本發(fā)明涉及一種lng動力船的分布式能源系統(tǒng)及控制方法，具體是為了實現(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、冷、熱系統(tǒng)的冷熱源，提高了能源的利用效率，節(jié)約資源，同時起到保護環(huán)境的作用，屬于分布式能源系統(tǒng)領域。

背景技術：

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。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)勢產(chǎn)業(yè)，分布式能源系統(tǒng)無疑是其中重點。分布式能源系統(tǒng)的優(yōu)勢在于引進高效冷熱電機組，實現(xiàn)燃氣、電、熱、冷的最優(yōu)匹配，從而實現(xiàn)能量的梯級利用，較大程度地實現(xiàn)節(jié)能減排，同時對于環(huán)境保護具有重大現(xiàn)實意義。

對于本系統(tǒng)，首先應將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?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儲存單元、輸送管路、冷熱回收單元、輸送泵、燃氣內燃機發(fā)電單元、供電管線、高溫煙氣管道、循環(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氣內燃發(fā)電機單元上，燃氣內燃發(fā)電機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)管路連接到燃氣內燃發(fā)電機單元上，燃氣內燃發(fā)電機單元設置有連接到分布式能源的供電管線和高溫煙氣管道。它回收利用燃氣內燃機高溫缸套水的熱能與低溫lng進行換熱，并將釋放的冷量進行吸收和利用，該系統(tǒng)雖利用lng汽化所釋放的冷量，但該系統(tǒng)中直接使用燃氣內燃機高溫缸套水作為載冷劑，在換熱器中與lng進行熱交換，由于lng汽化時顯熱交換溫差能達到170～200℃，可能使得進行熱交換的缸套水水吸收過多冷量而降溫過多，使得無法再次進入燃氣內燃機高溫缸套水中進行循環(huán)使用，同時該系統(tǒng)并未有效的利用lng汽化的冷能和燃燒后的余熱。

申請?zhí)枮?01610880726.8的專利公開了一種發(fā)動機余熱綜合回收系統(tǒng)，主要包括有發(fā)動機高品位能回收系統(tǒng)與溴化鋰吸收式循環(huán)制冷(熱)系統(tǒng)。所述的發(fā)動機高品位能回收系統(tǒng)包括發(fā)動機尾氣排出管、工質泵、蒸發(fā)換熱器、單螺桿膨脹機、發(fā)電機、冷凝器ⅰ以及發(fā)動機尾氣乏氣排出管，其中所述的蒸發(fā)換熱器(實質就是管殼式換熱器)連接于發(fā)動機尾氣排出管，蒸發(fā)換熱器出口連接于發(fā)電機組，發(fā)電機組由單螺桿膨脹機與發(fā)電機組成，單螺桿膨脹機與冷凝器ⅰ入口相連，冷凝器ⅰ出口與工質泵連接，工質泵與所述的蒸發(fā)換熱器入口相連，其中工質泵為整個發(fā)動機高品位能回收系統(tǒng)提供動力；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)動機冷卻水管、接發(fā)動機尾氣乏氣排氣管以及截止閥a、b、c、d，其中所述的接發(fā)動機尾氣乏氣排氣管與發(fā)生器1連接，所述的接發(fā)動機冷卻水管與發(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，溶液泵為整個溴化鋰吸收式循環(huán)制冷(熱)系統(tǒng)提供動力，其中發(fā)生器單元還通過溶液熱交換器與吸收器相連，共同組成整個溴化鋰吸收式循環(huán)制冷(熱)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在制熱時運行方式為開啟截止閥b，和截止閥c，關閉截止閥a與截止閥d，此時冷劑蒸汽只流過蒸發(fā)器，達到單獨制冷的目的。存在明顯錯誤，冷劑蒸汽進入蒸發(fā)器實現(xiàn)蒸發(fā)吸熱制冷的效果無法實現(xiàn)。該系統(tǒng)所述在開啟截止閥b和d，關閉截止閥a和c，此時冷劑蒸汽不流過冷凝器ⅱ與蒸發(fā)器，達到既不制冷也不制熱的目的，并未考慮進入吸收器內冷劑水的溫度以及吸收過程產(chǎn)生的大量熱量，以至于整個系統(tǒng)運行必定存在缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利目的是針對上述現(xiàn)有技術的缺陷和問題，通過合理利用lng動力船中l(wèi)ng從-163℃升溫到燃燒溫度時釋放的冷能以及l(fā)ng燃燒時釋放的熱量，提供一種既能滿足lng汽化量又能滿足船舶艙室的電、動、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，提升船舶整體運營的經(jīng)濟性和環(huán)保性。

本發(fā)明是將lng動力船中l(wèi)ng汽化及燃燒產(chǎn)生的大量能量和船舶電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及空調系統(tǒng)的制冷/供熱進行有機整合，利用lng汽化時釋放的巨額冷能，作為驅動蒸氣輪機發(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，作為船舶主機動力系統(tǒng)運行的能量來源，滿足船舶動力需求；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，達到能源利用效率的最優(yōu)化。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案。

一種lng動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儲液罐1，lng低溫泵2，lng汽化器4的進口a、出口c，第一電控閥門7，第二換熱器11的進口e、出口g，第四電控閥門22和船舶主輔機冷卻系統(tǒng)25通過管道依次連接構成；所述冷能發(fā)電回路依次由lng汽化器4的出口b，冷媒儲罐3，冷媒循環(huán)泵5，第一換熱器6，蒸氣輪機9，第二電控閥門8和lng汽化器4的進口d通過管道依次連接構成；所述熱回收回路依次由船舶主輔機冷卻系統(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的進口k、出口l，第三電控閥門10，第二換熱器11的進口f、出口h，三通接頭23，緩沖罐24，船舶主輔機冷卻系統(tǒng)25的缸套水進口i，通過管道依次連接構成；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的進口m通過管道依次連接構成。

