CN117799812A - 一种碳利用的混合动力推进系统 - Google Patents
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Abstract
一种碳利用的混合动力推进系统，燃油模块带有MGO和HFO两种燃料，LNG燃料模块带有LNG燃料，燃油模块将MGO或HFO提供给主机和双燃料发动机，LNG燃料模块以液态或气态LNG为主机和双燃料发动机提供燃料。双燃料发动机提供动力给发动机，发动机为终端用户提供电力，MGO或HFO或LNG在燃烧后产生的废气依次进入废气换热模块、废气处理模块，处理后经由回收及循环塔通过排烟管排出。废气处理模块中收集到的CO2沉淀物输送至二氧化碳发电模块中，产生的电能储存在蓄电池组中，蓄电池组对终端用户提供电力。本发明为多种燃料燃料功能系统，可实现废气的热回收利用以及废气处理，无论使用什么类型的燃料可实现减少CO2排放90％以上。同时利用废气中回收的CO2发电可节约能源。
Description
技术领域
本发明属于船舶建造及设计领域，具体涉及一种碳利用的混合动力推进系统。
背景技术
随着全球对减碳政策的持续推进，国际海事组织IMO为全球航运业制定了碳减排目标，全球所有船队的碳排放量到2030年要比2008年减少40％；到2050年则至少比2008年减少50％。同时IMO还通过对所有船舶进行强制性指数计算来监测船舶排放，并以此限制船舶的碳排放量。随着温室效应的日趋严重，全球碳排放受到制约，节约能源，减少碳排放已经成为船舶行业不可避免的问题。
海上污染主要来源于燃油的燃烧，为了能够减少碳和硫的排放，分别提出采用清洁能源以及脱硫设备作为备案。虽然能够减少碳排放但是成本相对较高，不是最佳方案。如果能将燃烧后排放出来的碳进行利用，则会实现成本与减排的双赢局面。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种碳利用的混合动力推进系统，旨在达到对排放出来的碳进行合理利用，节约能源的目的，其所采用的技术方案是：
一种碳利用的混合动力推进系统，包括燃油模块，LNG燃料模块，废气处理模块，废气换热模块，二氧化碳发电模块。
燃油模块带有MGO和HFO两种燃料，LNG燃料模块带有LNG燃料，燃油模块将MGO或HFO提供给主机和双燃料发动机，LNG燃料模块以液态或气态LNG为主机和双燃料发动机提供燃料。
双燃料发动机提供动力给发动机，发动机为终端用户提供电力，MGO或HFO或LNG在燃烧后产生的废气依次进入废气换热模块、废气处理模块，废气处理模块对废气进行过滤、脱碳、脱硫，过滤、脱碳、脱硫后的废气经由回收及循环塔通过排烟管排出。
废气处理模块中收集到的CO2沉淀物输送至二氧化碳发电模块中，产生的电能储存在蓄电池组中，蓄电池组对终端用户提供电力。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，燃油模块带有MGO舱和HFO舱，MGO舱通过管路依次与混油桶、MGO增压泵、MGO冷却器、过滤器连接，MGO通过主机管路、燃料管路分别进入主机、双燃料发动机内。HFO舱通过管路依次与混油桶、HFO增压泵、HFO加热器、过滤器连接，HFO通过主机管路、燃料管路分别进入主机、双燃料发动机内。
MGO舱、HFO舱通过三通阀门与混油桶相连通。
LNG燃料模块带有LNG储罐，LNG储罐分别经由压缩机、LNG气化装置与LNG处理设备连接，LNG处理设备通过管路分别与主机、发动机、冷凝器连接，主机燃气阀与主机连接，发动机燃气阀与双燃料发动机连接，主机进入口带有主机燃气阀，发动机进入口带有发动机燃气阀。
废气换热模块包括废气换热器，主机通过管路与废气换热器连接，废气换热器通过管路分别与LNG燃料处理设备、CO2沉淀物加热器连接，CO2沉淀物加热器依次与冷凝器、蒸馏水舱连接，蒸馏水舱通过供水泵返回至废气换热器，形成循环网。
废气处理模块包括活性炭过滤器，废气换热器通过管路与活性炭过滤器、CO2反应溶液池、SO2反应溶液池、回收及循环塔、排烟管连接，CO2反应溶液池产生的CO2沉淀物进入CO2沉淀物储存单元，CO2沉淀物储存单元与CO2沉淀物加热器连接，SO2反应溶液池产生的SO2沉淀物进入SO2沉淀物储存单元。
二氧化碳发电模块包括第一压缩机，CO2沉淀物加热器通过管路依次与第一压缩机、干燥器、CO2液化装置、压力控制装置、温度控制装置、超临界CO2储罐、第二压缩机、加热装置连接后，形成的超临界CO2带动涡轮机34、发电机发电，产生的电能储存在蓄电池组中。
干燥器通过管路与CO2缓存罐连接，CO2缓存罐分别与主机、双燃料发动机连接，形成惰性气体吹扫管路。
超临界CO2储罐伸出有旁通管路返回至CO2液化装置。
