CN213807777U - 火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于储能技术领域，具体公开了一种火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，包括压缩空气储能系统和火力发电系统，锅炉与汽轮机组连接，汽轮机组通过除氧器与锅炉连接，汽轮机组与发电机连接；汽轮机组与凝汽器连接，凝汽器通过凝结水泵与除氧器连接；压缩机组与储气罐连通，储气罐经膨胀机加热器组与膨胀机组连通，电动机与电网连接，发电机与电网连接；凝结水泵与除氧器连接，给水泵与锅炉进水口连通，汽轮机组通过膨胀机加热器组与凝汽器连接，膨胀机组与凝汽器连接。本实用新型提供的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，减少了系统能源的消耗，提高了系统的效率，可操作性强。本实用新型适用于火力发电厂发电。
Description
技术领域
本实用新型属于储能技术领域，涉及一种压缩空气储能系统，具体地说是一种火力发电厂和压缩空气储能系统的耦合系统。
背景技术
压缩空气储能是基于燃气轮机技术提出的一种能量存储系统，在用电低谷通过压缩机把空气压缩到较高的压力后经过冷却存储到空气储罐中，储存多余的电能；在用电高峰把储罐中的高压空气释放，加热到一定温度后送入空气膨胀机做功发电，向电网提供电能。压缩空气储能系统相对于其它储能技术具有机组容量大、单位功率投资低、设计寿命长等特点，具有巨大的发展潜力。目前工业化运行的压缩空气储能机组属于非绝热压缩空气储能系统，需要在系统放电过程中由外界输入燃料把空气加热到一定的温度后送入空气膨胀机中进行做功，这种系统不仅效率低，对环境也有一定的污染。
实用新型内容
本实用新型的目的，是要提供一种火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，提高压缩空气储能系统效率，优化火力发电机组的非设计工况运行特性。
本实用新型为了实现上述目的，所采用的技术方案如下：
一种火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，包括压缩空气储能系统和火力发电系统，火力发电系统包括汽轮机组、凝汽器、凝结水泵、锅炉、除氧器和给水泵，锅炉的蒸汽出口与汽轮机组的高压进汽口和中压进汽口连接，汽轮机组的高压排汽口和中压排汽口均与除氧器连接，除氧器通过给水泵与锅炉进水口连接，汽轮机组的低压排汽口的第一路与发电机连接；汽轮机组的低压排汽口的第二路与凝汽器连接，凝汽器与凝结水泵进水口连接，凝结水泵第一出水口与除氧器连接；汽轮机组的低压排汽口的第三路与除氧器连接；
压缩空气储能系统包括压缩机组、压缩机冷却器组、膨胀机组、膨胀机加热器组、储气罐、电动机和发电机，压缩机组的进气口与大气连通，压缩机组的排气口经过压缩机冷却器组的与储气罐的进气口连通，储气罐的出气口经膨胀机加热器组与膨胀机组的进气口连通，电动机与电网连接并通过离合器机械驱动压缩机组，发电机与电网连接并由膨胀机组通过离合器机械驱动；
火力发电系统中的凝结水泵第二出水口通过压缩机冷却器组冷端与除氧器连接，给水泵通过压缩机冷却器组热端与锅炉进水口连通，汽轮机组的低压排汽口的第四路与膨胀机加热器组连通，膨胀机加热器组和膨胀机组均与凝汽器连接。
作为限定：火力发电系统还包括低压回热加热器、高压回热加热器，凝结水泵第一出水口经过低压回热加热器与除氧器连接；汽轮机组的低压排汽口的第三路经过低压回热加热器分别与凝汽器和除氧器连接；汽轮机组的中压排汽口分为两路，第一路与除氧器连接；汽轮机组的中压排汽口的第二路和高压排汽口均经过高压回热加热器与除氧器连接；给水泵经过高压回热加热器分别与锅炉进水口和压缩机冷却器组热端连接。
作为进一步限定：汽轮机组包括一个高压缸、一个中压缸、两个低压缸和八个汽轮机，高压缸、中压缸和低压缸串联，高压回热加热器数量设置为三个，分别为第一高压回热加热器、第二高压回热加热器、第三高压回热加热器，低压回热加热器数量设置为四个，分别为第一低低压回热加热器、第二低压回热加热器、第三低压回热加热器、第四低压加热器，锅炉的蒸汽出口与高压缸连接，高压缸分别通过第一汽轮机和第二汽轮机与第一高压回热加热器和第二高压回热加热器连接，中压缸通过第三汽轮机与第三高压回热加热器连接，中压缸通过第四汽轮机与除氧器连接，第一低压缸分别通过第五汽轮机和第六汽轮机与第一低压回热加热器和第二低压回热加热器连接，第二低压缸分别通过第七汽轮机和第八汽轮机与第三低压回热加热器和第四低压回热加热器连接，第三高压回热加热器与除氧器连接，第四低压回热加热器和第二低压缸均与凝汽器连接，凝汽器依次经过凝结水泵、第四低压回热加热器、第三低压回热加热器、第二低压回热加热器、第一低压回热加热器与除氧器连接，除氧器依次经过给水泵、第三高压回热加热器、第二高压回热加热器、第一高压回热加热器与锅炉进水口连接。
