1.一种双燃料动力船LNG冷能梯级综合利用系统,其特征在于,包括:LNG蒸发侧,所述LNG蒸发侧,包括依次通过管道连接的LNG储罐(1)、LNG增压泵(2)、第一级LNG换热器(3)的冷源输入端(301)、第一级LNG换热器(3)的冷源输出端(302)、第二级LNG换热器(4)的冷源输入端(401)、第二级LNG换热器(4)的冷源输出端(402)、LNG分流器(5),NG从分流器(5)出来后分为三股流,第一股连接第一阀门(32)、第三级LNG换热器(6)的冷源输入端(601)、第三级LNG换热器(6)的冷源输出端(602),然后通过LNG汇流器(30)流入主机;第二股连接第二阀门(33)、冷库换热器(18)的冷源输入端(1801)、冷库换热器(18)的冷源输出端(1802),再通过LNG分流器(21)分为两股流,一股连接第六阀门(37)、空调换热器(23)的冷源输入端(2301)、空调换热器(23)的冷源输出端(2302),然后汇入LNG汇流器(26),另一股直接连接第五阀门(36)、LNG汇流器(26),从LNG汇流器(26)出来后的NG连接LNG温度调节器(29)的冷源输入端(2901)、LNG温度调节器(29)的冷源输出端(2902),最后通过LNG汇流器(30)流入主机;第三股连接第四阀门(35)、蓄冷罐(28)的冷源输入端(2801)、蓄冷罐(28)的冷源输出端(2802),然后通过LNG汇流器(30)流入主机;
第一级朗肯循环发电单元,所述第一级朗肯循环发电单元,包括依次通过管道连接形成闭合回路的第一级LNG换热器(3)的热源输出端(304)、第一级发电工质泵(7)、第二级LNG换热器(4)冷源输入端(403)、第二级LNG换热器(4)冷源输出端(404)、第三级LNG换热器(6)的冷源输入端(603)、第三级LNG换热器(6)的冷源输出端(604)、第一级冷却水换热器(8)的冷源输入端(801)、第一级冷却水换热器(8)的冷源输出端(802)、第一级透平膨胀机(9)及第一级LNG换热器(3)的热源输入端(303),第一级透平膨胀机(9)驱动第一级发电机组工作;
第二级朗肯循环发电单元,所述第二级朗肯循环发电单元,包括依次通过管道连接形成闭合回路的第二级LNG换热器(4)的热源输出端(406)、第二级发电工质泵(10)、第三级LNG换热器(6)的冷源输入端(605)、第三级LNG换热器(6)的冷源输出端(606)、第二级冷却水换热器(11)的冷源输入端(1101)、第二级冷却水换热器(11)的冷源输出端(1102)、第二级透平膨胀机(12)及第二级LNG换热器(4)的热源输入端(405),第二级透平膨胀机(12)驱动第二级发电机组工作;
第三级跨临界朗肯循环发电单元,所述第三级跨临界朗肯循环发电单元,包括依次通过管道连接形成闭合回路的第三级LNG换热器(6)的热源输出端(608)、第三级发电工质泵(13)、回热器(14)的冷源输入端(1401)、回热器(14)的冷源输出端(1402)、高温烟气换热器(15)的冷源输入端(1501)、高温烟气换热器(15)的冷源输出端(1502)、第三级透平膨胀机(16)、回热器(14)的热源输入端(1403)、回热器(14)的热源输出端(1404)、及第三级LNG换热器(6)的热源输入端(607),第三级透平膨胀机(16)驱动第三级发电机组工作;
冷库和空调循环制冷单元,所述冷库和空调循环制冷单元,包括串联的冷库循环和空调循环,其中所述冷库循环包括依次通过管道连接的冷库换热器(18)的热源输出端(1806)、冷库制冷工质泵(19)、冷库制冷工质蒸发器(20)及冷库换热器(18)的热源输入端(1805),所述空调循环包括通过管道连接的空调换热器(23)的热源输出端(2306)、空调制冷工质泵(24)、空调制冷工质蒸发器(25)及空调换热器(23)的热源输入端(2305),冷库制冷工质蒸发器(20)和空调制冷工质蒸发器(25)通过蒸发吸热降温;
