CN217897981U - 一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，涉及锅炉燃煤发电技术领域，具体方案如下：一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，包括相互连接的燃煤机组热力系统和储能系统，燃煤机组热力系统中的凝汽式汽轮机包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，高压加热器组出水口连接0号高加，0号高加进汽口连接再热蒸汽管道，储能系统包括汽轮机，汽轮机连接0号高加，汽轮机连接压气机，压气机出气口连接冷却器进气口，冷却器的进水口连接凝结水泵，最后一级冷却器的出气口连接空压罐，空压罐出气口连接加热器，加热器进汽口通过带有阀门的管道连接0号高加出汽口，加热器出气口连接膨胀机，膨胀机连接发电机。

Description

一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统

技术领域

本实用新型涉及锅炉燃煤发电技术领域，尤其是一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统。

背景技术

随着光伏发电及风力发电的发电量份额逐渐上升。电力市场逐渐形成新能源发电高占比的特点。这对传统燃用化石颜料的热力发电机组提出了具有较高灵活性的新要求，即可以快速的增减负荷，满足社会对电力需求，弥补新能源发电由于天气原因等带来的不稳定性。压缩空气储能是一个提高热力发电厂灵活性的一种方式。

目前采用锅炉烟气耦合压缩空气储能的燃煤发电系统存在效率低，机组热力性能差的问题。现有系统如图2所示，电动发电机为电动机模式，将多余的电能转化为机械能驱动压气机工作储能，每一级压气机出口由冷却介质冷却后送入空压罐中，需要额外提供冷却介质和加热介质。同时经检索还发现，申请号CN113565590A公开“压缩空气储能和燃煤机组耦合的宽负荷深度调峰发电系统”，其包括相互连接的燃煤发电子系统和压缩空气储能子系统，实现了压缩储能与锅炉燃煤发电的耦合，但是在空气压缩时需要对空气冷却和加热，该方案也需要额外设置储冷装置和储热装置，冷却介质采用水或者导热油，因此需要额外设置部件，提高了系统的改造成本。

综上，现有技术存在压缩空气储能和燃煤机组耦合时需要额外设置冷却装置和加热装置，造成了系统改造成本提高，机组灵活性差，无法实现压缩空气储能和燃煤机组的完全耦合的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，冷却介质为直接取自凝结水泵处排出的低温水，释能过程时的热源直接取自燃煤机组的再热蒸汽，在满足机组灵活性、降低成本的基础上，也进一步提高了机组的热经济性能。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，包括相互连接的燃煤机组热力系统和储能系统，燃煤机组热力系统中的凝汽式汽轮机包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，锅炉通过再热蒸汽管道连接中压缸，低压缸出汽口的管路上依次设置凝汽器和凝结水泵，凝结水泵出水口依次连接低压加热器组、高压加热器组，高压加热器组出水口连接0号高加，0号高加进汽口连接再热蒸汽管道

储能系统包括汽轮机，汽轮机进汽口连接0号高加出汽口，汽轮机连接多个压气机，压气机出气口连接冷却器进气口，冷却器的进水口连接凝结水泵，最后一级冷却器的出气口连接空压罐，空压罐出气口连接加热器，加热器进汽口通过带有阀门的管道连接0号高加出汽口，加热器出气口连接膨胀机，膨胀机连接发电机。

作为进一步的实现方式，所述0号高加与所述汽轮机的管道上设置第一阀门。

作为进一步的实现方式，所述加热器与0号高加之间的阀门为第二阀门，所述空压罐的进气口的管道上设置第三阀门。

作为进一步的实现方式，所述空压罐出气口的管道上设置第四阀门。

作为进一步的实现方式，所述凝汽器设置在低压缸与凝结水泵之间，所述汽轮机的出汽口连接凝汽器。

作为进一步的实现方式，所述0号高加出水口连接锅炉。

作为进一步的实现方式，所述凝结水泵出水口通过管道连接低压加热器组，最后一级所述的冷却器出水口通过管道与低压加热器组出水口连接，管道末端连接除氧器。

作为进一步的实现方式，所述除氧器出水口连接给水泵，给水泵出水口连接高压加热器组进水口。

作为进一步的实现方式，所述加热器出水口连接最后一级冷却器的进水口。

作为进一步的实现方式，所述压气机与所述冷却器的数量相等，二者对应设置。

上述本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型通过设置0号高加，实现了储能系统的冷却介质借助燃煤机组热力系统的低温水，加热介质采用0号高加排出的再热蒸汽，无需额外添加冷却介质和加热介质。满足机组灵活性、降低成本的基础上，降低了储能系统的设置成本。

