CN217681873U - 一种液化空气储能和火力发电的耦合系统 - Google Patents

Abstract

本申请关于一种液化空气储能和火力发电的耦合系统。具体方案为：该系统包括发电装置、空气压缩装置、空气液化装置和空气膨胀装置，一级压缩机的入口与气源连接，一级压缩机的出口依次连接一级冷却器的管侧和空气液化装置的入口；一级压缩机与汽轮机组连接，汽轮机与第一发电机连接，锅炉与汽轮机组连接；一级冷却器的壳侧入口与热介质输入管路连接，一级冷却器的壳侧出口与供热管路连接；空气液化装置的出口与一级膨胀机的入口连接，一级膨胀机通过传动轴与第二发电机连接。本申请通过空气压缩装置为热网补充供热，通过空气膨胀装置为电网补充供电，有效提高了火电机组的深度调峰的能力。

Description

一种液化空气储能和火力发电的耦合系统

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种液化空气储能和火力发电的耦合系统。

背景技术

相关技术中，在可再生能源发电背景下想要维持电网的稳定需要提升火电机组灵活性调峰的能力。火电机组灵活性调峰虽然满足了电网的需求，但其经济性受到影响，火电厂的效益降低，火电机组的热量输出也受到影响。电网对火电机组调峰需求和火电机组的长期稳定发展难以有效兼顾。

发明内容

为此，本申请提供一种液化空气储能和火力发电的耦合系统。本申请的技术方案如下：

根据本申请实施例的第一方面，提供一种液化空气储能和火力发电的耦合系统，所述系统包括发电装置、空气压缩装置、空气液化装置和空气膨胀装置，所述空气压缩装置包括一级压缩机和一级冷却器，所述空气膨胀装置包括一级膨胀机和第二发电机，所述发电装置包括锅炉、汽轮机组、第一发电机，其中，

