CN115076749A - 一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统及运行方法，该系统设置有吸收式热泵，低压汽轮机的蒸汽出口连接有供热凝汽器的热侧工质入口；供热凝汽器的冷侧工质入口连接有热网回水，所述供热凝汽器的冷侧工质出口依次连接有吸收式热泵和尖峰加热器；吸收式热泵和空气冷却器连接换热，空气冷却器能够完成空气的冷却，进而实现能量的转换。本发明通过压缩空气储能系统运行模式的切换以及尖峰加热器抽汽量调整，实现热电解耦和热负荷的调节，满足用户热、电需求的同时，提高机组的能源利用效率及运行灵活性。

Description

一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统及运行方法
技术领域
本发明属于热电联产领域，涉及一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统及运行方法。
背景技术
高背压供热机组由于其能源利用率较高而被广泛应用，但是高背压供热机组的热电耦合，在供热灵活性上存在一定的缺陷，难以满足机组在不同的温度范围以及环境下的调峰需求，所以需要对高背压供热机组进行灵活性改造。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统及运行方法，以解决现有技术中高背压供热机组的供热灵活性差的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，包括低压汽轮机，所述低压汽轮机的蒸汽出口连接有供热凝汽器的热侧工质入口；所述供热凝汽器的冷侧工质入口连接有热网回水，所述供热凝汽器的冷侧工质出口连接有吸收式热泵，所述吸收式热泵的热侧工质出口连接有尖峰加热器；
所述吸收式热泵的冷源工质入口连接有空气冷却器的冷侧工质出口，空气冷却器的冷侧工质出口和吸收式热泵的冷源工质出口连接；
所述空气冷却器的热侧工质入口和空气压缩机的出口连接，空气冷却器的热侧工质出口连接有制冷膨胀机的入口，制冷膨胀机的出口连接有气液分离装置的入口连接，气液分离装置的液态出口连接有空气储罐，空气储罐的出口连接有燃烧室，燃烧室连接有空气膨胀机，所述空气膨胀机的动力输出轴连接有空气发电机。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述低压汽轮机的动力输出轴连接有汽轮发电机，所述汽轮发电机的动力输出轴和空气压缩机连接。
优选的，所述低压汽轮机的进汽管道上设置有两个分支，一个分支和尖峰加热器的热侧工质入口连接，一个分支和吸收式热泵的驱动热源入口连接。
优选的，尖峰加热器连接的分支上设置有第二控制阀，吸收式热泵连接的分支上设置有第一控制阀。
优选的，所述供热凝汽器的冷侧工质出口连接有凝汽器热井。
优选的，所述气液分离装置的气态出口和空气压缩机的入口连接。
优选的，所述空气储罐和燃烧室之间设置有升压泵。
优选的，所述吸收式热泵的工作工质为溴化锂。
优选的，所述尖峰加热器的热侧工质出口连接至除氧器。
一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统的运行方法，系统以储能模式运行时，空气进入空气压缩机压缩，被压缩的空气在空气冷却器中放热，放热后的空气在制冷膨胀机中储存压力，膨胀后的空气在气液分离装置中完成气态空气和液态空气的分离，液态空气存储在空气储罐中，气态空气在空气压缩机中被重新压缩；热网回水依次经过供热凝汽器和吸收式热泵加热后，进入尖峰加热器被加热后为热网供水；
系统以释能模式运行时，空气储罐的液态空气进入燃烧室内被燃烧升温，升温的气体在空气膨胀机内做功，驱动空气发电机发电；热网回水依次被供热凝汽器和尖峰加热器加热后为热网供水。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，该系统设置有吸收式热泵，低压汽轮机的蒸汽出口连接有供热凝汽器的热侧工质入口；供热凝汽器的冷侧工质入口连接有热网回水，所述供热凝汽器的冷侧工质出口依次连接有吸收式热泵和尖峰加热器；吸收式热泵和空气冷却器连接换热，空气冷却器能够完成空气的冷却，进而实现能量的转换。本发明通过压缩空气储能系统运行模式的切换以及尖峰加热器抽汽量调整，实现热电解耦和热负荷的调节，满足用户热、电需求的同时，提高机组的能源利用效率及运行灵活性。吸收式热泵可以回收低温余热，提高系统的能源利用效率，压缩空气储能系统通过储能模式和是能模式的切换，可以实现热电解耦，满足机组的灵活运行需求。作为一个整体，该系统可以稳定、高效的输出电热两种负荷。通过热网回水回收乏汽余热和压缩空气余热，提高系统的能源利用效率，通过压缩空气储能系统储能模式及释能模式的调整，满足机组灵活运行的要求。
