CN208456701U - 一种大型商船利用燃气轮机和柴油机余热的发电系统 - Google Patents

一种大型商船利用燃气轮机和柴油机余热的发电系统 Download PDF

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王福秋
张晓荣
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Abstract

本实用新型提供了一种针对大型商船的利用LNG燃料燃气轮机和柴油机余热的发电系统。所述系统包括燃气轮机发电系统、柴油机发电系统、余热回收系统、汽轮机发电系统和冷凝补水系统。燃气轮机和柴油机的排气余热通过余热锅炉内的换热器将除氧后的冷凝水加热为过热蒸汽，然后输送给汽轮机进行发电，做功后的废气在冷凝器中进行冷凝，最后经除氧器的除氧后进入余热锅炉内的换热器进行再一次的加热，完成一次循环，发电机所产生的电力在电站进行并网，然后供给船舶的推进电机带动螺旋桨，同时还供给船上的服务设备和其他设备使用。本实用新型实现在大型商船中对燃气轮机和柴油机余热的充分利用，具有很好的节能降耗效果。

Description

一种大型商船利用燃气轮机和柴油机余热的发电系统
技术领域
本实用新型涉及余热回收领域，尤其涉及一种针对大型商船的利用LNG燃料燃气轮机和柴油机余热的发电系统。
背景技术
近年来，随着LNG国际贸易量的增加，LNG运输船舶的数量急剧增加，加上国际法规对船舶大气污染物排放不断提出新要求，使得低污染的LNG燃料更受船东的青睐。与其他传统动力相比，燃气轮机具有功率大、结构紧凑、占用空间小、重量轻、可靠性高、加速性好、寿命长、操作简单、维护方便、易于更换和大幅减少氮氧化物，硫氧化物的排量等优点。
随着船舶对环境保护要求的逐渐提高，尤其是LNG燃料市场价格的优势，使得燃烧LNG的燃气轮机在大型商船上的应用增加，这也为船舶燃气轮机在商船市场提供了更广阔的应用前景，未来燃气轮机将会成为船舶的主要动力装置之一。
燃气轮机在工作时会产生大量的高温废气，排气温度为450-600℃，导致燃气轮机热效率降低，如果将其直接排放到大气中，不仅会污染环境，而且废气中的热能也会被白白浪费掉，使得燃气轮机的热利用率燃下降，这也是过去限制燃气轮机在商船上应用的主要原因之一。目前，对于燃气轮机所产生的排气余热，一般是将其排放到余热锅炉中，利用其热能产生过热蒸汽，并将其过热蒸汽送到汽轮机中做功发电，从而提高船舶动力装置的整体效率。基于上述背景，对燃气轮机在上商船应用进行了优化设计，从而弥补燃气轮机的不足，节约了能源。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对大型商船，提供一种利用LNG燃料燃气轮机和柴油机余热的发电系统。该系统实现了对燃气轮机和柴油机余热的充分利用，提高了对LNG燃料和柴油的能量利用率，其中两柴油机合并的排烟道与余热锅炉相连接，从而为余热锅炉补充热量，连接位置位于余热锅炉的中部。
本实用新型的技术方案。
一种针对大型商船的利用LNG燃料燃气轮机和柴油机余热的发电系统，包括柴油机发电系统、燃气轮机发电系统、余热回收系统、汽轮机发电系统和冷凝补水系统。
柴油机发电系统依次由第一发电机（1）、第一柴油机（3）、第二发电机（2）和第二柴油机（4）组成，其中第一发电机（1）和第一柴油机（3）通过联轴器相连接，柴油在第一柴油机（3）中进行燃烧并带动第一发电机（1）发电，第二发电机（2）和第二柴油机（4）通过联轴器相连接，柴油在第二柴油机（4）中进行燃烧并带动第二发电机（2）发电，然后第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的排烟道合并后与余热锅炉（7）的中部相连，由于第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的排气温度为280-360℃，而燃气轮机（5）的排气温度为450-600℃，所以第一柴油机（3）和第二柴油机（4）合并的排烟道与余热锅炉（7）的连接位置要与余热锅炉（7）中的温度相对应，如果太过接近燃气轮机（5）的排气口，第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的烟气反倒对余热锅炉（7）起到降温作用，而余热锅炉（7）中部的温度差不多在280-360℃之间或是280℃以下，所以说连接位置在中部时，第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的烟气可为余热锅炉（7）补充热量从而提高余热锅炉（7）的热效率。