蓄冷循环单元,所述蓄冷循环单元,包括依次通过管道连接的蓄冷罐(28)的热源输出端(2803)、蓄冷循环工质泵(17)、第三阀门(34)、冷库换热器(18)的冷源输入端(1803)、冷库换热器(18)的冷源输出端(1804)、蓄冷循环工质分流器(22),从蓄冷循环工质分流器(22)出来的蓄冷循环工质分为两股流,一股连接第八阀门(39)、空调换热器(23)的冷源输入端(2303)、空调换热器(23)的冷源输出端(2304),然后流入蓄冷循环工质汇流器(27),另一股直接连接第七阀门(28)、蓄冷循环工质汇流器(27),从蓄冷循环工质汇流器(27)出来的蓄冷循环工质流回蓄冷罐(28)的热源输入端(2804)形成封闭回路。
2.根据权利要求1所述的一种双燃料动力船LNG冷能梯级综合利用系统,其特征在于,所述系统还包括冷却水侧,所述冷却水侧,包括从船舶主机中流出的冷却水,通过冷却水分流器(31)分为三股流,一股连接第一级冷却水换热器(8)的热源输入端(803)、第一级冷却水换热器(8)的热源输出端(804);一股连接第二级冷却水换热器(11)的热源输入端(1103)、第二级冷却水换热器(11)的热源输出端(1104);一股连接LNG温度调节器(29)的热源输入端(2903)、LNG温度调节器(29)的热源输出端(2904),冷却水通过这三个换热器将热量分别传递给各冷源工质。
3.根据权利要求1所述的一种双燃料动力船LNG冷能梯级综合利用系统,其特征在于,所述系统还包括高温烟气侧,所述高温烟气侧,包括从船舶余热锅炉流出的高温烟气,连接高温烟气换热器(15)的热源输入端(1503)、高温烟气换热器(15)的热源输出端(1504),高温烟气通过高温烟气换热器(15)将热量传递给第三级发电工质。
4.根据权利要求1所述的一种双燃料动力船LNG冷能梯级综合利用系统,其特征在于,所述第一级朗肯发电循环中设置有第一级发电工质;所述第二级朗肯发电循环中设置有第二级发电工质;所述第三级朗肯发电循环中设置有第三级发电工质;所述的冷库制冷循环中设置有冷库制冷工质;所述的空调制冷循环中设置有空调制冷工质;所述的蓄冷罐中设置有蓄冷介质;所述的蓄冷循环中设置有蓄冷循环工质。
5.根据权利要求4所述的一种双燃料动力船LNG冷能梯级综合利用系统,其特征在于,所述第一级发电工质的露点低于所述第二级发电工质的露点,第二级发电工质的露点低于所述第三级发电工质的露点。
6.根据权利要求4所述的一种双燃料动力船LNG冷能梯级综合利用系统,其特征在于,所述的第一级至第三级发电工质、冷库制冷工质、空调制冷工质、蓄冷介质和蓄冷循环工质均为制冷剂。
7.根据权利要求4所述的一种双燃料动力船LNG冷能梯级综合利用系统,其特征在于,所述的第一级发电工质选用R1150,第二级发电工质选用R1270,第三级发电工质选用二氧化碳,冷库制冷工质选用R600,空调制冷工质选用CL2‑C1,蓄冷罐中蓄冷介质选用53%乙二醇,蓄冷循环工质选用60%乙二醇。
8.一种双燃料动力船LNG冷能梯级综合利用系统的工作方法,其特征在于,根据需求分为四种工作方式:
一、实现春、秋、冬季需用的发电+冷库的冷能利用,系统的工作方式如下:第一阀门(32)、第二阀门(33)、第五阀门(36)开启,第三阀门(34)、第四阀门(35)、第六阀门(37)、第七阀门(38)、第八阀门(39)关闭,实现春、秋、冬季可用的发电+冷库冷能利用系统;
LNG流程:LNG燃料从LNG储罐(1)出来后经LNG增压泵(2)增压,然后依次进入第一级LNG换热器(3)、第二级LNG换热器(4)换热,LNG均吸热升温,汽化后以气态进入LNG分流器(5),NG被分为两股流,一股经过第一阀门(32)后,与第三级LNG换热器(6)换热,然后通过LNG汇流器(30)进入船舶主机;一股经过第二阀门(33)后,与冷库换热器(18)换热,然后经过LNG分流器(21)、第五阀门(36)、LNG汇流器(26)后,进入LNG温度调节器(29)与缸套冷却水换热,温度达到船舶主机进气要求后通过LNG汇流器(30)与流过第三级朗肯循环的NG汇集为一股,连入动力船主机进气;
