LNG动力技术在多用途船上的应用与研究.pdf
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1、第40 卷第4期2023年8 月江苏船舶JIANGSU SHIPVol.40No.4Aug.2023LNG动力技术在多用途船上的应用与研究杨海建,范?祥,马小勇,朱天宇(南通中远海运川崎船舶工程有限公司,江苏南通2 2 6 0 0 5)摘要:针对液化天然气(Liquefied Natural Gas,L NG)双燃料动力船开发过程中关键技术选择应用的问题,以LNG双燃料2 8 0 0 0 t多用途船为研究对象,分析了以LNG作为船舶燃料的设计特点,进一步阐述了曼恩ME-GI双燃料主机、LNG燃料舱、燃料供应系统(FGSS)等方面的关键技术,总结了LNG动力船使用LNG燃料的经济性。该船型的开发
2、为后续开发建造更经济、环保、安全的LNG动力船提供了建设性思路和经验性方向。关键词:双燃料主机;LNG燃料舱;燃料供应系统;双燃料设备中图分类号:U664.1D0I:10.19646/ki.32-1230.2023.04.010文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):可0引言在全球日益关注绿色环保的大环境下,国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)对船舶排放要求越来越高 。液化天然气(LiquefiedNaturalGas,L NG)燃烧后具有碳排放低、不会产生碳烟颗粒、不含硫氧化物等特点,因此LNG燃料成为实现碳中和、碳达峰
3、很好的过渡燃料。据统计,相比常规燃油,采用LNG燃料可以减少约2 5%的二氧化碳(CO2)排放量、2 0%3 0%(高压主机)或85%(低压主机)氮氧化合物(NO,)排放量、9 5%的硫化物(S0)和9 0%颗粒物排放 2 。因此,基于对未来排放法规和油气价格发展趋势的预期,LNG作为船用燃料的优越性将越来越显著,LNG双燃料船也会具有十分广阔的市场前景和发展空间 3 。随着船用燃料供应系统(FuelGasSupplySys-tem,FG SS)技术的迅速发展,FGSS的设备投资成本逐渐下降,以LNG作为燃料的多用途船也越来越受到青睐。本文以LNG双燃料2 8 0 0 0 t多用途船为开发对象
4、,研究双燃料设备选型、LNG燃料舱的设计布置、LNG燃料供应系统等关键技术,分析LNG动力船使用LNG燃料的经济性,形成完整的LNG燃料应用设计流程。收稿日期:2 0 2 2-1 0-0 6作者简介:杨海建(1 9 7 5一),男,硕士,高级工程师,主要从事船舶基本设计工作;范祥(1 9 8 3 一),男,硕士,高级工程师,主要从事船舶基本设计工作;马小勇(1 9 8 1 一),男,硕士,高级工程师,主要从事船舶基本设计工作;朱天宇(1 9 9 5一),男,硕士,工程师,主要从事船舶基本设计工作。1项目简介某LNG双燃料2 8 0 0 0 t多用途船(Genenal Car-go Ship,G
5、CS)的发电机和锅炉均采用双燃料形式,LNG燃料舱采用了IMOC型独立燃料舱,布置在舵部甲板开处。其主要参数如下:总长1 7 9.5m,型宽2 8.0 m,型深1 4.8 m,吃水9.2 m,LNG燃料舱容积 50 0 m。2双燃料设备选型2.1双燃料主机目前市场主流的双燃料主机分为曼恩的ME-GI机和温特图尔的X-DF机,这2 款主机的对比情况见表1。综合考虑主机的市场占有率、燃料消耗率、甲烷逃逸和船厂的工作量等因素,本项目主机采用曼恩ME-GI主机。该主机在燃料模式下工作压力为2030MPa,温度为(451 0),详细参数如下:主机曼恩6 S50ME-C8.2-GI-TierII,最大连续
6、运转功率(SMCR)9300kW122r/min,正常连续运转功率(NCR)6510kW108.3r/min,基于轻油低热值(LCV)42700kJ/kg时设计燃料消耗2 5.8 t/d,基于LNG(纯甲烷)的LCV50000kJ/kg时设计燃料消耗2 0.7 t/d。2.2双燃料发电机本项目配备3 台瓦锡兰低压双燃料四冲程发电机。其主要特征是采用奥托循环模式、低压燃料系统,燃料模式下可以直接满足NOTierIII的排放要求。详细参数如下:34机型瓦锡兰W6L20DF,最大连续运转功率(MCR)1110kW,设计燃料消耗3.9 t/d。表1 双燃料主机对比表项目内容曼恩ME-GI迪塞尔循环(只
