CN220687533U - 一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统，包括压缩空气储能系统、透平膨胀机发电系统、末级空压机余热ORC发电及对外供热系统；压缩空气储能系统包括：空气过滤器、第一级空压机、#1组合式换热器、第二级空压机、#2组合式换热器、第三级空压机、#3组合式换热器；透平膨胀机发电系统包括：#1组合式加热器、透平机高压缸、#2组合式加热器、透平机低压缸、发电机；末级空压机余热ORC发电及对外供热系统包括：冷水储罐、冷水输送泵、热水储罐、热水输送泵、预热器、蒸发器、ORC透平机、ORC发电机、冷凝器、工质泵、溴化锂制冷机。本实用新型阶梯利用末级空压机余热进行发电、供冷、供热，提高压缩空气储能机组的效率。

Description

一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及一种压缩空气储能发电设备，尤其是涉及一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统。

背景技术

压缩空气储能发电技术，是一种高密度、长寿命、高效率、布置灵活的物理储能技术，能增强电网的调峰能力，并提高电网供电的可靠性。

压缩空气储能发电设备包括空气压缩系统、储热系统、储气系统和膨胀发电系统4个系统，工作过程分为储能过程和发电过程。

在储能过程中，空气压缩系统、储热系统、储气系统工作，利用电能将空气压缩至高压，并储存在压缩空气罐中，压缩过程中产生的余热用于加热导热油和水，升温后的导热油和水分别储存在高温储热罐和高温水箱中。

在发电过程中，储气系统、储热系统和膨胀发电系统工作，高温储罐中的导热油和水加热高压空气，被加热的高压空气进入膨胀发电系统，利用被加热的高压空气进行膨胀发电，降温后的导热油和水储存在低温储罐中。但在储能过程中，现有末级空压机的运行工况并不稳定，随着储能时间增加，气库的压力逐渐上升，空压机的输出功率也逐渐上升，其排气温度随储能时间增加也逐步上升，而运行初始时温度较低，温度变化范围较大，对余热的利用造成了一定的负面影响。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术存在的余热利用受影响的缺陷，提供一种能够提高末级空压机余热利用水平的压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是，一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统，包括压缩空气储能系统、透平膨胀机发电系统、末级空压机余热ORC发电及对外供热系统；

所述压缩空气储能系统包括：沿压缩空气流向的空气过滤器、第一级空压机、#1组合式换热器、第二级空压机、#2组合式换热器、第三级空压机、#3组合式换热器；

所述透平膨胀机发电系统包括：沿压缩空气流向的#1组合式加热器、透平机高压缸、#2组合式加热器、透平机低压缸、发电机；

所述末级空压机余热ORC发电及对外供热系统包括：沿ORC发电工质流向的预热器、蒸发器、ORC透平机、ORC发电机、冷凝器、工质泵，沿对外供热热水流向的冷水储罐、冷水输送泵、热水储罐、热水输送泵、蒸发器、预热器、溴化锂制冷机。

所述空气过滤器、所述第一级空压机、所述#1组合式换热器、所述第二级空压机、所述#2组合式换热器、所述第三级空压机、所述#3组合式换热器依次相互连接，且所述#3组合式换热器同时连接所述冷水输送泵和所述热水储罐；

所述#1组合式加热器、所述透平机高压缸、所述#2组合式加热器、所述透平机低压缸、所述发电机依次相互连接，且所述透平机低压缸向外排气；

所述溴化锂制冷机依次连接所述冷水储罐和冷水输送泵，所述热水储罐、所述热水输送泵、所述蒸发器依次相互连接，同时所述蒸发器与所述预热器连接，且所述预热器与所述溴化锂制冷机连接，所述ORC透平机和所述ORC发电机相互连接且一侧与所述蒸发器连接、另一侧依次连接所述冷凝器和所述工质泵，同时所述工质泵连接所述预热器，以实现所述末级空压机余热ORC发电及对外供热系统的内部整体相互连接。进一步，所述组合式换热器是由单台换热器串联或并联的形式组合而成，单台换热器可采用发夹式、错流式或固定管板式。

进一步，所述组合式加热器是由单台加热器串联或并联的形式组合而成，单台加热器可采用发夹式、错流式或固定管板式。

进一步，所述末级空压机的余热先去ORC系统发电后，再对外供热及去溴化锂制冷机，实现能量的阶梯利用。

进一步，被末级空压机的余热加热生成的高温热水先储存在热水储罐中，然后再根据ORC发电负荷和对外冷供热负荷的要求，通过热水输送泵来调节热水流量，实现了ORC发电及供热供冷的负荷调节功能。