燃气轮机发电系统由燃气轮机（5）与第三发电机（6）通过联轴器相连接，LNG燃料在燃气轮机（5）中进行燃烧并带动第三发电机（6）发电。
余热回收系统依次由第二循环泵（14）、第一换热器（15）、辅助锅炉炉筒（16）、第三循环泵（17）、第二换热器（18）和第三换热器（19）组成，第一换热器（15）、第二换热器（18）和第三换热器（19）利用余热锅炉（7）内的热量进行加热，其中第二循环泵（14）、第一换热器（15）、辅助锅炉炉筒（16）和第三换热器（19）依次通过管路串联连接，而第三循环泵（17）、辅助锅炉炉筒（16）与第二换热器（18）组成一个加热循环，不断的将辅助锅炉炉筒（16）中的水输送给第二换热器（18）进行加热，使得辅助锅炉炉筒（16）中的产生更多的饱和蒸汽，然后饱和蒸汽经第三换热器（19）加热后成为过热蒸汽。
汽轮机发电系统由汽轮机（8）和第四发电机（9）通过联轴器连接，从余热锅炉（7）内出来的过热蒸汽推动汽轮机（8）工作，同时汽轮机（8）带动第四发电机（9）进行发电。
冷凝补水系统由冷凝器（10）、热水井（11）和除氧器（13）组成，冷凝器（10）通过海水将汽轮机（8）做功后的废气冷凝为水，然后经第一循环泵（12）通过管道输送到除氧器（13）中，并用铁屑进行除氧，同时为了防止冷凝水的不足，在冷凝器（10）和第一循环泵（12）的管道之间接入热水井（11）的管道来为系统进行补水。
第一发电机（1）、第二发电机（2）、第三发电机（6）和第四发电机（9）所产生的电力在电站（20）进行并网，然后供给船舶的推进电机（21）带动螺旋桨（22），同时还供给船上的服务设备（23）和生活设备（24）使用。
附图说明
图1为该利用LNG燃料燃气轮机和柴油机余热的发电系统的流程图。
图2是基于燃气轮机的大型商船微电网组成框图。
图中：1、第一发电机 2、第二发电机 3、第一柴油机 4、第二柴油机
5、燃气轮机 6、第三发电机 7、余热锅炉 8、汽轮机 9、第四发电机
10、冷凝器 11、热水井 12、第一循环泵 13、除氧器 14、第二循环泵
15、第一换热器 16、辅助锅炉炉筒 17、第三循环泵 18、第二换热器
19、第三换热器 20、电站 21、推进电机 22、螺旋桨 23、服务设备
24、生活设备
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本实用新型。
系统的主要工作流程为。
LNG燃料在燃气轮机（5）中进行燃烧并带动第三发电机（9）发电，然后燃气轮机（5）将燃烧所产生的废气排放到余热锅炉（7）中，通过第一换热器（15）、第二换热器（18）和第三换热器（19）对除氧后的冷凝水进行加热，同时第一柴油机（3）和第二柴油机（4）分别带动第一发电机（1）和第二发电机（2）进行发电，然后将柴油燃烧后的烟气排放到余热锅炉（7）中，补充余热锅炉（7）的热量，最后将换热后的废气排往大气。其中由于第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的排气温度为280-360℃，而燃气轮机（5）的排气温度为450-600℃，所以第一柴油机（3）和第二柴油机（4）合并的排烟道与余热锅炉（7）的连接位置要与余热锅炉（7）中的温度相对应，如果太过接近燃气轮机（5）的排气口，第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的烟气反倒对余热锅炉（7）起到降温作用，而余热锅炉（7）中部的温度差不多在280-360℃之间或是280℃以下，所以说连接位置在中部时，第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的废气可为余热锅炉（7）补充热量从而提高余热锅炉（7）的热效率。
过热蒸汽从第三换热器（19）中出来，进入汽轮机（8）推动叶片转动从而带动第四发电机（9）发电，做功后的废气经冷凝器（10）的海水冷凝为水，同时为了防止冷凝水不足，热水井（11）对冷凝水进行补水，补水后的冷凝水经第一循环泵（12）进入除氧器（13）中进行除氧，除氧后的冷凝水经第二循环泵（14）进入第一换热器（15）中进行加热，加热后的冷凝水有一部分变为饱和蒸汽，成为汽水混合物，然后汽水混合物在辅助锅炉炉筒（16）中饱和蒸汽与水分离，饱和蒸汽聚集在辅助锅炉炉筒（16）上部，高温水聚集在辅助锅炉炉筒（16）下部，最后饱和蒸汽进入第三换热器（19）中进行加热变为过热蒸汽，完成一次循环。其中第三循环泵（17）、辅助锅炉炉筒（16）与第二换热器（18）组成一个加热循环，不断的将辅助锅炉炉筒（16）下部中的水输送给第二换热器（18）进行加热，使得辅助锅炉炉筒（16）中的产生更多的饱和蒸汽。
