CN115164266A - 一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统及运行方法，该供热系统作为一个整体，该系统可以稳定、高效的输出电热两种负荷。通过热网回水回收压缩空气的废热，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，保证系统的调峰性能的同时，维持汽轮发电机组稳定运行，为吸收式热泵提供稳定的驱动热源，可以满足机组灵活运行的要求。降低燃煤机组污染物排放以及资源消耗，提高机组能量利用效率及运行灵活性。

Description

一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统及运行方法

技术领域

本发明属于热电联产技术领域，具体涉及一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统及运行方法。

背景技术

能源稳定是经济社会稳定发展的必要条件。现阶段高效燃煤发电技术已经有了巨大的进步，从最初的提高初参数、蒸汽再热等方式向全工况运行、余热深度利用等方向转变，已达到清洁高效的目的。现阶段大部分地区开展集中供热，减少小型供热锅炉污染物的排放，改善冬季北方雾霾多发的环境问题。因此，热电联产机组对节能减排工作具有重要意义。

吸收式热泵供热系统可以回收机组的冷端余热，提高机组的能源利用效率，但是吸收式热泵的COP受驱动热源的温度、压力影响较大，当汽轮发电机组处于变负荷状态或者负荷率较小时，驱动热源抽汽参数不稳定，驱动热源参数降低会导致吸收式热泵COP降低，影响机组的热经济性。

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和吸收式热泵的供热系统及运行方法，以解决现有技术中吸收式热泵的COP受驱动热源的温度和压力影响较大，进而会影响机组的热经济性的问题。

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和吸收式热泵的供热系统，包括吸收式热泵和空气冷却器；所述吸收式热泵的热源工质入口连通至汽轮机组，所述吸收式热泵的热源工质出口连通至除氧器的入口；所述吸收式热泵的冷侧工质入口连通至凝汽器的冷侧工质出口，所述吸收式热泵的冷侧工质出口和凝汽器的冷侧工质入口连通；

所述空气冷却器的冷侧工质入口和热网回水连通，所述空气冷却器的冷侧工质出口和吸收式热泵的被加热工质入口连通，吸收式热泵的被加热工质出口连通至热网供水；所述空气冷却器的热侧工质入口连通至空气压缩机，所述空气冷却器的热侧工质出口连通至制冷膨胀机的入口，所述制冷膨胀机的出口连通至气液分离装置，所述气液分离装置的液体入口连通至空气储罐，所述空气储罐的出口连通至升压泵的入口，所述升压泵的出口连通至燃烧室的入口，所述燃烧室的出口连通至空气膨胀机，所述空气膨胀机的动力输出端连接有空气发电机。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述汽轮机组包括高压汽轮机、中压汽轮机和低压汽轮机，所述高压汽轮机的蒸汽入口连接至锅炉的锅炉加热器，高压汽轮机的蒸汽出口连接至锅炉的锅炉再热器，所述锅炉再热器的蒸汽出口和中压汽轮机蒸汽入口连通，所述中压汽轮机的蒸汽出口和低压汽轮机蒸汽入口连通，所述低压汽轮机的蒸汽出口和凝汽器的热侧工质入口连通。

优选的，所述凝汽器的热侧工质出口连接至凝结水泵，凝结水泵的出口连接至低压加热器冷侧工质入口，低压加热器的冷侧工质出口和除氧器的入口连通。

优选的，所述低压加热器的热侧工质入口和低压汽轮机的抽汽连通，所述低压加热器的热侧工质出口和凝汽器的热井连通。

优选的，所述除氧器的出口连通至给水泵的入口，给水泵的出口连通至高压加热器的冷侧工质入口。

优选的，所述除氧器的入口同时和中压汽轮机的抽汽、低压加热器的冷侧工质出口以及高压加热器热侧工质出口连通。

优选的，所述高压加热器的热侧工质入口和高压汽轮机的抽汽连通，所述高压加热器的冷侧工质出口和锅炉加热器的入口连通。

优选的，所述汽轮机组的动力输出轴连接有发电机，所述发电机为空气压缩机供电。

优选的，所述气液分离装置的气体出口和空气压缩机的入口连通。

一种上述的耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统的运行方法，

压缩空气储能模式运行时，空气进入空气压缩机加压，然后进入空气冷却器放热，放热后的空气进入制冷膨胀机膨胀至储存压力，膨胀后的空气在气液分离装置，被分离得到液态空气被存储在空气储罐，被分离得到气态空气返回至空气压缩机中；热网回水在空气冷却器中被加热后进入吸收式热泵，热网回水在吸收式热泵中被汽轮机输出的蒸汽和抽汽加热后回到热网；

