CN207018038U - 一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，将液化空气储能发电系统与成熟的常规燃煤发电技术整合，进行多能源互补发电，既可降低液化空气储能发电的技术和经济风险，有效解决液化空气储能发电的不稳定等技术瓶颈问题，实现高效、低成本地利用液化空气储能发电，又可以进一步降低电厂煤耗，节约化石能源。

Description

一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统

技术领域

本实用新型涉及深冷液化空气的储能技术领域，具体涉及一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统。

背景技术

一次能源的大量消耗不仅造成了诸如雾霾等环境污染，同时产生大量温室气体CO2。面对环境污染以及温室效应等全球性环境问题，各国在制定能源发展路线时，均将可再生能源作为发展重点。同时由于现在超临界和超超临界机组的常规燃煤电厂技术发展十分成熟，单纯从机组上考虑，其节煤潜力已经很小，将液化空气储能发电系统与成熟的常规燃煤发电技术整合，进行多能源互补发电，既可降低液化空气储能发电的技术和经济风险，有效解决液化空气储能发电的不稳定等技术瓶颈问题，实现高效、低成本地利用液化空气储能发电，又可以进一步降低电厂煤耗，节约化石能源。

发明内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有燃煤发电技术存在的效率低且环境污染，液化空气储能发电效率低问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，包括将气态空气进行逐级等温压缩成常温高压气态空气的空气压缩装置，空气压缩装置的出口接去除常温高压气态空气中的二氧化碳和水的空气净化装置；空气净化装置的出口接将常温高压的气态空气经绝热膨胀液化为常压低温液态空气的空气液化装置；空气液化装置的出口接储存常压低温液态空气的液态空气储罐；液态空气储罐的出口接空气分离装置；空气分离装置的氧气出口接氧气储罐，空气分离装置的氮气出口接氮气储罐；氧气储罐的出口接加压装置；接加压装置的出口接经加压装置加压后氧气驱动膨胀做功的膨胀机组一，发电机组一的输入轴与膨胀机组一的输出轴相连接；膨胀机组一的排气出口接燃煤的多级燃烧室，这样膨胀做功之后的氧气进入第一级燃烧室与第一级燃烧室放入的煤进行充分燃烧，没有燃烧的氧气和燃烧后的废气一起进入下级燃烧室与该级燃烧室内的煤再次进行燃烧，一直到氧气燃烧尽；氮气储罐的出口接换热器，换热器的出口接入燃烧室的锅炉，氮气在燃烧室的锅炉内一级一级的吸收纯氧与煤燃烧形成高温高压氮气；燃烧室的锅炉的出口接对加热之后的氮气驱动膨胀做功的膨胀机组二，发电机组二的输入轴与所述膨胀机组二的输出轴相连接；所述空气压缩装置和空气分离装置之间设有回收空气压缩过程中产生的热能然后将回收的热能供给空气分离所需热能的热能回收装置；所述空气分离装置和空气压缩装置之间还设有回收空气分离装置中氧气和氮气气化分离过程中产生的冷能然后将冷能给空气压缩装置的冷能回收装置；所述膨胀机组二的出口与换热器之间设有回收氮气做功的余热然后将氮气做功的余热用于氮气进入锅炉之前的预热的余热回收装置一；所述多级燃烧室的出口与加压装置之间设有回收燃烧废热然后将废热用于加压装置的余热回收装置二。

