期;
4、本发明采用常规船用设备,可靠性强,日常维护成本极低;
5、本发明可以广泛应用于各尺度、各类型的LNG动力船舶,本发明可以回收利用LNG动力船舶上LNG燃料产生的冷能,实现降低双燃料低速机冷却水温度、优化推进双燃料低速机的能耗指标、提升环境友好性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的整体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,本实施例提供一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,系统包括:LNG气化模块1,LNG气化模块1包括能够进行热交换的两侧,LNG气化模块1的一侧串联进天然气流路,LNG气化模块1另一侧串联进乙二醇水流路;冷却系统换热器4,冷却系统换热器4包括能够进行热交换的两侧,冷却系统换热器4的一侧串联进乙二醇水流路,冷却系统换热器4的另一侧串联进淡水流路;以及
双燃料低速机,双燃料低速机的冷却水系统串联进淡水流路。
系统包括深冷模块3,用以对乙二醇水流路中进入冷却系统换热器4前的乙二醇水进行再冷处理,深冷模块3的出口设置有温度传感器,温度传感器与深冷模块3连接。
乙二醇水流路中,冷却系统换热器4与LNG气化模块1之间还串联有燃料舱隔离空舱。
乙二醇水流路中串联有用来给乙二醇水增压的乙二醇水循环泵2、用来添加乙二醇水的乙二醇水膨胀柜5。
淡水流路中串联有温度控制阀9,用来调整控制进入冷却系统换热器4的淡水温度,淡水流路中串联有冷却淡水泵10,用来给淡水增压。
天然气流路通过燃料泵7自LNG燃料舱6中抽取液态的天然气,天然气流路中还串联有增加天然气压力的增压泵8。
LNG气化模块采用冗余配置的换热器,换热器形式为板式、壳管式或印刷电路板式。
深冷模块3采用布雷顿循环。
乙二醇水膨胀柜5上还设置有加注口、透气口和泄放口。
LNG增压泵8为柱塞式或离心式。
优选地,本实施例还公开了一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统的节能系统设计,回收利用LNG动力船舶上LNG燃料产生的冷能,通过中间介质乙二醇水循环回路,将冷能传递至双燃料低速机冷却水系统,达到降低双燃料低速机冷却水温度、优化推进双燃料低速机的能耗指标、提升环境友好性的目的。
所述的一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统的节能系统设计,包括LNG气化模块1、乙二醇水循环泵2、深冷模块3、双燃料低速机冷却系统换热器4、乙二醇水膨胀柜5,以及LNG燃料舱6、LNG燃料泵7、增压泵8、温度控制阀9和双燃料低速机冷却淡水泵10。
所述的LNG气化模块1,是使用高温乙二醇水加热液态LNG并使其气化的换热器模块,高温乙二醇水在LNG气化模块1中经过LNG冷却后,出口的低温乙二醇水通过管道与乙二醇水循环泵2的进口连通;同时,液态LNG在LNG气化模块1经过乙二醇水加热气化后,天然气温度达到双燃料低速机要求的温度范围(通常为0至45℃),气态天然气通过管路进入双燃料发动机作为燃料;
所述的乙二醇水循环泵2,用以将LNG气化模块1出口的以及为燃料舱隔离空舱及其它用户加热后返回的低温乙二醇水增压,并通过管道输送给深冷模块3;
所述的深冷模块3,用以对管道中乙二醇水进行再冷处理,模块出口的深冷乙二醇水温度可通过温度传感器设定值进行调整,并通过管道连接至双燃料低速机冷却系统换热器4;
所述双燃料低速机冷却系统换热器4,是使用深冷乙二醇水冷却双燃料低速机冷却水的换热器,深冷乙二醇水经过换热器后成为高温乙二醇水,一部分通过管道为燃料舱隔离空舱及其它用户进行加热,一部分通过管道连接至LNG气化模块1进口;
所述的乙二醇水膨胀柜5,是用来按照一定比例混合乙二醇和水来制作乙二醇水溶液的压力容器,可以为乙二醇水环路进行补充;
所述的LNG燃料舱6,是储存装载液态LNG燃料的舱室,其周围与船体结构之间需有加热装置(如加热盘管);
所述的LNG燃料泵7,是将LNG燃料舱6内的液态LNG燃料抽吸并驳运至LNG增压泵8进口;
所述的LNG增压泵8,是将来自LNG燃料泵7输送的液态LNG增压至双燃料低速机所需的压力范围,LNG经过泵增压后通过管道连接至LNG气化模块1;
所述的温度控制阀9,是调整控制双燃料低速机冷却水温度的三通控制阀,采用电马达驱动,出口的双燃料低速机冷却水温度可通过温度传感器设定值进行调整;
所述的双燃料低速机冷却淡水泵10,用以将温度控制阀9出口的低温冷却水通过管道输送给双燃料低速机;低温冷却水经过双燃料低速机内部加热后成为高温冷却水,再通过管道连接至双燃料低速机冷却系统换热器4进口。
下面以17.4万立方LNG运输船的双燃料低速机冷却系统的节能系统为例具体说明本发明的实施方式。
本船采用2台MAN 6G70ME-C9.5-GI型号双燃料低速机,双燃料低速机选定设计功率(SMCR)为13265 kW,设计转速为65 r/min,服务工况(NCR:90% SMCR)为11939 kW @62.8r/min。每台双燃料低速机冷却系统SMCR工况下冷却量(含空气冷却器、滑油冷却器、缸套水冷却器)共计7580 kW,冷却水流量为380 m3/h。服务工况下双燃料低速机冷却系统冷却量按照满负荷估算。双燃料低速机的天然气设计压力为250公斤。
以其中1台为例,若冷却水温度为25℃,则双燃料低速机的天然气单位能耗为135.6 g/kWh(天然气热值为50000 kJ/kg),天然气消耗流量约为1700 kg/h(含5%余量),LNG气化模块1设计换热量为330 kW; 同时,LNG燃料舱隔离空舱加热量约为500 kW,其它用户加热约为120kW,因此,总的冷能约为950kW。
