CN219035039U - 一种压缩二氧化碳储能用压缩机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及二氧化碳储能技术领域,具体公开了一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，包括低压离心压缩机、第一换热器、高压离心压缩机、第二换热器和储气装置，所述低压离心压缩机的气体输出端与第一换热器的气体输入端连通，所述第一换热器的气体输出端与高压离心压缩机的气体输入端连通，所述高压离心压缩机的气体输出端与第二换热器的气体输入端连通，所述第二换热器的气体输出端与储气装置连通。该压缩二氧化碳储能用压缩机组可以提高二氧化碳压缩流通过程的能量利用效率。

Description

一种压缩二氧化碳储能用压缩机组

技术领域

本实用新型涉及二氧化碳储能技术领域，具体是一种压缩二氧化碳储能用压缩机组。

背景技术

随着“双碳”政策的提出，国家大力提倡发展新型储能，压缩二氧化碳储能作为一种长时物理储能，因其不受地域限制及较好的能量利用效率，具备广阔的发展前景，而用于储能的二氧化碳压缩机作为压缩二氧化碳储能的核心主机设备，要提高整个储能系统的能量利用效率，压缩二氧化碳储能系统的压缩机与一般的气体压缩机设计思路有一些不同，一般的气体压缩机通常采取多次级间冷却来减少压缩功实现节能，而压缩二氧化碳储能压缩机则应尽量减少冷却来实现压缩-发电过程中能量的最大化利用，如一般给厂内气动仪表供气的压缩机，会尽力去控制入口温度，以降低出口温度，满足仪表用气压力即可，出口温度过高反而需要去冷却，而冷却时的热量会直接浪费掉；而储能用压缩机不一样，高温排气的热量会被储热介质回收，透平发电时这部分能力会被用来加热气体，能力损失会小。

为了提高二氧化碳压缩时的能量转换效率，因此急需提出一种压缩二氧化碳储能用压缩机组。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，可以提高二氧化碳压缩流通过程的能量利用效率。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，包括低压离心压缩机、第一换热器、高压离心压缩机、第二换热器和储气装置，所述低压离心压缩机的气体输出端与第一换热器的气体输入端连通，所述第一换热器的气体输出端与高压离心压缩机的气体输入端连通，所述高压离心压缩机的气体输出端与第二换热器的气体输入端连通，所述第二换热器的气体输出端与储气装置连通。

进一步的方案中，所述低压离心压缩机包括低压气缸、进气导流环、第一隔板、第一进口导叶、第一多级叶轮转子、第一前轴承箱和第一后轴承箱，所述第一进口导叶设置在低压气缸的进气端上，所述第一前轴承箱设置在低压气缸的进气端内，所述第一后轴承箱设置在低压气缸的出气端一侧，所述第一多级叶轮转子的中部转动连接在低压气缸内，且两端分别通过轴承件支撑连接在第一前轴承箱和第一后轴承箱内，所述第一隔板设置在第一多级叶轮转子与低压气缸的内侧壁之间，所述进气导流环设置在第一低压气缸与第一多级叶轮转子的进气端之间。

进一步的方案中，所述第一多级叶轮转子包括第一主轴和多级低压叶轮，所述多级低压叶轮连接在第一主轴的中部，所述第一主轴的一端通过轴承件支撑在第一前轴承箱内，另一端穿过低压气缸后通过轴承件支撑在第一后轴承箱内，所述第一主轴转动连接在低压气缸内。

进一步的方案中，所述多级低压叶轮包括至少三级叶轮。

进一步的方案中，所述高压离心压缩机包括高压气缸、第二隔板、第二进口导叶、第二多级叶轮转子、第二前轴承箱和第二后轴承箱，所述第二进口导叶设置在高压气缸的进气端一侧，所述第二前轴承箱连接在高压气缸的进气端一侧，所述第二后轴承箱设置在高压气缸的出气端一侧，所述第二多级叶轮转子转动连接在高压气缸内，且两端均通过轴承件分别支撑在第二前轴承箱和第二后轴承箱内，所述第二隔板设置在第二多级叶轮转子与高压气缸的内侧壁之间。

进一步的方案中，所述第二多级叶轮转子包括第二主轴和多级高压叶轮，所述多级高压叶轮连接在第二主轴的中部，所述第二主轴的一端通过轴承件连接在第二前轴承箱内，另一端穿过高压气缸后通过轴承件安装在第二后轴承箱内，且第二主轴转动连接在高压气缸内。