压缩空气释能模式运行时，空气储罐中液态空气经升压泵加压后进入燃烧室燃烧升温，燃烧后的空气在空气膨胀机中膨胀做功，膨胀后的空气发电机发电，进行发电释能。

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和吸收式热泵的供热系统，该供热系统作为一个整体，该系统可以稳定、高效的输出电热两种负荷。通过热网回水回收压缩空气的废热，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，保证系统的调峰性能的同时，维持汽轮发电机组稳定运行，为吸收式热泵提供稳定的驱动热源，可以满足机组灵活运行的要求。降低燃煤机组污染物排放以及资源消耗，提高机组能量利用效率及运行灵活性。本发明机组耦合了压缩空气储能系统，作为一个整体，在汽轮发电机组稳定运行，为吸收式热泵提供稳定驱动热源的同时，可以满足灵活调峰需求。

进一步的，利用吸收式热泵对热网水加热，以中压缸排汽抽汽作为热源，低压缸排汽作为冷源，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；

进一步的，压缩空气储能系统在储能模式运行时，可以通过热网回水和补水回收压缩空气的余热，合理利用了系统的废热，系统能源利用率高。

本发明还公开了一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统的运行方法，当压缩空气储能系统在储能模式运行时，热网回水先在空气冷却器中利用压缩空气的余热，之后进入吸收式热泵进行加热，满足供热需求；系统回收了压缩空气余热和汽轮机排汽余热，合理利用系统低温余热，提高了机组的能量利用效率。压缩空气系统通过调整压缩储能模式或者释能发电模式，进行系统电负荷调节，在汽轮发电机组稳定运行的工况下，满足灵活调峰需求。本发明耦合压缩空气储能系统和吸收式热泵供热系统，同时为用户提供热、电两种能源的同时，提高机组的能源利用效率及运行灵活性。所以本发明提出了一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的热电联产系统及运行方法。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

其中：图中：1为锅炉、2为高压汽轮机、3为中压汽轮机、4为低压汽轮机、5为凝汽器、6为凝结水泵、7为低压加热器、8为除氧器、9为给水泵、10为高压加热器、11为发电机、13为吸收式热泵、15为制冷膨胀机、16为空气冷却器、17为空气压缩机、18为气液分离装置、19为空气储罐、20为升压泵、21为燃烧室、22为空气膨胀机、23为空气发电机、24为锅炉加热器、25为锅炉再热器。

具体实施方式

下面结合附图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。

参见图1，本发明公开一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的热电联产系统，包括依次相连通的凝汽器5、凝结水泵6、低压加热器7、除氧器8、给水泵9、高压加热器10、锅炉加热器23、高压汽轮机2、锅炉再热器24、中压汽轮机3和低压汽轮机4；

也包括依次相连通的空气压缩机17、空气冷却器16、制冷膨胀机15、气液分离装置18、空气储罐19、升压泵20、燃烧室21、空气膨胀机22；

还包括发电机11、吸收式热泵13和空气发电机23；

高压汽轮机2、中压汽轮机3和低压汽轮机4共同带动发电机11转动，对外输出电能；空气膨胀机22带动空气发电机23转动，对外输出电能；

热网回水与热网补水汇集之后首先进入空气冷却器16进行初步加热，然后进入吸收式热泵13，利用中压汽轮机3排汽抽汽作为驱动热源，回收低压汽轮机4排汽进行加热，满足供热需求。

具体的，高压汽轮机2蒸汽入口与锅炉加热器23出口相连通，高压汽轮机2蒸汽出口与锅炉再热器24入口相连通，高压汽轮机2的抽汽出口与高压加热器10热侧工质入口相连通。

