CN105298554A - 压缩空气储能发电*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩空气储能发电***，包括：空气加热器，将空气进行加热生成高温高压气体；供燃料设备，为空气加热器提供燃料；发电设备，利用空气加热器生成的高温高压气体发电；供气设备，包括与发电电网相连接的、产生高压气体的压缩机及储存高压气体的储气罐；储气罐经第一管路与空气加热器的燃烧室进气口相连通，提供助燃烧气；储气罐经第二管路与燃烧室内设置的导向喷嘴相连通，导向喷嘴的轴线自燃烧室侧壁向燃烧室的轴线方向延伸，控制燃烧室内燃烧火焰的方向；储气罐经第三管路与空气加热器的混合室相连通，混合室与燃烧室的出气端相连通，将燃烧后的气体与未燃烧的高压空气相混合，以调节自混合室流出空气加热器的气体压力与温度。

Description

压缩空气储能发电***

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及一种压缩空气储能发电***，还涉及一种压缩空气储能发电的方法。

背景技术

随着风电、太阳能光伏等大规模可再生能源在接入电网的比例越来越高，由于其波动性，我国很多地区都存在弃风、弃光限电问题，对我国可再生能源的发展不利，有必要寻找一种适合于我国北方缺水地区的大规模储能方式。如果把弃风、弃光现象中浪费的电能存储起来，在用电高峰到来的时候，再把这部分电能拿来补充电量不足,可实现电网运行中的削峰添谷作用。因此，寻找一种合适的电能存储方式就变得很必要了。

压缩空气储能(CompressedAirEnergyStorge,CAES)是一种极具发展潜力的大规模储能方式，它具有动态响应快、成本低、环境友好等优点。典型的压缩空气储能发电***工作过程如下：在电网用电的低谷时期，使用价格相对便宜且有剩余的电力驱动空气压缩机压缩空气，并将压缩后的高压空气储存在特定的密闭空间中。在用电高峰时期，将高压空气与天然气混合燃烧加热后，利用生成的高温高压气体通过发电设备来进行发电作业。

压缩空气储能发电***具有高效低耗、启动快、调节灵活、可用率高、投资省、建设周期短及环境污染小等优点。

但是，如何将高压空气与燃气进行充分混合后，再利用燃烧设备将二者充分燃烧加热，使加热效率最大化的问题，还没有得到有效解决。这就使得利用压缩空气进行储能发电的方式还没有办法大面积推广开来。

同时，在高压空气燃烧过程中，火焰会发生偏转，造成燃料与空气燃烧不充分、燃烧效率低下情况的发生。因此，需要提供一种空气燃烧加热装置，以使得燃料与空气充分燃烧加热。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压缩空气储能发电***，以实现对高压空气进行燃烧加热，利用加热后生成的高压高温气体进行发电作业的目的。

为实现发明目的，采用如下技术方案：

一种压缩空气储能发电***，包括：空气加热器，将空气进行加热生成高温高压气体，供气设备，为空气加热器提供高压空气；供燃料设备，为空气加热器提供燃料；发电设备，利用空气加热器生成的高温高压气体发电；

供气设备包括一储存高压气体的储气罐；储气罐经第一管路与空气加热器的燃烧室进气口相连通，以为燃烧室提供助燃烧气；储气罐经第二管路与燃烧室内设置的导向喷嘴相连通，导向喷嘴的轴线自燃烧室侧壁向燃烧室的轴线方向延伸，以控制燃烧室内燃烧火焰的方向；混合室与燃烧室的出气端相连通，使得燃烧室内的高压气体与燃气进行燃烧加热后生成高温高压气体流入混合室中；储气罐经第三管路与空气加热器的混合室相连通，将燃烧室排出的、燃烧加热后的高温高压气体与第三管路流入的、未燃烧的高压空气相混合，以调节自混合室流出空气加热器的气体压力与温度。

进一步，所述的发电设备由透平发电机构成；空气加热器的混合室出气口经管路与透平发电机相连通，以将混合室内形成的高温混合压缩气体传递至透平发电机处进行发电作业。

进一步，压缩空气储能发电***还包括一空气预热器；所述的空气预热器包括相互独立的、可进行热交换的两个通道，第一通道两端分别与供气设备和空气加热器进气口相连通；第二通道与发电设备排气口相连通。

进一步，第二管路和/或第三管路分别经空气预热器的第一通道与空气加热器相连，使第二管路和/或第三管路中的、未加热燃烧的高压空气先流经第一通道与第二通道中的气体进行热交换预加热后，再流入燃烧室中进行燃烧加热。

进一步，供燃料设备包括一燃料供应罐；燃料供应罐经第一燃料供应管与燃烧室的进气口相连通，使燃料与高压空气混合后进入空气化热器的燃烧室；燃料供应罐经第二燃料供应管与燃烧室内设置的燃烧器相连通。优选的，燃料供应罐中储存的可燃气体为液化天然气(LNG)。

进一步，空气加热器由一罐体构成，罐体内部空间的两端分别设有燃烧室和混合室，燃烧室与混合室的靠近侧相连通；燃烧室远离混合室的一端为前端，该端设有与第一管路相连通的进气喷嘴；燃烧室的侧壁上设有至少一列导向喷嘴，各导向喷嘴分别与第二管路相连通。

