本發(fā)明屬于化工與低溫技術領域，尤其是涉及一種船用液化天然氣冷能用于冷庫制冷的系統(tǒng)與方法。
背景技術：
液化天然氣(liquefiednaturalgas，lng)是常溫天然氣經過脫酸、脫水處理，再經過冷凍工藝液化而形成的一種無色、無味、無毒且透明的低溫液體。lng冷能主要是指利用lng與周圍環(huán)境(如空氣、海水)的溫度差以及壓力差，在趨于平衡的過程中進行回收的能量。按lng的溫度處于-162℃，含有840kj/kg的冷量計算，一噸lng到岸可利用的冷
目前，國內lng動力冷藏運輸船上的運行動力由lng經海水汽化器氣化后進入后續(xù)動力設備做功而產生，lng冷能則傳遞給周圍環(huán)境如海水或空氣而造成巨大的冷量損失，而船上的冷庫采用常規(guī)制冷系統(tǒng)制冷。傳統(tǒng)冷庫都是采用單級壓縮制冷裝置維持冷庫的低溫，電耗很大。通過回收lng的冷能供給冷庫冷量是一種非常好的冷能利用方式。將lng與冷媒在低溫換熱器中進行熱交換，冷卻后的冷媒經管道進入冷凍或冷藏庫，通過冷卻盤管釋放冷量，實現(xiàn)對物品的冷凍冷藏。此時的冷庫不使用制冷機，節(jié)約了大量的初投資和運行運費，還可以節(jié)約大約1/3的電力。
利用lng冷能為冷庫提供冷量的基本原理是通過lng-制冷劑換熱器，以lng為低溫冷源，實現(xiàn)氣態(tài)制冷劑的液化。已有技術中，專利公開號cn201410142746.6，名稱為“一種充分利用液化天然氣冷能的冷庫制冷系統(tǒng)”的專利，公開了一種以乙二醇、水為工質，通過回收lng冷能實現(xiàn)冷庫制冷的系統(tǒng)和方法，此專利內容并未涉及不同溫度等級冷庫的運行。專利申請?zhí)?01410142527.8，名稱為“一種能充分利用液化天然氣冷能的蓄冷冷庫系統(tǒng)”的專利，該系統(tǒng)在不影響液化天然氣氣化的前提下，起到液化天然氣冷量削峰填谷的功能，有效改善制冷循環(huán)的能效比，充分保證了制冷性能穩(wěn)定。該專利內容系統(tǒng)運行復雜，并不適宜船上冷庫的應用。專利申請?zhí)?00420114636.0，名稱為“回收液化天然氣冷能用于冷庫的制冷裝置”的專利，該裝置包括儲罐、液化天然氣泵、制冷劑泵、換熱器、加熱器、蒸發(fā)器和風機。液化天然氣儲罐通過液化天然氣泵與換熱器的管程進口連接，換熱器管程出口經過氣體加熱器與用戶管網相連，換熱器的殼程出口通過制冷劑泵與冷庫庫房內的蒸發(fā)器進口連接，蒸發(fā)器出口與換熱器的殼程進口相連，軸流風機安裝在蒸發(fā)器旁，在蒸發(fā)器與換熱器的殼程內，充有r410a制冷劑。但此項專利技術也是僅利用lng冷能提供了一種溫度等級的冷庫。專利公開號cn105716183a，名稱為“一種船用lng汽化與空調集成系統(tǒng)及控制方法”的專利，該發(fā)明公開了一種船用lng汽化與空調集成系統(tǒng)及控制方法，該專利內容僅僅涉及l(fā)ng汽化與空調系統(tǒng)的集成運行，該專利雖為船用lng冷能的利用系統(tǒng)，但僅為空調的冷量輸出。專利申請?zhí)?01620307968.3，名稱為“一種船用lng汽化與空調集成系統(tǒng)”的專利，該專利利用lng在汽化時產生的冷能及燃燒時釋放的熱量，解決了lng汽化問題，滿足了船舶空調制冷和制熱需求，該專利內容也并未涉及船上冷庫冷量的應用。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種可以充分利用船用液化天然氣冷能實現(xiàn)冷庫制冷的系統(tǒng)和方法。通過制冷劑并聯(lián)循環(huán)回路實現(xiàn)為船用不同溫度等級冷庫的制冷，提高冷能的利用效率；同時，本發(fā)明可以借助于船用lng獨有的優(yōu)勢，利用海水或燃氣輪機排氣作為ng再熱的高溫熱源。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：
一種船用液化天然氣冷能用于冷庫制冷的系統(tǒng)，包括液化天然氣儲存與壓力提升部、冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)部、凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)部、天然氣再熱部，
所述液化天然氣儲存與壓力提升部包括lng儲罐及與儲罐連接的lng加壓泵；
所述冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)部包括經管道依次相連的液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器、冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)泵、冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器，具體為：lng-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器的出口連接冷卻物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵的入口，所述冷卻物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵的出口連接冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器的入口，所述冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器的出口連接lng-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器的入口；
所述凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)部包括經管道依次相連的液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器、凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)泵、凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器，具體為：lng-凍結物冷藏間制冷劑換熱器的出口連接凍結物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵的入口，所述凍結物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵的出口連接所述凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器的入口，所述凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器的出口連接lng-凍結物冷藏間制冷劑換熱器的入口；
所述天然氣再熱部為ng再熱器。
