CN116753091A - 氨燃料系统和船舶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶技术领域,尤其涉及一种氨燃料系统和船舶,氨燃料系统包括燃料舱,所述燃料舱中存储有液态氨;供氨总管路,所述供氨总管路的一端通过输送泵与所述燃料舱连通,所述供氨总管路上设置有冷能回收换热器;第一供给组件,所述第一供给组件与所述供氨总管路连通,用于对主机进行供氨;第二供给组件,所述第二供给组件与所述供氨总管路连通,用于对发电机进行供氨;第三供给组件,所述第三供给组件与所述供氨总管路连通,用于对锅炉进行供氨;氨气使用管路,所述氨气使用管路的一端与所述燃料舱连通。本发明能够对液态氨的冷能进行利用,同时避免氨蒸气对环境造成污染。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域,尤其涉及一种氨燃料系统和船舶。
背景技术
现有的船舶航行的过程中,通常采用燃油(HFO或MGO)等传统化石燃料,部份船舶采用LNG或甲醇替代燃料,这些燃料燃烧后都会产生较多的温室气体二氧化碳。为了降低二氧化碳温室气体排放对大气环境的破坏,现有技术中,开始研究采用氨作为替代燃料在船舶上使用,氨燃烧后不产生二氧化碳。氨在常温常压下是气态,相对于常规燃料其热值较低,为了节省船上存储空间,需要考虑将其以液态存储在船上。由于热传递存在,低温氨液在船上会产生氨蒸发气体,为了保持舱压限而对氨气直接排放会对环境造成污染及能源浪费。另外,低温的液氨在进入用气设备前应进行加热,需要船上提供额外热能加热氨,而氨本身所具有的冷能会因此被浪费掉。
因此,需要一种氨燃料系统和船舶来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨燃料系统和船舶,能够对液态氨的冷能进行利用,同时避免氨蒸气对环境造成污染。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
氨燃料系统,包括:
燃料舱,所述燃料舱中存储有液态氨;
供氨总管路,所述供氨总管路的一端通过输送泵与所述燃料舱连通,所述供氨总管路上设置有冷能回收换热器;
第一供给组件,所述第一供给组件与所述供氨总管路连通,用于对主机进行供氨;
第二供给组件,所述第二供给组件与所述供氨总管路连通,用于对发电机进行供氨;
第三供给组件,所述第三供给组件与所述供氨总管路连通,用于对锅炉进行供氨;
氨气使用管路,所述氨气使用管路的一端与所述燃料舱连通,所述氨气使用管路的另一端与所述供氨总管路连通,所述氨气使用管路上设置有压缩组件和再液化器,所述再液化器位于所述压缩组件的下游。
进一步地,所述压缩组件包括相互连通的预热器和压缩机,所述预热器与所述燃料舱连通,所述压缩机与所述再液化器连通。
进一步地,所述第一供给组件包括依次连通的第一高压泵、第一加热器和第一供给阀,所述第一高压泵与所述供氨总管路连通,所述第一供给阀与所述主机连通。
进一步地,所述第二供给组件包括依次连通的第二加热器、第二供给阀和第二高压泵,所述第二高压泵与所述发电机连通,所述第二加热器与所述供氨总管路连通。
进一步地,所述第三供给组件包括依次连通的第一减压阀、蒸发加热器和第三供给阀,所述第一减压阀与所述供氨总管路连通,所述第三供给阀与所述锅炉连通。
进一步地,还包括第四供给组件,所述第四供给组件包括相互连通的第二减压阀和第三加热器,所述第二减压阀与所述压缩组件连通,所述第三加热器与所述第三供给阀的进口连通。
进一步地,还包括回流管路,所述回流管路的一端与所述输送泵的出口连通,所述回流管路的另一端与所述燃料舱连通,所述回流管路上设置有泄压阀。
进一步地,所述回流管路与所述燃料舱连通的一端设置有喷淋头。
进一步地,所述第一供给组件、所述第二供给组件和所述第三供给组件采用船舶的冷却水系统进行加热。
船舶,包括船体和如上所述的氨燃料系统,所述氨燃料系统设置在所述船体上。
本发明的有益效果:
本发明所提供的一种氨燃料系统,供氨总管路的一端通过输送泵与燃料舱连通,供氨总管路上设置有冷能回收换热器;第一供给组件、第二供给组件和第三供给组件均与供氨总管路连通,用于对主机、发电机和锅炉进行供氨,燃料舱的氨蒸气通过氨气使用管路进入到压缩组件进行压缩,然后进入到再液化器进行液化,液化后的氨进入到供氨总管路中回收使用。通过上述方式,能够利用氨气使用管路对氨蒸气进行利用,从而避免直接排放污染环境的同时,回收利用,提高经济效益;通过在供氨总管路上设置有冷能回收换热器,利用换热原理,对供氨总管路中液氨的温度提升的同时,冷能回收换热器的温度降低,可以供给空调系统使用,从而实现对液态氨的冷能利用。
