一種lng運輸船冷能和廢熱綜合利用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及能源利用領(lǐng)域，具體涉及一種LNG運輸船冷能和廢熱綜合利用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]LNG是英語液化天然氣(liquefied natural gas)的縮寫。天然氣是一種由以甲烷為主要成分的清潔、高效的能源，天然氣符合世界能源戰(zhàn)略的發(fā)展要求，目前許多國家建設(shè)了很多的LNG接收站，全球營運的LNG運輸船舶約500艘，國內(nèi)船舶公司擁有的大型LNG運輸船近10艘，租賃國外公司LNG運輸船的數(shù)目10多艘，隨著天然氣需求量的增加，未來10年營運的LNG運輸船將達(dá)到50-70艘左右。LNG運輸船在使用LNG燃料作為機艙動力裝置的能量消耗方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。
[0003]國際海事組織(頂0)新的防污染公約對S0#P NO x等廢氣的排放要求越來越高，相比燃料油的價格不穩(wěn)定以及其燃燒排放大量的0)2和SO x等有害物質(zhì)，LNG市場價格穩(wěn)定且較低，并且燃燒后幾乎不含硫、粉塵等有害物質(zhì)，排放的0)2和NO x較少，上述的優(yōu)勢與公約的新要求促使更多LNG運輸船主要使用甚至是完全使用LNG作為燃料。
[0004]LNG運輸船的燃料主要有燃料油和LNG兩種。目前70 % LNG運輸船機艙的動力裝置是蒸汽動力裝置。在蒸汽動力裝置中，由2臺鍋爐燃燒燃料油或LNG，然后2臺鍋爐產(chǎn)生蒸汽并共同推動汽輪機來帶動螺旋槳，使得船舶不斷前進(jìn)。其中每臺鍋爐運行中需要2個風(fēng)機向爐膛不斷送風(fēng)以供燃燒所需要的02，每臺風(fēng)機最大功率為185KW，因此，風(fēng)機是機艙電力消耗的主要設(shè)備之一。
[0005]完全以LNG為燃料的LNG運輸船利用在運輸過程中貨艙產(chǎn)生的蒸發(fā)氣(B0G)和強制汽化的部分液態(tài)LNG，由于LNG運輸船的功率(以蒸汽動力裝置為例)較大，每天需要消耗近300m3LNG (按照液態(tài)體積計算)，貨艙產(chǎn)生的B0G每天約100多m3 (折合成液態(tài)體積)，因此還需要汽化150?170m3的-163°C液態(tài)LNG，這樣需要大量鍋爐蒸汽熱量來強制汽化液態(tài)LNG滿足鍋爐的燃燒需要，在此汽化過程中不僅消耗了大量鍋爐蒸汽的熱源，而且還浪費了 LNG的大量冷能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種LNG運輸船冷能和廢熱綜合利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用LNG冷能、汽輪機乏汽及鍋爐排煙余熱，汽化液態(tài)LNG來推動膨脹透平機做功直接驅(qū)動鍋爐上的風(fēng)機，這樣不僅利用LNG冷能、汽輪機乏汽及鍋爐排煙余熱，還節(jié)約大量的電能，從而節(jié)約了船舶的運營成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0008]一種LNG運輸船冷能和廢熱綜合利用系統(tǒng)，包括高壓栗、第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第一膨脹做功單元和第二膨脹做功單元；第一換熱器和第二換熱器依次連接在高壓栗的出口管線上，第一膨脹做功單元和第二膨脹做功單元并列連接在第二換熱器的出口管線上；所述第一膨脹做功單元包括第一膨脹透平機、第一變速齒輪箱、第一離合器、第一風(fēng)機、第二離合器、第二風(fēng)機、第一變頻器、第一三相異步電機、第二三相異步電機、第三風(fēng)機，第一風(fēng)機、第二風(fēng)機、第三風(fēng)機分別連接在第一離合器、第二離合器、第二三相異步電機上；第一離合器和第二離合器設(shè)置在第一變速齒輪箱的輸出端，第一膨脹透平機和第一三相異步電機設(shè)置在第一變速齒輪箱的輸入端；所述第二膨脹做功單元包括第二膨脹透平機、第二變速齒輪箱、第三離合器、第四風(fēng)機、第四離合器、第五風(fēng)機、第二變頻器、第三三相異步電機、第四三相異步電機、第六風(fēng)機；第四風(fēng)機、第五風(fēng)機、第六風(fēng)機分別連接在第三離合器、第四離合器、第四三相異步電機上；第三離合器和第四離合器設(shè)置在第二變速齒輪箱的輸出端，第二膨脹透平機和第三三相異步電機設(shè)置在第二變速齒輪箱的輸入端；第一膨脹透平機、第二膨脹透平機均連接在第二換熱器和第三換熱器之間。
[0009]進(jìn)一步地，第一換熱器出口連接有冷凝器。
[0010]進(jìn)一步地，第一離合器、第二離合器分別設(shè)置在第一風(fēng)機、第二風(fēng)機與第一變速齒輪箱之間。