进一步储能过程的组合式加热器与发电过程的组合式换热器进行共用，#2组合式换热器与#1组合式加热器共用，#1组合式换热器与#2组合式加热器共用。

本申请具有以下有益技术效果：

1.设置了热水储罐来储存热水，不同温度热水在罐中混合后，温度变得稳定，更有利与ORC发电系统及溴化锂供冷机组的稳定运行；2.通过热水输送泵调节对外的高温热水供应量，能根据实际需求来调节ORC发电量和对外供冷供热量；3.吸收了余热的高温热水先流经ORC发电系统的蒸发器、预热器提供热量进行发电，再经过溴化锂制冷机对外供冷供热，实现了热量的阶梯利用，能量利用效率更高；4.储能过程和发电过程，是两个独立的过程，并不处于同一时间段内，储能过程的组合式加热器与发电过程的组合式换热器进行共用（#2组合式换热器与#1组合式加热器共用，#1组合式换热器与#2组合式加热器共用），进一步节省了工程的设备投资。

附图说明

图1是本实用新型压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统实施例的结构及工作原理示意图。

附图标记说明：

1、压缩空气储能系统；1.1、空气过滤器；1.2、第一级空压机；1.3、#1组合式换热器；1.4、第二级空压机；1.5、#2组合式换热器；1.6、第三级空压机；1.7、#3组合式换热器；2、透平膨胀机发电系统；2.1、#1组合式加热器；2.2、透平机高压缸；2.3、#2组合式加热器；2.4、透平机低压缸；2.5、发电机；3、末级空压机余热ORC发电及对外供热系统；3.1、冷水储罐；3.2、冷水输送泵；3.3、热水储罐；3.4、热水输送泵；3.5、预热器；3.6、蒸发器；3.7、ORC透平机；3.8、ORC发电机；3.9、冷凝器；3.10、工质泵；3.11、溴化锂制冷机。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，本实施例包括空气过滤器1.1、第一级空压机1.2、#1组合式换热器1.3、第二级空压机1.4、#2组合式换热器1.5、第三级空压机1.6、#3组合式换热器1.7、#1组合式加热器2.1、透平机高压缸2.2、#2组合式加热器2.3、透平机低压缸2.4、发电机2.5、冷水储罐3.1、冷水输送泵3.2、热水储罐3.3、热水输送泵3.4、预热器3.5、蒸发器3.6、ORC透平机3.7、ORC发电机3.8、冷凝器3.9、工质泵3.10、溴化锂制冷机3.11。

具体的，所述空气过滤器1.1、所述第一级空压机1.2、所述#1组合式换热器1.3、所述第二级空压机1.4、所述#2组合式换热器1.5、所述第三级空压机1.6、所述#3组合式换热器1.7从左至右依次相互连接，且所述#3组合式换热器1.7同时连接所述冷水输送泵3.2和所述热水储罐3.3，此外#3组合式换热器1.7还连接至#1组合式加热器2.1和人工硐室。

所述#1组合式加热器2.1、所述透平机高压缸2.2、所述#2组合式加热器2.3、所述透平机低压缸2.4、所述发电机2.5从右至左依次相互连接，且所述透平机低压缸2.4向外排气；

所述溴化锂制冷机3.11依次连接所述冷水储罐3.1和冷水输送泵3.2，且溴化锂制冷机3.11对外供应制冷水时，也回收制冷水回水。

所述热水储罐3.3、所述热水输送泵3.4、所述蒸发器3.6依次相互连接，同时所述蒸发器3.6与所述预热器3.5连接，且所述预热器3.5与所述溴化锂制冷机3.11连接。

两个所述ORC透平机3.7连接在所述ORC发电机3.8两侧，同时两个所述ORC透平机3.7一侧与所述蒸发器3.6连接、另一侧依次连接所述冷凝器3.9和所述工质泵3.10，最后所述工质泵3.10连接所述预热器3.5，以实现所述末级空压机余热ORC发电及对外供热系统3的内部整体相互连接。

本实用新型压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统实施例的工作过程为：

储能过程，从环境来空气，经空气过滤器1.1后，进入第一级空压机1.2，压缩后空气压力和温度上升，经#1组合式换热器1.3回收热量后进入第二级空压机1.4，然后进入#2组合式换热器1.5回收热量，再进入第三级空压机1.6，由#3组合式换热器1.7回收热量后，进入人工硐室或洞穴储存。

发电过程，人工硐室或洞穴中储存的高压空气，先经过#1组合式加热器2.1加热，然后进入透平机高压缸2.2进行膨胀做功，同时压力和温度降低，再进入#2组合式加热器2.3进行加热，然后进入透平机低压缸2.4进行膨胀做功，最终排入大气。

