一种具备调峰和稳燃功能的空气储能系统和方法与流程

[0001]
本发明属于储能调峰技术领域，具体涉及一种具备调峰和稳燃功能的空气储能系统和方法，适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，能提高锅炉对劣质煤的适应性、提高燃烧效率和降低锅炉最低稳燃负荷，还能提高储能系统的经济性。


背景技术：

[0002]
目前我国风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展，加之全社会用电量逐年攀升，电网用电峰谷差日益增大，电网对燃煤机组调峰次数及深度的要求均大幅提升。
[0003]
目前提高燃煤机组调峰能力的技术主要有电锅炉蓄热技术、水罐蓄热技术、汽轮机蒸汽流程改造技术、电化学电池储能技术等，电锅炉蓄热技术是将电能转化为热能后用于供暖，调峰能力强，但能量品质大幅度降低、只适用于热电联产机组，水罐蓄热技术和汽轮机蒸汽流程改造技术热经济性较好、投资相对低，但调峰能力有限，也只适用于热电联产机组，电化学电池储能技术响应快、体积小、建设周期短，但寿命短、平均成本很高、安全风险大，是否适合建设大规模储能实施仍需工程示范验证。


技术实现要素：

[0004]
为克服现有燃煤机组调峰技术的不足，本发明提出一种具备调峰和稳燃功能的空气储能系统和方法，在提高机组调峰能力的同时还能降低锅炉的稳燃负荷、提高锅炉燃烧效率，并且具有寿命长、成本低的优点。利用空气储能系统可以显著提高燃煤机组的调峰能力，但是释能过程中会产生大量的净化空气，由于体积庞大这些净化空气无法被有效储存，造成资源浪费，本发明提出一种具备调峰和稳燃功能的空气储能系统，通过分离过程使得储存的空气为富氧液体净化空气，使用过的富氧净化空气被送至锅炉燃烧系统，能改善锅炉内的燃烧条件，提高锅炉对劣质煤的适应性，还能提高燃烧效率、降低锅炉最低稳燃负荷。
[0005]
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]
一种具备调峰和稳燃功能的空气储能系统，由第一压缩机1、第一冷却器2、第二压缩机3、第一阀门4、第二冷却器5、储冷装置6、第二阀门7、分离装置8、第三阀门9、第四阀门10、富氧液空储罐11、第五阀门12、锅炉燃烧系统13、第六阀门14、升压泵15、第一加热器16、第一膨胀机17、第二加热器18、第二膨胀机19、第七阀门20、机组热力系统21、第八阀门22、第九阀门23和第十阀门24组成；
[0007]
所述第一压缩机1出口依次与第一冷却器2高温侧入口、第一冷却器2高温侧出口、第二压缩机3、第二冷却器5高温侧入口、第二冷却器5高温侧出口、储冷装置6高压空气侧入口、储冷装置6高压空气侧出口、第二阀门7和分离装置8干流侧入口连接；第一冷却器2高温侧出口还通过第一阀门4依次与储冷装置6低压空气侧入口、储冷装置6低压空气侧出口和分离装置8辅流侧入口连接；分离装置8富氮空气侧出口通过第三阀门9依次与储冷装置6富氮空气侧入口、储冷装置6富氮空气侧出口连接，分离装置8富氧空气侧出口通过第四阀门
