logo好方法网

一种LNG船舶对BOG冷能综合利用的系统及方法

技术摘要:
本发明公开了一种LNG船舶对BOG冷能综合利用的系统及方法,该系统主要包括BOG供给单元、制备淡水单元、融霜单元、空调低温新风供给单元、淡水收集单元、机舱降温单元六个单元,通过换热器将BOG中所蕴含的冷能充分利用起来,用于制备淡水、供给空调低温新风和降低机舱的  全部
背景技术:
液化天然气(Liquefied  Natural  Gas,简称LNG)是将常温常压下处于气体状态的 天然气进行降温,使之在0.1MPa、-163℃时液化成的液体,而LNG船舶就是将液化了的天然 气贮存在经过特殊处理的液货舱内,LNG液货舱周围有良好的隔热层,这样保证液货舱内的 LNG尽量减少从外界吸收热量。 尽管如此,设有隔热材料的液货舱仍无法做到完全隔绝外部热量进入,所以LNG不 可避免的不断气化,仍产生少量蒸发气(Boiled  Off  Gas,简称BOG)。BOG气体密度低,而储 存容器内的BOG气体持续产生,会造成储罐压力持续上升,如不进行有效处理,压力不断上 升会导致严重的安全隐患;如果直接向大气排放,将会造成天然气资源浪费,且由于天然气 的高温室效应,会造成环境污染等问题。此外,BOG的数量较大,一艘当前主流的LNG船舶每 天产生的BOG至少50~70吨。为此,为了解决液货舱内BOG问题绝大部分船舶将BOG作为船舶 主动力装置的燃料,然而从LNG船舶液货舱出来BOG的温度仍然非常低,约为-150℃左右,而 主动力装置对BOG的燃用温度大约是常温,因此BOG不能直接作为燃料供主动力装置燃用。 通常LNG船上利用蒸汽或柴油机缸套水将这部分低温BOG温度升高到常温,在这个过程中 BOG的温升有170℃左右,大量的高品位冷能未被加以利用,造成严重的冷能浪费,不仅如 此,还需要消耗大量的热源进行加热,浪费大量的热能,因此,在BOG的利用过程中有严重的 冷能和热能浪费。 为此,一些学者提出了相关方法来利用BOG中所蕴含的能量。专利号为CN  107702430B的船舶再液化系统及方法,虽利用BOG本身所蕴含的冷能以降低能源消耗,但是 仍然要耗费大量的电力将BOG进行再液化。专利号为CN  207065920U的一种LNG动力船的BOG 利用系统,利用其燃烧的热量来加热溴化锂-水溶液,同时用低温BOG具有的冷量来冷却船 舶主机缸套冷却水,虽然避免了BOG再液化消耗的大量能量,但是若是将此方法用于LNG运 输船上,仅仅用于BOG燃烧加热溴化锂-水溶液是不能完全消耗LNG船舶每天产生的大量 BOG。因此,上述这些专利并不能实现LNG运输船上对BOG能量的充分利用。 另一方面,淡水对于船舶来说是一个非常重要和珍贵的资源。为满足船舶主机冷 却水系统、船舶锅炉、辅助设备的冷却系统和船员生活用水的需求,船舶在航行过程中,每 天都要消耗相当数量的淡水。考虑到若是从出发港携带淡水,势必会占据相当数量的舱容, 所以一般船舶上设有独立的海水淡化装置,但是这些装置制备淡水需要消耗船舶大量的电 能和热能。 目前,远洋LNG船舶基于航线的特点,多数时间在低纬度航行,比如澳大利亚至深 圳大鹏湾,每年至少有一半以上的时间是在夏天的环境航行,低纬度气候炎热和潮湿,海域 气温高,空气更是湿度大,即空气中水的相对湿度大,含湿量高,加之海域的原因,湿度接近 4 CN 111591427 A 说 明 书 2/7 页 饱和,此时气温若是30℃时,空气中每立方米约为290g的水蒸气,若是将空气中的水分冷 凝,就可以制备出大量的淡水,可供给船舶对淡水消耗。 另外,也由于船舶多在低纬度航行,所以为增加人员的舒适度,在船舶上设有空调 系统,每天有较大的电力消耗,加之船舶之上各个房间的密封性较好,船上人员长时间处于 空调房间内,空气的新鲜度对人员的健康有着直接的影响,所以船舶空调系统设有新风系 统,不断的往空调系统补充自然界的新风,这样新风越多空调系统的负荷越大,需要消耗电 力越多,因此,基于经济因素考虑通常情况新风一般不要补充太多。 综上所述,若是利用这种BOG中蕴含的高品位的冷能用于船舶之上淡水的制备和 空调系统新风供给,将大大减少船舶BOG燃料加热的热源消耗,降低空调的电力负荷,制备 出船舶需要的淡水,一举多得,实现了综合利用,实质上相当减少了船舶燃料的消耗,从而 减少船舶废气的排放,最终提高了船舶的经济性,且最大限度地利用了BOG中所蕴含的冷能 以及燃烧所产生的热能。
