CN109268095B - 用于双燃料动力船的lng燃料冷能综合利用方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法，先通过朗肯循环发电将深冷部分的LNG燃料冷能转换为电能，然后利用低温冷库循环单元冷媒回收中冷部分的LNG燃料冷能，在供冷低温冷库循环单元同时，对依次嵌套串联在该单元中的各制冷需求单元供冷，再利用空调制冷单元冷媒回收浅冷部分的LNG燃料冷能，最后利用主机缸套水对LNG燃料加热，使液态低温的LNG燃料提升至动力船主机进气要求温度；同时公开了实现该方法的系统。本发明特别适用于双燃料动力船，可结合传统燃料供给，根据船舶的实际需求，就LNG冷量的大小，增减用冷单元，灵活适用；系统高度集成，使设备规模较小，LNG流通线路较短，提高安全性。

Description

用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法及系统
技术领域
本发明涉及LNG冷能利用领域，特别是LNG动力船燃料冷能综合利用方法及系统。
背景技术
进入21世纪，人类面临着巨大的环境污染问题和传统能源枯竭危机，节能减排已成为当今时代发展的主题，同时也是船舶行业发展的目标和方向。由于液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)作为船舶燃料，与传统燃料相比，它的SOX排放量将会减少100％，NOX排放量将会减少92％，CO2排放量将会减少23％。而且全球液化天然气储量非常丰富，基于以上优势，LNG必将成为全球未来船舶燃料的首选。
双燃料动力远洋船舶对燃料的需求量较大，且主要以LNG为主。目前，绝大部分的LNG动力船都是利用海水、缸套冷却水或者柴油机废气对LNG进行气化，但气化冷能还未得到利用，这种做法导致了LNG冷能的巨大浪费。此外，动力船上存在较多的冷能需求场所，如船舶冷库、船舶空调，但多依靠机械压缩制冷，设备成本和运行费用高。若采用LNG燃料冷能替代传统制冷方式，不仅可以节约大量电能，而且可以一定程度上简化相关设备，降低设备投入和运营费用。因此LNG动力船燃料冷能存在较大的利用空间。
目前，就LNG冷能利用来说，国内外已有很多研究成果，然而这些成果中绝大多数是针对陆上LNG气化站等的，规模较为庞大，不适宜在船舶上施行。也有少量的针对船舶上LNG冷能利用的工艺，主要包括：
(1)一种LNG动力船的冷能综合利用系统(国别：中国，公开号：206158809U，公开日期：2017-5-10)公开了该系统包括LNG储罐、高压泵、朗肯循环发电系统、船舶低温冷库循环系统、船舶高温冷库循环系统和缸套水加热循环装置。该系统针对的只是大型LNG动力船燃料冷能利用的改进，不适用于中小型LNG动力船舶；而且该系统在进行LNG冷能利用时，将海水淡化系统放在了低温冷库系统的前面，这不符合梯级利用的要求，会导致
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损的增大，使整体效果变差。
(2)一种LNG动力船的空调系统(国别：中国，公开号：103557568A，公开日期：2014-2-5)公开了该系统包括膨胀水箱、进水管路、若干个舱室风机盘管、出水管路、负荷调节换热器、冷媒水泵、水浴式汽化器。该系统虽具有换热效率高、结构紧凑、节约能耗、成本低、应用范围广等特点，但是它只利用了LNG气化冷能中某一特定温度区间内的冷能，其他方面的应用并没有涉及，因此并没有实现LNG冷能的梯级高效利用。
(3)一种LNG动力船多温空调系统及使用方法(国别：中国，公开号：105465925A，公开日期：2016-4-6)公开了该系统包括LNG储液罐、链接LNG储液罐的LNG换热器、连接LNG换热器的分流器、蒸发器组、汇流器、连接汇流器的回热器。该发明解决了LNG动力船不同舱室对不同温度需求的实际问题，但是仍然存在与公开号103557568A同样的问题，即没有实现LNG冷能的梯级高效地利用。
除了公开号103557568A和105465925A，还有许多专利都是针对船舶上单一功能进行的设计，并没有实现对LNG动力船上LNG冷能的梯级高效地利用。