所述一级压缩机的入口与气源连接，所述一级压缩机的出口依次连接所述一级冷却器的管侧和所述空气液化装置的入口；

所述一级压缩机通过联轴器与所述汽轮机组连接，所述汽轮机通过传动轴与所述第一发电机连接，所述锅炉通过循环管路与所述汽轮机组连接；

所述一级冷却器的壳侧入口与热介质输入管路连接，所述一级冷却器的壳侧出口与供热管路连接；

所述空气液化装置的出口与所述一级膨胀机的入口连接，所述一级膨胀机的出口与外部连通，一级膨胀机通过传动轴与所述第二发电机连接；

所述空气压缩装置用于为热网进行辅助供热，所述空气膨胀装置用于为电网进行辅助供电。

根据本申请的一个实施例，所述发电装置还包括凝汽器，所述空气膨胀装置还包括加热器，其中，

所述汽轮机组的出口与所述凝汽器的壳侧入口连接，所述凝汽器的壳侧出口与凝结水管路连接；

所述一级膨胀机的出口与所述加热器的管侧入口连接，所述加热器的管侧出口与外部连通；

所述一级加热器的壳侧入口与冷介质输入管路连接，所述一级加热器的壳侧出口与所述凝汽器的管侧入口连接。

根据本申请的一个实施例，所述空气液化装置包括蓄冷回热器、气液分离器、液态空气储罐，其中，

所述冷却器的管侧出口与所述蓄冷回热器的入口连接；

所述蓄冷回热器的出口依次连接所述气液分离器、所述液态空气储罐和所述蓄冷回热器的入口。

根据本申请的一个实施例，所述空气液化装置还包括节流阀，其中，

所述节流阀的第一端与所述蓄冷回热器的出口连接，所述节流阀的第二端与所述气液分离器的入口连接。

根据本申请的一个实施例，所述空气液化装置还包括液态泵，其中，

所述液态空气储罐的出口与所述液态泵的入口连接，所述液态泵的出口与所述蓄冷回热器的入口连接。

根据本申请的一个实施例，所述空气压缩装置还包括空气净化器，其中，

所述气源与所述空气净化器的入口连接，所述空气净化器的出口与所述压缩机连接。

根据本申请的一个实施例，所述空气压缩装置还包括二级压缩机和二级冷却器，其中，

所述一级冷却器的管侧出口依次连接所述二级压缩机、所述二级冷却器的管侧和所述空气液化装置的入口；

所述二级冷却器的壳侧入口与热介质输入管路连接，所述二级冷却器的壳侧出口与所述供热管路连接；

所述一级压缩机通过传动轴与所述二级压缩机连接，所述二级压缩机通过联轴器与所述汽轮机组连接。

根据本申请的一个实施例，所述空气压缩装置还包括热介质混合器，其中，

所述一级冷却器的壳侧出口和所述二级冷却器的壳侧出口均与所述热介质混合器的入口连接，所述热介质混合器的出口与所述供热管路连接。

根据本申请的一个实施例，所述空气膨胀装置还包括二级膨胀机和二级加热器，其中，

所述一级加热器的管侧出口依次连接所述二级膨胀机和所述二级加热器的管侧入口，所述二级加热器的管侧出口与外部连通；

所述二级加热器的壳侧入口与冷介质输入管路连接，所述二级加热器的壳侧出口与所述凝汽器的管侧入口连接；

所述一级膨胀机通过传动轴依次连接所述二级膨胀机和所述第二发电机。

根据本申请的一个实施例，所述空气膨胀装置还包括冷介质混合器，其中，

所述一级加热器的壳侧出口和所述二级加热器的壳侧出口均与所述冷介质混合器的入口连接，所述冷介质混合器的出口与所述凝汽器的管侧入口连接。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

通过空气压缩装置为热网补充供热，通过空气膨胀装置为电网补充供电，有效提高了火电机组的深度调峰的能力，在供电的同时，还能提供冷量、热量，进而提高了整个系统的效率和经济性；另外，利用液化空气储能压缩过程产生的热量辅助汽轮机组抽汽供热，利用空气膨胀过程产生的冷量来辅助冷却凝汽器中的汽轮机组排汽，提高了能量利用率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请实施例中提出的一种液化空气储能和火力发电的耦合系统的结构示意图。

附图标记

1、蓄冷回热器；2、节流阀；3、气液分离器；4、液态空气储罐；5、液态泵；6、一级膨胀机；7、二级膨胀机；8、第二发电机；9、一级加热器；10、二级加热器；11、冷介质混合器；12、空气净化器；13、一级压缩机；14、二级压缩机；15、联轴器；16、一级冷却器；17、二级冷却器；18、热介质混合器；19、锅炉；20、高压缸；21、中压缸； 22、低压缸；23、凝汽器；24、第一发电机。

具体实施方式

为了使本领域普通人员更好地理解本申请的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1为本申请实施例中提出的一种液化空气储能和火力发电的耦合系统的结构示意图。

如图1所示，该液化空气储能和火力发电的耦合系统包括发电装置、空气压缩装置、空气液化装置和空气膨胀装置，空气压缩装置包括一级压缩机13和一级冷却器16，空气膨胀装置包括一级膨胀机6和第二发电机8，发电装置包括锅炉19、汽轮机组、第一发电机24。

其中，一级压缩机13的入口与气源连接，一级压缩机13的出口依次连接一级冷却器 16的管侧和空气液化装置的入口；一级压缩机13通过联轴器15与汽轮机组连接，汽轮机通过传动轴与第一发电机24连接，锅炉19通过循环管路与汽轮机组连接；一级冷却器 16的壳侧入口与热介质输入管路连接，一级冷却器16的壳侧出口与供热管路连接；空气液化装置的出口与一级膨胀机6的入口连接，一级膨胀机6的出口与外部连通，一级膨胀机6通过传动轴与第二发电机8连接；空气压缩装置用于为热网进行辅助供热，空气膨胀装置用于为电网进行辅助供电。

可以理解的是，汽轮机组包括高压缸20、中压缸21和低压缸22，一级压缩机13通过联轴器15与高压缸20、中压缸21和低压缸22、第一发电机24连接，锅炉19的入口与给水管路连接，锅炉19的主蒸汽出口与高压缸20入口连接，高压缸20出口与锅炉19 的再热蒸汽入口连接，锅炉19的再热蒸汽出口依次与中压缸21、低压缸22和凝汽器23 入口连接。

在本申请的一些实施例中，发电装置还包括凝汽器23，空气膨胀装置还包括加热器，其中，汽轮机组的出口与凝汽器23的壳侧入口连接，凝汽器23的壳侧出口与凝结水管路连接；一级膨胀机6的出口与加热器的管侧入口连接，加热器的管侧出口与外部连通；一级加热器9的壳侧入口与冷介质输入管路连接，一级加热器9的壳侧出口与凝汽器23的管侧入口连接。凝汽器23能够冷却汽轮机组低压缸22的末级排汽。

在本申请的一些实施例中，空气液化装置包括蓄冷回热器1、气液分离器3、液态空气储罐4，其中，冷却器的管侧出口与蓄冷回热器1的入口连接；蓄冷回热器1的出口依次连接气液分离器3、液态空气储罐4和蓄冷回热器1的入口。根据本申请的一个实施例，空气液化装置还包括节流阀2，其中，节流阀2的第一端与蓄冷回热器1的出口连接，节流阀2的第二端与气液分离器3的入口连接。