以上所述空气压缩装置为多级，能够实现空气的等温压缩。

以上所述膨胀机组一至少为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。

以上所述膨胀机组二至少为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。

以上多级燃烧室至少为两级燃烧室。

以上所述热能回收装置为至少一个储热罐。

以上所述余热回收装置一和余热回收装置二均为至少一个储热罐。

以上所述余热回收装置一和余热回收装置二是板式换热器。

以上所述在燃烧室中煤与氧气充分燃烧的废气经过废气处理装置净化处理后放入空气。

该系统的工作时：空气压缩装置吸收冷能回收装置收集的冷能，将气态空气进行逐级等温压缩，压缩成常温高压气态空气，热能回收装置，对空气压缩过程中产生的热能进行收集，常温高压气态空气经空气净化装置去除气态空气中的二氧化碳和水，空气液化装置将净化后的常温高压的气态空气经绝热膨胀液化为常压低温液态空气，然后储存于液态空气储罐，空气分离装置接收所述热能回收装置提供的热能，将常压低温液态空气分离出氧气和氮气，空气分离后分离出的氧气储存于氧气储罐，空气分离后分离出的氮气储存于氮气储罐，冷能回收装置对所述空气分离装置中氧气和氮气气化分离过程中产生的冷能进行收集，加压装置接收所述余热回收装置二提供的热能，对氧气加压，受加压后氧气驱动膨胀机组一做功，进而完成中温发电；膨胀做功之后的氧气进入第一级燃烧室与第一级燃烧室放入的煤进行充分燃烧，没有燃烧的氧气和燃烧后的废气一起进入下级燃烧室与该级燃烧室内的煤再次进行燃烧，一直到氧气燃烧尽；同时空气分离装置分离出来的低温氮气接收余热回收装置一中提供的热量进行预热，吸热之后的氮气直接进入燃烧室的锅炉，一级一级的吸收纯氧与煤燃烧形成高温高压氮气，受加热之后的氮气驱动膨胀机组二膨胀做功，进而完成高温发电；余热回收装置一，对膨胀做功之后的氮气余热的热能进行收集，余热回收装置二，对在燃烧室中煤与氧气充分燃烧的废气的余热进行收集。

附图说明

图1为本实用新型液态空气储能与燃煤发电联合能源系统原理示意图。

图中：（1）空气压缩装置；（2）空气净化装置；（3）空气液化装置；（4）液态空气储罐；（5）空气分离装置；（6）氮气储罐；（7）氧气储罐；（8）冷能回收装置；（9）热能回收装置；（10）加压装置；（11）膨胀机组一；（12）燃烧锅炉；（13）多级燃烧室；（14）膨胀机组二；（15）余热回收装置二；（16）余热回收装置一；（17）废气处理装置；（18）换热器；（19）发电机组一；（20）发电机组二。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本实用新型，但本实用新型并不受其限制。

图1为本实用新型液态空气储能与燃煤发电联合能源系统原理示意图，本实用新型包括空气压缩装置（1）、空气净化装置（2）、空气液化装置（3）、液态空气储罐（4）、热能回收装置（9）、空气分离装置（5）、氧气储罐（7）、氮气储罐（6）、加压装置（10）、冷能回收装置（8）、膨胀机组一（11）、发电机组一（19）、多级燃烧室（13）、燃烧锅炉（12）、膨胀机组二（14）、发电机组二（20）、余热回收装置一（16）、余热回收装置二（15）以及废气处理装置（17）、换热器（18）；空气压缩装置（1）的出口接去除常温高压气态空气中的二氧化碳和水的空气净化装置（2）；空气净化装置（2）的出口接将常温高压的气态空气经绝热膨胀液化为常压低温液态空气的空气液化装置（3）；空气液化装置（3）的出口接储存常压低温液态空气的液态空气储罐（4）；液态空气储罐（4）的出口接空气分离装置（5）；空气分离装置（5）的氧气出口接氧气储罐（7），空气分离装置（5）的氮气出口接氮气储罐（6）；氧气储罐（7）的出口接加压装置（10）；接加压装置（10）的出口接经加压装置（10）加压后氧气驱动膨胀做功的膨胀机组一（11），发电机组一（19）的输入轴与膨胀机组一（11）的输出轴相连接；膨胀机组一（11）的排气出口接燃煤的多级燃烧室（13），这样膨胀做功之后的氧气进入第一级燃烧室与第一级燃烧室放入的煤进行充分燃烧，没有燃烧的氧气和燃烧后的废气一起进入下级燃烧室与该级燃烧室内的煤再次进行燃烧，一直到氧气燃烧尽；氮气储罐（6）的出口接换热器（18），换热器（18）的出口接入燃烧室的锅炉（12），氮气在燃烧室的锅炉（12）内一级一级的吸收纯氧与煤燃烧形成高温高压氮气；燃烧室的锅炉（12）的出口接对加热之后的氮气驱动膨胀做功的膨胀机组二（14），发电机组二（20）的输入轴与所述膨胀机组二（14）的输出轴相连接；所述空气压缩装置（1）和空气分离装置（5）之间设有回收空气压缩过程中产生的热能然后将回收的热能供给空气分离所需热能的热能回收装置（9）；所述空气分离装置（5）和空气压缩装置（1）之间还设有回收空气分离装置（5）中氧气和氮气气化分离过程中产生的冷能然后将冷能给空气压缩装置（1）的冷能回收装置（8）；所述膨胀机组二（14）的出口与换热器（18）之间设有回收氮气做功的余热然后将氮气做功的余热用于氮气进入锅炉之前的预热的余热回收装置一（16）；所述多级燃烧室（13）的出口与加压装置（10）之间设有回收燃烧废热然后将废热用于加压装置（10）的余热回收装置二（15）。