进一步，燃烧室的侧壁上排布由多列沿罐体轴线间隔设置的、调整燃烧室内火焰方向的、供高压气体流入的导向喷嘴；每列导向喷嘴至少包括三个导向喷嘴，每列的各导向喷嘴均布于罐体的同一横断面上；每列的各导向喷嘴轴线相交于同一点；至少靠近燃烧室后端一列的各导向喷嘴轴线相交于罐体轴线处，使燃烧室喷入混合室的火焰沿罐体轴线方向喷射。

进一步，至少一列导向喷嘴的轴线相对所处横断面向混合室方向倾斜设置。

进一步，燃烧器内设有为燃气和高压空气提供点火源的燃烧器；优选的，所述的燃烧器由大压燃烧器构成；进一步优选的大压燃烧器上设有火焰检测器；大压燃烧器上还设有吹扫装置。

进一步，空气预热器的第二通道两端分别经进液管路与太阳能集热器的出口相连通、经出液管路与太阳能集热器的进口的相连通；所述的进液管路和出液管路上分别设有控制管路通道的控制阀；

进液管路和/或出液管路上设有储存熔盐介质的储存罐，出液管路和/或进液管路上设有为熔盐介质提供流动动力的动力泵；

进液管路上设有两位三通阀，两位三通阀的三个开口分别与太阳能集热器出口、第二通道和发电设备排气口相连通，使第二通道与太阳能集热器出口或发电设备排气口相连通。

进一步，燃烧室前端设有一进气喷嘴，进气喷嘴为双料混合喷嘴；所述的双料混合喷嘴由一喷嘴头、喷嘴头处设置的混合结构及与混合结构相连通的第一进气口和第二进气口；第一进气口与第一管路相连通，以供高压空气流入；第二进气口与第一供料管路相连通，以供燃料流入。

本发明的另一目的在于提供一种压缩空气储能发电方法，以实现对高压空气进行稳定加热，利用高压高温气体进行发电作业的目的。

为实现发明目的，采用如下技术方案：一种压缩空气储能发电方法，其包括：将高压空气与燃料进行燃烧加热生成高温高压混合气体，利用高温高压混合气体进行发电作业；高压空气进行燃烧加热的具体步骤如下，步骤S1、第一路高压空气与燃料混合后自进气喷嘴喷入空气加热器的燃烧室，进行燃烧加热；步骤S2、第二路高压空气沿空气加热器燃烧室的侧壁各处向燃烧室内喷射，使燃烧室内火焰沿燃烧室轴线方向喷射入混合室；步骤S3、第三路高压空气与自热燃烧室加热后喷入的气体在混合室中混合，生成压力值为2.0Mpa、温度为500～650℃的混合气体，以供发电设备进行发电作业。

进一步，预先对第一路高压空气、第二路高压空气和第三路高压空气进行预加热，使高压空气进入空气加热器前的温度由30℃～80℃加热至190℃。

进一步，在第二路高压空气的作用下，燃烧室内的火焰始终沿燃烧室的轴线方向喷射。

进一步，在第二路高压空气的作用下，燃烧室内的火焰沿平滑的下降曲线喷射，并沿燃烧室轴线方向喷入混合室。

进一步，第二路高压空气自燃烧室侧壁上设置的多个导向喷嘴喷入燃烧室中，利用各导向喷嘴的喷射量控制燃烧室内火焰的喷射方向。

进一步，电场在发电高峰期，利用多余发电量带动压缩机生成高压空气并进行存储，存储的高压空气压力值为2.1～2.3Mpa；电场在发电低谷期，利用存储的高压空气进行燃烧加热生成压力值为2.0Mpa、温度为500～650℃的混合气体，透平发电机利用燃烧加热后的混合气体进行发电作业；优选的，电场可以为风力发电场、火力发电场、水利发电场中的任意一种。

进一步，透平发电机利用燃烧加热后的混合气体进行发电作业的具体步骤如下，步骤S11、空气加热器流出的高温高压混合气体流经空气膨胀机，高温高压混合气体带动空气膨胀机中的环形叶栅旋转，使混合气体降温降压并排出；步骤S21、空气膨胀机将气体降温降压过程中释放的能量通过带动环形叶栅旋转转换为机械能，并环形叶栅通过减速齿轮箱带动同步发电机的转子旋转；步骤S31、同步发电机的转子相对定子旋转，进行发电作业。

进一步，空气膨胀机排出的、降温降压后的混合气体与未进入空气加热器的高压空气进行热交换，对高压空气进行预加热。

进一步，对高压空气进行预加热的具体步骤如下，步骤S101、利用太阳能对熔盐介质进行加热；步骤S102、加热后的熔盐介质与未进入空气加热器的高压空气进行热交换；步骤S103、循环步骤步骤S101和步骤S102；

优选的，在白天时，利用太阳能对熔盐介质进行加热，加热后的熔盐介质先进行保温存储；在发电低谷时，利用存储的、加热后的熔盐介质与未进入空气加热器的高压空气进行热交换。