进一步的，调节第二控制阀开度，可以调节尖峰加热器热负荷，满足热网不同热负荷需求。
本发明还公开了一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统的运行方法，该方法通过压缩空气储能系统的储能模式和释能模式切换，实现热电解耦，满足灵活调峰需求，通过热网回水加热流程配置优化，提高系统的能量利用率。当外界电负荷需求降低，缩空气储能系统在储能模式运行，消耗汽轮发电机组电负荷，热网回水依次经过供热凝汽器、吸收式热泵和尖峰加热器加热，满足热负荷需求；当外界电负荷需求增加，压缩空气储能系统切换为释能模式运行，空气发电机和汽轮发电机组同时对外输出电负荷，此时热网回水通过供热凝汽器和尖峰加热器加热，满足热负荷需求，系统可以回收机组的乏汽余热、压缩空气余热，提高系统的能量利用率。本发明通过热网回水加热流程的配置优化，合理利用低压汽轮机乏汽余热和压缩空气余热，符合温度匹配，能级匹配，利用较低温度的热量满足供热需求，提高机组的能源利用率。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
其中，1为低压汽轮机、2为汽轮发电机、3为供热凝汽器、4为吸收式热泵、5为尖峰加热器、6为空气压缩机、7为空气冷却器、8为制冷膨胀机、9为气液分离装置、10为空气储罐、11为升压泵、12为燃烧室、13为空气膨胀机、14为空气发电机；15-第一控制阀；16-第二控制阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体的对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统及运行方法，包括依次相连通的供热凝汽器3、吸收式热泵4和尖峰加热器5；
还包括依次相连通的空气压缩机6、空气冷却器7、制冷膨胀机8、气液分离装置9、空气储罐10、升压泵11、燃烧室12、空气膨胀机13；
还包括低压汽轮机1、汽轮发电机2、空气发电机14的第一控制阀15和第二控制阀16。
所述低压汽轮机1的动力输出端和发电机2连接，动力输出端带动发电机2转动，产生电能。
所述低压汽轮机1的蒸汽入口与中压汽轮机的蒸汽入口、第一控制阀15入口和第二控制阀16入口相连通，低压汽轮机1出口与供热凝汽器3热侧工质入口相连通。
所述供热凝汽器3热侧工质出口与凝汽器热井相连通，供热凝汽器3冷侧工质入口与热网回水相连通，供热凝汽器3冷侧工质出口与吸收式热泵4被加热工质入口相连通。
所述吸收式热泵4工质为溴化锂，吸收式热泵4驱动热源入口与第一控制阀15出口相连通，吸收式热泵4驱动热源出口与除氧器相连通，吸收式热泵4被加热工质出口与尖峰加热器 5冷侧工质入口相连通，吸收式热泵4冷源工质入口和空气冷却器7冷侧工质出口相连通，吸收式热泵4冷源工质出口和空气冷却器7冷侧工质入口相连通；
所述尖峰加热器5热侧工质入口与第二控制阀16出口相连通，尖峰加热器5热侧工质出口与除氧器相连通，尖峰加热器5冷侧工质出口与热网供水相连通；
所述耦合压缩空气储能系统中的空气压缩机6入口与大气和气液分离装置9气体出口相连通，空气压缩机6出口与空气冷却器7热侧工质入口相连通；空气冷却器7热侧工质出口与制冷膨胀机8入口相连通；
气液分离装置9入口与制冷膨胀机8出口相连通，气液分离装置9液体出口与空气储罐 10入口相连通；
升压泵11入口与空气储罐10出口相连通，升压泵11出口与燃烧室12入口相连通；
燃烧室12补充燃料燃烧后，进入空气膨胀机13做功，带动空气发电机14对外输出电能；
所述压缩空气储能系统运行方法为：压缩空气储能系统储能模式运行时，机组为高背压- 抽汽机组，当外界电负荷需求降低，压缩空气储能系统以储能模式运行，空气先进入空气压缩机6加压，然后进入空气冷却器7放热，之后进入制冷膨胀机8膨胀至储存压力，最后在气液分离装置9中完成气态空气与液态空气分离，液态空气存储在空气储罐10中，所分离气态空气返回空气压缩机6入口进行重新压缩，完成压缩空气储能系统空气压缩储能过程；空气压缩机6消耗汽轮发电机2的电能，减少系统对外电负荷的输出，将第一控制阀15打开，热网回水先经过供热凝汽器3和吸收式热泵4加热，然后调节第二控制阀16的开度，调整尖峰加热器5热负荷，使得热网供水在尖峰加热器5中被不同流量的汽体加热，满足热网热负荷需求；