作为另一种限定：火力发电系统还包括冷却塔，冷却塔与凝汽器连接。
作为限定：压缩机冷却器组包括第一高温冷却器、第二高温冷却器、第一低温冷却器、第二低温冷却器，膨胀机加热器组包括第一空气加热器、第二空气加热器、第三空气加热器，压缩机组为两级压缩机组，膨胀机组为三级膨胀机组，第一级压缩机经过第一高温冷却器、第一低温冷却器与第二级压缩机连接，第二级压缩机经过第二高温冷却器、第二低温冷却器与储气罐连接，储气罐经过第一空气加热器与第三级膨胀机连接，第三级膨胀机经过第二空气加热器与第二级膨胀机连接，第二级膨胀机经过第三空气加热器与第一级膨胀机连接，第一级膨胀机的排气管与凝汽器连接，凝结水泵分别经过第二低温冷却器和第一低温冷却器与除氧器连接，第一高压回热加热器分别经过第一高温冷却器和第二高温冷却器与锅炉的进水口连接，第六汽轮机分别经过第一空气加热器、第二空气加热器和第三空气加热器与凝结水泵连接。
作为进一步限定：压缩空气储能系统还包括节流阀，储气罐经过节流阀与第一空气加热器连接。
由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的有益效果是：
（1）本实用新型提供的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，在压缩空气储能系统的放电过程中采用低压缸中的蒸汽经过汽轮机和空气加热器进入膨胀机组，减少了系统的热耗，更加节能；
（2）本实用新型提供的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，给水泵通过高压回热加热器和高温冷却器与锅炉的进水口连接，在充电过程中利用压缩机出口的压缩热量提高给水温度，节省锅炉燃料，提高系统效率，此外，在低负荷时，使省煤器烟气出口温度满足脱硝系统正常工作的范围；
（3）本实用新型提供的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，在放电过程利用膨胀机排出温度低的气体，对汽轮机循环水进行冷却，避免凝汽器采用过多的冷凝水，能够节约冷却塔的水，同时可以节省水泵耗电，可操作性强，提高火力发电系统的效率；
（4）本实用新型提供的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，系统耦合在充电和放电过程中分别采用了两级压缩机和三级膨胀机，保证了在充电压缩过程中压缩机出口能够具有较高的空气温度，使得能够在充电过程取代更多高参数的汽轮机抽汽，而在放电的膨胀过程中采用了三级膨胀，压比更低，保证能够利用更多的低参数抽汽，减少汽轮机组的冷源损失。
综上所述，本实用新型提供的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，减少了系统能源的消耗，提高了系统的效率，可操作性强。
本实用新型适用于火力发电厂发电。
附图说明
图1为本实用新型实施例火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统的原理图；
图中：1、锅炉；2、离合器；3、换热器；4、循环水泵。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行说明。应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和理解本实用新型，并不用于限制本实用新型。
实施例 火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统
一种火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，其原理图如图1所示，包括压缩空气储能系统和火力发电系统，火力发电系统包括汽轮机组、凝汽器CON、凝结水泵CP、锅炉1、除氧器DEA、给水泵FP、低压回热加热器、高压回热加热器和冷却塔CT。
汽轮机组包括一个高压缸HPC、一个中压缸IPC、一个第一低压缸LPC1、一个第二低压缸PLC2和八个汽轮机，高压缸HPC、中压缸IPC、第一低压缸LPC1和第二低压缸LPC2串联，高压回热加热器数量设置为三个，分别为第一高压回热加热器H1、第二高压回热加热器H2、第三高压回热加热器H3，低压回热加热器数量设置为四个，分别为第一低压回热加热器L1、第二低压回热加热器L2、第三低压回热L3、第四低压回热加热器L4。
