一种LNG动力船的分布式能源系统及工作方法与流程

文档序号:11226413阅读:854来源:国知局

本发明涉及一种lng动力船的分布式能源系统及控制方法,具体是为了实现能源的高效利用,以lng汽化产生的巨额冷量和燃烧产生的大量热量作为船舶舱室的电、动、冷、热系统的冷热源,提高了能源的利用效率,节约资源,同时起到保护环境的作用,属于分布式能源系统领域。



背景技术:

近年来,随着天然气产业的迅猛发展,天然气高效利用已成为研究热点。我国的能源政策和一次能源比例形式决定了天然气使用将是未来几年大力发展的优势产业,分布式能源系统无疑是其中重点。分布式能源系统的优势在于引进高效冷热电机组,实现燃气、电、热、冷的最优匹配,从而实现能量的梯级利用,较大程度地实现节能减排,同时对于环境保护具有重大现实意义。

对于本系统,首先应将lng的巨额冷能合理利用,其次要考虑如何完善系统的余热回收部分,最主要的是要在保证系统能源稳定、持续供应的前提下,提高系统的操作弹性,使得系统在各种工况下均能保持较高的能源有效利用率,并且最终使得能源的综合利用效率达到68%以上。

目前,船用余热回收系统基本上使用简单低效的系统。申请号为201620689534.4的专利公开了一种lng分布式能源气化冷热回收系统,该系统主要由lng储存单元、输送管路、冷热回收单元、输送泵、燃气内燃机发电单元、供电管线、高温烟气管道、循环管路组成;所述lng输送单元通过输送管路连接到冷热回收单元上,冷热回收单元通过输送管路连接到燃气内燃发电机单元上,燃气内燃发电机单元再通过输送泵和循环管路连接到冷热回收单元上,冷热回收单元再通过循环管路连接到燃气内燃发电机单元上,燃气内燃发电机单元设置有连接到分布式能源的供电管线和高温烟气管道。它回收利用燃气内燃机高温缸套水的热能与低温lng进行换热,并将释放的冷量进行吸收和利用,该系统虽利用lng汽化所释放的冷量,但该系统中直接使用燃气内燃机高温缸套水作为载冷剂,在换热器中与lng进行热交换,由于lng汽化时显热交换温差能达到170~200℃,可能使得进行热交换的缸套水水吸收过多冷量而降温过多,使得无法再次进入燃气内燃机高温缸套水中进行循环使用,同时该系统并未有效的利用lng汽化的冷能和燃烧后的余热。

申请号为201610880726.8的专利公开了一种发动机余热综合回收系统,主要包括有发动机高品位能回收系统与溴化锂吸收式循环制冷(热)系统。所述的发动机高品位能回收系统包括发动机尾气排出管、工质泵、蒸发换热器、单螺杆膨胀机、发电机、冷凝器ⅰ以及发动机尾气乏气排出管,其中所述的蒸发换热器(实质就是管壳式换热器)连接于发动机尾气排出管,蒸发换热器出口连接于发电机组,发电机组由单螺杆膨胀机与发电机组成,单螺杆膨胀机与冷凝器ⅰ入口相连,冷凝器ⅰ出口与工质泵连接,工质泵与所述的蒸发换热器入口相连,其中工质泵为整个发动机高品位能回收系统提供动力;所述的溴化锂吸收式循环制冷(热)系统主要包括吸收器、溶液泵、溶液热交换器、发生器1、发生器2、冷凝器ⅱ、节流阀、蒸发器、接发动机冷却水管、接发动机尾气乏气排气管以及截止阀a、b、c、d,其中所述的接发动机尾气乏气排气管与发生器1连接,所述的接发动机冷却水管与发生器2连接,发生器1与发生器2并联组成发生器单元,并联后的发生器单元与阀组—冷凝器单元、阀组—蒸发器单元相连,阀组—冷凝器单元由截止阀a、b、节流阀、冷凝器ⅱ组成,其中冷凝器ⅱ的前后串联有截止阀a与节流阀,截止阀b并联于冷凝器ⅱ、截止阀a与节流阀,组成阀组—冷凝器单元;阀组—蒸发器单元由截止阀c、d、蒸发器组成,其中蒸发器的前端串联有截止阀c,截止阀d并联于蒸发器上,整个阀组—冷凝器单元和阀组—蒸发器共同组成阀组—冷凝器—蒸发器单元,实现系统供热或供冷以及即不供热也不供冷的要求。其中蒸发器与吸收器相连,吸收器后连接有溶液泵,溶液泵与溶液热交换器连接,溶液泵为整个溴化锂吸收式循环制冷(热)系统提供动力,其中发生器单元还通过溶液热交换器与吸收器相连,共同组成整个溴化锂吸收式循环制冷(热)系统。该系统在制热时运行方式为开启截止阀b,和截止阀c,关闭截止阀a与截止阀d,此时冷剂蒸汽只流过蒸发器,达到单独制冷的目的。存在明显错误,冷剂蒸汽进入蒸发器实现蒸发吸热制冷的效果无法实现。该系统所述在开启截止阀b和d,关闭截止阀a和c,此时冷剂蒸汽不流过冷凝器ⅱ与蒸发器,达到既不制冷也不制热的目的,并未考虑进入吸收器内冷剂水的温度以及吸收过程产生的大量热量,以至于整个系统运行必定存在缺陷。