作为一种可能的示例，蓄冷回热器1进一步吸收空气的热量，空气降温为高压低温空气；高压低温空气经节流阀2液化后进入气液分离器3，液化了的空气通过管道流入液态空气储罐4进行存储，未液化的空气重新返回蓄冷回热器1释放冷量。

在本申请的一些实施例中，空气液化装置还包括液态泵5，其中，液态空气储罐4的出口与液态泵5的入口连接，液态泵5的出口与蓄冷回热器1的入口连接。

在本申请的一些实施例中，空气压缩装置还包括空气净化器12，其中，气源与空气净化器12的入口连接，空气净化器12的出口与压缩机连接。空气净化器12能够过滤掉空气中的杂质，提高空气质量。

在本申请的一些实施例中，空气压缩装置还包括二级压缩机14和二级冷却器17，其中，一级冷却器16的管侧出口依次连接二级压缩机14、二级冷却器17的管侧和空气液化装置的入口；二级冷却器17的壳侧入口与热介质输入管路连接，二级冷却器17的壳侧出口与供热管路连接；一级压缩机13通过传动轴与二级压缩机14连接，二级压缩机14 通过联轴器15与汽轮机组连接。

可选的，空气压缩装置可以包括多对压缩机和冷却器，可以根据实际需求进行设定。

在本申请的一些实施例中，空气压缩装置还包括热介质混合器18，其中，一级冷却器16的壳侧出口和二级冷却器17的壳侧出口均与热介质混合器18的入口连接，热介质混合器18的出口与供热管路连接。热介质混合器18能够将不同温度的热介质进行混合，从而能够为热网提供均匀的补充热量。

在本申请的一些实施例中，空气膨胀装置还包括二级膨胀机7和二级加热器10，其中，一级加热器9的管侧出口依次连接二级膨胀机7和二级加热器10的管侧入口，二级加热器10的管侧出口与外部连通；二级加热器10的壳侧入口与冷介质输入管路连接，二级加热器10的壳侧出口与凝汽器23的管侧入口连接；一级膨胀机6通过传动轴依次连接二级膨胀机7和第二发电机8。

可选的，空气膨胀装置可以包括多对膨胀机和加热器，可以根据实际需求进行设定。

在本申请的一些实施例中，空气膨胀装置还包括冷介质混合器11，其中，一级加热器9的壳侧出口和二级加热器10的壳侧出口均与冷介质混合器11的入口连接，冷介质混合器11的出口与凝汽器23的管侧入口连接。冷介质混合器11可以对不同温度的冷介质进行混合，从而能够将温度均匀的冷介质输入凝汽器23中，与低压缸22输出的蒸汽进行换热。

在用电低谷期，一级压缩机13和二级压缩机14通过联轴器15与汽轮机组耦合，作为汽轮机组的负载，汽轮机组带动一级压缩机13和二级压缩机14旋转。此时，外界空气通过空气净化器12过滤为洁净空气，然后由管道进入一级压缩机13，压缩到中压高温状态；中压高温状态的空气经过一级冷却器16释放热量后再由管道进入二级压缩机14，压缩到高压高温状态；高压高温状态的空气经过二级冷却器17释放热量后再由管道进入蓄冷回热器1。

为了使空气达到液化的临界点(0.1MPa，-194.4℃)，蓄冷回热器1进一步吸收空气的热量使其降温为高压低温空气；高压低温空气经节流阀2液化后进入气液分离器3，液化了的空气通过管道流入液态空气储罐4进行存储，未液化的空气重新返回蓄冷回热器1 释放冷量。

在用电高峰期，液态空气储罐4中的液态空气经过液态泵5进行加压，之后经过蓄冷回热器1吸收热量气化；气态空气通过管道进入一级膨胀机6膨胀，然后通过一级加热器9将膨胀过程产生的冷量释放；释放冷量之后的空气再通过二级膨胀机7膨胀为低温低压空气，低温低压空气通过二级加热器10释放冷量变为常温低压空气。同时，一级膨胀机 6和二级膨胀机7作为发电设备通过第二发电机8连接电网，辅助第一发电机24供电。

另外，压缩过程中产生的热量分别通过一级冷却器16和二级冷却器17交换给热介质，吸热后的热介质通过热介质混合器18汇合成一股，然后通向供热处。这股热介质可在供热高峰时辅助汽轮机组中压缸21的抽汽共同供热。其次，膨胀过程中产生的冷量分别通过一级加热器9和二级加热器10交换给冷介质，吸冷后的冷介质通过冷介质混合器11 汇合成一股通向凝汽器23，用来辅助冷却汽轮机组低压缸22的末级排汽。