進一步優(yōu)選，所述的lng汽化器4為lng梯級汽化器。

進一步優(yōu)選，所述的冷媒儲罐3中裝有相變冷媒，所述相變冷媒為r1270或r407c。

進一步優(yōu)選，所述的第一換熱器6為板式換熱器。

進一步優(yōu)選，所述的冷凝器20與節(jié)流閥17之間還設有第一電控三通閥門19。

進一步優(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儲液罐1內的lng經(jīng)lng低溫泵2由lng汽化器4的進口a進入換熱器與冷媒進行換熱，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進入船舶主輔機系統(tǒng)的燃燒室燃燒，為船舶提供動力；

(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進入換熱器與lng進行換熱，從lng汽化器4出口b出來的低溫冷媒進入冷媒儲罐3，由冷媒循環(huán)泵5送入第一換熱器6與海水進行換熱，升溫成高壓蒸氣進入蒸氣輪機9進行發(fā)電，乏氣經(jīng)第二電控閥門8進入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進入船舶主輔機系統(tǒng)的燃燒室燃燒做功后會產(chǎn)生大量余熱，船舶主輔機冷卻系統(tǒng)25中的缸套水通過循環(huán)泵26，進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另一股進入發(fā)生器18的入口k，驅動溴化鋰吸收式制冷/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進入船舶主輔機系統(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中的預熱水進行換熱，冷凝成高壓液體，同時釋放出冷凝熱量(實現(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進行節(jié)流降溫，節(jié)流到蒸發(fā)壓力，進入蒸發(fā)器15中，低壓液體在蒸發(fā)器15中蒸發(fā)成低壓水蒸氣，并同時從外界吸收熱量(實現(xiàn)制冷)然后進入吸收器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的低溫水進入吸收器12與其進行換熱實現(xiàn)預熱，然后預熱水流入冷凝器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)和空調系統(tǒng)供冷供熱需求進行有機整合，利用lng汽化時釋放的巨額冷能，作為船舶供電系統(tǒng)的冷源，并且將汽化后的lng送入船舶主機動力系統(tǒng)燃燒后產(chǎn)生的大量余熱進行回收，以滿足空調用戶端制冷/供熱和ng再升溫需求，以達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動力船舶運行時電力需求問題，同時通過有效余熱回收，解決船舶空調制冷/供熱需求，使得系統(tǒng)整體工作效率顯著提高，實現(xiàn)燃氣、電、熱、冷的最優(yōu)匹配，從而實現(xiàn)能量的梯級利用，并且最終使得能源的綜合利用效率達到68％以上，較大程度地實現(xiàn)節(jié)能減排，同時對于環(huán)境保護具有重大現(xiàn)實意義。

附圖說明

圖1為專利發(fā)明一種lng動力船的分布式能源系統(tǒng)的結構原理圖。

圖中：1.lng儲液罐，2.lng低溫泵，3.冷媒儲罐，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，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.船舶主輔機冷卻系統(tǒng)，26.循環(huán)泵，27.第二電控三通閥門。

具體實施方式

下面結合附圖1和具體實施例對本專利發(fā)明作進一步的詳細說明。

如附圖1所示，為本發(fā)明的一種lng動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儲液罐1，lng低溫泵2，lng汽化器4的進口a、出口c，第一電控閥門7，第二換熱器11的進口e、出口g，第四電控閥門22通過管道依次連接構成；所述冷能發(fā)電回路依次由lng汽化器4的進口d、出口b，冷媒儲罐3，冷媒循環(huán)泵5，第一換熱器6，蒸氣輪機9，第二電控閥門8通過管道依次連接構成；所述熱回收回路依次由船舶主輔機冷卻系統(tǒng)25的缸套水進口i、出口j，循環(huán)泵26，第二電控三通閥門27，發(fā)生器18的進口k、出口l，第三電控閥門10，第二換熱器11的進口f、出口h，三通接頭23，緩沖罐(24)通過管道依次連接構成；所述溴化鋰吸收式制冷/供熱回路，由發(fā)生器18的進口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成。

工作方式：

lng汽化系統(tǒng)：lng儲液罐1內的lng經(jīng)lng低溫泵2由lng汽化器4的進口a進入換熱器與冷媒進行換熱，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進入船舶主輔機系統(tǒng)的燃燒室燃燒，為船舶提供動力。

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

熱回收回路：汽化后的lng進入船舶主輔機系統(tǒng)的燃燒室燃燒做功后會產(chǎn)生大量余熱，船舶主輔機冷卻系統(tǒng)25中的缸套水通過循環(huán)泵26，進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另一股進入發(fā)生器18的入口k，驅動溴化鋰吸收式制冷/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進入船舶主輔機系統(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中的預熱水進行換熱，冷凝成高壓液體，同時釋放出冷凝熱量(實現(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進行節(jié)流降溫，節(jié)流到蒸發(fā)壓力，進入蒸發(fā)器15中，低壓液體在蒸發(fā)器15中蒸發(fā)成低壓水蒸氣，并同時從外界吸收熱量(實現(xiàn)制冷)然后進入吸收器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的低溫水進入吸收器12與其進行換熱實現(xiàn)預熱，然后預熱水流入冷凝器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進入，在發(fā)生器18中，該溴化鋰-水溶液被加熱、沸騰，其中沸點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。

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