技术实现要素:

本发明专利目的是针对上述现有技术的缺陷和问题,通过合理利用lng动力船中lng从-163℃升温到燃烧温度时释放的冷能以及lng燃烧时释放的热量,提供一种既能满足lng汽化量又能满足船舶舱室的电、动、冷、热的需求,提高能源的利用效率,降低船舶系统的能源消耗,提升船舶整体运营的经济性和环保性。

本发明是将lng动力船中lng汽化及燃烧产生的大量能量和船舶电力系统、动力系统以及空调系统的制冷/供热进行有机整合,利用lng汽化时释放的巨额冷能,作为驱动蒸气轮机发电的冷源,满足船舶舱室供电需求;利用lng燃烧室产生的大量热量,作为船舶主机动力系统运行的能量来源,满足船舶动力需求;利用lng燃烧后产生大量的余热作为夏季工况下溴化锂吸收式制冷/供热系统以及lng再升温的热源,以满足燃烧所需lng量和船舶系统制冷/供热需求,达到能源利用效率的最优化。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案。

一种lng动力船的分布式能源系统,包括lng汽化系统,冷能发电回路,热回收回路和溴化锂吸收式制冷/供热回路;其中,所述lng汽化系统依次由lng储液罐1,lng低温泵2,lng汽化器4的进口a、出口c,第一电控阀门7,第二换热器11的进口e、出口g,第四电控阀门22和船舶主辅机冷却系统25通过管道依次连接构成;所述冷能发电回路依次由lng汽化器4的出口b,冷媒储罐3,冷媒循环泵5,第一换热器6,蒸气轮机9,第二电控阀门8和lng汽化器4的进口d通过管道依次连接构成;所述热回收回路依次由船舶主辅机冷却系统25的缸套水出口j,循环泵26,第二电控三通阀门27,发生器18的进口k、出口l,第三电控阀门10,第二换热器11的进口f、出口h,三通接头23,缓冲罐24,船舶主辅机冷却系统25的缸套水进口i,通过管道依次连接构成;所述溴化锂吸收式制冷/供热回路,由发生器18的出口n,冷凝器20,第一电控三通阀门19,节流阀17,蒸发器15,吸收器12,溶液泵13,溶液热交换器16和发生器18的进口m通过管道依次连接构成。

进一步优选,所述的lng汽化器4为lng梯级汽化器。

进一步优选,所述的冷媒储罐3中装有相变冷媒,所述相变冷媒为r1270或r407c。

进一步优选,所述的第一换热器6为板式换热器。

进一步优选,所述的冷凝器20与节流阀17之间还设有第一电控三通阀门19。

进一步优选,所述的发生器18的出口q与所述溶液热交换器16之间和所述溶液热交换器16与所述吸收器12之间均通过管道相连通。

进一步优选,所述的吸收器12通过管道与所述的冷凝器20相连通。

进一步优选,所述的第一电控三通阀门19通过管道连通所述吸收器12和所述蒸发器15之间的管道。

本发明的一种lng动力船的分布式能源系统的工作方法,包括如下几种工作模式:

(1)所述lng汽化系统的汽化方式:lng储液罐1内的lng经lng低温泵2由lng汽化器4的进口a进入换热器与冷媒进行换热,汽化成天然气后由lng汽化器4的出口c,经第一电控阀门7进入第二换热器11的入口e,与缸套水换热再升温,从第二换热器11的出口g经第四电控阀门22进入船舶主辅机系统的燃烧室燃烧,为船舶提供动力;

(2)所述冷能发电回路的发电方式:冷媒由lng汽化器4的入口d进入换热器与lng进行换热,从lng汽化器4出口b出来的低温冷媒进入冷媒储罐3,由冷媒循环泵5送入第一换热器6与海水进行换热,升温成高压蒸气进入蒸气轮机9进行发电,乏气经第二电控阀门8进入lng汽化器4的入口d;

(3)所述热回收回路的回收方式:汽化后的lng进入船舶主辅机系统的燃烧室燃烧做功后会产生大量余热,船舶主辅机冷却系统25中的缸套水通过循环泵26,进入第二电控三通阀门27分成两股,一股直接流入三通接头23另一股进入发生器18的入口k,驱动溴化锂吸收式制冷/供热系统,由发生器18的出口l出来经过第三电控阀门10流入第二换热器11的入口f与ng进行换热,经第二换热器11的出口h流过三通接头23与第二电控三通阀门27直接流入三通接头23的一股交汇,流经缓冲罐24进入船舶主辅机系统冷却系统25;

(4)所述溴化锂吸收式制冷/供热回路的制冷/供热方式:由发生器18出口n出来的高温高压水蒸气在冷凝器20中与供热回路21中的预热水进行换热,冷凝成高压液体,同时释放出冷凝热量(实现夏季供热水冬季供暖供热水),夏季工况下高压液体通过第一电控三通阀门19流入节流阀17进行节流降温,节流到蒸发压力,进入蒸发器15中,低压液体在蒸发器15中蒸发成低压水蒸气,并同时从外界吸收热量(实现制冷)然后进入吸收器12,冬季工况下高压液体通过第一电控三通阀门19进行节流,然后直接流向吸收器12而不经过节流阀17和蒸发器15;在吸收器12中,用溴化锂浓溶液吸收过来的低压水蒸气或一定压力的液体,形成稀溴化锂-水溶液并放出大量的吸收热,供热回路21的低温水进入吸收器12与其进行换热实现预热,然后预热水流入冷凝器20;低温稀溴化锂-水溶液经溶液泵13升压后,进入溶液热交换器16与高温浓溴化锂溶液换热升温,然后由发生器18的入口m进入,在发生器18中,该稀溴化锂-水溶液被加热、沸腾,其中沸点低的制冷剂水气化成高压水蒸气,与吸收剂分离。然后水蒸气去冷凝器20液化,溴化锂浓溶液由发生器18的出口q进入溶液热交换器16降温,然后返回吸收器12再次吸收制冷剂。

本发明的优点和有益效果

1、本发明的主要功能是将lng汽化过程与船舶供电系统和空调系统供冷供热需求进行有机整合,利用lng汽化时释放的巨额冷能,作为船舶供电系统的冷源,并且将汽化后的lng送入船舶主机动力系统燃烧后产生的大量余热进行回收,以满足空调用户端制冷/供热和ng再升温需求,以达到能源利用效率的最优化。

2、本发明系统简单,控制方便,且合理利用lng汽化冷能和燃烧热能,不但解决了常规lng动力船舶运行时电力需求问题,同时通过有效余热回收,解决船舶空调制冷/供热需求,使得系统整体工作效率显著提高,实现燃气、电、热、冷的最优匹配,从而实现能量的梯级利用,并且最终使得能源的综合利用效率达到68%以上,较大程度地实现节能减排,同时对于环境保护具有重大现实意义。

附图说明

图1为专利发明一种lng动力船的分布式能源系统的结构原理图。

图中:1.lng储液罐,2.lng低温泵,3.冷媒储罐,4.lng汽化器,5.冷媒循环泵,6.第一换热器,7.第一电控阀门,8.第二电控阀门,9.蒸气轮机,10.第三电控阀门,11.第二换热器,12.吸收器,13.溶液泵,14.制冷用户,15.蒸发器,16.溶液热交换器,17.节流阀,18.发生器,19.第一电控三通阀门,20.冷凝器,21.供热回路,22.第四电控阀门,23.三通接头,24.缓冲罐,25.船舶主辅机冷却系统,26.循环泵,27.第二电控三通阀门。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例对本专利发明作进一步的详细说明。