涡轮机停止发电后，经由冷却装置返回至CO2液化装置，CO2液化装置依次与CO2储罐、第一压缩机连接。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，CO2反应溶液池中的液体为氢氧化钙或碳酸钠或碳酸钾，SO2反应溶液池中的液体为碳酸氢钠溶液。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，废气中包含碳氧化物和硫氧化物。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，发电机和发动机配套使用，多组发电机和发动机并联使用。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，燃油模块向主机和双燃料发电机供油时，只能选用MGO和HFO中的一种油品进行供给，不能两种油品同时供给。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，MGO舱与混油桶连通的管路上外接有MGO泵，HFO舱与混油桶连通的管路上外接有HFO泵。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，当主机或双燃料发动机燃烧后剩余少量MGO或HFO时，通过管路回到混油桶，当剩余大量MGO或HFO时，通过管路返回至MGO舱或HFO舱。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，回收及循环塔伸出有旁通管路与CO2反应溶液池连接。
上述一种碳利用的混合动力推进系统，更近一步地，LNG气化装置也可以将LNG蒸发气体直接导入到LNG燃料处理设备，缓解储罐压力。
本发明为多种燃料燃烧供能系统，可实现废气的热回收利用以及废气处理，无论使用什么类型的燃料可实现减少CO2排放90％以上。同时利用废气中回收的CO2发电可节约能源，同时将CO2利用发电，实现动能到电能的转化，同时采用蓄电池组，可取消或减少应急发电机的使用，缓解舱室噪声。利用废气回收的CO2气体进行惰性气体扫气，可节省一套氮气扫气装置的费用。同时如果是CO2船，可缓解CO2蒸发气的对储罐的压力，可采用低压储罐代替高压储罐，节约成本。
附图说明
图1是本发明的系统图。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示的一种碳利用的混合动力推进系统，包括燃油模块100，LNG燃料模块400，废气处理模块200，废气换热模块300，二氧化碳发电模块500。
燃油模块包括，MGO舱1，HFO舱2，燃油供给单元3以及主机和双燃料发动机，MGO舱和HFO舱通过管路联通于三通阀门401，每次只允许一种油品通过。
主机燃油模式：选择所需要使用的油品，MGO或HFO，如MGO，则通过管路提供给供给泵301，经过混油通302，在通过增压泵302，经过MGO冷却器304冷却，如HFO，则通过管路提供给供给泵301，经过混油通302，在通过增压泵307，经过HFO加热器305加热，MGO/HFO经过滤器306过滤后，通过不同的管路传输给主机5或者双燃料发动机6，供主机和发电机动力使用，当主机/发电机燃烧后剩余少量MGO/HFO时，通过管路回到混油桶302，当剩余大量MGO/HFO时，通过管路回到相应油品的储存舱。
发动机提供动能供给给发电机进行发电，提供给供电终端用户使用。
发电机和发动机配套使用，为多组并联使用，(本系统图只绘制2组，如果多组也可以实现)。其中主机和发电机可同时供给使用，也可以分开使用。MGO和HFO两种油品只在混油桶中混合，燃油模式中只能选择一种油品，两种油品不同时使用。
MGO和HFO在燃烧后产生大量的碳氧化物和硫氧化物，通过管路进入到废气换热模块，冷却后进入废气处理模块。
废气换热模块：MGO和HFO在燃烧后产生大量废气，具有大量的热能，本模块的主要功能是收集热能，同时对废气进行初步的冷却，以便进入废气处理单元做准备。同时，利用废气中交换出的热能对系统内需要加热的模块进行加热，形成热能循环利用。
废气换热模块具体流程：主机和发动机燃烧后产生废气，废气通过管路直接进入废气换热器7中，蒸馏水舱8通过供水泵10，将蒸馏水导入到废气换热器7中，产生大量热的水蒸气，将水蒸气输出到CO2沉淀物加热器11或LNG燃料处理设备12中，对其加热，加热后水蒸气进入冷凝器9形成液体，再循环回蒸馏水舱8。这里是将废气中的热能交换出来供其他设备加热。
废气处理模块功能：该模块主要功能是对主机和发动机所产生的碳氧化物和硫氧化物进行回收，对废气进行处理，处理后的废气将满足节能环保的要求。
