[发明专利]一种零碳排放的LNG燃料动力船冷能余热综合梯级利用系统

说明书

本发明涉及一种零碳排放的LNG燃料动力船冷能余热综合梯级利用系统，属于能源利用技术领域。包括LNG冷能梯级利用子系统、尾气余热梯级利用子系统和CO₂液化捕获子系统；LNG和载冷剂之间通过换热，实现LNG冷能梯级利用；船舶主机通过换热器和蒸汽透平连接实现尾气余热梯级利用；CO₂液化捕获子系统中船舶主机产生的CO₂通过换热器和海水淡化蒸发器连接，海水淡化蒸发器通过汽水分离器和液态CO₂储罐连接实现CO₂的液化捕获；本发明能够满足船舶用电、冷库制冷、空调制冷、海水淡化等需求。减少了LNG冷能与尾气余热的浪费，提高船舶能源利用率，同时减少碳排放，实现船舶能源利用系统的节能减排。

技术领域

本发明涉及一种零碳排放的LNG燃料动力船冷能余热综合梯级利用系统，属于能源利用技术领域。

背景技术

随着中国提出2060年碳中和目标，发布“十四五”节能减排综合工作方案，以及国际海事组织(IMO)发布实施2020年排放新规，船舶行业正不断探索新的节能减排措施。LNG即液化天然气被公认为是地球上最干净的化石能源，有望成为未来船舶环保燃料之一。LNG燃料在使用过程中需要汽化后通入主机进行燃烧，在1个标准大气压下，温度由-162℃升高至0℃，可释放约8.5×105kJ/t的冷量，具有十分巨大的利用价值。此外，天然气在发动机内燃烧后会产生300℃以上的高温废气，如果直接排放会同时造成大量的低温余热资源的浪费与热污染。

船舶的用电、空调、冷库以及淡水是船舶必不可少的重要组成部分，其间存在的大量冷热交换为热工转换为冷能与余热的利用提供了有利的条件。结合LNG动力船动力设备配置与实际运行工况，利用LNG冷能和尾气余热解决船舶用电、空调制冷、冷库制冷以及淡水的需求，同时实现尾气CO₂的回收捕捉，可以极大程度地减少LNG冷能与尾气余热的浪费，提高船舶能源利用率，实现船舶能源利用系统的节能减排。

发明内容

本发明的目的是为解决如何提高船舶能源利用率，实现船舶能源利用系统节能减排的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种零碳排放的LNG燃料动力船冷能余热综合梯级利用系统，包括LNG储罐、换热器、天然气透平和船舶主机；LNG储罐通过换热器依次和天然气透平、船舶主机连接；还包括LNG冷能梯级利用子系统、尾气余热梯级利用子系统和CO₂液化捕获子系统；LNG冷能梯级利用子系统包括载冷剂储箱和载冷剂应用端；LNG储罐和载冷剂储箱之间通过换热器连接，载冷剂储箱与载冷剂应用端连接；尾气余热梯级利用子系统包括换热器三和蒸汽透平；船舶主机通过换热器三和蒸汽透平连接；CO₂液化捕获子系统包括换热器三、海水淡化蒸发器、汽水分离器和液态CO₂储罐；船舶主机通过换热器三和海水淡化蒸发器连接，海水淡化蒸发器通过汽水分离器和液态CO₂储罐连接。

优选地，所述LNG储罐和换热器之间设有输送泵一，所述LNG储罐和天然气透平之间并联设有换热器一和换热器二。

优选地，所述汽水分离器通过换热器一和液态CO₂储罐连接。

优选地，所述载冷剂应用端通过换热器二与载冷剂储箱回收端连接。

优选地，所述载冷剂应用端包括低温冷库、高温冷库、空调器和海水淡化系统。

优选地，所述海水淡化系统包括海水过滤器、海水淡化蒸发器和海水淡化冷凝器；海水过滤器通过海水淡化蒸发器和海水淡化冷凝器连接；海水淡化冷凝器通过换热器二与载冷剂储箱回收端连接。

优选地，所述海水淡化冷凝器与载冷剂储箱输出端之间设有输送泵二。

优选地，所述天然气透平和船舶主机之间设有压力传感器和温度传感器。