锅炉1的蒸汽出口与高压缸HPC连接，高压缸HPC分别通过第一汽轮机E1和第二汽轮机E2与第一高压回热加热器H1和第二高压回热加热器H2连接，中压缸IPC通过第三汽轮机E3与第三高压回热加热器H3连接，中压缸IPC通过第四汽轮机E4与除氧器DEA连接，第一低压缸LPC1分别通过第五汽轮机E5和第六汽轮机E6与第一低压回热加热器L1和第二低压回热加热器L2连接，第二低压缸LPC2分别通过第七汽轮机E7和第八汽轮机E8与第三低压回热加热器L3和第四低压回热加热器L4连接，第三高压回热加热器H3与除氧器DEA连接，第四低压回热加热器L4和第二低压缸LPC均与凝汽器CON连接，凝汽器CON依次经过凝结水泵CP、第四低压回热加热器L4、第三低压回热加热器L3、第二低压回热加热器L2、第一低压回热加热器L1与除氧器DEA连接，除氧器DEA依次经过给水泵FP、第三高压回热加热器H3、第二高压回热加热器H2、第一高压回热加热器H1与锅炉1进水口连接；冷却塔CT和凝汽器CON连接。
压缩空气储能系统包括压缩机组、压缩机冷却器组、膨胀机组、膨胀机加热器组、储气罐AST、电动机M和发电机G。压缩机冷却器组包括第一高温冷却器HTC1、第二高温冷却器HTC2、第一低温冷却器LTC1、第二低温冷却器LTC2，膨胀机加热器组包括第一空气加热器AH1、第二空气加热器AH2、第三空气加热器AH3，压缩机组为两级压缩机组，膨胀机组为三级膨胀机组。
第一级压缩机LC经过第一高温冷却器HTC1、第一低温冷却器LTC1与第二级压缩机HC连接，第二级压缩机HC经过第二高温冷却器HTC2、第二低温冷却器LTC2与储气罐AST连接，储气罐AST经过节流阀TV、第一空气加热器AH1与第三级膨胀机HT连接，第三级膨胀机HT经过第二空气加热器AH2与第二级膨胀机IT连接，第二级膨胀机IT经过第三空气加热器AH3与第一级膨胀机LT连接，第一级膨胀机LT的排气管依次经过换热器3和循环水泵4与凝汽器CON连接，凝结水泵CP分别经过第二低温冷却器LTC2和第一低温冷却器LTC1与除氧器DEA连接，第一高压回热加热器H1分别经过第一高温冷却器HTC1和第二高温冷却器HTC2与锅炉1的进水口连接，第六汽轮机E6分别经过第一空气加热器AH1、第二空气加热器AH2和第三空气加热器AH3与凝结水泵CP连接，电动机M与电网连接并通过离合器2机械驱动压缩机组，发电机G与电网连接并由膨胀机组通过离合器2机械驱动。
火力发电过程：利用可燃物燃烧时产生的热能加热锅炉1中的水，使水变成高温、高压水蒸汽，经过一次加热后进入高压缸HPC，为了提高效率，对水蒸汽进行二次加热，水蒸汽进入中压缸IPC，从中压缸引出进入对称的双低压缸LPC，然后再由水蒸汽推动火力发电系统中发电机G发电。
充电过程：压缩机将环境空气压缩并分别经过不同压缩机对应的冷却器冷却后储存在储气罐AST内，凝结水泵CP中的工质被送入低温冷却器进行加热，加热至第一低压回热加热器L1出口温度，再通过除氧器DEA、给水泵FP、高压回热加热器进入锅炉1中，为火力发电提供水循环。
放电过程：储气罐AST中的高压空气被节流阀TV节流至恒压，再被相应的空气加热器加热，推动膨胀机工作，排出的空气经过凝汽器CON进入火力发电系统水循环；第六汽轮机E6作为空气加热器的热源，加热从储气罐AST中释放的空气，减压后再送入凝汽器CON，进入火力发电系统水循环，冷却塔CT对凝汽器CON中的水进一步冷却，促进水循环。
Claims (6)
1.一种火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，包括压缩空气储能系统和火力发电系统，其特征在于，火力发电系统包括汽轮机组、凝汽器、凝结水泵、锅炉、除氧器和给水泵，锅炉的蒸汽出口与汽轮机组的高压进汽口和中压进汽口连接，汽轮机组的高压排汽口和中压排汽口均与除氧器连接，除氧器通过给水泵与锅炉进水口连接，汽轮机组的低压排汽口的第一路与发电机连接；汽轮机组的低压排汽口的第二路与凝汽器连接，凝汽器与凝结水泵进水口连接，凝结水泵第一出水口与除氧器连接；汽轮机组的低压排汽口的第三路与除氧器连接；
压缩空气储能系统包括压缩机组、压缩机冷却器组、膨胀机组、膨胀机加热器组、储气罐、电动机和发电机，压缩机组的进气口与大气连通，压缩机组的排气口经过压缩机冷却器组与储气罐的进气口连通，储气罐的出气口经膨胀机加热器组与膨胀机组的进气口连通，电动机与电网连接并通过离合器机械驱动压缩机组，发电机与电网连接并由膨胀机组通过离合器机械驱动；
火力发电系统中的凝结水泵第二出水口通过压缩机冷却器组冷端与除氧器连接，给水泵通过压缩机冷却器组热端与锅炉进水口连通，汽轮机组的低压排汽口的第四路与膨胀机加热器组连通，膨胀机加热器组和膨胀机组均与凝汽器连接。
