本实用新型涉及一种绿色船舶综合供能系统，属于船舶能量供给设备技术领域。
背景技术：
21世纪的能源规划以“高效率、低污染”为主导，目前船舶供能原动机主要以柴油机和燃气轮机为主，但是由于其能量转换的过程受卡诺循环的限制，最高热效率仅为50％左右，同时其排放的废气中nox、sox、颗粒物等又会对环境产生严重的危害，此外还会有大量的温室气体co2产生。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是：如何实现船舶的高效供能，降低污染物的排放。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，包括燃料罐、空气进口，燃料罐通过管路依次连接燃料压缩机、燃料加热器、燃料重整器、固体氧化物燃料电池的阳极；空气进口通过管路依次连接燃气轮机压气机、空气预热器、固体氧化物燃料电池的阴极；固体氧化物燃料电池的出口通过管路依次连接燃气轮机燃烧室、燃气轮机涡轮机，燃气轮机涡轮机通过燃气轮机轴驱动燃气轮机压气机工作，燃气轮机涡轮机通过发电机轴驱动直流发电机发电；
燃料重整器与固体氧化物燃料电池的阳极之间设有去除co2的装置。
优选地，所述的固体氧化物燃料电池的出口与燃气轮机燃烧室之间的管路连接设有燃气旁通阀的支路。
优选地，所述的去除co2的装置包括co2分离装置、co2存储装置，co2分离装置通过管道连接co2存储装置。
优选地，在应急情况下，所述的燃料罐直接与燃气轮机燃烧室接通，燃气轮机压气机的出口与燃气轮机燃烧室接通。
优选地，所述的燃料罐通过燃料控制阀分别与燃料压缩机、燃气轮机燃烧室接通；燃气轮机压气机通过空气控制阀分别与空气预热器、燃气轮机燃烧室接通。
优选地，所述的燃气轮机涡轮机通过管路与空气预热器连接。
优选地，所述的空气预热器通过管路与燃料加热器连接；燃料加热器通过管路依次连接供热换热器、吸收式制冷机、冷凝器、冷凝水回收装置；冷凝器与外界大气连通。
优选地，所述的供热换热器通过管路连接热量用户；吸收式制冷机通过管路连接冷量用户。
优选地，所述的供热换热器的两端并联有用于控制经过供热换热器尾气量的供热旁通阀；吸收式制冷机的两端并联有用于控制经过吸收式制冷机尾气量的制冷旁通阀。
优选地，所述的冷凝水回收装置通过管路依次连接供水泵、燃料重整器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供的绿色船舶综合供能系统实现了船舶电力-冷量-热量的综合供给，通过对能量的梯级利用，大幅度地提高能量的利用率。利用燃料电池进行化学能的转换，系统排气中大幅降低了污染物nox、sox、颗粒物等污染物的排放，可满足日益严苛的环保规范要求，并通过燃烧前co2捕集技术将反应产生的co2进行回收，降低温室气体排放。
附图说明
图1为一种绿色船舶综合供能系统的原理图。
具体实施方式
为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本实用新型提供了一种绿色船舶综合供能系统，如图1所示，其包括燃料罐1、燃料控制阀2、燃料压缩机3、燃料加热器4、燃料重整器5、co2分离装置6、co2存储装置7、空气预热器8、空气控制阀9、燃气轮机压气机10、燃气轮机涡轮机11、燃气轮机燃烧室12、直流发电机13、固体氧化物燃料电池(sofc)14、燃机旁通阀15、供热换热器16、吸收式制冷机17、冷凝器18、供热旁通阀19、制冷旁通阀20、冷凝水回收装置21、供水泵22、燃气轮机轴23、发电机轴24。
燃料罐1中的lng(即液化天然气)气化成ch4气体，ch4气体在燃料压缩机3中进行加压并供给至燃料加热器4，高压ch4气体在燃料加热器4中被系统排出的高温尾气加热后进入燃料重整器5。高温高压的ch4气体在燃料重整器5中发生重整反应，生成的h2和co2气体进入co2分离装置6。分离出的co2在co2存储装置7中进行收集；h2气体进入sofc14的阳极。空气预热器8利用系统排出的高温尾气对燃气轮机压气机10排出的高压空气进行加热，预热后的压缩空气进入sofc14的阴极发生阴极反应。sofc14中发生电化学反应产生直流电能。反应生成的高温高压气体进入燃气轮机燃烧室12。进入燃气轮机燃烧室12的管路设有燃气旁通阀15，用以控制燃气轮机的输出功率(即打开燃气旁通阀15后，sofc14出来的高温高压气体，一部分通过燃气旁通阀15进入空气预热器8，一部分进入燃气轮机燃烧室12，从而降低了高温高压气体进入燃气轮机燃烧室12的流量，燃气轮机的输出功率就减小；当需要增大燃气轮机的输出功率，即增加高温高压气体进入燃气轮机燃烧室12的流量，只需将燃气旁通阀15关闭，此时，燃气轮机的输出功率达到最大)。在正常状况下，燃气轮机燃烧室12作为一个惯性环节，其内部不发生化学反应，高温高压气体经燃气轮机燃烧室12后进入燃气轮机涡轮机11膨胀做功，输出的功一部分通过燃气轮机轴23驱动燃气轮机压气机10工作，进行空气压缩，另一部分通过发电机轴24驱动直流发电机13发电。