第一级朗肯发电单元:从第一级透平膨胀机(9)出来的第一级发电工质进入第一级LNG换热器(3)中与LNG换热后冷凝,然后经过第一级发电工质泵(7)增压,再进入第二级LNG换热器(4)中与第二级发电工质换热并升温,再进入第三级LNG换热器(6)中与第三级发电工质换热后温度继续升高,再进入第一级冷却水换热器(8)中与缸套冷却水换热并蒸发,然后以气态进入第一级透平膨胀机(9)膨胀做功完成循环;
第二级朗肯发电单元:从第二级透平膨胀机(12)出来的第二级发电工质进入第二级LNG换热器(4)中与第一级发电工质及LNG换热并冷凝,经第二级发电工质泵(10)增压后,再进入第三级LNG换热器(6)中与三级发电工质换热并升温,再进入第二级冷却水换热器(11)中与缸套冷却水换热并蒸发,然后以气态进入第二级透平膨胀机(12)膨胀做功完成循环;
第三级朗肯发电单元:从第三级透平膨胀机(16)出来的第三级发电工质进入回热器(14)与经冷凝增压后的第三级发电工质换热后温度降低,然后进入第三级LNG换热器(6)中换热并冷凝,经第三级发电工质泵(13)增压后,再依次进入回热器(14)预热、进入高烟气换热器(15)与烟气换热并蒸发,然后以气态进入第三级透平膨胀机(16)膨胀做功完成循环,高温烟气与第三级发电工质换热后温度降低;
冷库制冷循环单元:从冷库制冷工质蒸发器(20)出来的冷库制冷工质进入冷库换热器(18)与NG换热后温度降低,然后经过冷库制冷工质泵(19)增压后,进入冷库制冷工质蒸发器(20)释放冷能,最后流回冷库换热器(18)完成循环;
冷却水侧:从船舶主机中流出的冷却水,通过冷却水分流器(31)分为三股流,一股通过第一级冷却水换热器(8)与第一级发电工质换热并降温;一股通过第二级冷却水换热器(11)与第二级发电工质换热并降温;一股通过LNG温度调节器(29)与NG换热并降温;
高温烟气侧:从船舶余热锅炉流出的高温烟气,通过高温烟气换热器(15)与二氧化碳进行换热并降温;
二、实现夏季需用的发电+冷库+空调的冷能综合利用,系统的工作方式如下:将第一阀门(32)、第二阀门(33)、第六阀门(37)开启,第三阀门(34)、第四阀门(35)、第五阀门(36)、第七阀门(38)、第八阀门(39)关闭,实现夏季需使用空调时可用的发电+冷库+空调的冷能综合利用系统;
LNG流程:LNG燃料从LNG储罐(1)出来后经LNG增压泵(2)增压,然后依次进入第一级LNG换热器(3)、第二级LNG换热器(4)换热,LNG均吸热升温,汽化后以气态进入LNG分流器(5),NG被分为两股流,一股与第三级LNG换热器(6)换热,然后通过LNG汇流器(30)进入船舶主机;一股与冷库换热器(18)换热,然后通过LNG分流器(21)、第六阀门(37),与空调换热器(23)换热,然后通过LNG汇流器(26)后,进入LNG温度调节器(29)与缸套冷却水换热,温度达到船舶主机进气要求后通过LNG汇流器(30)与流过第三级朗肯循环的NG汇集为一股,连入动力船主机进气;
第一级朗肯发电单元:从第一级透平膨胀机(9)出来的第一级发电工质进入第一级LNG换热器(3)中与LNG换热后冷凝,然后经过第一级发电工质泵(7)增压,再进入第二级LNG换热器(4)中与第二级发电工质换热并升温,再进入第三级LNG换热器(6)中与第三级发电工质换热后温度继续升高,再进入第一级冷却水换热器(8)中与缸套冷却水换热并蒸发,然后以气态进入第一级透平膨胀机(9)膨胀做功完成循环;
第二级朗肯发电单元:从第二级透平膨胀机(12)出来的第二级发电工质进入第二级LNG换热器(4)中与第一级发电工质及LNG换热并冷凝,经第二级发电工质泵(10)增压后,再进入第三级LNG换热器(6)中与三级发电工质换热并升温,再进入第二级冷却水换热器(11)中与缸套冷却水换热并蒸发,然后以气态进入第二级透平膨胀机(12)膨胀做功完成循环;
第三级朗肯发电单元:从第三级透平膨胀机(16)出来的第三级发电工质进入回热器(14)与经冷凝增压后的第三级发电工质换热后温度降低,然后进入第三级LNG换热器(6)中换热并冷凝,经第三级发电工质泵(13)增压后,再依次进入回热器(14)预热、进入高烟气换热器(15)与烟气换热并蒸发,然后以气态进入第三级透平膨胀机(16)膨胀做功完成循环,高温烟气与第三级发电工质换热后温度降低;