进一步，第一路高压空气与燃料的混合步骤如下，步骤S201、高压空气与燃料流入进气喷嘴的圆球状混合腔室中，在圆球形侧壁的作用下产生旋转漩涡，以进行混合；步骤S202、混合后的气体经孔径逐渐收窄的通道进行加压，并喷射入燃烧室中。

采用上述技术方案，本发明较现有技术的优势在于：

1、通过上述装置和方法，使得空气加热器可利用高压空气同时作为助燃气、控制火焰方向的控制气流和调整混合气体工况的调节气流，达到了一气多用的目的。从而，使得整个空气加热***的设备得到简化，同时，利用空气加热器的加热方式也较为稳定、可靠；

2、通过设置一空气预热器将发电后的废气与预加热空气进行热交换，达到对废气中预热的回收利用、实现热能的二次利用；同时，降低了热量损耗、减少了对环境的污染，达到了节能减排的目的；

3、在进气喷嘴处喷出混合有空气和燃料气体的混合气体，使得混合气体直接喷入燃烧室内，经燃烧室内设置的点火装置作用形成火焰，以对气体进行加热，生成高温高压气体；

4、第二路高压空气自燃烧室侧壁同一横断面上的、等间隔角度均布的各导向喷嘴处向燃烧室中喷射高压空气，以控制燃烧室内火焰的喷射方向，使得燃烧室中的火焰沿燃烧室轴线方向喷入混合室；

5、利用太阳能或发电废气中的预热对未进行燃烧加热的高压空气进行预加热，以降低发电过程中对燃料能源的损耗，降低对环境的污染；

同时，本发明结构简单、方法简洁、效果显著，适宜推广使用。

附图说明

图1为本发明中一实施例的压缩空气储能发电***的结构示意图；

图2为本发明中另一实施例的压缩空气储能发电***的结构示意图；

图3为本发明的一实施例中空气加热器的燃烧室结构示意图；

图4为本发明的另一实施例中空气加热器的燃烧室结构示意图；

图5为本发明的再一实施例中空气加热器的燃烧室结构示意图；

图6为本发明的一实施例中空气加热器的燃烧室横断面结构示意图；

图7为本发明的另一实施例中空气加热器的燃烧室横断面结构示意图；

图8为本发明的再一实施例中空气加热器的燃烧室横断面结构示意图；

图9为本发明中空气预热器的结构示意图；

图10为本发明中空气预热器的换热结构的结构示意图；

图11为本发明的一实施例中换热结构的组件简图；

图12为本发明的另一实施例中换热结构的组件简图；

图13为本发明的再一实施例中换热结构的组件俯视图；

图14为本发明中进气喷嘴的结构示意图；

图15为本发明中导向喷嘴的结构示意图；

图16为本发明中透平发电机的结构示意图；

图17为本发明中盘车器的结构示意图；

图18为本发明中一实施例中空气预热器的连接结构示意图；

图19为本发明中储存罐的罐壁横断面A处放大结构示意图。

主要元件说明：1—储气罐，2—空气加热器，3—透平发电机，4—空气预热器，5—排气筒，6—燃料供应罐，7—太阳能集热器，8—储存罐，9—两位三通阀，10—节流装置，11—第一管路,12—第二管路，13—第三管路，14—第一燃料供应管，15—第二燃料供应管，16—动力泵，21—燃烧室，22—混合室，23—进气喷嘴，24—导向喷嘴，25—燃烧器，231—出气嘴，232—第一进气口，233—第二进气口，234—混合腔室，241—套管，242—大口端，243—小口端，31—通风管道，32—空气膨胀机，33—减速齿轮箱，34—盘车器，35—同步发电机，311—进气端，312—出气端，321—输出轴，321—输出轴，322—环形叶栅，331—高速轴，332—低速轴，333—壳体，334—输入端齿轮，335—输出端齿轮，341—圆形板材，342—凸筋，343—花键孔，344—销轴，40—板材，41—第一通道，42—第二通道，43—横向侧边，44—竖向侧边，45—凸筋，46—第一接口管路，47—第二接口管路，48—第三接口管路，49—第四接口管路，410—换热结构，411—壳体，412—弹片，51—金属板材，52—保温材料，53—保温棉。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步详细的说明。

如图1所示，本发明介绍了一种压缩空气储能发电***，包括：空气加热器2，将空气进行加热生成高温高压气体；供气设备，为空气加热器2提供高压空气；供燃料设备，为空气加热器2提供燃料；发电设备，利用空气加热器2生成的高温高压气体发电。

本发明中，压缩空气储能发电***的供气设备包括一储存高压气体的储气罐1。高压空气的压力值为2.1～2.3Mpa。供燃料设备包括一储存由可燃气体的燃料供应罐6，所存储的可燃气体可以为：天然气、煤气等。

如图1或图2所示，本发明中的空气加热器2由一密闭的罐体构成，罐体内部空间的两端分别设有燃烧室21和混合室22，燃烧室21与混合室22的靠近侧相连通。燃烧室内供高压空气与可燃气体燃烧加热，供混合后的燃气和高压空气进入燃烧室21内燃烧；混合室22将燃烧后的混合气体与未燃烧的高压气体混合以调节空气加热器出口处气体的温度。