当外界电负荷需求增加，压缩空气储能系统释能模式运行时，空气储罐10出口液态空气经升压泵11加压后进入燃烧室12燃烧升温，之后进入空气膨胀机13膨胀做功，驱动空气发电机14发电，产生电能，增加系统对外电负荷输出，完成液态压缩空气储能系统发电释能过程；第一控制阀15关闭，此时热网回水先经过供热凝汽器3加热，然后调节第二控制阀16的开度，调整尖峰加热器5热负荷，满足热网热负荷需求；
系统通过热网回水加热流程的配置优化，可以回收机组的乏汽余热、压缩空气余热，提高系统的能量利用率，通过调整第二控制阀16的开度，满足热网热负荷需求；通过压缩空气储能系统储能模式与释能模式的调整，实现热电解耦，满足系统灵活运行要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，包括低压汽轮机(1)，所述低压汽轮机(1)的蒸汽出口连接有供热凝汽器(3)的热侧工质入口；所述供热凝汽器(3)的冷侧工质入口连接有热网回水，所述供热凝汽器(3)的冷侧工质出口连接有吸收式热泵(4)，所述吸收式热泵(4)的热侧工质出口连接有尖峰加热器(5)；
所述吸收式热泵(4)的冷源工质入口连接有空气冷却器(7)的冷侧工质出口，空气冷却器(7)的冷侧工质出口和吸收式热泵(4)的冷源工质出口连接；
所述空气冷却器(7)的热侧工质入口和空气压缩机(6)的出口连接，空气冷却器(7)的热侧工质出口连接有制冷膨胀机(8)的入口，制冷膨胀机(8)的出口连接有气液分离装置(9)的入口连接，气液分离装置(9)的液态出口连接有空气储罐(10)，空气储罐(10)的出口连接有燃烧室(12)，燃烧室(12)连接有空气膨胀机(13)，所述空气膨胀机(13)的动力输出轴连接有空气发电机(14)。
2.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，所述低压汽轮机(1)的动力输出轴连接有汽轮发电机(2)，所述汽轮发电机(2)的动力输出轴和空气压缩机(6)连接。
3.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，所述低压汽轮机(1)的进汽管道上设置有两个分支，一个分支和尖峰加热器(5)的热侧工质入口连接，一个分支和吸收式热泵(4)的驱动热源入口连接。
4.根据权利要求3所述的一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，尖峰加热器(5)连接的分支上设置有第二控制阀(16)，吸收式热泵(4)连接的分支上设置有第一控制阀(15)。
5.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，所述供热凝汽器(3)的冷侧工质出口连接有凝汽器热井。
6.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，所述气液分离装置(9)的气态出口和空气压缩机(6)的入口连接。
7.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，所述空气储罐(10)和燃烧室(12)之间设置有升压泵(11)。
8.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，所述吸收式热泵(4)的工作工质为溴化锂。
9.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统，其特征在于，所述尖峰加热器(5)的热侧工质出口连接至除氧器。
10.一种耦合压缩空气储能系统的热电联产系统的运行方法，其特征在于，
系统以储能模式运行时，空气进入空气压缩机(6)压缩，被压缩的空气在空气冷却器(7)中放热，放热后的空气在制冷膨胀机(8)中储存压力，膨胀后的空气在气液分离装置(9)中完成气态空气和液态空气的分离，液态空气存储在空气储罐(10)中，气态空气在空气压缩机(6)中被重新压缩；热网回水依次经过供热凝汽器(3)和吸收式热泵(4)加热后，进入尖峰加热器(5)被加热后为热网供水；
系统以释能模式运行时，空气储罐(10)的液态空气进入燃烧室(12)内被燃烧升温，升温的气体在空气膨胀机(13)内做功，驱动空气发电机(14)发电；热网回水依次被供热凝汽器(3)和尖峰加热器(5)加热后为热网供水。
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