从上述现有的报道可知，单一的利用LNG冷能技术主要是存在有效能损失大，冷能利用效率低等方面的缺点。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法及系统，将LNG燃料在送入主机利用前需汽化释放的冷能用于动力船制冷需求单元供冷。
技术方案：一种用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法，先通过朗肯循环发电将深冷部分的LNG燃料冷能转换为电能，然后利用低温冷库循环单元的冷媒回收中冷部分的LNG燃料冷能，在供冷低温冷库循环单元的同时，对依次嵌套串联在该单元中的各制冷需求单元供冷，再利用空调制冷单元的冷媒回收浅冷部分的LNG燃料冷能，最后利用主机缸套水对LNG燃料加热，使液态低温的LNG燃料提升至动力船主机进气要求温度。
进一步的，上述的用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法，具体包括以下步骤：
S10：发电单元的发电工质先吸收废气余热发生汽化，然后经透平膨胀机做功，最后与由常压加压至1～3MPa、-163℃的LNG换热，发电工质被LNG冷却液化，LNG吸热升温；
S20：经发电单元初步利用后的LNG，进入低温冷库循环单元供冷，低温冷库循环单元的冷媒A经LNG冷却，首先在低温冷库循环单元进行制冷，冷媒A温度升高，而后冷媒A对依次嵌套串联在低温冷库循环单元末端的海水淡化循环单元、高温冷库循环单元供冷，海水淡化循环单元的冷媒B经冷媒A冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒B在海水淡化循环单元进行制冷，高温冷库循环单元的冷媒C经冷媒A冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒C在高温冷库循环单元进行制冷，此后冷媒A再循环至吸收冷量处；
S30：经低温冷库循环单元利用后的LNG，进入空调制冷单元供冷，空调制冷单元的冷媒E经LNG冷却，冷媒E在空调制冷单元进行制冷，冷媒E温度升高，再循环至吸收冷量处；
S40：经空调制冷单元利用后的LNG，温度为0～15℃，再由主机缸套水加热至动力船主机进气要求的不超过60℃的温度。
进一步的，S20中，低温冷库循环单元末端还嵌套串联有干燥舱循环单元，对高温冷库循环单元的冷媒C冷却后的冷媒A，再对干燥舱循环单元的冷媒D冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒D在干燥舱循环单元进行制冷，此后冷媒A再循环至吸收冷量处。
实现上述的用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法的系统，包括：
发电单元：
发电单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的发电工质换热器、透平膨胀机、一级LNG换热器、发电工质泵及在该闭合回路中循环的发电工质，透平膨胀机驱动发电机组工作，发电工质换热器具有一对冷源输入端A、冷源输出端A和一对热源输入端A、热源输出端A，一级LNG换热器具有一对冷源输入端B、冷源输出端B和一对热源输入端B、热源输出端B，发电工质泵连入冷源输入端A，冷源输出端A连入透平膨胀机，热源输入端A连入废气加热，透平膨胀机连入热源输入端B，热源输出端B连入发电工质泵，LNG储罐、LNG增压泵依次连接后连入冷源输入端B；
低温冷库循环单元及依次嵌套串联于其末端的海水淡化循环单元、高温冷库循环单元：
低温冷库循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的低温冷库用户换热器、冷媒冷却器B、冷媒冷却器C、二级LNG换热器、冷媒泵A及在该闭合回路中循环的冷媒A，二级LNG换热器具有一对冷源输入端C、冷源输出端C和一对热源输入端C、热源输出端C，冷媒冷却器B具有一对冷源输入端D、冷源输出端D和一对热源输入端D、热源输出端D，冷媒冷却器C具有一对冷源输入端E、冷源输出端E和一对热源输入端E、热源输出端E，低温冷库用户换热器连入冷源输入端D，冷源输出端D连入冷源输入端E，冷源输出端E连入热源输入端C，热源输出端C连入冷媒泵A，冷媒泵A连入低温冷库用户换热器，冷源输出端B连入冷源输入端C，