如图1和图2所示，储气罐1经三路管路分别与空气加热器2相连通；储气罐1经第一管路11与空气加热器2的燃烧室21内设置的进气喷嘴23相连通，以作为燃烧室21内燃烧的助燃烧气；储气罐1经第二管路12与燃烧室21内设置的导向喷嘴24相连通，导向喷嘴24的轴线自燃烧室21侧壁向进气口轴线方向延伸，以控制燃烧室21内燃烧火焰的方向；储气罐1经第三管路13与空气加热器2的混合室22相连通，混合室22前端的进气喷嘴23与燃烧室21后端的出气口相连通，以将燃烧室21排出的、燃烧后的气体与第三管路13流入的、未燃烧的空气相混合，以调节空气加热器2所生成气体的压力与温度。

燃料供应罐6经第一燃料供应管14与空气加热器2的燃烧室21内内设置的进气喷嘴23相连通，使燃料与高压空气混合后进入空气化热器的燃烧室21；燃料供应罐6经第二燃料供应管15与燃烧室21内设置的燃烧器25相连通，所述的燃烧器25为燃烧室内的可燃气体和助燃空气提供点火源。优选的，燃料供应罐中储存的可燃气体为液化天然气(LNG)。

一种利用上述发电***进行压缩空气储能发电的方法，其包括：将高压空气与燃料进行燃烧生成高压混合气体，利用高压混合气体进行发电作业；

在高压空气进行燃烧的具体步骤如下，

步骤S1:第一路高压空气与燃料混合后自进气喷嘴23喷入空气加热器2；同时，第二路高压空气沿空气加热器2燃烧室21的侧壁各处向进气喷嘴23轴线方向喷射，使燃烧室21内的火焰沿燃烧室21轴线方向喷射；

步骤S2：第三路高压空气与空气加热器2加热燃烧室21内加热后的气体混合，生成压力值为2.0Mpa、温度为500～650℃的混合气体，以供发电设备进行发电作业。

通过上述装置和方法，使得空气加热器2可利用高压空气同时做为助燃气、控制火焰方向的控制气流和调整混合气体工况的调节气流，达到了一气多用的目的。从而，使得整个空气加热***的设备得到简化，同时，利用空气加热器2的加热方式也较为稳定、可靠。

本发明中，电场在发电高峰期，利用多余发电量带动压缩机生成高压空气并进行存储，存储的高压空气压力值为2.1～2.3Mpa；电场在发电低谷期，利用存储的高压空气进行燃烧加热生成压力值为2.0Mpa、温度为500～650℃的混合气体，透平发电机利用燃烧加热后的混合气体进行发电作业。优选的，电场可以为风力发电场、火力发电场、水利发电场中的任意一种；进一步优选的，电场为风力发电场。从而，克服了风力发电场发电波动幅度较大的问题，使得风力发电厂的发电功率呈一较为平滑、稳定的数值进行输出。

实施例一

如图1所示，本实施例中，压缩空气储能发电***还包括一空气预热器4。所述的空气预热器4包括相互独立的、可进行热交换的两个通道，第一通道41和第二通道42。第一通道41的两端分别与储器罐1的出气口和空气加热器2的进气喷嘴23相连通，以使未经空气加热器2加热的空气在先流经第一通道41；第二通道42分别与发电设备的排气口和排气筒5的进气口相连通，以使完成发电作业后的、具有一定温度的气体在第二通道42中流动。由于第一通道41和第二通道42相接触，使得第一通道41和第二通道42中气体可进行热交换，使得发电后的气体与未燃烧的高压空气进行热交换，以对流入空气加热器2前的高压气体进行预加热。

如图1所示，第三管路13中的高压空气进入空气加热器2前需流经空气预热器4；经过空气预热器4预先对第三路高压空气进行预加热，使高压空气的温度由30℃～80℃加热至190℃。

如图2所示，第二管路12中的高压空气与第三管路13中的高压空气进入空气加热器2前均需流经空气预热器4；经过空气预热器4预先对第二和第三路高压空气进行预加热，使高压空气的温度由30℃～80℃加热至190℃。

通过设置一空气预热器将发电后的废气与预加热空气进行热交换，达到了对热能的二次利用；同时，降低了热量损耗、减少了对环境的污染，达到了节能减排的目的。

实施例二

如图9至图13所示，本实施例中，所述的空气预热器4包括由多块相距一定间隙的板材40叠放搭置构成的换热结构410；每块板材40的相对的两侧边向上弯折，与其上部的板材40相配合形成供气体流过的通道；相邻板材40纵横交替设置，构成横向设置的第一通道41和纵向设置的第二通道42。

如图11所示，每块板材40均为同一形状的矩形板材；每块板材40分别包括一对横向侧边43和一对竖向侧边44；相邻板材40的横向侧边43与竖向侧边44交替向上弯折。每块板材40的向上弯折侧边上端部分别与其上部板材40的底面相接触并焊接固定。相邻板材40之间的间隙距离不大于50mm。