废气处理模块流程：主机和发动机燃料产生的废气通过废气换热器7将热能交换冷却后，进入活性炭过滤器13，过滤掉杂质，然后废气进入CO2反应溶液池13，CO2与溶液反应，形成CO2沉淀物，放置于CO2沉淀物储存单元15，将碳全部脱掉，废气继续进入SO2反应溶液池16，SO2与溶液反应，形成SO2沉淀物，放置于SO2沉淀物储存单元17，第一次脱碳和脱硫的废气进入回收及循环塔18，再进入CO2反应溶液池14以及SO2反应溶液池16，能够将90％以上的碳和硫从废气中脱离，废气最后回到回收及循环塔中，然后通过排烟管19排出。
其中CO2反应溶液池中的液体可以为氢氧化钙或碳酸钠或碳酸钾等。
SO2反应溶液池中的液体可以为碳酸氢钠溶液等。
LNG燃料模块功能：燃烧LNG为主机和发动机提供能量，燃烧后产生较少的CO2，这些CO2同时也需要进入废气处理模块进行回收。
LNG燃料模块流程：LNG储存于LNG罐20中，提供两种供气模式，两种模式分开使用，1为通过压缩机21将液态低温的LNG传输到LNG燃料处理设备12，2为通过LNG气化装置22直接将LNG气化进入LNG燃料处理设备12，这里气化装置也可以将LNG蒸发器BOG直接导入到LNG燃料处理设备12，缓解储罐压力。由于LNG为低温储存，所以需要在废气换热模块中进行加热，然后再使用。主机供气时，打开主机燃气阀23，通过管路将LNG传输给主机5进行燃烧，发动机供气时，打开发动电机燃气阀24，通过管路将LNG传输给双燃料发动机6，进行燃烧，燃烧后的废气进入废气处理模块。发动机提供动能供给给发电机进行发电，提供给供电终端用户使用。结束使用后，关闭主机和发动机燃气阀门，利用废气回收后的CO2对主机和发动机供气管路进行惰性气体扫气，避免发生危险。这里通常是使用氮气扫气，由于废气回收模块已经回收了CO2就不需要在设置氮气储罐来进行扫气了，节省一套氮气扫气装置。
二氧化碳发电模块功能：将废气中回收的CO2进行利用，利用CO2作为发电介质进行发电，多余的电能储存在蓄电池组，这里可取消或减少应急发电机，由蓄电池组代替。
二氧化碳发电模块流程：提取CO2沉淀物储存单元15中的沉淀物，通过传送带传输到CO2沉淀物加热器11，通过废气换热模块对沉淀物加热，释放出CO2气体，通过压缩机25将CO2气体泵入干燥器26，然后进入CO2缓存罐27，当主机燃气阀23和发动电机燃气阀24关闭时，开启缓存罐，释放CO2气体进行惰性气体扫除。干燥后的气体CO2进入液化装置28，通过压力控制装置29，以及温度控制装置30，形成超临界的CO2储存至超临界CO2储罐31，如超临界CO2发生相态变化，可回到CO2液化装置28进行再一次的加温加压控制，回归超临界状态。临界的CO2通过压缩机32进入加热装置33，继续加温加压后进入涡轮机34，超临界的CO2带动涡轮机转动进行发电，发电机35将机械能转换为电能，产生的电能储存在蓄电池组37中，通过蓄电池组对供电终端用户36供电。
涡轮机结束发电后，将超临界CO2输入到冷却装置38，通过管路直接进入到CO2液化装置，将气态和液态的CO2处理后，通过管路放置在CO2储存舱39中，如CO2舱中产生气态CO2，通过压缩机25，将CO2传输到CO2液化装置28进行再液化处理。
本发明为多种燃料燃烧供能系统，可实现废气的热回收利用以及废气处理，无论使用什么类型的燃料可实现减少CO2排放90％以上。同时利用废气中回收的CO2发电可节约能源，同时将CO2利用发电，实现动能到电能的转化，同时采用蓄电池组，可取消或减少应急发电机的使用，缓解舱室噪声。利用废气回收的CO2气体进行惰性气体扫气，可节省一套氮气扫气装置的费用。同时如果是CO2船，可缓解CO2蒸发气的对储罐的压力，可采用低压储罐代替高压储罐，节约成本。
Claims (10)
1.一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，包括燃油模块(100)，LNG燃料模块(400)，废气处理模块(200)，废气换热模块(300)，二氧化碳发电模块(500)；
燃油模块带有MGO和HFO两种燃料，LNG燃料模块带有LNG燃料，燃油模块将MGO或HFO提供给主机和双燃料发动机，LNG燃料模块以液态或气态LNG为主机和双燃料发动机提供燃料；
双燃料发动机提供动力给发动机，发动机为终端用户提供电力，MGO或HFO或LNG在燃烧后产生的废气依次进入废气换热模块、废气处理模块，废气处理模块对废气进行过滤、脱碳、脱硫，过滤、脱碳、脱硫后的废气经由回收及循环塔通过排烟管排出；
废气处理模块中收集到的CO2沉淀物输送至二氧化碳发电模块中，产生的电能储存在蓄电池组中，蓄电池组对终端用户提供电力。
2.根据权利要求1所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，燃油模块带有MGO舱(1)和HFO舱(2)，MGO舱通过管路依次与混油桶(302)、MGO增压泵(307)、MGO冷却器(304)、过滤器(306)连接，MGO通过主机管路、燃料管路分别进入主机(5)、双燃料发动机(6)内；HFO舱通过管路依次与混油桶(302)、HFO增压泵(301)、HFO加热器(305)、过滤器(306)连接，HFO通过主机管路、燃料管路分别进入主机、双燃料发动机内；