海水淡化循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的冷媒泵B、结晶器，热源输出端D连入冷媒泵B，结晶器连入热源输入端D，及在该闭合回路中循环的冷媒B，
高温冷库循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的冷媒泵C、高温冷库用户换热器，热源输出端E连入冷媒泵C，高温冷库用户换热器连入热源输入端E，及在该闭合回路中循环的冷媒C；
空调制冷单元：
空调制冷单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的空调用户换热器、三级LNG换热器、冷媒泵E及在该闭合回路中循环的冷媒E，三级LNG换热器具有一对冷源输入端G、冷源输出端G和一对热源输入端G、热源输出端G，空调用户换热器连入热源输入端G，热源输出端G连入冷媒泵E，冷媒泵E连入空调用户换热器，冷源输出端C连入冷源输入端G；
主机进气单元：
主机进气单元包括四级LNG换热器，四级LNG换热器具有一对冷源输入端H、冷源输出端H和一对热源输入端H、热源输出端H，冷源输出端G连入冷源输入端H，热源输入端H连入缸套水加热，冷源输出端H连入动力船主机进气。
进一步的，低温冷库循环单元末端还嵌套串联有干燥舱循环单元，冷媒冷却器C与二级LNG换热器之间通过管道还连接有冷媒冷却器D，冷媒冷却器D具有一对冷源输入端F、冷源输出端F和一对热源输入端F、热源输出端F，冷源输出端E连入冷源输入端F，冷源输出端F连入热源输入端C，干燥舱循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的冷媒泵D、干燥舱用户换热器，热源输出端F连入冷媒泵D，干燥舱用户换热器连入热源输入端F，及在该闭合回路中循环的冷媒D。
进一步的，低温冷库循环单元中，低温冷库用户换热器包括至少并联设置的鱼库换热器、肉库换热器，冷媒泵A连入分流器，分流器支路一连入鱼库换热器后连入汇流器，分流器支路二连入肉库换热器后连入汇流器，汇流器连入冷源输入端D。
进一步的，海水淡化循环单元中，还包括洗涤装置、融化器、预冷器，海水经过预冷器后连入结晶器，在结晶器中被冷媒B冷却，冷凝得到冰晶和浓海水，浓海水连入预冷器后排出，冰晶进入洗涤装置清洗后，再进入融化器受热融化成淡水，淡水部分连入预冷器后排出，部分连入洗涤装置作为清洗冰晶的洗涤水，清洗后连入结晶器与海水共同冷凝。
进一步的，融化器连入缸套水加热。
进一步的，发电工质为乙烷、乙烯、R600的其中一种。
进一步的，冷媒A为R600、二氟乙烷、四氟乙烷、氟利昂的其中一种，冷媒B为正丁烷、二氯甲烷、质量浓度为60％的乙二醇溶液的其中一种，冷媒C为R600、二氟乙烷、四氟乙烷、氟利昂、二氯甲烷的其中一种，冷媒D为R11，冷媒E为水、质量浓度为25％的乙二醇溶液、二氯甲烷的其中一种。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明特别用于双燃料动力船，可结合传统燃料供给，根据船舶的实际需求，就LNG冷量的大小，增减用冷单元，灵活适用，将送入船舶主机的LNG燃料冷能先梯级利用于船舶发电、低温冷库、海水淡化、高温冷库、空调等，而后达到主机进气要求温度，送入主机燃烧；
2、本发明系统高度集成，使设备规模较小，LNG流通线路较短，安全性得以提高；
3、本发明将LNG燃料冷能进行合理梯级利用，实现LNG冷能高效充分利用，显著提高船舶运营的经济效益和环境效益。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2为海水淡化循环单元流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法，先通过朗肯循环发电将深冷部分的LNG燃料冷能转换为电能，然后利用低温冷库循环单元冷媒回收中冷部分的LNG燃料冷能，在供冷低温冷库循环单元同时，对依次嵌套串联在该单元中的各制冷需求单元供冷，再利用空调制冷单元冷媒回收浅冷部分的LNG燃料冷能，最后利用主机缸套水对LNG燃料加热，使液态低温的LNG燃料提升至动力船主机进气要求温度，具体包括以下步骤。
