本發(fā)明涉及一種lng動(dòng)力船的分布式能源系統(tǒng)及控制方法，具體是為了實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，以lng汽化產(chǎn)生的巨額冷量和燃燒產(chǎn)生的大量熱量作為船舶艙室的電、動(dòng)、冷、熱系統(tǒng)的冷熱源，提高了能源的利用效率，節(jié)約資源，同時(shí)起到保護(hù)環(huán)境的作用，屬于分布式能源系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著天然氣產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，天然氣高效利用已成為研究熱點(diǎn)。我國的能源政策和一次能源比例形式?jīng)Q定了天然氣使用將是未來幾年大力發(fā)展的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，分布式能源系統(tǒng)無疑是其中重點(diǎn)。分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于引進(jìn)高效冷熱電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)燃?xì)狻㈦?、熱、冷的最?yōu)匹配，從而實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，較大程度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)對(duì)于環(huán)境保護(hù)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于本系統(tǒng)，首先應(yīng)將lng的巨額冷能合理利用，其次要考慮如何完善系統(tǒng)的余熱回收部分，最主要的是要在保證系統(tǒng)能源穩(wěn)定、持續(xù)供應(yīng)的前提下，提高系統(tǒng)的操作彈性，使得系統(tǒng)在各種工況下均能保持較高的能源有效利用率，并且最終使得能源的綜合利用效率達(dá)到68％以上。

目前，船用余熱回收系統(tǒng)基本上使用簡單低效的系統(tǒng)。申請(qǐng)?zhí)枮?01620689534.4的專利公開了一種lng分布式能源氣化冷熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由lng儲(chǔ)存單元、輸送管路、冷熱回收單元、輸送泵、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電單元、供電管線、高溫?zé)煔夤艿馈⒀h(huán)管路組成；所述lng輸送單元通過輸送管路連接到冷熱回收單元上，冷熱回收單元通過輸送管路連接到燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)單元上，燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)單元再通過輸送泵和循環(huán)管路連接到冷熱回收單元上，冷熱回收單元再通過循環(huán)管路連接到燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)單元上，燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)單元設(shè)置有連接到分布式能源的供電管線和高溫?zé)煔夤艿?。它回收利用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)高溫缸套水的熱能與低溫lng進(jìn)行換熱，并將釋放的冷量進(jìn)行吸收和利用，該系統(tǒng)雖利用lng汽化所釋放的冷量，但該系統(tǒng)中直接使用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)高溫缸套水作為載冷劑，在換熱器中與lng進(jìn)行熱交換，由于lng汽化時(shí)顯熱交換溫差能達(dá)到170～200℃，可能使得進(jìn)行熱交換的缸套水水吸收過多冷量而降溫過多，使得無法再次進(jìn)入燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)高溫缸套水中進(jìn)行循環(huán)使用，同時(shí)該系統(tǒng)并未有效的利用lng汽化的冷能和燃燒后的余熱。