末级空压机余热ORC发电及对外供热过程，冷水储罐3.1中冷水由冷水输送泵3.2加压后、进入#3组合式换热器1.7吸收末级空压机余热，形成高温热水储存在热水储罐3.3中。再由热水输送泵3.4送入ORC发电系统的蒸发器3.6和预热器3.5中，加热液态工质，再进入溴化锂制冷机3.11供冷和供热。

液态工质经预热器3.5和蒸发器3.6依次加热后，形成气态工质，进入ORC透平机3.7膨胀做功，带动ORC发电机3.8发电，再进入冷凝器3.9中冷凝从液态工质，然后由工质泵3.10送入预热器3.5。

工作原理为：

通过#3组合式换热器1.7回收第三级空压机1.6余热，形成高温热水储存在热水储罐3.3中。高温热水先通过热水输送泵3.4送往ORC发电系统的蒸发器3.6、预热器3.5加热液态工质进行发电，再流经溴化锂制冷机3.11对外供冷供热，最终回到冷水储罐3.1。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围。凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统，其特征在于，包括压缩空气储能系统（1）、透平膨胀机发电系统（2）、末级空压机余热ORC发电及对外供热系统（3）；

所述压缩空气储能系统（1）包括：沿压缩空气流向的空气过滤器（1.1）、第一级空压机（1.2）、#1组合式换热器（1.3）、第二级空压机（1.4）、#2组合式换热器（1.5）、第三级空压机（1.6）、#3组合式换热器（1.7）；

所述透平膨胀机发电系统（2）包括：沿压缩空气流向的#1组合式加热器（2.1）、透平机高压缸（2.2）、#2组合式加热器（2.3）、透平机低压缸（2.4）、发电机（2.5）；

所述末级空压机余热ORC发电及对外供热系统（3）包括：沿ORC发电工质流向的预热器（3.5）、蒸发器（3.6）、ORC透平机（3.7）、ORC发电机（3.8）、冷凝器（3.9）、工质泵（3.10），及沿对外供热热水流向的冷水储罐（3.1）、冷水输送泵（3.2）、热水储罐（3.3）、热水输送泵（3.4）、蒸发器（3.6）、预热器（3.5）、溴化锂制冷机（3.11）；

所述空气过滤器（1.1）、所述第一级空压机（1.2）、所述#1组合式换热器（1.3）、所述第二级空压机（1.4）、所述#2组合式换热器（1.5）、所述第三级空压机（1.6）、所述#3组合式换热器（1.7）依次相互连接，且所述#3组合式换热器（1.7）同时连接所述冷水输送泵（3.2）和所述热水储罐（3.3）；

所述#1组合式加热器（2.1）、所述透平机高压缸（2.2）、所述#2组合式加热器（2.3）、所述透平机低压缸（2.4）、所述发电机（2.5）依次相互连接，且所述透平机低压缸（2.4）向外排气；

所述溴化锂制冷机（3.11）依次连接所述冷水储罐（3.1）和冷水输送泵（3.2），所述热水储罐（3.3）、所述热水输送泵（3.4）、所述蒸发器（3.6）依次相互连接，同时所述蒸发器（3.6）与所述预热器（3.5）连接，且所述预热器（3.5）与所述溴化锂制冷机（3.11）连接，所述ORC透平机（3.7）和所述ORC发电机（3.8）相互连接且一侧与所述蒸发器（3.6）连接、另一侧依次连接所述冷凝器（3.9）和所述工质泵（3.10），同时所述工质泵（3.10）连接所述预热器（3.5），以实现所述末级空压机余热ORC发电及对外供热系统（3）的内部整体相互连接。

2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统，其特征在于，所述组合式换热器是由单台换热器串联或并联的形式组合而成，单台换热器采用发夹式、错流式或固定管板式。

3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统，其特征在于，所述透平机高压缸（2.2）和透平机低压缸（2.4）前的组合式加热器是由单台加热器串联或并联的形式组合而成，单台加热器采用发夹式、错流式或固定管板式。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统，其特征在于，所述末级空压机的余热先去ORC系统发电后，再对外供热及去溴化锂制冷机（3.11），实现能量的阶梯利用。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统，其特征在于，被末级空压机的余热加热生成的高温热水先储存在热水储罐（3.3）中，然后再根据ORC发电负荷和对外冷供热负荷的要求，通过热水输送泵来调节热水流量，实现ORC发电及供热供冷的负荷调节功能。

6.根据权利要求1-3任一所述的一种压缩空气储能末级空压机余热回收利用系统，其特征在于，储能过程的组合式加热器与发电过程的组合式换热器进行共用，#2组合式换热器（1.5）与#1组合式加热器（2.1）共用，#1组合式换热器（1.3）与#2组合式加热器（2.3）共用。