技术实现要素:
为了解决上述问题,本发明的第一个目的是提出一种LNG船舶对BOG冷能综合利用 的系统。 本系统主要包括六个单元,分别是:BOG供给单元、制备淡水单元、融霜单元、空调 低温新风供给单元、淡水收集单元、机舱降温单元。 其中,所述BOG供给单元主要包括两条管线,分别是:由BOG压缩机、第一BOG电磁 阀、第一换热器、加热器组成的第一条管线,由BOG压缩机、第二BOG电磁阀、第二换热器、加 热器组成的第二条管线。 所述制备淡水单元主要包括两条管线,分别是:由第一风机、第一供给空气进口电 磁阀、第一换热器组成的第一条管线,由第一风机、第二供给空气进口电磁阀、第二换热器 组成的第二条管线。 所述融霜单元主要包括两条管线,分别是:由第二风机、第一融霜进口电磁阀、第 一换热器组成的第一条管线,由第二风机、第二融霜进口电磁阀、第二换热器组成的第二条 管线 所述空调低温新风供给单元主要包括两条管线,分别是:由第一换热器、第一供给 空气出口电磁阀组成的第一条管线,由第二换热器、第二供给空气出口电磁阀组成的第二 条管线。 所述淡水收集单元主要包括两条管线,分别是:由第一换热器、第一凝水柜、第一 凝水电磁阀、淡水泵组成的第一条管线,由第二换热器、第二凝水柜、第二凝水电磁阀、淡水 泵组成的第二条管线。 所述机舱降温单元主要包括两条管线,分别是:第一换热器、第一融霜出口电磁阀 组成的第一条管线和第二换热器、第二融霜出口电磁阀组成的第二条管线。 本发明的另一个目的是基于上述系统,提出一种LNG船舶对BOG冷能综合利用的方 法。 在一种LNG船舶对BOG冷能综合利用的系统中,第一BOG电磁阀和第二BOG电磁阀能 够实现阀门互锁,即第一BOG电磁阀关闭时,第二BOG电磁阀打开;相反,当第一BOG电磁阀打 5 CN 111591427 A 说 明 书 3/7 页 开时,第二BOG电磁阀关闭。同样的,第一供给空气进口电磁阀和第二供给空气进口电磁阀 互锁,第一供给空气出口电磁阀和第二供给空气出口电磁阀互锁,第一融霜进口电磁阀和 第二融霜进口电磁阀互锁,第一融霜出口电磁阀和第二融霜出口电磁阀互锁,第一凝水电 磁阀和第二凝水电磁阀互锁。 本发明方法中主要包括两种方案。 第一方案:利用第一换热器作为淡水制备单元中的一部分时,也即第一BOG电磁 阀、第一供给空气进口电磁阀、第一供给空气出口电磁阀、第二凝水电磁阀、第二融霜进口 电磁阀和第二融霜出口电磁阀打开,第二BOG电磁阀、第二供给空气进口电磁阀、第二供给 空气出口电磁阀、第一融霜进口电磁阀、第一融霜出口电磁阀和第一凝水电磁阀关闭。 第二方案:利用第二换热器作为淡水制备单元中的一部分时,也即第二BOG电磁 阀、第二供给空气进口电磁阀、第二供给空气出口电磁阀、第一融霜进口电磁阀、第一融霜 出口电磁阀和第一凝水电磁阀打开,第一BOG电磁阀、第一供给空气进口电磁阀、第一供给 空气出口电磁阀、第二凝水电磁阀、第二融霜进口电磁阀和第二融霜出口电磁阀关闭。 若是使用第一种方案,在BOG供给单元中,来自LNG船舶货舱的BOG经BOG压缩机压 缩,然后经过第一BOG电磁阀进入第一换热器中,释放冷量,此时若是BOG的温度仍然达不到 规定要求,BOG可以经加热器利用主机废热加热达到进机温度后,供船舶主机燃用。其中, BOG压缩机的作用是为了保证压缩之后的BOG具有合适的气体压力, 在淡水制备单元中,来自船舶航行周围的湿热空气在第一风机的作用下,可以通 过打开的第一供给空气进口电磁阀进入第一换热器中,吸收BOG供给单元中BOG在第一换热 器释放的冷量。