申請(qǐng)?zhí)枮?01610880726.8的專利公開了一種發(fā)動(dòng)機(jī)余熱綜合回收系統(tǒng)，主要包括有發(fā)動(dòng)機(jī)高品位能回收系統(tǒng)與溴化鋰吸收式循環(huán)制冷(熱)系統(tǒng)。所述的發(fā)動(dòng)機(jī)高品位能回收系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排出管、工質(zhì)泵、蒸發(fā)換熱器、單螺桿膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器ⅰ以及發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣乏氣排出管，其中所述的蒸發(fā)換熱器(實(shí)質(zhì)就是管殼式換熱器)連接于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排出管，蒸發(fā)換熱器出口連接于發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組由單螺桿膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)組成，單螺桿膨脹機(jī)與冷凝器ⅰ入口相連，冷凝器ⅰ出口與工質(zhì)泵連接，工質(zhì)泵與所述的蒸發(fā)換熱器入口相連，其中工質(zhì)泵為整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)高品位能回收系統(tǒng)提供動(dòng)力；所述的溴化鋰吸收式循環(huán)制冷(熱)系統(tǒng)主要包括吸收器、溶液泵、溶液熱交換器、發(fā)生器1、發(fā)生器2、冷凝器ⅱ、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、接發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管、接發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣乏氣排氣管以及截止閥a、b、c、d，其中所述的接發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣乏氣排氣管與發(fā)生器1連接，所述的接發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水管與發(fā)生器2連接，發(fā)生器1與發(fā)生器2并聯(lián)組成發(fā)生器單元，并聯(lián)后的發(fā)生器單元與閥組—冷凝器單元、閥組—蒸發(fā)器單元相連，閥組—冷凝器單元由截止閥a、b、節(jié)流閥、冷凝器ⅱ組成，其中冷凝器ⅱ的前后串聯(lián)有截止閥a與節(jié)流閥，截止閥b并聯(lián)于冷凝器ⅱ、截止閥a與節(jié)流閥，組成閥組—冷凝器單元；閥組—蒸發(fā)器單元由截止閥c、d、蒸發(fā)器組成，其中蒸發(fā)器的前端串聯(lián)有截止閥c，截止閥d并聯(lián)于蒸發(fā)器上，整個(gè)閥組—冷凝器單元和閥組—蒸發(fā)器共同組成閥組—冷凝器—蒸發(fā)器單元，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供熱或供冷以及即不供熱也不供冷的要求。其中蒸發(fā)器與吸收器相連，吸收器后連接有溶液泵，溶液泵與溶液熱交換器連接，溶液泵為整個(gè)溴化鋰吸收式循環(huán)制冷(熱)系統(tǒng)提供動(dòng)力，其中發(fā)生器單元還通過溶液熱交換器與吸收器相連，共同組成整個(gè)溴化鋰吸收式循環(huán)制冷(熱)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在制熱時(shí)運(yùn)行方式為開啟截止閥b，和截止閥c，關(guān)閉截止閥a與截止閥d，此時(shí)冷劑蒸汽只流過蒸發(fā)器，達(dá)到單獨(dú)制冷的目的。存在明顯錯(cuò)誤，冷劑蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)吸熱制冷的效果無法實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)所述在開啟截止閥b和d，關(guān)閉截止閥a和c，此時(shí)冷劑蒸汽不流過冷凝器ⅱ與蒸發(fā)器，達(dá)到既不制冷也不制熱的目的，并未考慮進(jìn)入吸收器內(nèi)冷劑水的溫度以及吸收過程產(chǎn)生的大量熱量，以至于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行必定存在缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和問題，通過合理利用lng動(dòng)力船中l(wèi)ng從-163℃升溫到燃燒溫度時(shí)釋放的冷能以及l(fā)ng燃燒時(shí)釋放的熱量，提供一種既能滿足lng汽化量又能滿足船舶艙室的電、動(dòng)、冷、熱的需求，提高能源的利用效率，降低船舶系統(tǒng)的能源消耗，提升船舶整體運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

本發(fā)明是將lng動(dòng)力船中l(wèi)ng汽化及燃燒產(chǎn)生的大量能量和船舶電力系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)的制冷/供熱進(jìn)行有機(jī)整合，利用lng汽化時(shí)釋放的巨額冷能，作為驅(qū)動(dòng)蒸氣輪機(jī)發(fā)電的冷源，滿足船舶艙室供電需求；利用lng燃燒室產(chǎn)生的大量熱量，作為船舶主機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行的能量來源，滿足船舶動(dòng)力需求；利用lng燃燒后產(chǎn)生大量的余熱作為夏季工況下溴化鋰吸收式制冷/供熱系統(tǒng)以及l(fā)ng再升溫的熱源，以滿足燃燒所需lng量和船舶系統(tǒng)制冷/供熱需求，達(dá)到能源利用效率的最優(yōu)化。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種lng動(dòng)力船的分布式能源系統(tǒng)，包括lng汽化系統(tǒng)，冷能發(fā)電回路，熱回收回路和溴化鋰吸收式制冷/供熱回路；其中，所述lng汽化系統(tǒng)依次由lng儲(chǔ)液罐1，lng低溫泵2，lng汽化器4的進(jìn)口a、出口c，第一電控閥門7，第二換熱器11的進(jìn)口e、出口g，第四電控閥門22和船舶主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)25通過管道依次連接構(gòu)成；所述冷能發(fā)電回路依次由lng汽化器4的出口b，冷媒儲(chǔ)罐3，冷媒循環(huán)泵5，第一換熱器6，蒸氣輪機(jī)9，第二電控閥門8和lng汽化器4的進(jìn)口d通過管道依次連接構(gòu)成；所述熱回收回路依次由船舶主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)25的缸套水出口j，循環(huán)泵26，第二電控三通閥門27，發(fā)生器18的進(jìn)口k、出口l，第三電控閥門10，第二換熱器11的進(jìn)口f、出口h，三通接頭23，緩沖罐24，船舶主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)25的缸套水進(jìn)口i，通過管道依次連接構(gòu)成；所述溴化鋰吸收式制冷/供熱回路，由發(fā)生器18的出口n，冷凝器20，第一電控三通閥門19，節(jié)流閥17，蒸發(fā)器15，吸收器12，溶液泵13，溶液熱交換器16和發(fā)生器18的進(jìn)口m通過管道依次連接構(gòu)成。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的lng汽化器4為lng梯級(jí)汽化器。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的冷媒儲(chǔ)罐3中裝有相變冷媒，所述相變冷媒為r1270或r407c。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的第一換熱器6為板式換熱器。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的冷凝器20與節(jié)流閥17之間還設(shè)有第一電控三通閥門19。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的發(fā)生器18的出口q與所述溶液熱交換器16之間和所述溶液熱交換器16與所述吸收器12之間均通過管道相連通。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的吸收器12通過管道與所述的冷凝器20相連通。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的第一電控三通閥門19通過管道連通所述吸收器12和所述蒸發(fā)器15之間的管道。