[0011]進(jìn)一步地，第三離合器、第四離合器分別設(shè)置在第四風(fēng)機、第五風(fēng)機與第二變速齒輪箱之間。
[0012]第一風(fēng)機、第二風(fēng)機、第三風(fēng)機的扇片轉(zhuǎn)角可以調(diào)節(jié)，從而改變送風(fēng)量，當(dāng)?shù)谝伙L(fēng)機、第二風(fēng)機的扇片轉(zhuǎn)角變化時，第一風(fēng)機、第二風(fēng)機負(fù)荷會發(fā)生變化，當(dāng)負(fù)荷增大時，第一變速齒輪箱的輸出軸轉(zhuǎn)速下降，第一變頻器通過給定值與反饋信號的反饋值比較，從而改變頻率來控制第一三相異步電機加載，以此來提高轉(zhuǎn)速，達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速1780rpm，當(dāng)負(fù)荷減少時，第一變頻器的控制則相反，同樣達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速。
[0013]第四風(fēng)機、第五風(fēng)機、第六風(fēng)機的扇片轉(zhuǎn)角可以調(diào)節(jié)，從而改變送風(fēng)量，當(dāng)?shù)谒娘L(fēng)機、第五風(fēng)機的扇片轉(zhuǎn)角變化時，第四風(fēng)機、第五風(fēng)機負(fù)荷會發(fā)生變化，當(dāng)負(fù)荷增大時，第二變速齒輪箱的輸出軸轉(zhuǎn)速下降，第二變頻器通過給定值與反饋信號的反饋值比較，從而改變頻率來控制第三三相異步電機加載，以此來提高轉(zhuǎn)速，達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速1780rpm，當(dāng)負(fù)荷減少時，第二變頻器的控制則相反，同樣達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速。
[0014]所述的LNG運輸船冷能和廢熱綜合利用系統(tǒng)中，來自于船舶液貨艙的液態(tài)LNG由高壓栗增壓至30MPa左右，進(jìn)入第一換熱器，在第一換熱器中，低溫高壓的LNG(LNG的溫度為-163°C )與第三換熱器換熱過的汽輪機乏汽進(jìn)行再次換熱，使低溫高壓LNG變成氣態(tài)的天然氣。
[0015]所述的LNG運輸船冷能和廢熱綜合利用系統(tǒng)中，從第一換熱器出來的氣態(tài)天然氣在第二換熱器中與鍋爐的排煙余熱(正常負(fù)荷時，鍋爐排煙溫度160°C )進(jìn)行熱交換，變成高溫的天然氣(溫度大約在130°C _150°C左右)。
[0016]在所述的一種LNG運輸船冷能和廢熱綜合利用系統(tǒng)中，從第二換熱器出來的高溫的天然氣(溫度大約在130°C -150°C左右)分別進(jìn)入第一膨脹透平機、第二膨脹透平機做功，并分別通過第一變速齒輪箱驅(qū)動兩個輸出相同轉(zhuǎn)速的第一風(fēng)機、第二風(fēng)機和通過第二變速齒輪箱驅(qū)動兩個輸出相同轉(zhuǎn)速的第四風(fēng)機、第五風(fēng)機。
[0017]所述第一膨脹做功單元中，第一風(fēng)機、第二風(fēng)機與第一變速齒輪箱之間分別設(shè)有第一離合器、第二離合器，在其中任何一個風(fēng)機損壞時，可以脫離第一變速齒輪箱以保證其維修，不影響其他的風(fēng)機運行。
[0018]所述第一膨脹做功單元中，第一變頻器可分別通過第一風(fēng)機和第二風(fēng)機的轉(zhuǎn)速反饋信號改變頻率來控制第一三相異步電機，以滿足第一風(fēng)機和第二風(fēng)機的恒定轉(zhuǎn)速需求。當(dāng)?shù)谝慌蛎浲钙綑C做功無法滿足第一風(fēng)機和第二風(fēng)機的負(fù)荷需求，第一變頻器通過改變第一三相異步電機的負(fù)荷來滿足第一風(fēng)機和第二風(fēng)機的負(fù)荷需要。在特殊情況下，當(dāng)?shù)谝伙L(fēng)機或第二風(fēng)機因故障分別與第一離合器或第二離合器脫開時，第一膨脹透平機有可能大于第一風(fēng)機或第二風(fēng)機的負(fù)荷，此時第一三相異步電機是負(fù)轉(zhuǎn)矩，從而第一三相異步電機變成發(fā)電機向船舶電網(wǎng)反饋供電。保證任何情況下，都可以充分利用第一膨脹透平機的機械功。
[0019]在所述的第二膨脹做功單元中，第四風(fēng)機、第五風(fēng)機與第二變速齒輪箱之間分別設(shè)有第三離合器、第四離合器，可以在其中任何一個風(fēng)機損壞時，可以脫離第二變速齒輪箱以保證其維修，不影響其他的風(fēng)機運行。
[0020]在所述的第二膨脹做功單元中，第二變頻器可分別通過第四風(fēng)機和第五風(fēng)機的轉(zhuǎn)速反饋信號改變頻率來控制第三三相異步電機，以滿足第四風(fēng)機