本发明所提供的一种船舶,包括船体和如上所述的氨燃料系统,能够对液态氨的冷能进行利用,同时避免氨蒸气对环境造成污染。
附图说明
图1是本发明一种氨燃料系统的原理图。
图中:
1、燃料舱;2、供氨总管路;21、输送泵;22、冷能回收换热器;3、第一供给组件;31、第一高压泵;32、第一加热器;33、第一供给阀;34、主机;4、第二供给组件;41、第二加热器;42、第二供给阀;43、第二高压泵;44、发电机;5、第三供给组件;51、第一减压阀;52、蒸发加热器;53、第三供给阀;54、锅炉;6、氨气使用管路;61、预热器;62、压缩机;63、再液化器;7、第四供给组件;71、第二减压阀;72、第三加热器;8、回流管路;81、喷淋头。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在船舶采用氨作为燃料时,为了能够对液态氨的冷能进行利用,同时避免氨蒸气对环境造成污染,如图1所示,本发明提供一种氨燃料系统。氨燃料系统包括燃料舱1、供氨总管路2、第一供给组件3、第二供给组件4、第三供给组件5和氨气使用管路6。
其中,燃料舱1中存储有液态氨;供氨总管路2的一端通过输送泵21与燃料舱1连通,供氨总管路2上设置有冷能回收换热器22;第一供给组件3与供氨总管路2连通,第一供给组件3用于对主机34进行供氨;第二供给组件4与供氨总管路2连通,第二供给组用于对发电机44进行供氨;第三供给组件5与供氨总管路2连通,第三供给组件5用于对锅炉54进行供氨;氨气使用管路6的一端与燃料舱1连通,氨气使用管路6的另一端与供氨总管路2连通,氨气使用管路6上设置有压缩组件和再液化器63,再液化器63位于压缩组件的下游。
通过上述方式,能够利用氨气使用管路6对氨蒸气进行利用,从而避免直接排放污染环境的同时,回收利用,提高经济效益;通过在供氨总管路2上设置有冷能回收换热器22,利用换热原理,对供氨总管路2中液氨的温度提升的同时,冷能回收换热器22的温度降低,可以供给空调系统使用,从而实现对液态氨的冷能利用。
进一步地,压缩组件包括相互连通的预热器61和压缩机62,预热器61与燃料舱1连通,压缩机62与再液化器63连通。通过预热器61将氨蒸气加热至满足压缩机62的进机温度要求后,氨蒸气进入到压缩机62中进行压缩,使得氨蒸气被压缩到设定压力后,进入到再液化器63中进行液化。在此过程中,可以利用海水进入到再液化器63中与氨蒸气进行换热。由于18bar的氨饱和温度为45℃,而通常全球航行的最高海水设计温度为32℃,因此,能够满足氨蒸气液化的需要。通过使用海水,无需采用空调系统进行降温,降低了能量的消耗。
进一步地,第一供给组件3包括依次连通的第一高压泵31、第一加热器32和第一供给阀33,第一高压泵31与供氨总管路2连通,第一供给阀33与主机34连通。具体地,液氨与冷能回收换热器22热交换后,加热升温但还处于液态,进入第一高压泵31加压至约80bar以上,以满足进主机34的压力要求,再进入第一加热器32进行最终温度调节,以满足进主机34的温度要求,最终经第一供给阀33以液态氨供给至主机34使用。通过上述方式,能够保证氨满足主机34使用的需要,保证主机34正常运行。
进一步地,第二供给组件4包括依次连通的第二加热器41、第二供给阀42和第二高压泵43,第二高压泵43与发电机44连通,第二加热器41与供氨总管路2连通。液氨进入第二加热器41进行加热,以满足进入发电机44的温度要求,再通过第二供给阀42及第二高压泵43,加压至满足发电机44进行燃烧发电的要求。通过上述设置,能够对液氨的温度和压力进行调节,从而满足主机34使用的需要,保证发电机44正常运行。
进一步地,第三供给组件5包括依次连通的第一减压阀51、蒸发加热器52和第三供给阀53,第一减压阀51与供氨总管路2连通,第三供给阀53与锅炉54连通。液氨通过第一减压阀51调节至满足进锅炉54的压力要求,再进入蒸发加热器52进行加热至液氨气化,满足进锅炉54的温度要求,最终经第三供给阀53进入锅炉54,供给锅炉54燃烧使用。通过上述方式,能够对液氨的压力和温度进行调节,从而保证气化后的氨进入到锅炉54中充分燃烧。
进一步地,氨燃料系统还包括第四供给组件7,第四供给组件7包括相互连通的第二减压阀71和第三加热器72,所第二减压阀71与压缩组件的压缩机62连通,第三加热器72与第三供给阀53的进口连通。具体地,如果锅炉54正在使用,则可以直接将压缩后的氨气通过第二减压阀71调节至满足进锅炉54的压力要求,再经过第三加热器72加热至满足锅炉54的温度要求,供给锅炉54消耗,而不需要经过再液化。因为通常锅炉54的燃料消耗量会大于燃料舱1的氨气蒸发量,通过将燃料舱1中的氨气的温度和压力调节后直接供给锅炉54的使用,能够迅速补充锅炉54的使用。