10与富氧液空储罐11入口连接；富氧液空储罐11出口通过第五阀门12依次与储冷装置6低压富氧空气侧入口、储冷装置6低压富氧空气侧出口、锅炉燃烧系统13入口连接，富氧液空储罐11出口还通过第六阀门14依次与升压泵15、储冷装置6高压富氧空气侧入口、储冷装置6高压富氧空气侧出口、第一加热器16低温侧入口、第一加热器16低温侧出口、第一膨胀机17、第二加热器18低温侧入口、第二加热器18低温侧出口和第二膨胀机19连接；第二膨胀机19出口分别与第七阀门20和第十阀门24连接，第二膨胀机19出口通过第十阀门24与锅炉燃烧系统13入口连接；机组热力系统21的水侧子系统出口通过第八阀门22分别与第一冷却器2低温侧入口和第二冷却器5低温侧入口连接，第一冷却器2低温侧出口和第二冷却器5低温侧出口与机组热力系统21的水侧子系统入口连接；机组热力系统21的蒸汽侧子系统出口通过第九阀门23分别与第一加热器16高温侧入口和第二加热器18高温侧入口连接，第一加热器16高温侧出口和第二加热器18高温侧出口与机组热力系统21的蒸汽侧子系统入口连接；该系统基于储能系统储存液化空气的特征，设计分离装置8使得储存的空气为富氧液体净化空气，使用过的富氧净化空气被送至锅炉燃烧系统13，能改善锅炉内的燃烧条件，提高锅炉对劣质煤的适应性，还能提高燃烧效率、降低锅炉最低稳燃负荷。
[0008]
所述分离装置8内设有筛板和溢流堰，干流侧液体空气自上向下流动，辅流侧气态空气自下向上流动，气液发生热质交换后，低沸点组份逐渐蒸发，高沸点组份逐渐液化。
[0009]
所述分离装置8分离出的富氮空气经过储冷装置6回收冷能后排出，富氮空气也能用于锅炉吹灰和仪表气控系统。
[0010]
所述富氧液空储罐11内储存的液体空气能直接经过储冷装置6回收冷能后送至锅炉燃烧系统13，也能在加压升温膨胀作功后送至锅炉燃烧系统13。
[0011]
所述第二膨胀机19出口的富氧空气直接送至锅炉燃烧系统13，富氧空气无法完全消耗时，能通过第七阀门20排入环境。
[0012]
所述锅炉燃烧系统13在使用富氧空气时能改善锅炉内的燃烧条件。
[0013]
所述机组热力系统21在储能过程中冷却第一冷却器2和第二冷却器5中的空气，在释能过程中加热第一加热器16和第二加热器18中的空气。
[0014]
该系统设计分离装置使得储存的空气为富氧液体净化空气，使用过的富氧净化空气被送至锅炉燃烧系统，能改善锅炉内的燃烧条件，提高锅炉对劣质煤的适应性，还能提高燃烧效率、降低锅炉最低稳燃负荷，具有良好的经济性。
[0015]
所述的一种具备调峰和稳燃功能的空气储能系统的运行方法，包括储能模式和释能模式，具体如下：
[0016]
储能模式：电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式，打开第一阀门4、第二阀门7、第三阀门9、第四阀门10和第八阀门22，关闭第六阀门14、第七阀门20、第九阀门23和第十阀门24；利用燃煤机组电能驱动第一压缩机1和第二压缩机3转动，空气经第一压缩机1提高压力后进入第一冷却器2降温，一部分空气经储冷装置6降温后进入分离装置8下部，另一部分空气进入第二压缩机3提高压力，再依次进入第二冷却器5和储冷装置6降温，液化后的空气经第二阀门7节流后进入分离装置8上部；分离装置8分离出的富氮空气经储冷装置6回收冷能后排出，分离出的富氧液空经第四阀门10进入富氧液空储罐11储存；机组热力系统21中的水侧子系统将温水送至第一冷却器2和第二冷却器5冷却压缩空气，再回到水侧子系统；机组需要进一步降低发电负荷时，可打开第五阀门12，富氧液体空
气经储冷装置6回收冷能后送至锅炉燃烧系统13，能够降低锅炉最低稳燃负荷，从而进一步提高燃煤机组调峰能力；
[0017]