S10：发电单元的发电工质先吸收废气余热发生汽化，然后经透平膨胀机做功，最后与由常压加压至1～3MPa、-163℃的LNG换热，发电工质被LNG冷却液化，LNG吸热升温；
S20：经发电单元初步利用后的LNG，进入低温冷库循环单元供冷，低温冷库循环单元的冷媒A经LNG冷却，首先在低温冷库循环单元进行制冷，冷媒A温度升高，而后冷媒A对依次嵌套串联在低温冷库循环单元末端的海水淡化循环单元、高温冷库循环单元、干燥舱循环单元供冷，海水淡化循环单元的冷媒B经冷媒A冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒B在海水淡化循环单元进行制冷，高温冷库循环单元的冷媒C经冷媒A冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒C在高温冷库循环单元进行制冷，干燥舱循环单元的冷媒D经冷媒A冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒D在干燥舱循环单元进行制冷，此后冷媒A再循环至吸收冷量；
S30：经低温冷库循环单元利用后的LNG，进入空调制冷单元供冷，空调制冷单元的冷媒E经LNG冷却，冷媒E在空调制冷单元进行制冷，冷媒E温度升高，再循环至吸收冷量；
S40：经空调制冷单元利用后的LNG，温度为0～15℃，再由主机缸套水加热至动力船主机进气要求的不超过60℃的温度。
实现上述的用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法的系统，如附图1所示，具体包括以下四个单元。
(1)发电单元。
发电单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的发电工质换热器1、透平膨胀机2、一级LNG换热器3、发电工质泵4及在该闭合回路中循环的发电工质，发电工质为乙烷或乙烯，透平膨胀机3驱动发电机组工作，发电工质换热器1具有一对冷源输入端A101、冷源输出端A102和一对热源输入端A103、热源输出端A104，一级LNG换热器3具有一对冷源输入端B301、冷源输出端B302和一对热源输入端B303、热源输出端B304，发电工质泵4连入冷源输入端A101，冷源输出端A102连入透平膨胀机2，热源输入端A103连入废气加热，透平膨胀机2连入热源输入端B303，热源输出端B304连入发电工质泵4，LNG储罐5、LNG增压泵6依次连接后连入冷源输入端B301。
在发电工质换热器1中，发电工质与船舶锅炉及主机产生的废气换热，发电工质吸热升温，废气放热降温；在一级LNG换热器3中，经透平膨胀机做功的发电工质与由常压加压至6～10MPa、-163℃的LNG换热，LNG吸热升温，发电工质放热降温，再循环进入发电工质换热器1吸热。
(2)低温冷库循环单元及依次嵌套串联于其末端的海水淡化循环单元、高温冷库循环单元、干燥舱循环单元。
低温冷库循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的低温冷库用户换热器7、汇流器8、冷媒冷却器B9、冷媒冷却器C10、冷媒冷却器D11、二级LNG换热器12、冷媒泵A13、分流器14及在该闭合回路中循环的冷媒A，冷媒A为R600、二氟乙烷、四氟乙烷、氟利昂的其中一种，低温冷库用户换热器7可以是单个用户换热器，也可以是并联设置的至少两个用户换热器，例如包括并联设置的鱼库换热器701、肉库换热器702，二级LNG换热器12具有一对冷源输入端C1201、冷源输出端C1202和一对热源输入端C1203、热源输出端C1204，冷媒冷却器B9具有一对冷源输入端D901、冷源输出端D902和一对热源输入端D903、热源输出端D904，冷媒冷却器C10具有一对冷源输入端E1001、冷源输出端E1002和