在应急情况下，ch4气体将直接通过燃料控制阀2输送至燃气轮机燃烧室12，燃气轮机压气机10出口压缩空气通过空气控制阀9输送至燃气轮机燃烧室12，ch4气体和压缩空气在燃气轮机燃烧室12中发生燃烧反应，燃烧后生成高温高压排气进至燃气轮机涡轮机11膨胀做功，输出的功一部分通过燃气轮机轴23驱动燃气轮机压气机10工作，进行空气压缩，另一部分通过发电机轴24驱动直流发电机13发电。以保证船舶在燃料电池系统故障的应急状态下，仍具有一定的能量产生，提高船舶生命力。
联合循环排出的高温尾气经空气预热器8和燃料加热器4后仍具有较高的能量，将其通过管路引至供热换热器16对热媒水进行加热，热媒水将热量送至各热量用户。供热旁通阀19用于控制经过供热换热器16的尾气量。经过供热换热器16后，高温尾气再进入吸收式制冷机17，吸收式制冷机17从高温尾气中吸收能量用来冷却冷媒水，为各冷量用户提供冷却介质冷媒水。制冷旁通阀20用于控制经过吸收式制冷机17的尾气量。高温尾气最后进入冷凝器18，水蒸气在冷凝器18中冷凝成液态，被冷凝水回收装置21收集，然后通过供水泵22输送至燃料重整器5进行重整反应；其他气体经过冷凝器18后排至大气。
本实用新型的系统以液化天然气(lng)为燃料，基于高温燃料电池排气温度和燃气轮机涡轮进口温度具有相融性的特点，利用燃料电池排气高品位的废热与燃气轮机组成联合循环系统。燃料电池和燃气轮机作为原动机为全船提供电能，并配备吸收式制冷机、供热换热器，实现全船的电力-冷量-热量综合供能和能量的梯级利用，从而大幅度地提高燃料的利用率。此外，本实用新型中，燃料化学能的释放在燃料电池中进行，燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的装置，其省去了传统热机运行的中间过程，将化学能直接转化为电能，效率提高的同时，大幅降低了污染物nox、sox、颗粒物等污染物的排放，并产生副产品co2。
1.一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，包括燃料罐(1)、空气进口，燃料罐(1)通过管路依次连接燃料压缩机(3)、燃料加热器(4)、燃料重整器(5)、固体氧化物燃料电池(14)的阳极；空气进口通过管路依次连接燃气轮机压气机(10)、空气预热器(8)、固体氧化物燃料电池(14)的阴极；固体氧化物燃料电池(14)的出口通过管路依次连接燃气轮机燃烧室(12)、燃气轮机涡轮机(11)，燃气轮机涡轮机(11)通过燃气轮机轴(23)驱动燃气轮机压气机(10)工作，燃气轮机涡轮机(11)通过发电机轴(24)驱动直流发电机(13)发电；
燃料重整器(5)与固体氧化物燃料电池(14)的阳极之间设有去除co2的装置。
2.如权利要求1所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，所述的固体氧化物燃料电池(14)的出口与燃气轮机燃烧室(12)之间的管路连接设有燃气旁通阀(15)的支路。
3.如权利要求1所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，所述的去除co2的装置包括co2分离装置(6)、co2存储装置(7)，co2分离装置(6)通过管道连接co2存储装置(7)。
4.如权利要求1所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，在应急情况下，所述的燃料罐(1)直接与燃气轮机燃烧室(12)接通，燃气轮机压气机(10)的出口与燃气轮机燃烧室(12)接通。
5.如权利要求4所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，所述的燃料罐(1)通过燃料控制阀(2)分别与燃料压缩机(3)、燃气轮机燃烧室(12)接通；燃气轮机压气机(10)通过空气控制阀(9)分别与空气预热器(8)、燃气轮机燃烧室(12)接通。
6.如权利要求1所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，所述的燃气轮机涡轮机(11)通过管路与空气预热器(8)连接。
7.如权利要求1所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，所述的空气预热器(8)通过管路与燃料加热器(4)连接；燃料加热器(4)通过管路依次连接供热换热器(16)、吸收式制冷机(17)、冷凝器(18)、冷凝水回收装置(21)；冷凝器(18)与外界大气连通。
8.如权利要求7所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，所述的供热换热器(16)通过管路连接热量用户；吸收式制冷机(17)通过管路连接冷量用户。
9.如权利要求7或8所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，所述的供热换热器(16)的两端并联有用于控制经过供热换热器(16)尾气量的供热旁通阀(19)；吸收式制冷机(17)的两端并联有用于控制经过吸收式制冷机(17)尾气量的制冷旁通阀(20)。
10.如权利要求7所述的一种绿色船舶综合供能系统，其特征在于，所述的冷凝水回收装置(21)通过管路依次连接供水泵(22)、燃料重整器(5)。
技术总结