所述的液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器與冷卻物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵相連通。
所述的液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器與凍結物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵相連通。
所述lng加壓泵的出口分為兩路，第一路連接lng-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器低溫流體側的入口，第二路連接lng-凍結物冷藏間制冷劑換熱器低溫流體側的入口，所述lng-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器低溫流體側的出口與lng-凍結物冷藏間制冷劑換熱器低溫流體側的出口匯合，所述兩路低溫流體匯流連接至ng再熱器的入口，所述ng再熱器的出口連接后續(xù)用氣的動力設備。
液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器、液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器低溫冷量均來自于lng冷能。ng再熱器的高溫熱源來自于海水、空氣或燃氣輪機的廢熱。lng同時分別為兩個并聯(lián)的獨立制冷劑循環(huán)提供冷量，維持冷卻物冷藏間與凍結物冷藏間內的冷量要求。
船用液化天然氣冷能用于冷庫制冷方法，采用以下步驟：
a、來自于儲罐的液化天然氣經lng增壓泵增壓后，分為兩路，分別進入液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器和液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器，實現(xiàn)完全氣化并升溫后再匯合為一路后，以氣體狀態(tài)進入ng再熱器；
b、冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)：采用r404a作為冷卻物冷藏間制冷系統(tǒng)制冷劑，出液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器的微正壓液態(tài)制冷劑進入冷卻物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵增壓后，進入冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器，向冷卻物冷藏間提供冷量后，氣化并升溫，以2～9℃的低溫氣體狀態(tài)進入液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器，與液態(tài)天然氣換熱后冷凝成液體，并再次進入冷卻物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵提升循環(huán)壓力；
c、凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)：采用r404a作為凍結物冷藏間制冷系統(tǒng)制冷劑，出液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器的微正壓液態(tài)制冷劑進入凍結物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵增壓后，進入凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器，向凍結物冷藏間提供冷量后，氣化并升溫，以-25～-15℃的低溫氣體狀態(tài)進入液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器，與液態(tài)天然氣換熱后冷凝成液體，并再次進入凍結物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵提升循環(huán)壓力。
步驟a中，液化天然氣經微正壓儲存，儲存壓力為0.11～0.12mpa，液化天然氣出lng增壓泵的壓力由lng-ng管路的流動阻力和船舶動力設備燃料入口的壓力要求所決定。
步驟b中，冷卻物冷藏間液態(tài)制冷劑出冷卻物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵后的壓力由冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)系統(tǒng)制冷劑的蒸發(fā)壓力與管路循環(huán)阻力所決定。
步驟c中，凍結物冷藏間液態(tài)制冷劑出凍結物冷藏間制冷劑側循環(huán)泵后的壓力由凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)系統(tǒng)制冷劑的蒸發(fā)壓力與管路循環(huán)阻力所決定。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
(1)本發(fā)明的方法是通過并聯(lián)的兩個獨立的制冷劑循環(huán)，利用lng在氣化過程中釋放的冷能，分別為冷藏物冷藏間和凍結物冷藏間提供所需冷量，此時的冷庫不使用制冷機，節(jié)約了大量的初投資和運行運費。
(2)冷藏物冷藏間和凍結物冷藏間通過自身的制冷劑循環(huán)實現(xiàn)與lng的換熱，從中獲取冷量，冷藏物冷藏間與凍結物冷藏可共同運行也可獨立運行。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的工作流程圖。
圖中：1-lng儲罐；2-lng泵；3-液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器；4-ng再熱器；5-冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)泵；6-冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器；7-冷卻物冷藏間風機；8-液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器；9-凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)泵；10-凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器；11-凍結物冷藏間風機；a-液化天然氣儲存與壓力提升部；b-冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)部；c-凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)部；d-ng再熱部；i-第一物流；ii-第二物流、iii-第三物流；iv-第四物流；v-第五物流；vi-第六物流；vii-第七物流；viii-第八物流；ix-第九物流；x-第十物流；xi-第十一物流；xii-第十二物流；xiii-第十三物流；xiv-第十四物流。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