一对热源输入端E1003、热源输出端E1004，冷媒冷却器D11具有一对冷源输入端F1101、冷源输出端F1102和一对热源输入端F1103、热源输出端F1104，鱼库换热器701、肉库换热器702分别连入汇流器8，汇流器8连入冷源输入端D901，冷源输出端D902连入冷源输入端E1001，冷源输出端E1002连入冷源输入端F1101，冷源输出端F1102连入热源输入端C1203，热源输出端C1204连入冷媒泵A13，冷媒泵A13连入分流器14，分流器14支路一连入鱼库换热器701，分流器14支路二连入肉库换热器702，冷源输出端B302连入冷源输入端C1201。在二级LNG换热器12中，冷媒A与经发电单元吸热升温后的LNG换热，LNG吸热升温，冷媒A放热降温，进入低温冷库用户换热器9制冷，首先为低温冷库循环单元供冷，冷媒A温度升高。
海水淡化循环单元连接在冷媒冷却器B9上，如附图1、2所示，具体包括冷媒泵B15、结晶器16、洗涤装置17、融化器18、预冷器19。冷媒泵B15、结晶器16依次通过管道连接，热源输出端D904连入冷媒泵B15，结晶器16连入热源输入端D903，与冷媒冷却器B9形成闭合回路，冷媒B在该闭合回路中循环，冷媒B为正丁烷或质量浓度为60％的乙二醇溶液，冷媒C为R600、二氟乙烷、四氟乙烷、氟利昂的其中一种。在冷媒冷却器B9中，经低温冷库用户换热器7制冷后的冷媒A与经结晶器16制冷后的冷媒B换热，冷媒A为海水淡化循环单元供冷，冷媒A吸热升温，冷媒B放热降温。海水经过预冷器19后连入结晶器16，在结晶器16中被冷媒B冷却，冷凝得到冰晶和浓海水，浓海水连入预冷器19后排出，冰晶进入洗涤装置17清洗后，再进入融化器18受热融化成淡水，融化器18连入缸套水加热，融化后的淡水部分连入预冷器19后排出，部分连入洗涤装置17作为清洗冰晶的洗涤水，清洗后连入结晶器16与海水共同冷凝。
高温冷库循环单元包括依次通过管道连接的冷媒泵C20、高温冷库用户换热器21，热源输出端E1004连入冷媒泵C20，高温冷库用户换热器21连入热源输入端E1003，与冷媒冷却器C10形成闭合回路，冷媒C在该闭合回路中循环，冷媒C为R600、二氟乙烷、四氟乙烷、氟利昂的其中一种。在冷媒冷却器C10中，经结晶器16制冷后的冷媒A与经高温冷库用户换热器21制冷后的冷媒C换热，冷媒A为高温冷库循环单元供冷，冷媒A吸热升温，冷媒C放热降温。
干燥舱循环单元包括依次通过管道连接的冷媒泵D22、干燥舱用户换热器23，热源输出端F1104连入冷媒泵D22，干燥舱用户换热器23连入热源输入端F1103，与冷媒冷却器D11形成闭合回路，冷媒D在该闭合回路中循环，冷媒D为R11。在冷媒冷却器D11中，经高温冷库用户换热器21制冷后的冷媒A与经干燥舱用户换热器23制冷后的冷媒D换热，冷媒A为干燥舱循环单元供冷，冷媒A吸热升温，冷媒D放热降温，此后冷媒A再循环至二级LNG换热器12吸收冷量。
(3)空调制冷单元。
空调制冷单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的空调用户换热器24、三级LNG换热器25、冷媒泵E26及在该闭合回路中循环的冷媒E，冷媒E为水、质量浓度为25％的乙二醇溶液、二氯甲烷的其中一种，三级LNG换热器25具有一对冷源输入端G2501、冷源输出端G2502和一对热源输入端G2503、热源输出端G2504，空调用户换热器24连入热源输入端G2501，热源输出端G2502连入冷媒泵E26，冷媒泵E26连入空调用户换热器24，冷源输出端C1202连入冷源输入端G2501。
在三级LNG换热器25中，冷媒E与经低温冷库循环单元吸热升温后的LNG换热，LNG吸热升温，冷媒E放热降温，进入空调用户换热器24制冷，冷媒E温度升高，再循环至三级LNG换热器25吸收冷量。
(4)主机进气单元。
主机进气单元包括四级LNG换热器27，四级LNG换热器27具有一对冷源输入端H2701、冷源输出端H2702和一对热源输入端H2703、热源输出端H2704，冷源输出端G2502连入冷源输入端H2701，热源输入端H2703连入缸套水加热，冷源输出端H2702连入动力船主机进气。