2.储能过程中，冷却介质来源于凝结水泵出口，吸收热量后返回至除氧器；提高了系统的经济性，0号高加的设置，也进一步提高了机组的热经济性能。释能过程中，热源来自于0号高加出口蒸汽，实现了热能的梯级利用。用汽轮机与发电机代替原有的电动发电机，可将机械能直接转化为压缩空气能，效率更高。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例中一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统的整体结构示意图。

图2是现有技术中压缩空气储能系统的结构示意图

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.0号高加，2.低压缸，3.中压缸，4.高压缸，5.第一发电机，6.凝汽器，7.凝结水泵，8.低压加热器，9.除氧器，10.给水泵，11.高压加热器，12.主蒸汽管道，13.再热蒸汽管道，14.冷却器，15、压气机，16.汽轮机，17.空压罐，18.膨胀机，19.第二发电机，20.第一阀门，21.第二阀门，22.第三阀门，23.第四阀门。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中需要额外设置储冷装置和储热装置，额外设置部件，提高了系统的改造成本，无法实现压缩空气储能和燃煤机组的完全耦合的问题，为了解决如上的技术问题，本实用新型提出了一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统。

实施例一

本实用新型的一种典型的实施方式中，参考图1-图2所示，一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，包括相互连接的燃煤机组热力系统和储能系统，其中燃煤机组热力系统包括锅炉、凝汽式汽轮机和第一发电机5，凝汽式汽轮机通过利用锅炉排放的热蒸汽驱动第一发电机5发电。

如图1所示，凝汽式汽轮机包括依次连接的高压缸4、中压缸3和低压缸2，锅炉内的热蒸汽首先通过主蒸汽管道12进入高压缸4做功，之后蒸汽返回锅炉再热器二次加热后，通过再热蒸汽管道13进入中压缸3做功，之后蒸汽通过管道进入低压缸2内做功，驱动第一发电机5发电。

低压缸2的排汽口通过管道连接凝汽器6，凝汽器6通过管道连接凝结水泵7，凝结水泵7出水口通过管道连接低压加热器组，低压加热器组包括依次连接的多个低压加热器8，最后一个低压加热器8出水口通过管道连接除氧器9。

水进入除氧器9除氧后，除氧器9的出水口通过管道连接给水泵10，在给水泵的作用下，给水泵10通过管道连接高压加热器组，高压加热器组包括多个高压加热器11，水进入高压加热器11中进一步升温，高压加热器11将水排至锅炉中实现循环。其中高压加热器组从高压缸4中抽汽为水加热。

本实施例将储能系统与燃煤机组热力系统进行耦合，为了实现两个系统的完全匹配，实现储能系统的冷却介质和加热介质直接借助燃煤机组热力系统，本实施例的冷却介质采用从凝结水泵排出的低温水，加热介质采用燃煤机组热力系统的再热蒸汽。

高压加热器组出水口连接0号高加1，0号高加1的进汽口连接再热蒸汽管道，所述0号高加1出水口连接锅炉，储能系统包括用于驱动压气机15的汽轮机16，汽轮机16的进汽口连接0号高加1出汽口，汽轮机连接多个压气机15，压气机15出气口连接冷却器14进气口，冷却器14的进水口连接凝结水泵。

最后一级冷却器14的出气口连接空压罐17，空压罐17出气口连接加热器，加热器进汽口通过带有阀门的管道连接0号高加1出汽口，加热器出气口连接膨胀机18，膨胀机18连接第二发电机19。

具体的，0号高加1的出汽口与汽轮机16的管道上设置第一阀门20。加热器与0号高加出汽口之间连接的管道上的阀门为第二阀门21，空压罐的进气口与最后一级的冷却器之间连接的管道上设置第三阀门22。空压罐出气口与加热器之间连接的管道上设置第四阀门23。

汽轮机16的出汽口通过管道连接凝汽器。在汽轮机16内做完功的蒸汽从汽轮机出汽口处通过管道进入凝汽器冷凝，实现了储能过程的循环。

本实施例的最后一级冷却器14出水口通过管道与低压加热器组中最后一个低压加热器8的出水口连接，管道末端连接除氧器9。实现了冷却器14内的水与低压加热器8内的水排出后汇合并进入除氧器除氧。

加热器出水口连接最后一级冷却器14的进水口，实现了在加热器内完成加热水的过程的再热蒸汽冷凝成水口进入最后一级冷却器完成降温过程。可以理解的是，压气机15与所述冷却器14的数量相等，每一个压气机15的出气口连接一个冷却器。

