一种全冷式氨燃料储存的船舶BOG处理及冷能利用系统

本发明属于船舶，具体涉及一种全冷式氨燃料储存的船舶bog处理及冷能利用系统。

背景技术：

1、随着国际海事组织(imo)对船舶排放的标准越来越严格，传统的船用燃油因其污染严重，已无法满足人们对排放的要求。清洁能源的应用成为了船舶业人们关注的重点。

2、氨作为一种理想的清洁能源，因其无碳无硫，作为船用燃料，可以实现“零碳”排放，以氨燃料作为动力的船舶，简称氨动力船，可以满足imo严格的排放要求，且氨还具有运输便利和供应稳定的特点，因此，氨动力船在航运业具有良好的发展前景。

3、目前主流的氨动力船，氨燃料在船舶上通常以液氨的形式存储在燃料舱中，储存的方式主要有全冷式储存和全压式储存，其中全冷式储存是指液氨在常压、-33℃的条件下存储，由于这种储存方式所采用的燃料舱可充分适应船舱的结构空间，提高了船舱内部空间的利用率，因此，氨动力船主要采用全冷式来储存氨燃料。但是全冷式储存也存在一些短板及不足，由于燃料舱内环境与外界环境存在较大的温差，燃料舱中的液氨不可避免地会与外界环境发生热量交换，从而会有蒸发气(bog)产生。产生的bog如果直接排入大气，不仅会造成能源浪费，还会污染环境，迄今，船舶上处理bog的方法主要有船舶主机直接燃用或将bog再次液化。氨动力船在正常航行时，燃料舱内产生的bog可与液氨燃料一同送至船舶主机燃用，以供船舶航行，从而很好的处理掉产生的bog，避免了燃料的浪费，但当船舶处于机动航行或锚泊状态时，船舶主机运行功率小或停止运行，多余的bog无法通过船舶主机燃用消耗，通常需要相应的制冷设备将多余的bog暂时液化储存，但这种制冷设备通常价格较高且运行功率大，需要消耗大量的电能，增加了船舶航行的成本。

4、氨燃料供给至船舶主机时需具有合适的温度和压力，根据man和瓦锡兰研发中的氨燃料主机目前的公开数据，要求的压力范围为7.0～8.5mpa，温度范围为25～45℃。而燃料舱内的液氨加压至8mpa，此时液氨的温度为-31.4℃，送至船舶主机燃用过程中，会有大量冷能释放，如能将这丰富的冷能利用起来，用于船舶的冷库系统和空调系统中，可大大提高能源的利用率，减少用于冷库系统和空调系统的电力消耗，降低船舶航行的成本。

5、为此，基于全冷式氨燃料储存的船舶上bog的处理问题和冷能利用的问题，设计一种全冷式氨燃料储存的船舶bog处理及冷能利用系统，在船舶正常航行时，将燃料舱中液氨蕴含的冷能用于船舶的冷库系统和空调系统，能够节约冷库系统和空调系统的电力消耗，充分利用氨燃料蕴含的冷能。当船舶处于机动航行或锚泊状态时，多余的bog通过压缩机压缩再经冷却液化后暂时储存，减少用于冷却液化bog的电力消耗，待船舶再次进入正常航行时输送至船舶主机燃用，避免了bog直接排入大气中，造成能源浪费和环境污染。

技术实现思路

1、本发明的目的就是基于上述问题，提出一种全冷式氨燃料储存的船舶bog处理及冷能利用系统，通过本系统，将燃料舱中氨燃料的冷能收集起来，应用于船舶冷库系统和空调系统，机动航行或锚泊时对产生的bog通过压缩机加压后再经冷却转变为液态进行储存，待船舶正常航行时，送至船舶主机燃用，进而实现对bog的回收利用和氨燃料冷能的充分利用。

2、一种全冷式氨燃料储存的船舶bog处理及冷能利用系统，该系统包括燃料供给系统、冷库系统、空调系统、bog液化储存系统、液氨处理系统。

3、其中燃料供给系统包括：燃料舱、驳运泵、增压泵、主阀、主压缩机、二级增压泵、燃料温控装置。

4、其中冷库系统包括：冷库燃料换热器、冷库循环泵、冷库换热器。

5、其中空调系统包括：空调换热器、空调循环泵、空冷器。

6、其中bog液化储存系统包括：燃料舱、副阀、副压缩机、冷凝器、高压储罐。

7、其中液氨处理系统包括：高压储罐、供给泵、供给阀、燃料温控装置。

8、所述燃料供给系统中，所属燃料舱内设有驳运泵，所述驳运泵通过管道依次与增压泵、冷库燃料换热器、空调换热器、二级增压泵、燃料温控装置、船舶主机相连，其中增压泵、二级增压泵可对液氨增压至不同压力，燃料温控装置内设有加热装置。