第一发电机（1）、第二发电机（2）、第三发电机（6）和第四发电机（9）所产生的电力在电站（20）进行并网，然后供给船舶的推进电机（21）带动螺旋桨（22），同时还供给船上的服务设备（23）和生活设备（24）使用。
此外，以上描述的具体实施内容为本实用新型较优选实施方式之一，依据所述的特征或原理进行等效变换或者简单变化，或者采用类似的方式进行替代，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种大型商船利用燃气轮机和柴油机余热的发电系统，其特征在于：包括柴油机发电系统、燃气轮机发电系统、余热回收系统、汽轮机发电系统和冷凝补水系统；
柴油机发电系统依次由第一发电机（1）、第一柴油机（3）、第二发电机（2）和第二柴油机（4）组成，其中第一发电机（1）和第一柴油机（3）通过联轴器相连接，柴油在第一柴油机（3）中进行燃烧并带动第一发电机（1）发电，第二发电机（2）和第二柴油机（4）通过联轴器相连接，柴油在第二柴油机（4）中进行燃烧并带动第二发电机（2）发电，然后第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的排烟道合并后与余热锅炉（7）的中部相连，由于第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的排气温度为280-360℃，而燃气轮机（5）的排气温度为450-600℃，所以第一柴油机（3）和第二柴油机（4）合并的排烟道与余热锅炉（7）的连接位置要与余热锅炉（7）中的温度相对应，如果太过接近燃气轮机（5）的排气口，第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的烟气反倒对余热锅炉（7）起到降温作用，而余热锅炉（7）中部的温度差不多在280-360℃之间或是280℃以下，所以说连接位置在中部时，第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的烟气可为余热锅炉（7）补充热量从而提高余热锅炉（7）的热效率；
燃气轮机发电系统由燃气轮机（5）与第三发电机（6）通过联轴器相连接，LNG燃料在燃气轮机（5）中进行燃烧并带动第三发电机（6）发电；
余热回收系统依次由第二循环泵（14）、第一换热器（15）、辅助锅炉炉筒（16）、第三循环泵（17）、第二换热器（18）和第三换热器（19）组成，第一换热器（15）、第二换热器（18）和第三换热器（19）利用余热锅炉（7）内的热量进行加热，其中第二循环泵（14）、第一换热器（15）、辅助锅炉炉筒（16）和第三换热器（19）依次通过管路串联连接，而第三循环泵（17）、辅助锅炉炉筒（16）与第二换热器（18）组成一个加热循环，不断的将辅助锅炉炉筒（16）中的水输送给第二换热器（18）进行加热，使得辅助锅炉炉筒（16）中的产生更多的饱和蒸汽，然后饱和蒸汽经第三换热器（19）加热后成为过热蒸汽；
汽轮机发电系统由汽轮机（8）和第四发电机（9）通过联轴器连接，从余热锅炉（7）内出来的过热蒸汽推动汽轮机（8）工作，同时汽轮机（8）带动第四发电机（9）进行发电；
冷凝补水系统由冷凝器（10）、热水井（11）和除氧器（13）组成，冷凝器（10）通过海水将汽轮机（8）做功后的废气冷凝为水，然后经第一循环泵（12）通过管道输送到除氧器（13）中，并用铁屑进行除氧，同时为了防止冷凝水的不足，在冷凝器（10）和第一循环泵（12）的管道之间接入热水井（11）的管道来为系统进行补水。
2.根据权利要求1所述的一种大型商船利用燃气轮机和柴油机余热的发电系统，其特征在于：第一柴油机（3）和第二柴油机（4）合并后的排烟道在余热锅炉（7）的中部进行连接，从而为余热锅炉（7）补充热量，达到提高余热锅炉热效率和节能环保的目的；由于第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的排气温度为280-360℃，而燃气轮机（5）的排气温度为450-600℃，所以第一柴油机（3）和第二柴油机（4）合并后的排烟道与余热锅炉（7）的连接位置要考虑到余热锅炉（7）中的温度，不然如果太过接近燃气轮机（5）的排气口，第一柴油机（3）和第二柴油机（4）的烟气反倒对余热锅炉（7）起到降温作用，所以可将连接位置设在余热锅炉（7）的中部。
3.根据权利要求1所述的一种大型商船利用燃气轮机和柴油机余热的发电系统，其特征在于：第一柴油机（3）和第二柴油机（4）发电、燃气轮机（5）发电和汽轮机（8）发电所产生的电力并网，然后供给船舶的推进电机（21）带动螺旋桨（22），同时还供给船上的服务设备（23）和生活设备（24）。
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