空气压缩装置（1），将气态空气进行逐级等温压缩，压缩成常温高压气态空气；

空气净化装置（2），对压缩成常温高压气态空气进行净化，去除气态空气中的二氧化碳和水；

空气液化装置（3），将所述常温高压的气态空气经绝热膨胀液化为常压低温液态空气；

热能回收装置（9），对空气压缩过程中产生的热能进行收集，并在液态空气中氧气和氮气分离过程中将收集的热量通过换热器输入到空气分离装置（5）中；

液态空气储罐（4），储存所述常压低温的液态空气；

空气分离装置（5），将常压低温液态空气进行分离，并接收所述热能回收装置（9）提供的热能，以使液态空气分离出氧气和氮气；

氧气储罐（7），储存空气分离后分离出的氧气；

氮气储罐（6），储存空气分离后分离出的氮气；

加压装置（10），对氧气加压，并接收所述余热回收装置二（15）提供的热能，以使氧气加压；

冷能回收装置（8），对所述空气分离装置（5）中氧气和氮气气化分离过程中产生的冷能进行收集，并能够将收集的冷能经换热器输出至多组空气压缩装置（1）的空气；

膨胀机组一（11），受所述加压后氧气驱动膨胀做功；

发电机组一（19），所述发电机组一的输入轴与所述膨胀机组一（11）的输出轴相连接；

多级燃烧室（13），膨胀做功之后的氧气进入第一级燃烧室与第一级燃烧室放入的煤进行充分燃烧，没有燃烧的氧气和燃烧后的废气一起进入下级燃烧室与该级燃烧室内的煤再次进行燃烧，一直到氧气燃烧尽；同时空气分离装置（5）分离出来的氮气经换热器（18）接收余热回收装置一（16）中提供的热量，吸热之后的氮气直接进入燃烧室的锅炉（12），一级一级的吸收纯氧与煤燃烧形成高温高压氮气；