中压汽轮机3的蒸汽入口与锅炉再热器24的出口相连通，中压汽轮机3的蒸汽出口与低压汽轮机4的蒸汽入口、除氧器8入口和吸收式热泵13热源工质入口相连通。

低压汽轮机4的蒸汽出口与凝汽器5热侧工质入口相连通，低压汽轮机4抽汽与低压加热器7热侧工质入口相连通。

凝汽器5热井与低压加热器7热侧工质出口连通，凝汽器5热侧工质出口和凝结水泵6入口相连通；凝汽器5冷侧工质入口与吸收式热泵13冷源工质出口相连通，凝汽器5冷侧工质出口与吸收式热泵13冷源工质入口相连通。

低压加热器7冷侧工质入口与凝结水泵6出口相连通，低压加热器7冷侧工质出口与除氧器8入口连通，和吸收式热泵13热源工质出口相连通，使得吸收式热泵13的热源工质出口也和除氧器8的入口连通。

除氧器8的入口同时与中压汽轮机3的蒸汽出口、低压加热器7的冷侧工质出口以及高压加热器10的出口连通，除氧器8的出口和给水泵9的入口连通。

给水泵9入口与除氧器8出口相连通，给水泵9出口与高压加热器10冷侧工质入口相连通。

高压加热器10热侧工质出口与除氧器8入口相连通，高压加热器10冷侧工质出口与锅炉加热器24入口相连通。

空气压缩机17入口与大气和气液分离装置18气体出口相连通，空气压缩机17出口与空气冷却器16热侧工质入口相连通。发电机11和空气压缩机17的动力输入端连接，能够为空气压缩机17提供动力。

空气冷却器16热侧工质出口与制冷膨胀机15入口相连通，空气冷却器16冷侧工质入口与热网回水和热网补水相连通，空气冷却器16冷侧工质出口与吸收式热泵13被加热工质入口相连通。

气液分离装置18入口与制冷膨胀机15出口相连通，气液分离装置18液体出口与空气储罐19入口相连通。

升压泵20入口与空气储罐19出口相连通，升压泵20出口与燃烧室21入口相连通；

燃烧室21补充燃料燃烧后，进入空气膨胀机22做功，带动空气发电机23对外输出电能。

吸收式热泵13工质为溴化锂，吸收式热泵13冷源工质出口与凝汽器5冷侧工质入口相连通，吸收式热泵13冷源工质入口与凝汽器5冷侧工质出口相连通，吸收式热泵13被加热工质出口与热网供水管道相连通；

上述装置的运行方法为：机组为抽凝机组，压缩空气储能系统储能模式运行时，空气先进入空气压缩机17加压，然后进入空气冷却器16放热，之后进入制冷膨胀机15膨胀至储存压力，最后在气液分离装置18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19中，所分离气态空气返回空气压缩机17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；

压缩空气储能系统释能发电模式运行时，空气储罐19出口液态空气经升压泵20加压后进入燃烧室21燃烧升温，之后进入空气膨胀机22膨胀做功，驱动空气发电机23发电，完成液态压缩空气储能系统发电释能过程。

热网回水与热网补水首先经过空气冷却器16，当压缩空气储能系统储能模式运行时，可以回收压缩空气的余热，然后进入吸收式热泵13，利用中压汽轮机3排汽抽汽作为驱动热源，回收低压汽轮机4排汽余热进行加热，满足供热需求。当机组热负荷稳定、电网需求电负荷波动较大时，可以通过压缩空气储能系统储能模式与释能发电模式调整来满足电网调配电负荷；当热负荷波动而引起机组发电量大于小于电网调配电负荷时，也可以通过压缩空气储能系统对汽轮发电机组发电量进行消耗补充。机组通过三个阶段的热网水加热，合理利用系统的余热，满足热负荷需求，同时通过压缩空气储能系统储能模式与释能发电模式的调整，满足机组的灵活运行要求。