进一步的方案中，所述多级高压叶轮包括至少三级叶轮。

进一步的方案中，还包括储热装置，所述储热装置与第一换热器和第二换热器均导通。

进一步的方案中，还包括预热装置，所述预热装置与低压离心压缩机的进气端连通。

进一步的方案中，所述第一换热器和第二换热器为导热油冷却装置。

本实用新型的有益效果：

(1)本发明用于二氧化碳储能的压缩机系统由一台低压压缩机和一台高压压缩机串联组成，两台压缩机均为离心压缩机。二氧化碳经过低压压缩机压缩后继续进入高压压缩机进行压缩，高压压缩机出口压力满足进入透平进行发电的二氧化碳压力需求。

(2)本发明低压压缩机和高压压缩机均采用单轴多级连续压缩形式，结构简单。

(3)低压压缩机和高压压缩机均无级间冷却，仅在每段压缩机出口设置冷却进行换热，通过换热器将热量储存在储热装置中，低压压缩机和高压压缩机二氧化碳进气温度可为50～60℃，出口温度可为300℃左右，这样的设计一方面考虑到材料的选择对排气温度进行限制，另外一方面减少多次级间冷却换热导致的能量损失，尽可能的提高整个储能系统的能量利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中一种压缩二氧化碳储能用压缩机组的二氧化碳循环示意意图；

图2是本实用新型实施例中低压离心压缩机沿第一多级叶轮转子的轴线半剖后的示意图；

图3是本实用新型施例中高压离心压缩机沿第二多级叶轮转子的轴线半剖后的示意图。

图中：1、低压离心压缩机；11、低压气缸；101、第一压缩腔体；12、进气导流环；13、第一隔板；14、第一进口导叶；15、第一多级叶轮转子；151、第一主轴；152、多级低压叶轮；16、第一前轴承箱；17、第一后轴承箱；2、第一换热器；3、高压离心压缩机；31、高压气缸；32、第二隔板；33、第二进口导叶；34、第二多级叶轮转子；341、第二主轴；342、多级高压叶轮；35、第二前轴承箱；36、第二后轴承箱；4、第二换热器；5、储气装置；6、储热装置；1a、轴承；1b、推力轴承；1c、轴密封件；1d、碳环密封件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，包括低压离心压缩机1、第一换热器2、高压离心压缩机3、第二换热器4和储气装置5，低压离心压缩机1的气体输出端与第一换热器2的气体输入端连通，第一换热器2的气体输出端与高压离心压缩机3的气体输入端连通，高压离心压缩机3的气体输出端与第二换热器4的气体输入端连通，第二换热器4的气体输出端与储气装置5连通。

其工作原理为，二氧化碳气体经过低压离心压缩机1压缩后出口温度约300℃，低压离心压缩机1级间不进行冷却，在低压离心压缩机1出口处通过第一换热器2进行一次冷却换热，同时降低二氧化碳工质的温度至50～60℃再进入高压离心压缩机3继续进行压缩；高压离心压缩机3同样不采用级间冷却，出口温度约300℃，高压离心压缩机3高压气体通过第二换热器4进行一次冷却，同时将二氧化碳气体送往储气装置5。在低压离心压缩机1出口进行一次冷却换热是为了避免二氧化碳以高温态进入高压压缩机导致高压离心压缩机3出口温度过高，导致传压缩机制造材料强度不满足要求。二氧化碳经过低压离心压缩机1压缩后继续进入高压离心压缩机3进行压缩，高压离心压缩机3出口压力满足进入透平进行发电的二氧化碳压力需求。

根据上述工作原理，优选的一些实施例结构，如图2所示，图2是沿低压离心压缩机1的第一多级叶轮转子15的轴线进行半剖后的示意图，低压离心压缩机1包括低压气缸11、进气导流环12、第一隔板13、第一进口导叶14、第一多级叶轮转子15、第一前轴承箱16和第一后轴承箱17，第一进口导叶14设置在低压气缸11的进气端上，第一前轴承箱16设置在低压气缸11的进气端内，第一后轴承箱17设置在低压气缸11的出气端一侧，第一多级叶轮转子15的中部转动连接在低压气缸11内，与低压气缸11之间设置密封件密封，且两端分别通过轴承件支撑连接在第一前轴承箱16和第一后轴承箱17内，第一隔板13设置在第一多级叶轮转子15与低压气缸11的内侧壁之间，进气导流环12设置在第一低压气缸11与第一多级叶轮转子15的进气端之间。采用多级叶轮的压缩形式，可以提高压缩气体的流通率，使得设备结构更简单，便于设置，其中大多数部件均可使用现有的单级或多级压缩机的零件，可以最大限度节省成本。