优选的，如图12所示，每块板材40上设有多条凸筋45，凸筋45与该板材40的向上弯折侧边相平行、等高度设置，所述凸筋45将该板材40与其上部板材40形成的通道分成多个平行的微通道。从而，使得第一通道41和第二通道42中的气流可在凸筋45的作用下均匀的分布至通道的各处，达到气流在通道中匀风的效果。

本实施例中，板材40由长、短边不等的矩形板材构成；各层板材40的较长侧边和较短侧边交替向上弯折，以构成换热结构410。矩形板材的较长侧边为横向侧边43，较短侧边为竖向侧边44，使横向设置的第一通道41宽度小于纵向设置的第二通道42宽度。

如图9所示，本实施例中，所述的空气预热器4还包括一壳体411，壳体411构成一供换热结构410竖直安装的腔室，腔室的四个侧壁分别连接有向腔室外延伸的接口管路。

第一接口管路46和第二接口管路47沿第一通道41方向分别向腔室两侧横向延伸，第一接口管路46和第二接口管路47的宽度与第一通道41的宽度相等设置；第三接口管路48和第四接口管路49沿第二通道42方向分别向腔室两侧竖向延伸，第三接口管路48和第四接口管路49的宽度与第二通道42的宽度相等设置。

第一接口管路46和第二接口管路47与腔室的连接端所处平面分别与第一通道41的两端同处一平面；对应板材40的对应向上弯折竖向侧边44共处一平面；第三接口管路48和第四接口管路49与腔室的连接端所处平面分别与与第二通道42的两端同处一平面；对应板材40的对应向上弯折横向侧边43共处一平面。从而，使得第一通道41和第二通道42在壳体411的作用下相互分隔开来，成为独立密闭通道；同时，使得板材40的未向上弯折侧边凸出的设于对应接口管路中，以使得气体均匀的流入通道的各部分。

如图13所示，本实施例中，每块板材40的相邻两条凸筋45之间分别设有弹片412；弹片412的一侧边与对应侧的凸筋45相固定连接，另一侧悬空设置。弹片412的上端不超出凸筋45的高度设置，弹片412与凸筋45的中部相连接，使得弹片将对应的微通道隔开。从而，在气流流经微通道时，弹片被气流压力带动发生弹性变形，以调整流经换热器的气流流速，达到稳压的目的。

本实施例中，所述的弹片412沿微通道中的气流方向向后倾斜设置；弹片412的宽度等于对应微通道的宽度，弹片412与凸筋45的夹角为γ，60度＞γ＞5度。

优选的，仅在供未加热气体流动的第一通道41的各微通道中设置弹片412，以减缓第一通道41中未加热气体的流速，提高预加热效率。

实施例三

如图18所示，本实施例中，所述的空气预热器4包括相互独立的、可进行热交换的两个通道，第一通道41两端分别与供气设备和空气加热器进气口相连通；第二通道42两端分别与太阳能集热器7相连接构成供熔盐介质流动的循环通道。

第二通道42的两端分别经进液管路与太阳能集热器7的出口相连通、经出液管路与太阳能集热器7的进口的相连通；所述的进液管路和出液管路上分别设有控制管路通道的控制阀。

优选的，如图18所示，本实施例中，进液管路上设有两位三通阀9，两位三通阀9的三个开口分别与太阳能集热器7出口、第二通道42和发电设备3排气口相连通，使第二通道42与太阳能集热器7出口或发电设备3排气口相连通；出液管路上设有两位三通阀9，两位三通阀9的三个开口分别与太阳能集热器7进口、第二通道42和排气筒5进气口相连通，使第二通道42与太阳能集热器7进口或排气筒5进气口相连通。

从而，在两个两位三通阀的控制下，使得空气预热器4的第二通道42两端分别与太阳能集热器7相连通，构成熔盐介质的流道，供高温熔盐介质与第一通道41中流经的高压空气换热，达到对未燃烧加热高压空气预热的目的；或使得空气预热器4的第二通道42中流经发电作业后、含有余热的废气，供废气与第一通道41中流经的高压空气换热，达到对未燃烧加热高压空气预热的目的。

通过上述装置，使得高压空气的预热可以通过废气中所含余热进行收集加热或利用太阳能来进行加热，且相互切换较为便捷、快速。

本实施例中，进液管路上设有储存罐8，储存罐8的进口与太阳能集热器的出口相连通、储存罐8的出口经设有两位三通阀9的管路与第二通道42相连通；储存罐8内设有检测熔盐介质温度的温度传感器。进液管路上设有节流装置10，所述的节流装置10设于两位三通阀9与储存罐8相连接的管路上。出液管路上设有动力泵16，所述的动力泵16设于出液管路上的两位三通阀9与太阳能集热器7相连接的管路上；且动力泵16作用下管路中熔盐介质的流动方向为，太阳能集热器7至节流装置10至空气预热器4至动力泵16再回至太阳能集热器7。