2.根据权利要求1所述的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，其特征在于，火力发电系统还包括低压回热加热器、高压回热加热器，凝结水泵第一出水口经过低压回热加热器与除氧器连接；汽轮机组的低压排汽口的第三路经过低压回热加热器分别与凝汽器和除氧器连接；汽轮机组的中压排汽口分为两路，第一路与除氧器连接；汽轮机组的中压排汽口的第二路和高压排汽口均经过高压回热加热器与除氧器连接；给水泵经过高压回热加热器分别与锅炉进水口和压缩机冷却器组热端连接。
3.根据权利要求2所述的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，其特征在于，汽轮机组包括一个高压缸、一个中压缸、两个低压缸和八个汽轮机，高压缸、中压缸和低压缸串联，高压回热加热器数量设置为三个，分别为第一高压回热加热器、第二高压回热加热器、第三高压回热加热器，低压回热加热器数量设置为四个，分别为第一低低压回热加热器、第二低压回热加热器、第三低压回热加热器、第四低压加热器，锅炉的蒸汽出口与高压缸连接，高压缸分别通过第一汽轮机和第二汽轮机与第一高压回热加热器和第二高压回热加热器连接，中压缸通过第三汽轮机与第三高压回热加热器连接，中压缸通过第四汽轮机与除氧器连接，第一低压缸分别通过第五汽轮机和第六汽轮机与第一低压回热加热器和第二低压回热加热器连接，第二低压缸分别通过第七汽轮机和第八汽轮机与第三低压回热加热器和第四低压回热加热器连接，第三高压回热加热器与除氧器连接，第四低压回热加热器和第二低压缸均与凝汽器连接，凝汽器依次经过凝结水泵、第四低压回热加热器、第三低压回热加热器、第二低压回热加热器、第一低压回热加热器与除氧器连接，除氧器依次经过给水泵、第三高压回热加热器、第二高压回热加热器、第一高压回热加热器与锅炉进水口连接。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，其特征在于，火力发电系统还包括冷却塔，冷却塔与凝汽器连接。
5.根据权利要求4所述的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，其特征在于，压缩机冷却器组包括第一高温冷却器、第二高温冷却器、第一低温冷却器、第二低温冷却器，膨胀机加热器组包括第一空气加热器、第二空气加热器、第三空气加热器，压缩机组为两级压缩机组，膨胀机组为三级膨胀机组，第一级压缩机经过第一高温冷却器、第一低温冷却器与第二级压缩机连接，第二级压缩机经过第二高温冷却器、第二低温冷却器与储气罐连接，储气罐经过第一空气加热器与第三级膨胀机连接，第三级膨胀机经过第二空气加热器与第二级膨胀机连接，第二级膨胀机经过第三空气加热器与第一级膨胀机连接，第一级膨胀机的排气管与凝汽器连接，凝结水泵分别经过第二低温冷却器和第一低温冷却器与除氧器连接，第一高压回热加热器分别经过第一高温冷却器和第二高温冷却器与锅炉的进水口连接，第六汽轮机分别经过第一空气加热器、第二空气加热器和第三空气加热器与凝结水泵连接。
6.根据权利要求5所述的火力发电系统和压缩空气储能系统的耦合系统，其特征在于，压缩空气储能系统还包括节流阀，储气罐经过节流阀与第一空气加热器连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20221031 Address after: No. 3, 11th Floor, Unit 02, Phase II R&D Building, Laser Engineering Design Headquarters, No. 3, Guanggu Avenue, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan, Hubei 430073 Patentee after: WUHAN HUAZHONG SINENG TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: No.21 Bohai Avenue, Caofeidian new town, Tangshan City, Hebei Province 063000 Patentee before: NORTH CHINA University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
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