乙二醇水循环泵2设计流量为130 m3/h,设计压力为30 mlc。乙二醇水在LNG气化模块1的进口温度约为25℃,出口温度约为23℃,流量约为50 m3/h;乙二醇水在为LNG燃料舱隔离空舱加热的进口温度约为25℃,出口温度约为22℃,流量约为60 m3/h;乙二醇水在为其它用户加热的进口温度约为25℃,出口温度约为23℃,流量约为20 m3/h。
上述返回的乙二醇水混合后,经过乙二醇水循环泵2输送至深冷模块3,对管道中乙二醇水进行再冷处理,深冷模块3出口的乙二醇水温度约为10℃。
经过深冷模块3处理的乙二醇水进入双燃料低速机冷却系统换热器4,进口温度为10℃,流量为130 m3/h;经过双燃料低速机冷却水加热后,双燃料低速机冷却系统换热器4的乙二醇水出口温度为25℃。
由上可知,双燃料低速机冷却水在双燃料低速机冷却系统换热器4的出口温度约为25℃,经过温度控制阀9调整(设定温度为25度)和双燃料低速机冷却淡水泵10增压后,输送至双燃料低速机内。其中,双燃料低速机冷却淡水泵容量为380 m3/h,设计压力为2.5 公斤。双燃料低速机的冷却水出口温度约为42℃,进入双燃料低速机冷却系统换热器4,由此循环。
若冷却水温度36℃,双燃料低速机的天然气单位能耗为137.0 g/kWh。当冷却水温度为25℃时,天然气单位能耗仅为135.6 g/kWh,降低约1.4g/kWh,日气耗可降低0.4吨/台。
本发明可以回收利用LNG动力船舶上LNG燃料产生的冷能,实现降低双燃料低速机冷却水温度、满足柴油机设计公司要求;优化推进双燃料低速机的能耗指标、可以降低船舶双燃料低速机的燃料消耗约1% - 2%,经济性好;减少海水(冷却)用量,提升环境友好性,同时也能减少船上海水管路,降低船舶建造成本和施工周期;本发明采用常规船用设备,可靠性强,日常维护成本极低,还可以广泛应用于各尺度、各类型的LNG动力船舶。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述,但是对于本领域的普通技术人员来说,应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进,这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (10)

1.一种LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述系统包括:
LNG气化模块(1),所述LNG气化模块(1)包括能够进行热交换的两侧,所述LNG气化模块(1)的一侧串联进天然气流路,所述LNG气化模块(1)另一侧串联进乙二醇水流路;
冷却系统换热器(4),所述冷却系统换热器(4)包括能够进行热交换的两侧,所述冷却系统换热器(4)的一侧串联进所述乙二醇水流路,所述冷却系统换热器(4)的另一侧串联进淡水流路;以及
双燃料低速机,所述双燃料低速机的冷却水系统串联进所述淡水流路。
2.根据权利要求1所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述系统包括深冷模块(3),用以对所述乙二醇水流路中进入所述冷却系统换热器(4)前的乙二醇水进行再冷处理,所述深冷模块(3)的出口设置有温度传感器,所述温度传感器与所述深冷模块(3)连接。
3.根据权利要求1所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述乙二醇水流路中,所述冷却系统换热器(4)与所述LNG气化模块(1)之间还串联有燃料舱隔离空舱。
4.根据权利要求1所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述乙二醇水流路中串联有用来给乙二醇水增压的乙二醇水循环泵(2)、用来添加乙二醇水的乙二醇水膨胀柜(5)。
5.根据权利要求1所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述淡水流路中串联有温度控制阀(9),用来调整控制进入所述冷却系统换热器(4)的淡水温度,所述淡水流路中串联有冷却淡水泵(10),用来给淡水增压。
6.根据权利要求1所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述天然气流路通过燃料泵(7)自LNG燃料舱(6)中抽取液态的天然气,所述天然气流路中还串联有增加天然气压力的增压泵(8)。
7.根据权利要求1所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述LNG气化模块采用冗余配置的换热器,所述换热器形式为板式、壳管式或印刷电路板式。
8.根据权利要求2所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述深冷模块(3)采用布雷顿循环。
9.根据权利要求4所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述乙二醇水膨胀柜(5)上还设置有加注口、透气口和泄放口。
10.根据权利要求1所述的LNG动力船舶上双燃料低速机冷却系统,其特征在于,所述LNG增压泵(8)为柱塞式或离心式。
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