7、压缩空工作原理气,活塞到达上止点附近再喷射燃料)燃烧模式燃料系统单位气耗SO,排放NO排放直接满足NO,TierIII)CO2排放降低约2 5%甲烷逃逸量几乎没有2.3双燃料锅炉本项目配备1 台阿法拉伐欧宝的双燃料锅炉。该锅炉除了常规燃油模式和LNG燃料模式之外,还具有燃烧LNG和氮气的混合气的混合模式。该功能主要用于 LNG燃料加注过程中,为了维持 LNG燃料舱内的压力时处理回气(采用LNG槽罐车加注,不具有回收气的功能)。3LNG燃料舱的设计与布置3.1LNG燃料舱的选型薄膜型和球舱型(MOSS型)被广泛应用于大型LNG运输船。LNG动力船不同于LNG运输船,一般采用非船体结构的液货舱,如
8、A、B、C 型舱,建造工艺简单,技术成熟,成本低。A、B、C 型液货舱及薄膜型液货舱对比见表2 4。表2 LNG燃料舱对比类型薄膜型燃料舱形状最大压力kPa次屏蔽完整次屏蔽完整次屏蔽部分次屏蔽不需要船体空间高利用率BOG管理需要对策锅炉带挥发天锅炉带GCU锅炉带GCU(额外然气燃烧单元功能设备)(GCU)功能质量轻本项目采用C型独立LNG燃料舱。C罐相比江苏船舶其他形式的燃料舱有着更高的耐压能力,建造门槛低,无需次屏蔽且具有自承压功能 5。虽然其空间利用率相对低会占有较大的布置空间,质量重会影温特图尔X-DF响船舶的载重吨,但是考虑GCS船型的特点,LNG燃料舱布置在开甲板上,不会影响船舶的载
9、货量。奥托循环(燃料和空气一起压缩)高压(3 0 MPa)低压(0.8Y+(0.05 0.08)XY/X 1.150 1.187根据上述分析过程得出以下结论:当LNG和燃油每吨价格比小于1.1 50 1.1 8 7 时,采用LNG燃料的经济性得以体现。江苏船舶6结语在全球排放法规日益严苟的今天,硫氧化物、氮氧化物、温室气体和颗粒物的排放在全球受到越来越多的限制。LNG作为一种清洁能源,其动力船必然会得到更好的发展。本文着力研究双燃料设备选型、LNG燃料舱的设计布置、LNG燃料供应系统和经济性分析等方面,形成完整的LNG燃料应用设计流程。但在LNG动力船上还有很多技术需要进一步完善或优化,今后将
10、对LNG动力船型进一步加大研究和开发力度。表3 双双燃料经济性分析机型双燃料主机功率点/kW已知a运行模式燃油模式燃料类型燃油热值/42.700(kJ kg)价格/(元kg-)燃料消耗率/g:(kwh)-1 运行时间/h燃料质量(1 h)燃料费用(1 h)注:a为双燃油主机功率点;b为燃油消耗率;X为燃油价格;Y为LNG燃料价格。参考文献:【1 裘春华,孙永元,王璞双燃料发动机天然气供气系统设计J.柴油机,2 0 1 8,40(5):2 7-3 3.2段斌,宋炜,刘恒,等,LNG加注船的技术发展动态 J船舶工程,2 0 2 0,42(增刊1):5-9.3吴洁,袁鑫悦LNG运输船BOG处理技术的
11、发展态势 J.船舶工程,2 0 2 0,42(4):2 1-2 5.4谷林春,何萧。LNG船舶液货舱技术市场发展现状 J船舶物资与市场,2 0 1 9,2 7(7):1 7-2 0.5李志林,陈元军大型集装箱船LNG燃料舱的选型 J船舶物资与市场,2 0 2 1,2 9(2):1 7-1 8.6沈嘉祺.LNG加注船方案设计关键技术研究 D大连:大连理工大学,2 0 1 8.第40 卷燃气模式LNG点火油5000042.700XY6(42 700/50 000)61ab0.85abbaX0.85baYX61%ab1%baXCONTENTS.YU Jian,WANG Zuoqiang,ZHANG
12、Zhongyi,GU Jiayang,JIAO Chen(5)JIANGSU SHIPVol.40,No.4(Serial 216),August 2023(Bimonthly)TRANSACTIONS OF JIANGSU PROVINCIAL SOCIETY OFNAVAL ARCHITECTURE AND MARINE ENGINEERINGJS 2023-4-01Analysis of Improvement Measures for Carbon Intensity Indicator Based on Dual-Fuel LNGShip:YANG Chunhua,LI Yan(1)
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