[发明专利]一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统

说明书

本发明的目的在于提供一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统，其特征在于：该系统包括一级ORC回路(I)、二级ORC回路(II)、LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路(III)、烟气冷却回路(IV)和LNG气化回路(V)。一级ORC回路以缸套冷却水为热源，以LNG气化冷能为冷源；二级ORC回路以烟气为热源，以LNG气化冷能为冷源。一级ORC回路通过一级冷凝器与LNG气化回路相连，通过一级蒸发器与LNG/柴油双燃料主机缸套冷却水回路相连；二级ORC回路通过二级冷凝器与LNG气化回路相连，通过二级蒸发器与烟气冷却回路相连。本发明能够有效整合LNG混合动力船舶上不同温度的冷源和热源，通过构建ORC复合系统避免大温差传热过程中的损失，提高LNG混合动力船舶的能源利用率。

【技术领域】

本发明属于动力工程领域，涉及一种船舶余热利用系统，特别涉及一种适用于LNG混合动力船舶的ORC复合发电系统。

【背景技术】

目前航运船舶普遍采用传统燃料，燃料所占船舶运输成本的比例越来越高，燃料所造成的大气污染(特别是PM2.5)引起了广泛关注。国际海事组织(IMO)指出航运所带来的大气污染、噪声污染以及油污染占全球污染排放的4.3％，至2020年，这一比例将会上升至12.9％。寻找高效清洁的燃料是航运业可持续发展的必然趋势。液化天然气(LiquidNatureGas,LNG)是以甲烷为主要成分的无色液体。与柴油燃烧相比，LNG燃烧具有极大的排放优势。使用LNG作为燃料的船舶，其运行费能节约40％，可吸入颗粒污染物减少85％，CO₂减少24％，SO₂减少90％。此外，石油资源的短缺、海事排放法规的日益严峻以及天然气液化能力的提升推动了LNG混合动力船舶的发展。

LNG是将常压下气态的天然气冷却至-163℃，生产一吨LNG的动力消耗约为850kWh。然而，可以被船舶主机使用的气态LNG的温度区间为0～60℃，LNG气化成NG的过程中释放出的冷能大约为830kJkg^-1。同时，船舶主机缸套冷却水的温度通常在80℃以上，烟气温度更是高达500℃。如何充分利用这些冷量和热量并进一步挖掘LNG混合动力船舶的能源综合利用率是本发明所要解决的问题。

授权公布号为CN 103982255B(授权公告日为2015.08.19)的专利文件中，公开了一种用于船舶主机废热发电ORC系统，包括发动机尾气回路、发动机缸套水回路、冷媒回路和外部冷却水回路。该专利通过采用缸套冷却水和发动机尾气释放出的热量，有效解决ORC系统蒸发压力过低的问题，同时采用海水作为冷源，采用ORC实现热电转换。该系统中ORC的冷源采用的是海水，冷凝压力受到海水温度的限制，没有涉及LNG冷能的回收利用。

授权公布号为CN103967648B(授权公告日为2015.10.28)的专利文件中，提出了一种船舶低速柴油机余热综合回收系统，包括综合余热锅炉系统、动力涡轮发电系统、汽轮机发电系统、高温冷却水利用换热设备和有机工质汽轮机发电系统。通过动力涡轮回收柴油机排气压能和低温工质汽轮机回收锅炉和空冷转换器的热水能量，并利用海水作为冷源，通过ORC循环实现热电转换，达到综合回收船舶主机余热并提高柴油机热效率的效果。该系统是针对传统的燃油船舶柴油机组的余热利用，没有涉及LNG冷能的回收利用。

申请公布号为CN106762215A(申请公布日为2017.05.31)的专利文件中，公开了一种船舶低速主机高温缸套冷却水ORC余热利用系统，该系统包括透平膨胀机、交流发电机、冷凝器、有机工质压力泵、蒸发器和再热器。该系统以主机高温缸套水和尾气余热作为热源，以船舶中央冷却水作为冷源，采用ORC实现热电转换。该系统的冷凝压力受中央冷却水温度的限制，没有涉及LNG冷能的回收利用。