其中,空气中携带的水蒸气吸收冷量,在第一换热器中凝结成水珠,这些即 为制备的淡水。此外,BOG的温度过低,可能会在第一换热器中发生结霜现象,久而久之,当 霜层过厚时,可能会阻塞管道,造成风阻过大,换热量不足。 在空调低温新风供给单元中,用于制备淡水的外界空气在第一换热器中吸收BOG 冷量,空气中的水蒸气遇冷凝结,这时的空气温度较低,且较为干燥。之后这种低温干燥空 气从第一换热器中出来,经第一供给空气出口电磁阀进入船舶的空调系统中,为其提供低 温新风,以满足空调房间空气清新度的要求,既保证船上人员的健康,又降低了船舶空调系 统的负荷,节省电力的消耗。 进一步的,考虑到BOG从LNG货舱蒸发出后,温度仍旧很低,所以有可能会在第一换 热器释放的冷量过多,造成凝霜现象,久而久之,可能会造成第一换热器中阻塞,造成换热 量不足,妨碍系统的运行,所以本发明中还设有融霜单元。若是第一换热器中凝霜较为严 重,可以通过控制第一BOG电磁阀、第一供给空气进口电磁阀和第一供给空气出口电磁阀关 闭,控制第二BOG电磁阀、第二供给空气进口电磁阀和第二供给空气出口电磁阀打开,使用 第二方案进行淡水的制备。此时,来自自然界的空气在第二风机的作用下,通过第一融霜进 口电磁阀进入第一换热器中,将第一换热器中的凝霜融化。另外,来自外界的空气在融霜的 同时,空气中携带的水蒸气也会遇冷结露,从而制备更多的淡水。 进一步的,在机舱降温单元中,外界的融霜空气将第一换热器中凝霜融化后变成 温度相对较低的空气,在第二风机的作用下,经过第一融霜出口电磁阀进入船舶机舱的底 部,与船舶机舱中的空气进行热交换,从而达到给船舶机舱降温的目的。 进一步的,在淡水收集单元中,第一换热器中产生的淡水被贮存在第一凝水柜中, 6 CN 111591427 A 说 明 书 4/7 页 当为第一换热器融霜时,第一凝水电磁阀打开,第一凝水柜贮存的淡水加上融霜产生的淡 水通过淡水泵被输送到船舶的淡水舱中,供船舶日常所用。 进一步的,上述是第一换热器制备淡水和为第一换热器融霜时的情况。而在本发 明方法设计中,第一换热器制备淡水的同时,第二换热器进行融霜。同理,第二换热器制备 淡水的同时,第一换热器进行融霜。二者原理相同。 本发明的有益效果: 1 .针对LNG船上货舱中无法避免产生的BOG,本发明可以实现其冷能的利用,既避 免了高品位冷能的浪费,又节省了BOG作为船舶燃料时需要对其加热的热源,降低了船舶燃 料的消耗,大大提高了船舶的能量综合利用效率。 2.本发明实用性强。由于船舶航行时周围存在着大量湿度较高的空气,因此,本发 明可以实现制备大量的船舶所需淡水,从而解决船舶上淡水的紧缺问题。 3.本发明可以利用BOG的冷能为船舶空调系统提供充分的温度较低的新风,降低 船舶空调系统的能量消耗,进一步对BOG冷能进行充分利用。 4.本发明利用融霜吸收冷能之后的空气给船舶机舱降温,可替代原本利用自然界 空气进行机舱降温,且能达到更好的降温效果。 5.本发明充分实现了BOG冷能的综合梯级利用,将BOG冷能用于制备淡水、供给空 调低温新风以及降低机舱的温度,BOG冷能利用率高,且本发明操作方便,易于实现,可靠性 较高,具有很大的实际应用价值。 附图说明 图1为本发明的系统示意图 图2为本发明中换热器与凝水柜的结构示意图 图中:1.BOG压缩机;2.第一BOG电磁阀;3.第二BOG电磁阀;4.第一换热器;5.第二 换热器;6.第一风机;7.第一供给空气进口电磁阀;8.第二供给空气进口电磁阀;9.第一供 给空气出口电磁阀;10.第二供给空气出口电磁阀;11.第一凝水柜;12.第一凝水电磁阀; 13.第二凝水柜;14.第二凝水电磁阀;15.淡水泵;16.第二风机;17.第一融霜进口电磁阀; 18.第二融霜进口电磁阀;19.第一融霜出口电磁阀;20.第二融霜出口电磁阀;21.加热器;
下载此资料需消耗2积分,
分享到:
收藏