9、所述燃料舱顶部设有bog排气口，通过管道依次与主阀、主压缩机、二级增压泵相连。

10、所述冷库系统中，所述冷库燃料换热器、冷库循环泵、冷库换热器通过管道依次相连，形成闭合回路。

11、所述空调系统中，所述空调换热器、空调循环泵、空冷器通过管道依次相连，形成闭合回路。

12、所述bog液化储存系统中，在bog排气口与主阀之间设有另一通路，该通路上，副阀、副压缩机、冷凝器、高压储罐通过管道依次相连。

13、所述液氨处理系统中，高压储罐内设有供给泵，所述供给泵通过管道依次与供给阀、燃料温控装置相连。

14、当船舶正常航行时，主阀开启，副阀关闭，燃料舱内的液氨被驳运泵驳运出来，经过增压泵，增压泵将其增压至20bar左右，加压后的液氨温度仍低于-30℃，随后液氨经过冷库燃料换热器，低温的液氨会与冷库燃料换热器中的冷媒发生热交换，在冷库循环泵的作用下，在冷库换热器中与冷库内空气进行换热，在换热过程中释放冷能，使冷库保持低温状态，便于储存相应货物。随后液氨沿管道经过空调换热器，与空调换热器中冷媒发生热交换，在空调循环泵的作用下，在空冷器中与室内热空气进行换热，在换热过程中释放冷能，使室内温度降低，达到空调制冷的效果。此外，燃料舱内的bog经主压缩机压缩至20bar左右，与初步增压后的液氨混合，利用液氨的冷能使bog冷却转变为液态(即液氨)，随后液氨送至二级增压泵，二级增压泵对其增压至80bar，将液氨送至燃料温控装置，燃料温控装置中的加热装置对液氨加热至船舶主机的供给温度，最终送至船舶主机燃用。

15、当船舶处于机动状态或锚泊时，副阀开启，主阀关闭，燃料舱内的bog经过副压缩机加压至高压，进入冷凝器，在冷凝器中通过海水对高温高压的bog进行冷却，使之变为液态(即液氨)，随后液氨再经管道进入高压储罐暂时储存。待到船舶再次正常航行时，所述高压储罐中的液氨被供给泵通过管道运输至燃料温控装置，在其中加热装置中加热达到船舶主机的供给温度，进而送至船舶主机燃用。

16、本发明的有益效果：

17、1.本发明系统巧妙利用燃料舱中液氨蕴含的冷能释放的低温，将液氨依次与燃料冷库换热器、空调换热器中的冷媒进行换热，实现了对冷能的梯级利用，避免了冷能的浪费，节省了用于冷库系统和空调系统的电力消耗。

18、2.本发明系统在船舶机动航行或锚泊状态时采用压缩机将bog压缩为高压，在冷凝器中利用海水对其冷却，使bog转变为液态并储存起来，避免bog直接排入大气中，造成能源浪费和环境污染，另外，可无需配置用于液化bog的制冷设备，节省了大量的电能，降低了船舶航行的成本。

技术特征：

1.一种全冷式氨燃料储存的船舶bog处理及冷能利用系统，其特征在于：该系统包括燃料供给系统、冷库系统、空调系统、bog液化储存系统、液氨处理系统，所述燃料供给系统包括燃料舱(1)、驳运泵(2)、增压泵(3)、主阀(11)、主压缩机(12)、二级增压泵(19)、燃料温控装置(20)，所述冷库系统包括冷库燃料换热器(4)、冷库循环泵(5)、冷库换热器(6)，所述空调系统包括空调换热器(7)、空调循环泵(8)、空冷器(9)，所述bog液化储存系统包括燃料舱(1)、副阀(13)、副压缩机(14)、冷凝器(15)、高压储罐(16)，所述液氨处理系统包括高压储罐(16)、供给泵(17)、供给阀(18)、燃料温控装置(20)，

2.根据权利要求1中所述的一种全冷式氨燃料储存的船舶bog处理及冷能利用系统，其特征在于：所述燃料舱(1)顶部通过管道依次与主阀(11)、主压缩机(12)、二级增压泵(19)、燃料温控装置(20)相连。

3.根据权利要求1中所述的一种全冷式氨燃料储存的船舶bog处理及冷能利用系统，其特征在于：所述供给泵(17)设置在高压储罐(16)内部，所述供给泵(17)通过管道与供给阀(18)相连，所述供给阀(18)通过管道与燃料温控装置(20)相连。

技术总结本发明属于船舶技术领域，提出了一种全冷式氨燃料储存的船舶BOG处理及冷能利用系统，该系统包括：燃料供给系统、冷库系统、空调系统、BOG液化储存系统、液氨处理系统。本发明应用于全冷式氨燃料储存的船舶正常航行时，将燃料舱内液氨燃料蕴含的冷能收集起来，应用于船舶冷库系统和空调系统。本发明应用于船舶机动航行或锚泊时，将未能处理的BOG，通过加压后冷却转变为液态储存在高压储罐中，待船舶再次正常航行时回收利用，因此，本发明能充分利用液氨燃料中的能量，避免了冷能的浪费，能避免将BOG直接排放，造成的能源浪费和环境污染，十分具有实用价值。技术研发人员：张晓荣,李先强,卢艳民,李孜健,王强,王名涌受保护的技术使用者：青岛远洋船员职业学院技术研发日：技术公布日：2024/6/18