MGO舱、HFO舱通过三通阀门(401)与混油桶相连通；
LNG燃料模块带有LNG储罐(20)，LNG储罐分别经由压缩机(21)、LNG气化装置(22)与LNG处理设备(12)连接，LNG处理设备通过管路分别与主机、发动机、冷凝器(9)连接，主机进入口带有主机燃气阀(23)，发动机进入口带有发动机燃气阀(24)；
废气换热模块包括废气换热器(7)，主机通过管路与废气换热器连接，废气换热器通过管路分别与LNG燃料处理设备(12)、CO2沉淀物加热器(11)连接，CO2沉淀物加热器依次与冷凝器(9)、蒸馏水舱(8)连接，蒸馏水舱通过供水泵(10)返回至废气换热器，形成循环网；
废气处理模块包括活性炭过滤器(13)，废气换热器通过管路与活性炭过滤器(13)、CO2反应溶液池(14)、SO2反应溶液池(16)、回收及循环塔(18)、排烟管(19)连接，CO2反应溶液池(13)产生的CO2沉淀物进入CO2沉淀物储存单元(15)，CO2沉淀物储存单元与CO2沉淀物加热器连接，SO2反应溶液池产生的SO2沉淀物进入SO2沉淀物储存单元(17)；
二氧化碳发电模块包括第一压缩机，CO2沉淀物加热器通过管路依次与第一压缩机(25)、干燥器(26)、CO2液化装置(28)、压力控制装置(29)、温度控制装置(30)、超临界CO2储罐(31)、第二压缩机(32)、加热装置(33)连接后，形成的超临界CO2带动涡轮机(34)、发电机发电，产生的电能储存在蓄电池组(37)中；
干燥器(26)通过管路与CO2缓存罐(27)连接，CO2缓存罐分别与主机、双燃料发动机连接，形成惰性气体吹扫管路；
超临界CO2储罐伸出有旁通管路返回至CO2液化装置(28)；
涡轮机停止发电后，经由冷却装置(38)返回至CO2液化装置，CO2液化装置依次与CO2储罐(39)、第一压缩机连接。
3.根据权利要求2所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，CO2反应溶液池中的液态可以为氢氧化钙，碳酸钠，碳酸钾，SO2反应溶液池中的液态可以为碳酸氢钠溶液。
4.根据权利要求2所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，废气中包含碳氧化物和硫氧化物。
5.根据权利要求2所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，发电机和发动机配套使用，多组发电机和发动机并联使用。
6.根据权利要求1或2所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，燃油模块向主机和双燃料发电机供油时，只能选用MGO和HFO中的一种油品进行供给，不能两种油品同时供给。
7.根据权利要求2所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，MGO舱与混油桶连通的管路上外接有MGO泵，HFO舱与混油桶连通的管路上外接有HFO泵。
8.根据权利要求2所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，当主机或双燃料发动机燃烧后剩余少量MGO或HFO时，通过管路回到混油桶，当剩余大量MGO或HFO时，通过管路返回至MGO舱或HFO舱。
9.根据权利要求2所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，回收及循环塔伸出有旁通管路与CO2反应溶液池连接。
10.根据权利要求2所述的一种碳利用的混合动力推进系统，其特征在于，LNG气化装置也可以将LNG蒸发气体直接导入到LNG燃料处理设备，缓解储罐压力。
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| CN202310754845.9A CN117799812A (zh) | 2023-06-26 | 2023-06-26 | 一种碳利用的混合动力推进系统 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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2023
- 2023-06-26 CN CN202310754845.9A patent/CN117799812A/zh active Pending
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