膨胀机组二（14），受所述加热之后的氮气驱动膨胀做功；

发电机组二（20），所述发电机组二（20）的输入轴与所述膨胀机组二（14）的输出轴相连接；

余热回收装置一（16），对膨胀做功之后的氮气余热的热能进行收集，通过换热器在氮气进入锅炉之前将收集的热量输入给低温氮气；

余热回收装置二（15），对煤在燃烧室中与氧气充分燃烧的废气的余热进行收集，通过换热器将热能在加压装置（10）中提供给氧。

废气处理装置（17），在燃烧室中煤与氧气充分燃烧的废气经过废气处理装置（17）净化处理后放入空气。

所述空气压缩装置（1）为多级，能够实现空气的等温压缩。

所述膨胀机组一（11）至少为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。

所述膨胀机组二（14）至少为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。

所述多级燃烧室（13）至少为两级燃烧室。

所述热能回收装置（9）为至少一个储热罐。

所述余热回收装置一（16）和余热回收装置二（15）均为至少一个储热罐。

所述余热回收装置一（16）和余热回收装置二（15）是板式换热器。

以下结合图1详细说明本实施例的液态空气储能与燃煤发电联合能源系统工作流程：空气压缩装置（1）吸收冷能回收装置（8）收集的冷能，将气态空气进行逐级等温压缩，压缩成常温高压气态空气，热能回收装置（9），对空气压缩过程中产生的热能进行收集，常温高压气态空气经空气净化装置（2）去除气态空气中的二氧化碳和水，空气液化装置（3）将净化后的常温高压的气态空气经绝热膨胀液化为常压低温液态空气，然后储存于液态空气储罐（4），空气分离装置（5）接收所述热能回收装置（9）提供的热能，将常压低温液态空气分离出氧气和氮气，空气分离后分离出的氧气储存于氧气储罐（7），空气分离后分离出的氮气储存于氮气储罐（6），冷能回收装置（8）对所述空气分离装置（5）中氧气和氮气气化分离过程中产生的冷能进行收集，加压装置（10）接收所述余热回收装置二（15）提供的热能，对氧气加压，受加压后氧气驱动膨胀机组一（11）做功，进而完成中温发电；膨胀做功之后的氧气进入第一级燃烧室与第一级燃烧室放入的煤进行充分燃烧，没有燃烧的氧气和燃烧后的废气一起进入下级燃烧室与该级燃烧室内的煤再次进行燃烧，一直到氧气燃烧尽；同时空气分离装置（5）分离出来的低温氮气接收余热回收装置一中提供的热量进行预热，吸热之后的氮气直接进入燃烧室的燃烧锅炉（12），一级一级的吸收纯氧与煤燃烧形成高温高压氮气，受加热之后的氮气驱动膨胀机组二（14）膨胀做功，进而完成高温发电；余热回收装置一（16）对膨胀做功之后的氮气余热的热能进行收集，余热回收装置二（16）对在燃烧室中煤与氧气充分燃烧的废气的余热进行收集；对于最终燃烧产物废气经废气处理装置（17）净化处理后放入空气。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：包括将气态空气进行逐级等温压缩成常温高压气态空气的空气压缩装置（1），空气压缩装置（1）的出口接去除常温高压气态空气中的二氧化碳和水的空气净化装置（2）；空气净化装置（2）的出口接将常温高压的气态空气经绝热膨胀液化为常压低温液态空气的空气液化装置（3）；空气液化装置（3）的出口接储存常压低温液态空气的液态空气储罐（4）；液态空气储罐（4）的出口接空气分离装置（5）；空气分离装置（5）的氧气出口接氧气储罐（7），空气分离装置（5）的氮气出口接氮气储罐（6）；氧气储罐（7）的出口接加压装置（10）；接加压装置（10）的出口接经加压装置（10）加压后氧气驱动膨胀做功的膨胀机组一（11），发电机组一（19）的输入轴与膨胀机组一（11）的输出轴相连接；膨胀机组一（11）的排气出口接燃煤的多级燃烧室（13），这样膨胀做功之后的氧气进入第一级燃烧室与第一级燃烧室放入的煤进行充分燃烧，没有燃烧的氧气和燃烧后的废气一起进入下级燃烧室与该级燃烧室内的煤再次进行燃烧，一直到氧气燃烧尽；氮气储罐（6）的出口接换热器（18），换热器（18）的出口接入燃烧室的锅炉（12），氮气在燃烧室的锅炉（12）内一级一级的吸收纯氧与煤燃烧形成高温高压氮气；燃烧室的锅炉（12）的出口接对加热之后的氮气驱动膨胀做功的膨胀机组二（14），发电机组二（20）的输入轴与所述膨胀机组二（14）的输出轴相连接；所述空气压缩装置（1）和空气分离装置（5）之间设有回收空气压缩过程中产生的热能然后将回收的热能供给空气分离所需热能的热能回收装置（9）；所述空气分离装置（5）和空气压缩装置（1）之间还设有回收空气分离装置（5）中氧气和氮气气化分离过程中产生的冷能然后将冷能给空气压缩装置（1）的冷能回收装置（8）；所述膨胀机组二（14）的出口与换热器（18）之间设有回收氮气做功的余热然后将氮气做功的余热用于氮气进入锅炉之前的预热的余热回收装置一（16）；所述多级燃烧室（13）的出口与加压装置（10）之间设有回收燃烧废热然后将废热用于加压装置（10）的余热回收装置二（15）。

2.根据权利要求1所述的一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：所述空气压缩装置（1）为多级，能够实现空气的等温压缩。

3.根据权利要求1所述的一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：所述膨胀机组一（11）至少为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。

4.根据权利要求1所述的一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：所述膨胀机组二（14）至少为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。

5.根据权利要求1所述的一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：多级燃烧室（13）至少为两级燃烧室。

6.根据权利要求1所述的一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：所述热能回收装置（9）为至少一个储热罐。

7.根据权利要求1所述的一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：所述余热回收装置一（16）和余热回收装置二（15）均为至少一个储热罐。

8.根据权利要求1所述的一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：所述余热回收装置一（16）和余热回收装置二（15）是板式换热器。

9.根据权利要求1所述的一种液态空气储能与燃煤发电联合能源系统，其特征在于：在燃烧室中煤与氧气充分燃烧的废气经过废气处理装置（17）净化处理后放入空气。