经空调制冷单元利用后的LNG，温度为0～15℃，在四级LNG换热器27中，LNG与缸套水换热，缸套水放热降温，LNG吸热升温至动力船主机进气要求的不超过60℃的温度。
本发明系统中，各冷媒的蒸发温度通过控制对应冷媒泵的输出压力进行调节。
以上为本发明系统的全流程运行过程，特别是对于双燃料动力船，可结合传统燃料供给，根据船舶的实际需求，就LNG冷量的大小，增减用冷单元，例如可以去除干燥舱循环单元。
以一种25000吨动力化学品船，来说明在该船舶上进行LNG燃料冷能综合利用，该船舶上没有干燥舱，与附图1所示的系统相比，区别在于没有干燥舱循环单元。该船舶的低温冷库共计两个低温冷库用户换热器，低温冷库用户换热器的温度为-20℃，冷负荷为30kW；高温冷库只有一个高温冷库用户换热器，温度为4℃，冷负荷为16kW；空调温度为25℃，冷负荷为100kW。低温冷库冷媒采用R600，高温冷库冷媒采用二氯甲烷，空调冷媒采用二氯甲烷。由于该船上LNG流量较小，冷量有限，故在满足船舶低温冷库需求之后只能满足空调需求的40％，但这对降低船舶的运营费用已有很大帮助。
该船舶的LNG燃料冷能综合利用方法，具体包括以下步骤：
(1)利用LNG燃料冷能发电。
利用LNG增压泵6将从LNG储罐5中出来的LNG燃料加压至1.5MPa、温度-163℃；接着进入一级LNG换热器3与发电工质R600进行热交换，完成热交换后LNG的压力为1Mpa、温度为-120.9℃、LNG气化率为0.5852，发电工质压力为0.452kPa、温度为-91℃、流率为6.882kgmole/h；发电工质从一级LNG换热器出来后由发电工质泵4加压至3MPa，然后再进入发电工质换热器1，利用高温废气对发电工质进行加热，加热后发电工质的温度为150℃、压力为3MPa；加热后的发电工质进入透平膨胀机2做功，发电功率为9.986kW；发电工质在透平膨胀机做功后，温度降为70.92℃、压力降为200kPa；最后发电工质返回一级LNG换热器，完成一个循环。
(2)利用LNG燃料冷能为船舶低温冷库提供冷量。
LNG从一级LNG换热器3出来后接着进入二级LNG换热器12与低温冷库冷媒R600进行热交换，完成热交换后LNG的压力为0.7MPa、温度为-80℃、LNG气化率为0.9974，低温冷库冷媒压力为0.15MPa、温度为-60℃、流率为35.87kgmole/h；低温冷库冷媒从二级LNG换热器出来后由冷媒泵A13加压至0.2MPa，送入分流器14分成两路，分别送入低温冷库的两个低温冷库用户换热器进行蒸发供冷，流经低温冷库用户换热器701的冷媒流率为23.92kgmole/h，完成供冷后温度升高到-40℃、压力为0.2MPa，流经低温冷库用户换热器702的冷媒流率为11.95kgmole/h，完成供冷后温度升高到-21.08℃、压力为0.2MPa，两路冷媒进入汇流器8混合成为一股，温度为-33.58℃、压力为0.2MPa。
(3)利用低温冷库冷媒为海水淡化和高温冷库提供冷量。
低温冷库冷媒从汇流器8出来后进入冷媒冷却器B9与海水淡化循环冷媒二氯甲烷进行热交换，完成热交换后低温冷库冷媒压力为0.2MPa、温度为-20℃，海水淡化循环冷媒压力为0.15MPa、温度为-10℃；然后，海水淡化循环冷媒经冷媒泵B15加压至0.2MPa，送入结晶器16供冷，蒸发供冷之后压力降低至0.15MPa、温度升高至0℃，再进入冷媒冷却器B9，完成海水淡化循环。
低温冷库冷媒从冷媒冷却器B9出来后进入冷媒冷却器C10与高温冷库冷媒进行热交换，完成热交换后低温冷库冷媒压力降低至0.15MPa、温度为-10℃，高温冷库冷媒压力为0.15MPa、温度为-10℃；然后，高温冷库冷媒经冷媒泵C20加压至0.2MPa，送入高温冷库用户换热器21进行蒸发供冷，完成供冷后压力降低至0.15MPa、温度升高至0℃，再进入冷媒冷却器C10，完成高温冷库循环。
低温冷库冷媒从冷媒冷却器C10出来后压力为0.15MPa、温度为-10℃，然后返回二级LNG换热器12，形成完整的低温冷库循环。
(4)利用LNG燃料冷能为船舶空调提供冷量。