释能模式：电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式，关闭第一阀门4、第二阀门7、第三阀门9、第四阀门10、第五阀门12和第八阀门22，打开第六阀门14、第九阀门23和第十阀门24；富氧液体空气从富氧液空储罐11中流出，经升压泵15提升压力后进入储冷装置6回收冷能，得到的常温高压空气依次进入第一加热器16、第一膨胀机17、第二加热器18和第二膨胀机19，在第一加热器16和第二加热器18中空气吸热升温，在第一膨胀机17和第二膨胀机19中膨胀输出有用功，第二膨胀机19出口得到常温常压的富氧空气，通过第十阀门24送往锅炉燃烧系统13，能改善锅炉内的燃烧条件，提高锅炉对劣质煤的适应性，还能提高燃烧效率；机组热力系统21中的蒸汽侧子系统将低压蒸汽送至第一加热器16和第二加热器18加热压缩空气，疏水再回到蒸汽侧子系统，从而提高空气的做功能力；锅炉燃烧系统13无法消耗第二膨胀机19出口的全部富氧空气时，打开第七阀门20，将多余富氧空气排至环境。
[0018]
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
[0019]
本发明具备调峰和稳燃功能的空气储能系统和方法，适用于以燃煤机组为典型的各种热发电厂，根据储能系统储存液化空气的特征，设计分离装置使得储存的空气为富氧液体净化空气，使用过的富氧净化空气被送至锅炉燃烧系统，能改善锅炉内的燃烧条件，提高锅炉对劣质煤的适应性，还能提高燃烧效率、降低锅炉最低稳燃负荷。
附图说明
[0020]
图1是本发明的系统示意图。
[0021]
图中：
[0022]
1-第一压缩机
ꢀꢀ
2-第一冷却器
ꢀꢀ
3-第二压缩机
ꢀꢀ
4-第一阀门
[0023]
5-第二冷却器
ꢀꢀ
6-储冷装置
ꢀꢀ
7-第二阀门
ꢀꢀ
8-分离装置
[0024]
9-第三阀门
ꢀꢀ
10-第四阀门
ꢀꢀ
11-富氧液空储罐
ꢀꢀ
12-第五阀门
[0025]
13-锅炉燃烧系统
ꢀꢀ
14-第六阀门
ꢀꢀ
15-升压泵
ꢀꢀ
16-第一加热器
[0026]
17-第一膨胀机
ꢀꢀ
18-第二加热器
ꢀꢀ
19-第二膨胀机
ꢀꢀ
20-第七阀门
[0027]
21-机组热力系统
ꢀꢀ
22-第八阀门
ꢀꢀ
23-第九阀门
ꢀꢀ
24-第十阀门。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和具体实施方式对本发明专利作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]
如图1所示，本发明一种具备调峰和稳燃功能的空气储能系统，由第一压缩机1、第一冷却器2、第二压缩机3、第一阀门4、第二冷却器5、储冷装置6、第二阀门7、分离装置8、第三阀门9、第四阀门10、富氧液空储罐11、第五阀门12、锅炉燃烧系统13、第六阀门14、升压泵15、第一加热器16、第一膨胀机17、第二加热器18、第二膨胀机19、第七阀门20、机组热力系统21、第八阀门22、第九阀门23和第十阀门24组成。
[0030]
第一压缩机1出口依次与第一冷却器2高温侧入口、第一冷却器2高温侧出口、第二压缩机3、第二冷却器5高温侧入口、第二冷却器5高温侧出口、储冷装置6高压空气侧入口、