如附图1所示,为本发明的一种lng动力船的分布式能源系统,包括lng汽化系统,冷能发电回路,热回收回路,溴化锂吸收式制冷/供热回路;所述lng汽化系统依次由lng储液罐1,lng低温泵2,lng汽化器4的进口a、出口c,第一电控阀门7,第二换热器11的进口e、出口g,第四电控阀门22通过管道依次连接构成;所述冷能发电回路依次由lng汽化器4的进口d、出口b,冷媒储罐3,冷媒循环泵5,第一换热器6,蒸气轮机9,第二电控阀门8通过管道依次连接构成;所述热回收回路依次由船舶主辅机冷却系统25的缸套水进口i、出口j,循环泵26,第二电控三通阀门27,发生器18的进口k、出口l,第三电控阀门10,第二换热器11的进口f、出口h,三通接头23,缓冲罐(24)通过管道依次连接构成;所述溴化锂吸收式制冷/供热回路,由发生器18的进口m、出口n,冷凝器20,第一电控三通阀门19,节流阀17,蒸发器15,吸收器12,溶液泵13,溶液热交换器16通过管道依次连接构成。

工作方式:

lng汽化系统:lng储液罐1内的lng经lng低温泵2由lng汽化器4的进口a进入换热器与冷媒进行换热,汽化成天然气后由lng汽化器4的出口c,经第一电控阀门7进入第二换热器11的入口e,与缸套水换热再升温,从第二换热器11的出口g经第四电控阀门22进入船舶主辅机系统的燃烧室燃烧,为船舶提供动力。

冷能发电回路:冷媒由lng汽化器4的入口d进入换热器与lng进行换热,从lng汽化器4出口b出来的低温冷媒进入冷媒储罐3,由冷媒循环泵5送入第一换热器6与海水进行换热,升温成高压蒸气进入蒸气轮机9进行发电,乏气经第二电控阀门8进入lng汽化器4的入口d。

热回收回路:汽化后的lng进入船舶主辅机系统的燃烧室燃烧做功后会产生大量余热,船舶主辅机冷却系统25中的缸套水通过循环泵26,进入第二电控三通阀门27分成两股,一股直接流入三通接头23另一股进入发生器18的入口k,驱动溴化锂吸收式制冷/供热系统,由发生器18的出口l出来经过第三电控阀门10流入第二换热器11的入口f与ng进行换热,经第二换热器11的出口h流过三通接头23与第二电控三通阀门27直接流入三通接头23的一股交汇,流经缓冲罐24进入船舶主辅机系统冷却系统25。

溴化锂吸收式制冷/供热回路:由发生器18出口n出来的高温高压水蒸气在冷凝器20中与供热回路21中的预热水进行换热,冷凝成高压液体,同时释放出冷凝热量(实现夏季供热水冬季供暖供热水),夏季工况下高压液体通过第一电控三通阀门19流入节流阀17进行节流降温,节流到蒸发压力,进入蒸发器15中,低压液体在蒸发器15中蒸发成低压水蒸气,并同时从外界吸收热量(实现制冷)然后进入吸收器12,冬季工况下高压液体通过第一电控三通阀门19进行节流,然后直接流向吸收器12而不经过节流阀17和蒸发器15。在吸收器12中,用溴化锂浓溶液吸收过来的低压水蒸气或一定压力的液体,形成稀溴化锂-水溶液并放出大量的吸收热,供热回路21的低温水进入吸收器12与其进行换热实现预热,然后预热水流入冷凝器20。低温稀溴化锂-水溶液经溶液泵13升压后,进入溶液热交换器16与高温浓溴化锂溶液换热升温,然后由发生器18的入口m进入,在发生器18中,该溴化锂-水溶液被加热、沸腾,其中沸点低的制冷剂水气化成高压水蒸气,与吸收剂分离。然后水蒸气去冷凝器20液化,溴化锂浓溶液由发生器18的出口q进入溶液热交换器16降温,然后返回吸收器12再次吸收制冷剂。

除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方法,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的发明范围内。

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