第一多级叶轮转子15包括第一主轴151和多级低压叶轮152，多级低压叶轮152连接在第一主轴151的中部，第一主轴151的一端通过轴承件支撑在第一前轴承箱16内，另一端穿过低压气缸11后通过轴承件支撑在第一后轴承箱17内，第一主轴151转动连接在低压气缸11内，第一主轴151与低压气缸11之间设置密封件密封。这里的轴承件可以选用标准件中的一些支撑轴承1a、推力轴承1b，密封件可以选用标准件中的一些轴密封件1c和碳环密封件1d，可通过机械设计手册中记载的技术手段查找，就不做过多赘述。

第一多级叶轮转子15采用单轴多级低压叶轮152连续压缩形式，结构简单，能满足二氧化碳发电系统透平机进气的压力的要求。

低压离心压缩机1通过第一多级叶轮转子15的多级低压叶轮152连续压缩形式，通过进气导流环12、第一隔板13、第一进口导叶14使得能批量流通进入下一级叶轮继续压缩，直至满足透平进气的压力要求以及储存足够的热量供透平做功。

多级低压叶轮152包括至少三级叶轮。这样结构简单，经过三级压缩，可得到需要的二氧化碳压力值，以至最终满足透平发电进气的要求。

如图3所示，图3沿高压离心压缩机3的第二多级叶轮转子34的轴线进行半剖后的示意图，高压离心压缩机3包括高压气缸31、第二隔板32、第二进口导叶33、第二多级叶轮转子34、第二前轴承箱35和第二后轴承箱36，第二进口导叶33设置在高压气缸31的进气端一侧，第二前轴承箱35连接在高压气缸31的进气端一侧，第二后轴承箱36设置在高压气缸31的出气端一侧，第二多级叶轮转子34转动连接在高压气缸31内，且两端均通过轴承件分别支撑在第二前轴承箱35和第二后轴承箱36内，第二隔板32设置在第二多级叶轮转子34与高压气缸31的内侧壁之间。其优点同上述低压离心压缩机1一样，能节约成本。

第二多级叶轮转子34包括第二主轴341和多级高压叶轮342，多级高压叶轮342连接在第二主轴341的中部，第二主轴341的一端通过轴承件连接在第二前轴承箱35内，另一端穿过高压气缸31后通过轴承件安装在第二后轴承箱36内，且第二主轴341连接在高压气缸31内，第二主轴341与高压气缸31之间设置密封件密封。这里的轴承件可以选用标准件中的一些支撑轴承1a、推力轴承1b，密封件可以选用标准件中的一些轴密封件1c和碳环密封件1d，可通过机械设计手册中记载的技术手段查找，就不做过多赘述。

高压离心压缩机3通过第二多级叶轮转子34的多级高压叶轮342连续压缩形式，通过第二隔板32、第二进口导叶33使得能批量流通进入下一级叶轮继续压缩，直至满足透平进气的压力要求以及储存足够的热量供透平做功。

第二多级叶轮转子34采用单轴多级高压叶轮342连续压缩形式，结构简单，便于对二氧化碳进行批量流通式压缩，能满足二氧化碳发电系统透平机进气的压力的要求。

多级高压叶轮342包括至少三级叶轮。三级叶轮的结构形式，结构简单，便于二氧化碳的流通和压缩，最终能满足透平进气的压力要求以及储存足够的热量供透平做功。

压缩二氧化碳储能用压缩机组，还包括储热装置6，储热装置6与第一换热器2和第二换热器4均导通。便于经过第一换热器2换热后，换出的热量的利用，提高能量的利用率。

第一换热器2和第二换热器4可以是循环冷却水装置、导热油冷却装置、溴化锂装置或高效蒸发冷凝器，优选导热油冷却装置，导热油冷却装置结构更简单，安全性高，即使产生泄漏也不易与二氧化碳反应，其都为现有装置，均不一一赘述。

该压缩二氧化碳储能用压缩机组还包括预热装置，预热装置可以是用上面换出的热量对二氧化碳进行加热，具体的可以是将二氧化碳通入换热器或储热装置6或加热装置或一组压缩机及换热装置中进行预热，预热装置与低压离心压缩机1的进气端连通，用于将二氧化碳的进气温度控制在50～60℃左右，可提高二氧化碳的压缩效率，便于二氧化碳最终在进入透平机发电时的温度要求。