冷库制冷循环单元:从冷库制冷工质蒸发器(20)出来的冷库制冷工质进入冷库换热器(18)与NG换热后温度降低,然后经过冷库制冷工质泵(19)增压后,进入冷库制冷工质蒸发器(20)释放冷能,最后流回冷库换热器(18)完成循环;
空调制冷循环单元:从空调制冷工质蒸发器(25)出来的空调制冷工质进入空调换热器(23)与NG换热后温度降低,然后经过空调制冷工质泵(24)增压后,进入空调制冷工质蒸发器(25)释放冷能,最后流回空调换热器(23)完成循环;
冷却水侧:从船舶主机中流出的冷却水,通过冷却水分流器(31)分为三股流,一股通过第一级冷却水换热器(8)与第一级发电工质换热并降温;一股通过第二级冷却水换热器(11)与第二级发电工质换热并降温;一股通过LNG温度调节器(29)与NG换热并降温;
高温烟气侧:从船舶余热锅炉流出的高温烟气,通过高温烟气换热器(15)与二氧化碳进行换热并降温;
三、实现春、秋、冬季短时停船停机使用蓄冷系统维持冷库的正常运转,系统的工作方式如下:
第三阀门(34)、第七阀门(38)开启,第一阀门(32)、第二阀门(33)、第四阀门(35)、第五阀门(36)、第六阀门(37)、第八阀门(39)关闭,实现春、秋、冬季短时停船停机使用蓄冷系统维持冷库的正常运转;
蓄冷循环单元:当船舶停运、停航时,此系统不再为船舶主机输送NG,因此LNG线路全部关闭,此时通过蓄冷罐对冷库系统持续供冷,蓄冷罐(28)中已经凝结的蓄冷介质通过融化吸热的形式为将冷量传递给蓄冷循环工质,蓄冷循环工质在蓄冷循环工质泵(17)的推动下,经过第三阀门(34),与冷库换热器(18)换热并升温;然后依次经过分流器(22)、第七阀门(38)、汇流器(27),最后流回蓄冷罐(28)完成循环;
冷库制冷循环单元:从冷库制冷工质蒸发器(20)出来的冷库制冷工质进入冷库换热器(18)与NG换热后温度降低,然后经过冷库制冷工质泵(19)增压后,进入冷库制冷工质蒸发器(20)释放冷能,最后流回冷库换热器(18)完成循环;
四、实现夏季短时停船停机使用蓄冷系统维持冷库和空调的正常运转,系统的工作方式如下:
第三阀门(34)、第八阀门(39)开启,第一阀门(32)、第二阀门(33)、第四阀门(35)、第五阀门(36)、第六阀门(37)、第七阀门(38)关闭,实现夏季短时停船停机使用蓄冷系统维持冷库和空调的正常运转;
蓄冷循环单元:当船舶停运、停航时,此系统不再为船舶主机输送NG,因此LNG线路全部关闭,此时通过蓄冷罐对冷库系统和空调系统持续供冷,蓄冷罐(28)中已经凝结的蓄冷介质通过融化吸热的形式为将冷量传递给蓄冷循环工质,蓄冷循环工质在蓄冷循环工质泵(17)的推动下,经过第三阀门(34),与冷库换热器(18)换热并升温;然后通过分流器(22)、第八阀门(39),与空调换热器(23)换热,最后通过汇流器(27)后流回蓄冷罐(28)完成循环;
冷库制冷循环单元:从冷库制冷工质蒸发器(20)出来的冷库制冷工质进入冷库换热器(18)与NG换热后温度降低,然后经过冷库制冷工质泵(19)增压后,进入冷库制冷工质蒸发器(20)释放冷能,最后流回冷库换热器(18)完成循环;
空调制冷循环单元:从空调制冷工质蒸发器(25)出来的空调制冷工质进入空调换热器(23)与NG换热后温度降低,然后经过空调制冷工质泵(24)增压后,进入空调制冷工质蒸发器(25)释放冷能,最后流回空调换热器(23)完成循环。
9.根据权利要求8所述的工作方法,其特征在于,还包括实现短暂的开机蓄冷过程,所述系统的工作方式是:开启第四阀门(35),关闭第一阀门(32)、第二阀门(33)、第三阀门(34)、第五阀门(36)、第六阀门(37)、第七阀门(38)和第八阀门(39),LNG燃料从LNG储罐(1)出来后经LNG增压泵(2)增压,依次进入第一级LNG换热器(3)、第二级LNG换热器换热(4),LNG均吸热升温,汽化后以气态进入LNG分流器(5),然后进入蓄冷罐(28)中与蓄冷介质换热,其中,LNG温度升高至船舶主机进气要求,通过LNG汇流器(30)流入船舶主机;蓄冷介质吸收NG的冷量后凝结为固态,储存在蓄冷罐中作为备用冷源。