储冷装置6高压空气侧出口、第二阀门7和分离装置8干流侧入口连接；第一冷却器2高温侧出口还通过第一阀门4依次与储冷装置6低压空气侧入口、储冷装置6低压空气侧出口和分离装置8辅流侧入口连接；分离装置8富氮空气侧出口通过第三阀门9依次与储冷装置6富氮空气侧入口、储冷装置6富氮空气侧出口连接，分离装置8富氧空气侧出口通过第四阀门10与富氧液空储罐11入口连接；富氧液空储罐11出口通过第五阀门12依次与储冷装置6低压富氧空气侧入口、储冷装置6低压富氧空气侧出口、锅炉燃烧系统13入口连接，富氧液空储罐11出口还通过第六阀门14依次与升压泵15、储冷装置6高压富氧空气侧入口、储冷装置6高压富氧空气侧出口、第一加热器16低温侧入口、第一加热器16低温侧出口、第一膨胀机17、第二加热器18低温侧入口、第二加热器18低温侧出口和第二膨胀机19连接；第二膨胀机19出口分别与第七阀门20和第十阀门24连接，第二膨胀机19出口通过第十阀门24与锅炉燃烧系统13入口连接；机组热力系统21的水侧子系统出口通过第八阀门22分别与第一冷却器2低温侧入口和第二冷却器5低温侧入口连接，第一冷却器2低温侧出口和第二冷却器5低温侧出口与机组热力系统21的水侧子系统入口连接；机组热力系统21的蒸汽侧子系统出口通过第九阀门23分别与第一加热器16高温侧入口和第二加热器18高温侧入口连接，第一加热器16高温侧出口和第二加热器18高温侧出口与机组热力系统21的蒸汽侧子系统入口连接；该系统基于储能系统储存液化空气的特征，设计分离装置8使得储存的空气为富氧液体净化空气，使用过的富氧净化空气被送至锅炉燃烧系统13，能改善锅炉内的燃烧条件，提高锅炉对劣质煤的适应性，还能提高燃烧效率、降低锅炉最低稳燃负荷。
[0031]
本发明一种具备调峰和稳燃功能的空气储能系统可以按照以下储能模式和释能模式运行。
[0032]
储能模式：电网用电低谷、需要燃煤机组降低发电负荷时开启储能模式，打开第一阀门4、第二阀门7、第三阀门9、第四阀门10和第八阀门22，关闭第六阀门14、第七阀门20、第九阀门23和第十阀门24；利用燃煤机组电能驱动第一压缩机1和第二压缩机3转动，空气经第一压缩机1提高压力后进入第一冷却器2降温，一部分空气经储冷装置6降温后进入分离装置8下部，另一部分空气进入第二压缩机3提高压力，再依次进入第二冷却器5和储冷装置6降温，液化后的空气经第二阀门7节流后进入分离装置8上部；分离装置8分离出的富氮空气经储冷装置6回收冷能后排出，分离出的富氧液空经第四阀门10进入富氧液空储罐11储存；机组热力系统21中的水侧子系统将温水送至第一冷却器2和第二冷却器5冷却压缩空气，再回到水侧子系统；机组需要进一步降低发电负荷时，可打开第五阀门12，富氧液体空气经储冷装置6回收冷能后送至锅炉燃烧系统13，能够降低锅炉最低稳燃负荷，从而进一步提高燃煤机组调峰能力。
[0033]
释能模式：电网用电高峰、需要燃煤机组提升发电负荷时开启释能模式，关闭第一阀门4、第二阀门7、第三阀门9、第四阀门10、第五阀门12和第八阀门22，打开第六阀门14、第九阀门23和第十阀门24；富氧液体空气从富氧液空储罐11中流出，经升压泵15提升压力后进入储冷装置6回收冷能，得到的常温高压空气依次进入第一加热器16、第一膨胀机17、第二加热器18和第二膨胀机19，在第一加热器16和第二加热器18中空气吸热升温，在第一膨胀机17和第二膨胀机19中膨胀输出有用功，第二膨胀机19出口得到常温常压的富氧空气，通过第十阀门24送往锅炉燃烧系统13，能改善锅炉内的燃烧条件，提高锅炉对劣质煤的适应性，还能提高燃烧效率；机组热力系统21中的蒸汽侧子系统将低压蒸汽送至第一加热器
16和第二加热器18加热压缩空气，疏水再回到蒸汽侧子系统，从而提高空气的做功能力；锅炉燃烧系统13无法消耗第二膨胀机19出口的全部富氧空气时，打开第七阀门20，将多余富氧空气排至环境。
[0034]
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。