本發(fā)明的一種lng動(dòng)力船的分布式能源系統(tǒng)的工作方法，包括如下幾種工作模式：

(1)所述lng汽化系統(tǒng)的汽化方式：lng儲(chǔ)液罐1內(nèi)的lng經(jīng)lng低溫泵2由lng汽化器4的進(jìn)口a進(jìn)入換熱器與冷媒進(jìn)行換熱，汽化成天然氣后由lng汽化器4的出口c，經(jīng)第一電控閥門7進(jìn)入第二換熱器11的入口e，與缸套水換熱再升溫，從第二換熱器11的出口g經(jīng)第四電控閥門22進(jìn)入船舶主輔機(jī)系統(tǒng)的燃燒室燃燒，為船舶提供動(dòng)力；

(2)所述冷能發(fā)電回路的發(fā)電方式：冷媒由lng汽化器4的入口d進(jìn)入換熱器與lng進(jìn)行換熱，從lng汽化器4出口b出來的低溫冷媒進(jìn)入冷媒儲(chǔ)罐3，由冷媒循環(huán)泵5送入第一換熱器6與海水進(jìn)行換熱，升溫成高壓蒸氣進(jìn)入蒸氣輪機(jī)9進(jìn)行發(fā)電，乏氣經(jīng)第二電控閥門8進(jìn)入lng汽化器4的入口d；

(3)所述熱回收回路的回收方式：汽化后的lng進(jìn)入船舶主輔機(jī)系統(tǒng)的燃燒室燃燒做功后會(huì)產(chǎn)生大量余熱，船舶主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)25中的缸套水通過循環(huán)泵26，進(jìn)入第二電控三通閥門27分成兩股，一股直接流入三通接頭23另一股進(jìn)入發(fā)生器18的入口k，驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式制冷/供熱系統(tǒng)，由發(fā)生器18的出口l出來經(jīng)過第三電控閥門10流入第二換熱器11的入口f與ng進(jìn)行換熱，經(jīng)第二換熱器11的出口h流過三通接頭23與第二電控三通閥門27直接流入三通接頭23的一股交匯，流經(jīng)緩沖罐24進(jìn)入船舶主輔機(jī)系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)25；

