[发明专利]一种实现液化天然气力船舶发动机高效零污染运行的方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机高效清洁燃烧和能量高效利用领域，尤其涉及实现液化天然气力船舶发动机高效零污染运行的方法。

背景技术

二冲程大型低速柴油机有着油耗低、输出扭矩平稳、燃油品质要求低等特点，在三大主力远洋船舶(油轮、集装箱船、散货船)上得到了广泛的应用。然而随着地球环境恶化，国际海洋组织和许多国家均制定了日益严格的海洋排放法规，对船舶发动机的NOx和SOx排放制定严格法规。天然气相比于柴油或重油，含硫量低，燃烧更充分，无颗粒物排放；同时，随着天然气的开采和使用技术不断发展，其应用成本不断下降。LNG是液化天然气Liquefied Natural Gas的缩写，将天然气液化后可显著提高天然气体积热值，解决压缩天然气(CNG)在移动动力装置中不便于携带的问题，随着天然气液化技术、LNG储存以及运输等技术的成熟，以LNG作为船舶发动机燃料的LNG动力船舶发展迅速。

天然气替代柴油或重油作为船舶发动机燃料可以降低SOx和颗粒物排放，但NOx减排不明显，需要采用相关技术满足排放法规的需求。LNG的液化温度为-162℃，具有231kW·h/t的冷能，而现有的LNG动力船舶仅仅利用它的低温来制冷，没有充分利用其冷能。现今的远洋船舶航行时，燃料费用支出在整个远洋船舶运输中占50％-70％，一艘50000吨LNG动力散货船，一天大约消耗50-80吨LNG，如果提高船舶发动机的热效率，就可以节约大量的燃料，减少碳排放，降低运输成本。

发明名称为“一种LNG冷能回收用于汽车零排放和空调的方法与装置”,公开号为CN103832244A的中国专利,该方法存在的问题为利用LNG冷能冷却发动机排气时，缺乏对燃烧产生的各类污染物的处理方法，未能做到发动机零污染，也未能提高发动机热效率。

发明名称为“工作气体循环型发动机”,公开号为CN101512125的中国专利公开了以下内容：发动机将由氧气、作为燃料的氢气和作为工作气体的氩气构成的气体供给至燃烧室。上游冷凝部通过将来自燃烧室的排放气体与大气进行热交换,使排放气体中含有的水蒸汽冷凝成第一次冷凝水,并将分离了第一次冷凝水的气体作为第一次冷凝水分离后气体而排出。第一次冷凝水被储存在蓄水箱中。下游冷凝部通过利用储存在蓄水箱中的冷凝水的气化潜热,进一步将第一次冷凝水分离后气体中含有的水蒸汽冷凝成第二次冷凝水,并将从第一次冷凝水分离后气体中分离了第二次冷凝水后的气体排出,从而避免了工作气体的热容比的显著降低。该发动机存在的问题为采用氢气作为发动机燃料，氢气价格相对天然气较贵、运输成本很高，无法做到在现阶段大规模使用，同时，该方法未能提高发动机热效率。

发明名称为“使用循环工作气体的氢发动机”,公开号为CN101389840的中国专利公开了以下内容：氢发动机将氢气、氧气和作为工作气体的氩气供给到燃烧室以使氢气燃烧。通过冷凝器,从燃烧室排出的循环气体中的H₂O被从气体中分离和除去。当循环气体中的二氧化碳的浓度高于预定浓度时,以使循环气体流经产物除去部(二氧化碳吸收单元)的方式转换三通阀,从而将二氧化碳从循环气体中分离和除去。该发动机虽然与上一专利相比，添加了循环氩气提高发动机热效率、增加了除二氧化碳装置，但是并没有克服氢气在现阶段无法作为一种大规模低成本的燃料的问题。

发明名称为“利用LNG冷能空分制取液氧液氮的方法”,公开号为104807289A的中国专利公开了以下内容：将来自空分塔冷箱的粗氮，经主换热器冷箱复热后，汇合气液分离罐分离的中压低温氮气经循环换热器冷箱复热，复热后的低压低温氮气，再经循环换热器冷箱复热后，通过N₂增压机增压的中压常温氮气进入循环N₂增压机增压至高压氮气；高压氮气经循环换热器冷箱预冷；送入空分塔冷箱作为空分的冷源，并在LNG冷能回收塔冷箱上塔底部得到高纯高压液氮，高压液氮经节流阀节流，得到中压液氮和中压氮气经由节流阀节流，得到低压液氮产品和低压氮气。该方法存在的问题是未指出产生的液氧和液氮的冷能如何有效利用，也没有说明LNG冷能被利用后成为天然气如何有效利用。