进一步地,氨燃料系统还包括回流管路8,回流管路8的一端与输送泵21的出口连通,回流管路8的另一端与燃料舱1连通,回流管路8上设置有泄压阀。通过设置回流管路8,在输送泵21泵出的液氨量较大时,部分液氨可以通过泄压阀和回流管路8再次回流到燃料舱1中,避免液氨压力过大,对系统的安全运行造成损害。
进一步地,回流管路8与燃料舱1连通的一端固定设置有喷淋头81。通过设置喷淋头81,能够使液氨缓慢进入到燃料舱1中,避免液氨快速大量充入到燃料舱1中,在动能转换为内能的过程中,造成液氨气化,从而保证燃料舱1的压力稳定。
进一步地,第一供给组件3、第二供给组件4和第三供给组件5采用船舶的冷却水或蒸汽系统进行加热。具体地,氨燃料系统采用二次换热方法,利用独立乙二醇水循环系统给第一加热器32,第二加热器41、第三加热器72、蒸发加热器52及预热器61供给乙二醇水进行换热加热,同时采用船上的冷却水或蒸气作为一级热源对乙二醇水进行加热。通过采用二次换热的方法,避免氨气泄漏至机舱。
该氨燃料系统很好的解决了在船舶上应用时,产生氨蒸气所面临的氨气透气排放对环境及船员健康影响的风险及燃料浪费问题,另外也为氨冷能利用提供了方案,实现了节能环保。
本实施例还提供了一种船舶,包括船体和如上的氨燃料系统,氨燃料系统设置在船体上,能够对液态氨的冷能进行利用,同时避免氨蒸气对环境造成污染。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.氨燃料系统,其特征在于,包括:
燃料舱(1),所述燃料舱(1)中存储有液态氨;
供氨总管路(2),所述供氨总管路(2)的一端通过输送泵(21)与所述燃料舱(1)连通,所述供氨总管路(2)上设置有冷能回收换热器(22);
第一供给组件(3),所述第一供给组件(3)与所述供氨总管路(2)连通,用于对主机(34)进行供氨;
第二供给组件(4),所述第二供给组件(4)与所述供氨总管路(2)连通,用于对发电机(44)进行供氨;
第三供给组件(5),所述第三供给组件(5)与所述供氨总管路(2)连通,用于对锅炉(54)进行供氨;
氨气使用管路(6),所述氨气使用管路(6)的一端与所述燃料舱(1)连通,所述氨气使用管路(6)的另一端与所述供氨总管路(2)连通,所述氨气使用管路(6)上设置有压缩组件和再液化器(63),所述再液化器(63)位于所述压缩组件的下游。
2.根据权利要求1所述的氨燃料系统,其特征在于,所述压缩组件包括相互连通的预热器(61)和压缩机(62),所述预热器(61)与所述燃料舱(1)连通,所述压缩机(62)与所述再液化器(63)连通。
3.根据权利要求1所述的氨燃料系统,其特征在于,所述第一供给组件(3)包括依次连通的第一高压泵(31)、第一加热器(32)和第一供给阀(33),所述第一高压泵(31)与所述供氨总管路(2)连通,所述第一供给阀(33)与所述主机(34)连通。
4.根据权利要求1所述的氨燃料系统,其特征在于,所述第二供给组件(4)包括依次连通的第二加热器(41)、第二供给阀(42)和第二高压泵(43),所述第二高压泵(43)与所述发电机(44)连通,所述第二加热器(41)与所述供氨总管路(2)连通。
5.根据权利要求1所述的氨燃料系统,其特征在于,所述第三供给组件(5)包括依次连通的第一减压阀(51)、蒸发加热器(52)和第三供给阀(53),所述第一减压阀(51)与所述供氨总管路(2)连通,所述第三供给阀(53)与所述锅炉(54)连通。
6.根据权利要求5所述的氨燃料系统,其特征在于,还包括第四供给组件(7),所述第四供给组件(7)包括相互连通的第二减压阀(71)和第三加热器(72),所述第二减压阀(71)与所述压缩组件连通,所述第三加热器(72)与所述第三供给阀(53)的进口连通。
7.根据权利要求1所述的氨燃料系统,其特征在于,还包括回流管路(8),所述回流管路(8)的一端与所述输送泵(21)的出口连通,所述回流管路(8)的另一端与所述燃料舱(1)连通,所述回流管路(8)上设置有泄压阀。
8.根据权利要求7所述的氨燃料系统,其特征在于,所述回流管路(8)与所述燃料舱(1)连通的一端设置有喷淋头(81)。
9.根据权利要求1所述的氨燃料系统,其特征在于,所述第一供给组件(3)、所述第二供给组件(4)和所述第三供给组件(5)采用船舶的冷却水系统进行加热。
10.船舶,其特征在于,包括船体和如权利要求1-9任一项所述的氨燃料系统,所述氨燃料系统设置在所述船体上。
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