可以理解的是，一级压缩机13和二级压缩机14通过联轴器15与汽轮机组耦合，作为负载来承担汽轮机组所做的富余功量，使汽轮机组工作在高负荷区的同时还能满足电网的发电要求，既能深度调峰，又能高效工作。在用电高峰期，高压空气通过一级膨胀机6 和二级膨胀机7做功发电，从而增加系统的发电量，以此提高汽轮机组的调峰能力。

根据本申请实施例的一种液化空气储能和火力发电的耦合系统，通过空气压缩装置为热网补充供热，通过空气膨胀装置为电网补充供电，有效提高了火电机组的深度调峰的能力，在供电的同时，还能提供冷量、热量，进而提高了整个系统的效率和经济性；另外，利用液化空气储能压缩过程产生的热量辅助汽轮机组抽汽供热，利用空气膨胀过程产生的冷量来辅助冷却凝汽器中的汽轮机组排汽，提高了能量利用率。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种液化空气储能和火力发电的耦合系统，其特征在于，所述系统包括发电装置、空气压缩装置、空气液化装置和空气膨胀装置，所述空气压缩装置包括一级压缩机和一级冷却器，所述空气膨胀装置包括一级膨胀机和第二发电机，所述发电装置包括锅炉、汽轮机组、第一发电机，其中，

所述一级压缩机的入口与气源连接，所述一级压缩机的出口依次连接所述一级冷却器的管侧和所述空气液化装置的入口；

所述一级压缩机通过联轴器与所述汽轮机组连接，所述汽轮机通过传动轴与所述第一发电机连接，所述锅炉通过循环管路与所述汽轮机组连接；

所述一级冷却器的壳侧入口与热介质输入管路连接，所述一级冷却器的壳侧出口与供热管路连接；

所述空气液化装置的出口与所述一级膨胀机的入口连接，所述一级膨胀机的出口与外部连通，一级膨胀机通过传动轴与所述第二发电机连接；

所述空气压缩装置用于为热网进行辅助供热，所述空气膨胀装置用于为电网进行辅助供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电装置还包括凝汽器，所述空气膨胀装置还包括一级加热器，其中，

所述汽轮机组的出口与所述凝汽器的壳侧入口连接，所述凝汽器的壳侧出口与凝结水管路连接；

所述一级膨胀机的出口与所述一级加热器的管侧入口连接，所述一级加热器的管侧出口与外部连通；

所述一级加热器的壳侧入口与冷介质输入管路连接，所述一级加热器的壳侧出口与所述凝汽器的管侧入口连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气液化装置包括蓄冷回热器、气液分离器、液态空气储罐，其中，

所述冷却器的管侧出口与所述蓄冷回热器的入口连接；

所述蓄冷回热器的出口依次连接所述气液分离器、所述液态空气储罐和所述蓄冷回热器的入口。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述空气液化装置还包括节流阀，其中，

所述节流阀的第一端与所述蓄冷回热器的出口连接，所述节流阀的第二端与所述气液分离器的入口连接。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述空气液化装置还包括液态泵，其中，

所述液态空气储罐的出口与所述液态泵的入口连接，所述液态泵的出口与所述蓄冷回热器的入口连接。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述空气压缩装置还包括空气净化器，其中，

所述气源与所述空气净化器的入口连接，所述空气净化器的出口与所述压缩机连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气压缩装置还包括二级压缩机和二级冷却器，其中，

所述一级冷却器的管侧出口依次连接所述二级压缩机、所述二级冷却器的管侧和所述空气液化装置的入口；

所述二级冷却器的壳侧入口与热介质输入管路连接，所述二级冷却器的壳侧出口与所述供热管路连接；

所述一级压缩机通过传动轴与所述二级压缩机连接，所述二级压缩机通过联轴器与所述汽轮机组连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述空气压缩装置还包括热介质混合器，其中，

所述一级冷却器的壳侧出口和所述二级冷却器的壳侧出口均与所述热介质混合器的入口连接，所述热介质混合器的出口与所述供热管路连接。

9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述空气膨胀装置还包括二级膨胀机和二级加热器，其中，

所述一级加热器的管侧出口依次连接所述二级膨胀机和所述二级加热器的管侧入口，所述二级加热器的管侧出口与外部连通；

所述二级加热器的壳侧入口与冷介质输入管路连接，所述二级加热器的壳侧出口与所述凝汽器的管侧入口连接；

所述一级膨胀机通过传动轴依次连接所述二级膨胀机和所述第二发电机。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述空气膨胀装置还包括冷介质混合器，其中，

所述一级加热器的壳侧出口和所述二级加热器的壳侧出口均与所述冷介质混合器的入口连接，所述冷介质混合器的出口与所述凝汽器的管侧入口连接。

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