LNG从二级LNG换热器12出来后压力为0.7MPa、温度升高至-80℃，接着送入三级LNG换热器25与空调冷媒进行热交换，完成热交换后LNG压力降低至0.5MPa、温度升高至9.718℃，空调冷媒压力为0.11MPa、温度降低至14.98℃；然后，空调冷媒经冷媒泵E26加压至0.15MPa、温度升高至15℃，接着进入空调用户换热器24进行蒸发供冷，完成供冷后压力为0.15MPa、温度升高至22℃；最后，空调冷媒进入三级LNG换热器25完成完整的空调系统循环。
(5)利用缸套冷却水加热LNG。
LNG从三级LNG换热器25出来后，进入四级LNG换热器27与缸套冷却水进行换热，LNG从四级LNG换热器27出来后的温度为20℃、压力为0.535MPa，最后将LNG送入主机燃烧。

Claims (9)

1.一种用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法，其特征在于：先通过朗肯循环发电将深冷部分的LNG燃料冷能转换为电能，然后利用低温冷库循环单元的冷媒回收中冷部分的LNG燃料冷能，在供冷低温冷库循环单元的同时，对依次嵌套串联在该单元中的各制冷需求单元供冷，再利用空调制冷单元的冷媒回收浅冷部分的LNG燃料冷能，最后利用主机缸套水对LNG燃料加热，使液态低温的LNG燃料提升至动力船主机进气要求温度；
具体包括以下步骤：
S10：发电单元的发电工质先吸收废气余热发生汽化，然后经透平膨胀机做功，最后与由常压加压至1～3MPa、-163℃的LNG换热，发电工质被LNG冷却液化，LNG吸热升温；
S20：经发电单元初步利用后的LNG，进入低温冷库循环单元供冷，低温冷库循环单元的冷媒A经LNG冷却，首先在低温冷库循环单元进行制冷，冷媒A温度升高，而后冷媒A对依次嵌套串联在低温冷库循环单元末端的海水淡化循环单元、高温冷库循环单元供冷，海水淡化循环单元的冷媒B经冷媒A冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒B在海水淡化循环单元进行制冷，高温冷库循环单元的冷媒C经冷媒A冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒C在高温冷库循环单元进行制冷，此后冷媒A再循环至吸收冷量处；
S30：经低温冷库循环单元利用后的LNG，进入空调制冷单元供冷，空调制冷单元的冷媒E经LNG冷却，冷媒E在空调制冷单元进行制冷，冷媒E温度升高，再循环至吸收冷量处；
S40：经空调制冷单元利用后的LNG，温度为0～15℃，再由主机缸套水加热至动力船主机进气要求的不超过60℃的温度。
2.根据权利要求1所述的用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法，其特征在于：S20中，低温冷库循环单元末端还嵌套串联有干燥舱循环单元，对高温冷库循环单元的冷媒C冷却后的冷媒A，再对干燥舱循环单元的冷媒D冷却，冷媒A温度再次升高，冷媒D在干燥舱循环单元进行制冷，此后冷媒A再循环至吸收冷量处。
3.一种实现权利要求1所述的用于双燃料动力船的LNG燃料冷能综合利用方法的系统，其特征在于包括：
发电单元：
发电单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的发电工质换热器、透平膨胀机、一级LNG换热器、发电工质泵及在该闭合回路中循环的发电工质，透平膨胀机驱动发电机组工作，发电工质换热器具有一对冷源输入端A、冷源输出端A和一对热源输入端A、热源输出端A，一级LNG换热器具有一对冷源输入端B、冷源输出端B和一对热源输入端B、热源输出端B，发电工质泵连入冷源输入端A，冷源输出端A连入透平膨胀机，热源输入端A连入废气加热，透平膨胀机连入热源输入端B，热源输出端B连入发电工质泵，LNG储罐、LNG增压泵依次连接后连入冷源输入端B；
低温冷库循环单元及依次嵌套串联于其末端的海水淡化循环单元、高温冷库循环单元：