具体使用时，经过预热的二氧化碳通入低压气缸11的进气端后，通过第一进口导叶14后经过进气导流环12进入第一压缩腔体101，经过第一压缩腔体101内的第一多级叶轮转子15的多级低压叶轮152压缩后，从低压气缸11的出气端流通至第一换热器2内，经过流入第一换热器2内的冷却介质可以是循环水或导热油等换热后，达到50至60℃时通入高压气缸31的进气端，同样经过高压气缸31内的第二多级叶轮转子34的高压多级叶轮压缩后，通入第二换热器4，经过换热的二氧化碳气体，高压低温状态可存储在储气装置5中，待透平有发电需求时，吸收储热装置6中的热量，变为高温高压气体冲转透平机发电。

本发明压缩机配置及结构不仅适用于压缩二氧化碳储能，同样适用于其他压缩气体储能。另外二氧化碳发电系统中透平机发电原理，是本领域人员公知的，就不再对经过压缩二氧化碳储能用压缩机组压缩后的二氧化碳工质进入透平进行发电的效果进行一一阐述了。

需要说明的是，本申请中的术语“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。在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (10)

1.一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，包括低压离心压缩机(1)、第一换热器(2)、高压离心压缩机(3)、第二换热器(4)和储气装置(5)，所述低压离心压缩机(1)的气体输出端与第一换热器(2)的气体输入端连通，所述第一换热器(2)的气体输出端与高压离心压缩机(3)的气体输入端连通，所述高压离心压缩机(3)的气体输出端与第二换热器(4)的气体输入端连通，所述第二换热器(4)的气体输出端与储气装置(5)连通。

2.根据权利要求1所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，所述低压离心压缩机(1)包括低压气缸(11)、进气导流环(12)、第一隔板(13)、第一进口导叶(14)、第一多级叶轮转子(15)、第一前轴承箱(16)和第一后轴承箱(17)，所述第一进口导叶(14)设置在低压气缸(11)的进气端上，所述第一前轴承箱(16)设置在低压气缸(11)的进气端内，所述第一后轴承箱(17)设置在低压气缸(11)的出气端一侧，所述第一多级叶轮转子(15)的中部转动连接在低压气缸(11)内，且两端分别通过轴承件支撑连接在第一前轴承箱(16)和第一后轴承箱(17)内，所述第一隔板(13)设置在第一多级叶轮转子(15)与低压气缸(11)的内侧壁之间，所述进气导流环(12)设置在低压气缸(11)与第一多级叶轮转子(15)的进气端之间。

3.根据权利要求2所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，所述第一多级叶轮转子(15)包括第一主轴(151)和多级低压叶轮(152)，所述多级低压叶轮(152)连接在第一主轴(151)的中部，所述第一主轴(151)的一端通过轴承件支撑在第一前轴承箱(16)内，另一端穿过低压气缸(11)后通过轴承件支撑在第一后轴承箱(17)内，所述第一主轴(151)转动连接在低压气缸(11)内。

4.根据权利要求3所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，所述多级低压叶轮(152)包括至少三级叶轮。

5.根据权利要求1所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，所述高压离心压缩机(3)包括高压气缸(31)、第二隔板(32)、第二进口导叶(33)、第二多级叶轮转子(34)、第二前轴承箱(35)和第二后轴承箱(36)，所述第二进口导叶(33)设置在高压气缸(31)的进气端一侧，所述第二前轴承箱(35)连接在高压气缸(31)的进气端一侧，所述第二后轴承箱(36)设置在高压气缸(31)的出气端一侧，所述第二多级叶轮转子(34)转动连接在高压气缸(31)内，且两端均通过轴承件分别支撑在第二前轴承箱(35)和第二后轴承箱(36)内，所述第二隔板(32)设置在第二多级叶轮转子(34)与高压气缸(31)的内侧壁之间。

6.根据权利要求5所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，所述第二多级叶轮转子(34)包括第二主轴(341)和多级高压叶轮(342)，所述多级高压叶轮(342)连接在第二主轴(341)的中部，所述第二主轴(341)的一端通过轴承件连接在第二前轴承箱(35)内，另一端穿过高压气缸(31)后通过轴承件安装在第二后轴承箱(36)内，且第二主轴(341)转动连接在高压气缸(31)内。

7.根据权利要求6所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，所述多级高压叶轮(342)包括至少三级叶轮。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，还包括储热装置(6)，所述储热装置(6)与第一换热器(2)和第二换热器(4)均导通。

9.根据权利要求8所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，还包括预热装置，所述预热装置与低压离心压缩机(1)的进气端连通。

10.根据权利要求8所述的一种压缩二氧化碳储能用压缩机组，其特征在于，所述第一换热器(2)和第二换热器(4)为导热油冷却装置。

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