具体的工作原理：

锅炉通过凝汽式汽轮机驱动第一发电机发电为现有技术，低压缸2排出的蒸汽进入凝汽器6冷凝成水，凝结水泵7带动低温水进入低压加热器8加热，之后水进入除氧器9除氧，水继续进入高压加热器11加热，之后水进入0号高加1中，0号高加1从再热蒸汽管道13抽汽，进入0号高加1的再热蒸汽与水换热，实现了蒸汽的温度降低，水的温度升高，水继续从0号高加1排至锅炉中。通过再热蒸汽与水的换热，进入锅炉内的水的温度进一步提高，有利于提高锅炉的热效率，具有节能的效果。

在需要储能时，打开第一阀门20和第三阀门22，关闭第二阀门21和第四阀门23，在0号高加1内换热完成后的蒸汽进入储能系统的汽轮机16中，汽轮机16也采用凝汽式汽轮机，蒸汽冲动汽轮机，汽轮机带动多级压气机15工作，将来自大气的空气升温升压，同时来自凝结水泵的低温水分别进入各级压气机出口的冷却器14，低温水吸收高温空气的热量后，从最后一级冷却器14出水口返回除氧器进行循环。压气机优选为三级，即设置三个压气机。最后一级压气机15出口的空气

经过冷却后进入空压罐17储能。汽轮机16的排气

直接排入主机凝汽器。

在释能过程时，将空压罐中的压缩空气能转变为电能。

具体的，开启第二阀门21和第四阀门23，关闭第一阀门20和第三阀门22，0号高加的进汽来自再热蒸汽管道，排汽进入空压罐17出口的加热器，蒸汽在加热器中将空气加热，空气升温后进入膨胀机18做功，换热后的蒸汽凝结成水，凝结水

与最后一级冷却器的进水口汇合，进入冷却器中参与循环。膨胀机驱动第二发电机19发电。将压缩空气能转变为电能。

本实施例通过设置0号高加，0号高加的进汽口连接再热蒸汽管道，汽轮机进汽口连接0号高加出汽口，冷却器的进水口连接凝结水泵，空压罐出气口连接加热器，加热器进汽口通过带有阀门的管道连接0号高加出汽口。实现了储能系统的冷却介质借助燃煤机组热力系统的低温水，加热介质采用0号高加排出的再热蒸汽，无需额外添加冷却介质和加热介质。满足机组灵活性、降低成本的基础上，也进一步提高了机组的热经济性能。降低了储能系统的设置成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，包括相互连接的燃煤机组热力系统和储能系统，燃煤机组热力系统中的凝汽式汽轮机包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，锅炉通过再热蒸汽管道连接中压缸，低压缸出汽口的管路上依次设置凝汽器和凝结水泵，凝结水泵出水口依次连接低压加热器组、高压加热器组，高压加热器组出水口连接0号高加，0号高加进汽口连接再热蒸汽管道；

储能系统包括汽轮机，汽轮机进汽口连接0号高加出汽口，汽轮机连接多个压气机，压气机出气口连接冷却器进气口，冷却器的进水口连接凝结水泵，最后一级冷却器的出气口连接空压罐，空压罐出气口连接加热器，加热器进汽口通过带有阀门的管道连接0号高加出汽口，加热器出气口连接膨胀机，膨胀机连接发电机。

2.根据权利要求1所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述0号高加与所述汽轮机的管道上设置第一阀门。

3.根据权利要求2所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述加热器与0号高加之间的阀门为第二阀门，所述空压罐的进气口的管道上设置第三阀门。

4.根据权利要求3所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述空压罐出气口的管道上设置第四阀门。

5.根据权利要求1所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述凝汽器设置在低压缸与凝结水泵之间，所述汽轮机的出汽口连接凝汽器。

6.根据权利要求1所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述0号高加出水口连接锅炉。

7.根据权利要求1所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述凝结水泵出水口通过管道连接低压加热器组，最后一级所述的冷却器出水口通过管道与低压加热器组出水口连接，管道末端连接除氧器。

8.根据权利要求7所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述除氧器出水口连接给水泵，给水泵出水口连接高压加热器组进水口。

9.根据权利要求1所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述加热器出水口连接最后一级冷却器的进水口。

10.根据权利要求9所述的一种适用于热力发电厂的压缩空气储能系统，其特征在于，所述压气机与所述冷却器的数量相等，二者对应设置。

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