(4)所述溴化鋰吸收式制冷/供熱回路的制冷/供熱方式：由發(fā)生器18出口n出來的高溫高壓水蒸氣在冷凝器20中與供熱回路21中的預(yù)熱水進(jìn)行換熱，冷凝成高壓液體，同時(shí)釋放出冷凝熱量(實(shí)現(xiàn)夏季供熱水冬季供暖供熱水)，夏季工況下高壓液體通過第一電控三通閥門19流入節(jié)流閥17進(jìn)行節(jié)流降溫，節(jié)流到蒸發(fā)壓力，進(jìn)入蒸發(fā)器15中，低壓液體在蒸發(fā)器15中蒸發(fā)成低壓水蒸氣，并同時(shí)從外界吸收熱量(實(shí)現(xiàn)制冷)然后進(jìn)入吸收器12,冬季工況下高壓液體通過第一電控三通閥門19進(jìn)行節(jié)流，然后直接流向吸收器12而不經(jīng)過節(jié)流閥17和蒸發(fā)器15；在吸收器12中，用溴化鋰濃溶液吸收過來的低壓水蒸氣或一定壓力的液體，形成稀溴化鋰-水溶液并放出大量的吸收熱，供熱回路21的低溫水進(jìn)入吸收器12與其進(jìn)行換熱實(shí)現(xiàn)預(yù)熱，然后預(yù)熱水流入冷凝器20；低溫稀溴化鋰-水溶液經(jīng)溶液泵13升壓后，進(jìn)入溶液熱交換器16與高溫濃溴化鋰溶液換熱升溫，然后由發(fā)生器18的入口m進(jìn)入，在發(fā)生器18中，該稀溴化鋰-水溶液被加熱、沸騰，其中沸點(diǎn)低的制冷劑水氣化成高壓水蒸氣，與吸收劑分離。然后水蒸氣去冷凝器20液化，溴化鋰濃溶液由發(fā)生器18的出口q進(jìn)入溶液熱交換器16降溫，然后返回吸收器12再次吸收制冷劑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果

1、本發(fā)明的主要功能是將lng汽化過程與船舶供電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)供冷供熱需求進(jìn)行有機(jī)整合，利用lng汽化時(shí)釋放的巨額冷能，作為船舶供電系統(tǒng)的冷源，并且將汽化后的lng送入船舶主機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)燃燒后產(chǎn)生的大量余熱進(jìn)行回收，以滿足空調(diào)用戶端制冷/供熱和ng再升溫需求，以達(dá)到能源利用效率的最優(yōu)化。

2、本發(fā)明系統(tǒng)簡單，控制方便，且合理利用lng汽化冷能和燃燒熱能，不但解決了常規(guī)lng動(dòng)力船舶運(yùn)行時(shí)電力需求問題，同時(shí)通過有效余熱回收，解決船舶空調(diào)制冷/供熱需求，使得系統(tǒng)整體工作效率顯著提高，實(shí)現(xiàn)燃?xì)?、電、熱、冷的最?yōu)匹配，從而實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，并且最終使得能源的綜合利用效率達(dá)到68％以上，較大程度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)對(duì)于環(huán)境保護(hù)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

附圖說明

圖1為專利發(fā)明一種lng動(dòng)力船的分布式能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖中：1.lng儲(chǔ)液罐，2.lng低溫泵，3.冷媒儲(chǔ)罐，4.lng汽化器，5.冷媒循環(huán)泵，6.第一換熱器，7.第一電控閥門，8.第二電控閥門，9.蒸氣輪機(jī)，10.第三電控閥門，11.第二換熱器，12.吸收器，13.溶液泵，14.制冷用戶，15.蒸發(fā)器，16.溶液熱交換器，17.節(jié)流閥，18.發(fā)生器，19.第一電控三通閥門，20.冷凝器，21.供熱回路，22.第四電控閥門，23.三通接頭，24.緩沖罐，25.船舶主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)，26.循環(huán)泵，27.第二電控三通閥門。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1和具體實(shí)施例對(duì)本專利發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如附圖1所示，為本發(fā)明的一種lng動(dòng)力船的分布式能源系統(tǒng)，包括lng汽化系統(tǒng)，冷能發(fā)電回路，熱回收回路，溴化鋰吸收式制冷/供熱回路；所述lng汽化系統(tǒng)依次由lng儲(chǔ)液罐1，lng低溫泵2，lng汽化器4的進(jìn)口a、出口c，第一電控閥門7，第二換熱器11的進(jìn)口e、出口g，第四電控閥門22通過管道依次連接構(gòu)成；所述冷能發(fā)電回路依次由lng汽化器4的進(jìn)口d、出口b，冷媒儲(chǔ)罐3，冷媒循環(huán)泵5，第一換熱器6，蒸氣輪機(jī)9，第二電控閥門8通過管道依次連接構(gòu)成；所述熱回收回路依次由船舶主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)25的缸套水進(jìn)口i、出口j，循環(huán)泵26，第二電控三通閥門27，發(fā)生器18的進(jìn)口k、出口l，第三電控閥門10，第二換熱器11的進(jìn)口f、出口h，三通接頭23，緩沖罐(24)通過管道依次連接構(gòu)成；所述溴化鋰吸收式制冷/供熱回路，由發(fā)生器18的進(jìn)口m、出口n，冷凝器20，第一電控三通閥門19，節(jié)流閥17，蒸發(fā)器15，吸收器12，溶液泵13，溶液熱交換器16通過管道依次連接構(gòu)成。