實施例
一種船用液化天然氣冷能用于冷庫制冷的系統(tǒng)，包括液化天然氣儲存與壓力提升部a、冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)部b、凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)部c、天然氣再熱部d。
液化天然氣儲存與壓力提升部a包括lng儲罐1及與儲罐連接的lng加壓泵2；冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)部b包括經管道依次相連的液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器3、冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)泵5、冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器6，液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器3的出口連接冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)泵5的入口，冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)泵5的出口連接冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器6的入口，冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器6的出口連接液化天然氣-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器3的入口，另外冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器6還連接有冷卻物冷藏間風機7；凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)部c包括經管道依次相連的液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器8、凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)泵9、凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器10，液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器8的出口連接凍凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)泵9的入口，凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)泵9的出口連接凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器10的入口，凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器10的出口連接液化天然氣-凍結物冷藏間制冷劑換熱器8的入口，另外凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器10還連接有凍結物冷藏間風機11；天然氣再熱部為ng再熱器4。
利用船用液化天然氣冷能實現(xiàn)冷庫制冷的方法，其工藝流程如圖1所示，包括液化天然氣儲存、壓力提升、冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)、凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)和天然氣再熱四個部分。
船用液化天然氣(lng)的摩爾組成為：甲烷97％，乙烷2％，丙烷1％；lng總流量為178kg/h，冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)選擇的冷媒是r404a，流量為400.3kg/h；凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)選擇的冷媒是r404a，流量為359kg/h。
來自船載lng儲罐1的液化天然氣(第一物流i)經lng泵2升壓后的出口壓力為0.12mpa、-159.2℃的lng(第二物流ii)分為兩路，其中一路(第三物流iii)首先與制冷劑在lng-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器3中進行換熱，lng被加熱氣化至-2℃(第四物流iv)，lng的另一路(第五物流v)與制冷劑在lng-凍結物冷藏間制冷劑換熱器8中進行換熱，lng被加熱氣化至-26.77℃(第六物流vi)，第四物流iv與第六物流vi匯合，溫度為-14.26℃(第七物流vii)，進入ng再熱器4加熱至滿足后續(xù)動力設備的入口溫度要求(第八物流viii)。
0.81mpa，9℃的氣態(tài)冷卻物冷藏間制冷劑(第十一物流xi)在lng-冷卻物冷藏間制冷劑換熱器3中與-159.2℃，0.12mpa的lng(第三物流iii)換熱，實現(xiàn)冷凝，溫度為-5℃、0.76mpa(第九物流ix)，經冷卻物冷藏間制冷劑循環(huán)泵5加壓后(第十物流x)進入冷卻物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器6吸熱蒸發(fā)為9℃，0.81mpa的氣態(tài)制冷劑(第十一物流xi)，為冷卻物冷藏間提供20kw的冷量。
0.33mpa，-18℃的氣態(tài)凍結物冷藏間制冷劑(第十四物流xiv)在lng-凍結物冷藏間制冷劑換熱器8中與-159.2℃，0.12mpa的lng(第五物流v)換熱，實現(xiàn)冷凝，溫度為-32℃、0.28mpa(第十二物流xii)，經凍結物冷藏間制冷劑循環(huán)泵9升壓后(第十三物流xiii)進入凍結物冷藏間制冷劑蒸發(fā)器10吸熱蒸發(fā)為-18℃，0.33mpa的氣態(tài)制冷劑(第十四物流xiv)，為凍結物冷藏間提供20kw的冷量。
上述實施案例為發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施案例的限制。當冷卻物冷藏間和凍結物冷藏的制冷量要求發(fā)生變化，可以通過調整lng第三物流iii和第五物流v的質量流量來調整lng冷量的輸出能力。
以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。