如图19所示，本实施例中，储存罐8的罐壁由双层金属板材构成，两金属板材51之间相距一定间隙，间隙中填充有由酚醛泡沫构成的保温材料52；外层金属板材51外侧覆盖铺设有由保温棉53。从而，使得储存罐8具有夹心保温层，且夹心保温层中填充由隔热材质；同时，在最外侧还覆盖设置保温棉，使得储存罐的保温效果较佳。

本实施例中，对高压空气进行预加热的具体步骤如下，

步骤S101、利用太阳能对熔盐介质进行加热；

步骤S102、加热后的熔盐介质与未进入空气加热器的高压空气进行热交换；

步骤S103、循环步骤步骤S101和步骤S102；

优选的，在白天时，利用太阳能对熔盐介质进行加热，加热后的熔盐介质先进行保温存储；在发电低谷时，利用存储的、加热后的熔盐介质与未进入空气加热器的高压空气进行热交换。

实施例四

如图1或2所示，本实施例中，空气加热器2由一罐体构成，罐体内部空间的两端分别设有燃烧室21和混合室22，燃烧室21与混合室22的靠近侧相连通，该侧为燃烧室21的后侧；燃烧室21远离混合室22的一端为前端，该端设有与第一管路11相连通的进气喷嘴23，供混合后的燃气和高压空气进入燃烧室内燃烧加热。优选的，燃烧室21和混合室22同轴设置；进一步优选的，燃烧室21和混合室22均与罐体同轴设置，且燃烧室21和混合室22的横断面分别呈圆形。

如图3至5所示，本实施例中，燃烧室21前端壁设有一进气喷嘴23，进气喷嘴23为双料混合喷嘴；所述的双料混合喷嘴由一喷嘴头231、喷嘴头处设置的混合结构及与混合结构相连通的第一进气口232和第二进气口233；第一进气口232与第一管路11相连通，以供高压空气流入；第二进气口233与第一燃料供应管路14相连通，以供燃料流入。

从而，在进气喷嘴23处喷出混合有空气和燃料气体的混合气体，使得混合气体直接喷入燃烧室21内，经燃烧室21内设置的点火装置作用形成火焰，以对气体进行加热，生成高温高压气体。

优选的，如图14所示，本实施例中，进气喷嘴23的混合结构包括一混合腔室234，混合腔室234呈圆球状；圆球状混合腔室234的一侧经两个进气通道分别与第一进气口232和第二进气口233相连通、相对的另一侧经一个出气通道与喷嘴头231相连通。两个进气通道分别与混合腔室234的上部和下部相连通，出气通道与混合腔室234的中部相连通。

由于，自第一进气口232和第二进气口233流入混合腔室234中的高压空气和可燃燃气，在圆球状混合腔室234中形成容易形成漩涡，使得高压空气和可燃燃气的混合程度可提高。

本实施例中，出气通道的管径自混合腔室234向喷嘴头231方向逐渐收窄，使得流入混合腔室234中的高压气体与燃气混合后自喷嘴头231处喷入燃烧室。

本实施例中，第一路高压空气与燃料的混合步骤如下，

步骤S201、高压空气与燃料流入进气喷嘴的圆球状混合腔室中，在圆球形侧壁的作用下产生旋转漩涡，以进行混合；

步骤S202、混合后的气体经孔径逐渐收窄的通道进行加压，并喷射入燃烧室中。

实施例五

如图3至图8所示，本实施例中，燃烧室21的侧壁上排布由多列沿罐体轴线间隔设置的、调整燃烧室21内火焰方向的、供高压气体流入的导向喷嘴24；各导向喷嘴24均与第二管路12相连通，以使得第二路高压空气经各导向喷嘴24流入燃烧室21中，达到利用作为助燃气体的高压空气控制燃烧室内火焰流向的目的。

本实施例中，至少靠近燃烧室21后端一列的各导向喷嘴24轴线相交于罐体轴线处，使燃烧室21喷入混合室的火焰沿罐体轴线方向喷射，避免混合室22中火焰喷射方向偏移造成混合室22内气体状态不一情况的发生。

如图3至5所示，本实施例中，罐体的横断面可以为圆形、多边形等任一几何形状；优选的罐体的横断面为圆形。每列导向喷嘴24至少包括三个导向喷嘴24；优选的，如图6所示，每列导向喷嘴24包括四个导向喷嘴24，四个导向喷嘴24分别处于圆形横断面的四个相位点处。每列导向喷嘴24的各导向喷嘴24均布于燃烧室21的同一横断面上；每列的各导向喷嘴24轴线相交于同一点。

通过上述装置，使得各导向喷嘴24中喷出的高压气体沿喷嘴的轴线喷射，令燃烧室内的火焰形状在各喷嘴所喷射高压气体的控制下变形，达到通过导向喷嘴24控制燃烧室21内火焰的目的。

如图3所示，本实施例中，可以将进气喷嘴23设于燃烧室21前侧的中心处，进气喷嘴23沿罐体的轴线方向延伸，使流入燃烧室21内的高压空气和燃气混合后沿罐体轴线喷射入混合室22中。各导向喷嘴24的轴线沿对应圆形横断面的轴线方向延伸，使得每列导向喷嘴24轴线的交点均处于罐体的轴线上，使得燃烧室21内火焰始终沿罐体轴线方向喷射；同时，使得喷入燃烧室21后侧混合室22中的火焰依然沿罐体轴线方向喷入。