工作方式：

lng汽化系統(tǒng)：lng儲(chǔ)液罐1內(nèi)的lng經(jīng)lng低溫泵2由lng汽化器4的進(jìn)口a進(jìn)入換熱器與冷媒進(jìn)行換熱，汽化成天然氣后由lng汽化器4的出口c，經(jīng)第一電控閥門7進(jìn)入第二換熱器11的入口e，與缸套水換熱再升溫，從第二換熱器11的出口g經(jīng)第四電控閥門22進(jìn)入船舶主輔機(jī)系統(tǒng)的燃燒室燃燒，為船舶提供動(dòng)力。

冷能發(fā)電回路：冷媒由lng汽化器4的入口d進(jìn)入換熱器與lng進(jìn)行換熱，從lng汽化器4出口b出來的低溫冷媒進(jìn)入冷媒儲(chǔ)罐3，由冷媒循環(huán)泵5送入第一換熱器6與海水進(jìn)行換熱，升溫成高壓蒸氣進(jìn)入蒸氣輪機(jī)9進(jìn)行發(fā)電，乏氣經(jīng)第二電控閥門8進(jìn)入lng汽化器4的入口d。

熱回收回路：汽化后的lng進(jìn)入船舶主輔機(jī)系統(tǒng)的燃燒室燃燒做功后會(huì)產(chǎn)生大量余熱，船舶主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)25中的缸套水通過循環(huán)泵26，進(jìn)入第二電控三通閥門27分成兩股，一股直接流入三通接頭23另一股進(jìn)入發(fā)生器18的入口k，驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式制冷/供熱系統(tǒng)，由發(fā)生器18的出口l出來經(jīng)過第三電控閥門10流入第二換熱器11的入口f與ng進(jìn)行換熱，經(jīng)第二換熱器11的出口h流過三通接頭23與第二電控三通閥門27直接流入三通接頭23的一股交匯，流經(jīng)緩沖罐24進(jìn)入船舶主輔機(jī)系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)25。

溴化鋰吸收式制冷/供熱回路：由發(fā)生器18出口n出來的高溫高壓水蒸氣在冷凝器20中與供熱回路21中的預(yù)熱水進(jìn)行換熱，冷凝成高壓液體，同時(shí)釋放出冷凝熱量(實(shí)現(xiàn)夏季供熱水冬季供暖供熱水)，夏季工況下高壓液體通過第一電控三通閥門19流入節(jié)流閥17進(jìn)行節(jié)流降溫，節(jié)流到蒸發(fā)壓力，進(jìn)入蒸發(fā)器15中，低壓液體在蒸發(fā)器15中蒸發(fā)成低壓水蒸氣，并同時(shí)從外界吸收熱量(實(shí)現(xiàn)制冷)然后進(jìn)入吸收器12,冬季工況下高壓液體通過第一電控三通閥門19進(jìn)行節(jié)流，然后直接流向吸收器12而不經(jīng)過節(jié)流閥17和蒸發(fā)器15。在吸收器12中，用溴化鋰濃溶液吸收過來的低壓水蒸氣或一定壓力的液體，形成稀溴化鋰-水溶液并放出大量的吸收熱，供熱回路21的低溫水進(jìn)入吸收器12與其進(jìn)行換熱實(shí)現(xiàn)預(yù)熱，然后預(yù)熱水流入冷凝器20。低溫稀溴化鋰-水溶液經(jīng)溶液泵13升壓后，進(jìn)入溶液熱交換器16與高溫濃溴化鋰溶液換熱升溫，然后由發(fā)生器18的入口m進(jìn)入，在發(fā)生器18中，該溴化鋰-水溶液被加熱、沸騰，其中沸點(diǎn)低的制冷劑水氣化成高壓水蒸氣，與吸收劑分離。然后水蒸氣去冷凝器20液化，溴化鋰濃溶液由發(fā)生器18的出口q進(jìn)入溶液熱交換器16降溫，然后返回吸收器12再次吸收制冷劑。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方法，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的發(fā)明范圍內(nèi)。