LNG动力船舶冷能回收利用技术的研究
时间：2020-12-15 04:01:23 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】环境保护问题目前越来越得到船舶相关领域的关注，LNG作为一种清洁高效的能源正逐渐在船舶领域推广。由于LNG在汽化时会释放出大量的冷能，如何高效地利用 LNG的冷能，对于节约资源和提高经济效益有着重大意义。论文简要介绍了LNG冷能的基本特性及目前冷能回收现状，简单介绍了利用LNG完成循环对外膨胀做功发电的方法，并提出了一种运用船舶废热与冷能进行温差发电的方法。
【Abstract】At present， more and more attention has been paid to the problem of environmental protection in the field of ship. As a kind of clean and efficient energy， LNG is gradually being popularized in the field of ship. For the LNG will release a lot of cold energy in the process of vaporization， how to efficiently utilize the cold energy of LNG is of great significance for saving resources and improving economic efficiency. This paper briefly introduces the basic characteristics of LNG cold energy and the current situation of the cold energy recycling. It also briefly introduces the method of using LNG to complete the cycle of external expansion to realize power generation ， and proposes a method of using the temperature difference between waste heat and cold energy to generate electricity .
【关键词】LNG动力船舶；冷能回收利用；节约资源；经济效益
【Keywords】LNG powered ship； cold energy recycling； resource conservation； economic benefits
【中图分类号】U674.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0169-02
1 引言
目前大多数船舶采用柴油做为主要燃料，在燃烧过程中会排放大量的二氧化碳、硫化物、氮化物等有害物[1]，随着国际海事组织对硫化物和氮化物排放要求的进一步提高，LNG动力船舶凭借其能源清洁、运营成本低、续航性好等优势引来广泛的关注。相信未来随着相关法规和基础设施的不断完善，LNG动力船舶会在船舶领域占据着重要的地位。
2 LNG的基本特性及目前冷能回收现状
液化后的天然气储存的条件为温度约为 112K 和压力约为 0.1MPa，体积只有原来的 1/600，给运输带来极大的便利。将天然气液化的过程中需要消耗很多的能量，每液化1吨天然气消耗的能量为840 KWh[2]。LNG动力船舶上在使用液化天然气时往往直接用海水对天然气进行冷却，这不仅会使海水温度突然变化对环境造成影响，还会使LNG蕴含的大量冷能没有被利用而形成资源浪费。如果能够高效合理的利用这部分冷能，那么在环境保护和减少运营成本上都有益处。
隨着LNG的使用日益广泛，LNG冷能回收技术的研究也取得了重要的进展。目前在全国LNG冷能回收主要用于冷能发电、维持冷库温度、海水淡化、空气分离等领域，其中在陆地上的冷能发电技术已经比较成熟。在日本，东京瓦斯公司 LNG 接收站回收56.3%的 LNG 冷能用于电，其利用率约42%；而中国台湾，永安 LNG 接收站利用LNG 冷能发电的百分比是 14%[3]。
但是考虑到船舶上有限的空间，不能够安放过多设备，以及在船舶设计时需要考虑的安全性、可靠性与经济性，LNG动力船舶的冷能回收主要用于冷能发电与维持冷库温度这两个方面。在冷能发电方面本文介绍了两种方法，一种是目前比较常见的利用 LNG 完成循环对外膨胀做功发电，另外是提出了一种目前研究较少但是很有价值的利用船舶余热与LNG冷能进行温差发电。
3 利用LNG冷能完成循环对外膨胀做功发电
利用LNG 冷能进行发电是目前冷能回收中最为高效的利用方式，目前有直接膨胀法、二次媒介法和联合法等方法，下面对直接膨胀法和二次媒介法进行简单介绍。
直接膨胀法是利用泵加压后，将常压下的 LNG 转化为高压 LNG，然后送至换热器，在换热器中，低温的 LNG 与常温的海水进行换热，LNG吸热后迅速汽化，汽化后的高压天然气进入透平膨胀发电机进行做功，进而驱动发电机进行发电。
二次媒体法是利用冷媒为中间介质完成循环。首先，LNG输送至冷凝器，在冷凝器中与冷媒（如丙烷）蒸汽发生热交换，液态天然气由于吸热，汽化成常温常压下的天然气，而冷媒放热后冷凝下来，经低温泵提升压力后，进入到蒸发器，由蒸发器对冷媒进行加热，使冷媒变成高压蒸汽，从而推动透平膨胀发电机进行做功发电[4]。
4 利用船舶废热与LNG冷能的温差发电
大型船舶主机功率庞大，燃料在燃烧后发出的全部热量有部分转变为机械功，其余部分则通过排气、冷却介质和机器表面散热等而损失掉[5]。这一部分热量可以和LNG汽化释放的冷能进行温差发电。下表列举了大型船舶燃料热能转化形式及比重[6]。