如图4所示，本实施例中，可以将各列导向喷嘴24的轴线自燃烧室21前端向后端方向倾斜设置。优选的，各列导向喷嘴24的倾斜角度自燃烧室21两端向中间方向逐渐增加；进一步优选的，靠近燃烧室21前后两端的对应列导向喷嘴24的轴线倾斜角度为0。从而，使得导向喷嘴24喷出的高压气体可对燃烧室21内的火焰产生向燃烧室21后侧流动的推动力。例如：如图4所示，燃烧室21中等间隔的排布有六列导向喷嘴24，由燃烧室21前端至后端依次为：第一列导向喷嘴、第二列导向喷嘴、第三列导向喷嘴、第四列导向喷嘴、第五列导向喷嘴和第六列导向喷嘴；其中第一列和第六列导向喷嘴的轴线相对对应横断面的倾斜角度为0；第二列和第五列导向喷嘴的轴线相对对应横断面的倾斜角度为α；第三列和第四列导向喷嘴的轴线相对对应横断面的倾斜角度为β。优选的，所述的α＜β；进一步优选的，α为10度，β为20度。

在将导向喷嘴24设于燃烧室21前侧的中心处时，各列导向喷嘴24的安装位置可以如图6所示，将四个导向喷嘴24分别设于圆形横断面的四个相位点处，左右两端的导向喷嘴24轴线分别水平延伸，上下两端的导向喷嘴24轴线分别竖直延伸，使得每列的各导向喷嘴24的轴线相交点处于罐体轴线处

本实施例中，在第二路高压空气的作用下，燃烧室内的火焰始终沿燃烧室的轴线方向喷射。第二路高压空气自燃烧室侧壁上设置的多个导向喷嘴喷入燃烧室中，利用各导向喷嘴的喷射量控制燃烧室内火焰的喷射方向。

实施例六

如图5所示，本实施例中，还可以将进气喷嘴23设于燃烧室21前侧的靠近上端处，进气喷嘴23沿与罐体轴线相平行方向延伸。各列导向喷嘴24轴线的交点自燃烧室21前端向后端依次降低高度，至靠近燃烧室21后端一列的各导向喷嘴24轴线交点处于罐体轴线处。从而，控制燃烧室21内的火焰自燃烧室21前端向后端沿如图7所示的箭头方向流动，使得自燃烧室21后端喷入混合室22中的火焰依然沿罐体轴线方向喷射。

如图5所示，本实施例中，若以罐体的轴线方向为x轴、过进气喷嘴的竖直方向为y轴建立坐标系，火焰的喷射抛物线在该坐标系中符合如下规律：

x＝vt,y＝gt²/2。

其中，v为由进气喷嘴进入燃烧室中的气体流速；t为气体自进气喷嘴流入燃烧室中的进入时间；g为重力加速度9.8m/s²。

在将导向喷嘴24设于燃烧室21前侧的靠近上端处时，各列导向喷嘴24的安装位置可以如图7所示，将四个导向喷嘴24分别设于圆形横断面的四个相位点处，左右两侧的导向喷嘴24轴线分别向上倾斜，使得四个导向喷嘴24的交点处于图5所示的对应火焰喷射线上；

还可以如图8所示，将各列导向喷嘴24中的两个导向喷嘴24分别设于圆形横断面的上下相位点处，另外两个导向喷嘴24分别设于该横断面与图5所示的对应火焰喷射线相交点的左右两侧。上下两个导向喷嘴24沿圆形横断面的径向、竖直方向设置；左右两个导向喷嘴24沿水平方向设置。

本实施例中，在第二路高压空气的作用下，燃烧室内的火焰沿平滑的下降曲线喷射，并沿燃烧室轴线方向喷入混合室。第二路高压空气自燃烧室侧壁上设置的多个导向喷嘴喷入燃烧室中，利用各导向喷嘴的喷射量控制燃烧室内火焰的喷射方向。

实施例七

本实施例中，导向喷嘴24由单料喷嘴构成，该喷嘴由管径逐渐收窄的管路构成，大管径端与第二管路12相连通、小管径端处于燃烧室内；导向喷嘴24固定安装于燃烧室21的侧壁上。各导向喷嘴24的孔径自内向外逐渐收窄，以增加所喷射空气的压力。

从而，使得各导向喷嘴24可将高压空气喷射入燃烧室21中，为燃烧室21中的火焰提供助燃空气；还能控制燃烧室21中火焰的形状，使得燃烧室21喷射入混合室22中的火焰沿罐体轴线方向喷入。

如图15所示，本实施例中，构成导向喷嘴24的管路由伸缩套管构成，所述的伸缩套管由多节依次套装连接的套管241构成，各节套管241的内径由内至外依次递减。

本实施例中，各节套管241的内径逐渐收窄，各节套管241的大口端242外径不小于外侧相邻套管241的小口端243内径；且各节套管241的大口端242的外侧壁和小口端243的内侧壁上均设有螺纹，令各节套管241的大口端242与外侧相邻套管241的小口端243相螺纹连接固定。