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和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，包括吸收式热泵(13)和空气冷却器(16)；所述吸收式热泵(13)的热源工质入口连通至汽轮机组，所述吸收式热泵(13)的热源工质出口连通至除氧器(8)的入口；所述吸收式热泵(13)的冷侧工质入口连通至凝汽器(5)的冷侧工质出口，所述吸收式热泵(13)的冷侧工质出口和凝汽器(5)的冷侧工质入口连通；

所述空气冷却器(16)的冷侧工质入口和热网回水连通，所述空气冷却器(16)的冷侧工质出口和吸收式热泵(13)的被加热工质入口连通，吸收式热泵(13)的被加热工质出口连通至热网供水；所述空气冷却器(16)的热侧工质入口连通至空气压缩机(17)，所述空气冷却器(16)的热侧工质出口连通至制冷膨胀机(15)的入口，所述制冷膨胀机(15)的出口连通至气液分离装置(18)，所述气液分离装置(18)的液体入口连通至空气储罐(19)，所述空气储罐(19)的出口连通至升压泵(20)的入口，所述升压泵(20)的出口连通至燃烧室(21)的入口，所述燃烧室(21)的出口连通至空气膨胀机(22)，所述空气膨胀机(22)的动力输出端连接有空气发电机(23)。

2.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，所述汽轮机组包括高压汽轮机(2)、中压汽轮机(3)和低压汽轮机(4)，所述高压汽轮机(2)的蒸汽入口连接至锅炉(1)的锅炉加热器(24)，高压汽轮机(2)的蒸汽出口连接至锅炉(1)的锅炉再热器(25)，所述锅炉再热器(25)的蒸汽出口和中压汽轮机(3)蒸汽入口连通，所述中压汽轮机(3)的蒸汽出口和低压汽轮机(4)蒸汽入口连通，所述低压汽轮机(4)的蒸汽出口和凝汽器(5)的热侧工质入口连通。

3.根据权利要求2所述的一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，所述凝汽器(5)的热侧工质出口连接至凝结水泵(6)，凝结水泵(6)的出口连接至低压加热器(7)冷侧工质入口，低压加热器(7)的冷侧工质出口和除氧器(8)的入口连通。

4.根据权利要求3所述的一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，所述低压加热器(7)的热侧工质入口和低压汽轮机(4)的抽汽连通，所述低压加热器(7)的热侧工质出口和凝汽器(5)的热井连通。

5.根据权利要求3所述的一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，所述除氧器(8)的出口连通至给水泵(9)的入口，给水泵(9)的出口连通至高压加热器(10)的冷侧工质入口。

6.根据权利要求5所述的一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，所述除氧器(8)的入口同时和中压汽轮机(3)的抽汽、低压加热器(7)的冷侧工质出口以及高压加热器(10)热侧工质出口连通。

7.根据权利要求5所述的一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，所述高压加热器(10)的热侧工质入口和高压汽轮机(2)的抽汽连通，所述高压加热器(10)的冷侧工质出口和锅炉加热器(24)的入口连通。

8.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，所述汽轮机组的动力输出轴连接有发电机(11)，所述发电机(11)为空气压缩机(11)供电。

9.根据权利要求1所述的一种耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统，其特征在于，所述气液分离装置(18)的气体出口和空气压缩机(17)的入口连通。

10.一种权利要求1所述的耦合压缩空气储能和吸收式热泵的供热系统的运行方法，其特征在于，

压缩空气储能模式运行时，空气进入空气压缩机(17)加压，然后进入空气冷却器(16)放热，放热后的空气进入制冷膨胀机(15)膨胀至储存压力，膨胀后的空气在气液分离装置(18)，被分离得到液态空气被存储在空气储罐(19)，被分离得到气态空气返回至空气压缩机(17)中；热网回水在空气冷却器(16)中被加热后进入吸收式热泵(13)，热网回水在吸收式热泵(13)中被汽轮机输出的蒸汽和抽汽加热后回到热网；

压缩空气释能模式运行时，空气储罐(19)中液态空气经升压泵(20)加压后进入燃烧室(21)燃烧升温，燃烧后的空气在空气膨胀机(22)中膨胀做功，膨胀后的空气发电机(23)发电，进行发电释能。

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