低温冷库循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的低温冷库用户换热器、冷媒冷却器B、冷媒冷却器C、二级LNG换热器、冷媒泵A及在该闭合回路中循环的冷媒A，二级LNG换热器具有一对冷源输入端C、冷源输出端C和一对热源输入端C、热源输出端C，冷媒冷却器B具有一对冷源输入端D、冷源输出端D和一对热源输入端D、热源输出端D，冷媒冷却器C具有一对冷源输入端E、冷源输出端E和一对热源输入端E、热源输出端E，低温冷库用户换热器连入冷源输入端D，冷源输出端D连入冷源输入端E，冷源输出端E连入热源输入端C，热源输出端C连入冷媒泵A，冷媒泵A连入低温冷库用户换热器，冷源输出端B连入冷源输入端C，
海水淡化循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的冷媒泵B、结晶器，热源输出端D连入冷媒泵B，结晶器连入热源输入端D，及在该闭合回路中循环的冷媒B，
高温冷库循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的冷媒泵C、高温冷库用户换热器，热源输出端E连入冷媒泵C，高温冷库用户换热器连入热源输入端E，及在该闭合回路中循环的冷媒C；
空调制冷单元：
空调制冷单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的空调用户换热器、三级LNG换热器、冷媒泵E及在该闭合回路中循环的冷媒E，三级LNG换热器具有一对冷源输入端G、冷源输出端G和一对热源输入端G、热源输出端G，空调用户换热器连入热源输入端G，热源输出端G连入冷媒泵E，冷媒泵E连入空调用户换热器，冷源输出端C连入冷源输入端G；
主机进气单元：
主机进气单元包括四级LNG换热器，四级LNG换热器具有一对冷源输入端H、冷源输出端H和一对热源输入端H、热源输出端H，冷源输出端G连入冷源输入端H，热源输入端H连入缸套水加热，冷源输出端H连入动力船主机进气。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：低温冷库循环单元末端还嵌套串联有干燥舱循环单元，冷媒冷却器C与二级LNG换热器之间通过管道还连接有冷媒冷却器D，冷媒冷却器D具有一对冷源输入端F、冷源输出端F和一对热源输入端F、热源输出端F，冷源输出端E连入冷源输入端F，冷源输出端F连入热源输入端C，干燥舱循环单元包括依次通过管道连接形成闭合回路的冷媒泵D、干燥舱用户换热器，热源输出端F连入冷媒泵D，干燥舱用户换热器连入热源输入端F，及在该闭合回路中循环的冷媒D。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：低温冷库循环单元中，低温冷库用户换热器包括至少并联设置的鱼库换热器、肉库换热器，冷媒泵A连入分流器，分流器支路一连入鱼库换热器后连入汇流器，分流器支路二连入肉库换热器后连入汇流器，汇流器连入冷源输入端D。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：海水淡化循环单元中，还包括洗涤装置、融化器、预冷器，海水经过预冷器后连入结晶器，在结晶器中被冷媒B冷却，冷凝得到冰晶和浓海水，浓海水连入预冷器后排出，冰晶进入洗涤装置清洗后，再进入融化器受热融化成淡水，淡水部分连入预冷器后排出，部分连入洗涤装置作为清洗冰晶的洗涤水，清洗后连入结晶器与海水共同冷凝。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：融化器连入缸套水加热。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：发电工质为乙烷、乙烯、R600的其中一种。
9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：冷媒A为R600、二氟乙烷、四氟乙烷、氟利昂的其中一种，冷媒B为正丁烷、二氯甲烷、质量浓度为60％的乙二醇溶液的其中一种，冷媒C为R600、二氟乙烷、四氟乙烷、氟利昂、二氯甲烷的其中一种，冷媒D为R11，冷媒E为水、质量浓度为25％的乙二醇溶液、二氯甲烷的其中一种。
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