通过将导向喷嘴由伸缩套管构成，以便于依据燃烧室中的进气流量调整各导向喷嘴24在燃烧室21中的长度，避免燃烧室中气体总量较小、燃烧效率低下情况的发生；同时，避免导向喷嘴距离火焰较远、控制精度较低，使得燃烧室中火焰偏移情况的发生。

优选的，各节套管241的内径均逐渐收窄；各节套管241的小口端243内径等于内侧相邻套管241的大口端242外径；各节套管241的大口端242外径等于外侧相邻套管241的小口端243内径。进一步优选的，各节套管241的大口端242和小口端243内径分别等大设置，以便于设置螺纹。

本实施例中，各导向喷嘴24与第二管路12相连接的管路上分别设有控制对应导向喷嘴24喷射流速的电磁阀；燃烧室中设有高温摄像头，以对燃烧室中的火焰进行实时监控；控制单元可依据监控数据，对各导向喷嘴24的电磁阀开度进行调整，使得燃烧室中的火焰喷射方向可依据需求，沿预定轨迹进行喷射。

实施例八

本实施例中，所述的发电设备由透平发电机3构成；空气加热器2的混合室22出气口经管路与透平发电机3相连通，以将混合室22内形成的高温混合压缩气体传递至透平发电机3处进行发电作业。

如图16所示，所述的透平发电机3包括，供高压气体流动的通风管道31上安装的空气膨胀机32，空气膨胀机32的输出轴321与减速齿轮箱33的高速轴331一端同轴连接，高速轴331的另一端与盘车器34相连接，高速轴331经减速齿轮箱33内的减速齿轮组与低速轴332相啮合传动，所述减速齿轮箱33的低速轴332与同步发电机35的转子同轴连接；通风管道31的进气端与空气加热器2相连通，出气端与排气筒5相连通。

通风管道31中设有空气膨胀机32，空气膨胀机32包括设于通风管道31中的环形叶栅322。所述环形叶栅322的中心设有输出轴321，输出轴321穿出通风管道31与减速齿轮箱33的高速轴331同轴连接；优选的，空气膨胀机32的输出轴321与减速齿轮箱33的高速轴331一体设置。

通风管道31呈“L”形设置，通风管道31的水平端为进气端311，竖直端为出气端312；空气膨胀机32的输出轴321自“L”形通风管道的拐角处穿出，环形叶栅322的轴线与“L”形通风管道31的水平进气端311同轴设置；优选的，通风管道31的出气端312竖直向上设置。

减速齿轮箱33包括壳体，壳体333的两端分别设有相平行设置的高速轴331和低速轴332，壳体333内设有减速齿轮组；减速齿轮组至少包括与高速轴331相固定的输入端齿轮334和与低速轴332相固定的输出端齿轮335，输入端齿轮334和输出端齿轮335直接或经至少一个传动齿轮相啮合。

高速轴331的两端分别穿出壳体333两侧壁，高速轴331的第一端伸入通风管道31构成空气膨胀机32的输入轴321，高速轴331的第二端与盘车器34相固定连接。如图17所示，所述的盘车器34包括与高速轴331同轴连接固定的圆形板材341，圆形板材341的一侧面上均布由多条凸筋342，各凸筋342自圆形板材341的中心处沿板材的径向延伸。高速轴331的第二端设有轴径变小的轴段，轴段的侧壁上设有花键；圆形板材341的中部设有供该轴段穿过的花键孔343；穿出花键孔343的轴段部分设有销孔，销孔中插拔固定有销轴344，将高速轴331与盘车器34相固定连接。低速轴332的一端穿出减速器33的壳体333与同步发电机35的转子同轴连接。

本实施例中，透平发电机利用燃烧加热后的混合气体进行发电作业的具体步骤如下，

步骤S11、空气加热器流出的高温高压混合气体流经空气膨胀机，高温高压混合气体带动空气膨胀机中的环形叶栅旋转，使混合气体降温降压并排出；

步骤S21、空气膨胀机将气体降温降压过程中释放的能量通过带动环形叶栅旋转转换为机械能，并环形叶栅通过减速齿轮箱带动同步发电机的转子旋转；

步骤S31、同步发电机的转子相对定子旋转，进行发电作业。

本实施例中，空气膨胀机排出的、降温降压后的混合气体与未进入空气加热器的高压空气进行热交换，对高压空气进行预加热。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压缩空气储能发电***，包括：空气加热器，将空气进行加热生成高温高压气体；

供气设备，为空气加热器提供高压空气；

供燃料设备，为空气加热器提供燃料；

发电设备，利用空气加热器生成的高温高压气体发电；

其特征在于：供气设备包括一储存高压气体的储气罐；及与发电电网相连接的压缩机，压缩机产生高压气体并流入储气罐中储存；

储气罐经第一管路与空气加热器的燃烧室进气口相连通，以为燃烧室提供助燃烧气；

储气罐经第二管路与燃烧室内设置的导向喷嘴相连通，导向喷嘴的轴线自燃烧室侧壁向燃烧室的轴线方向延伸，以控制燃烧室内燃烧火焰的方向；

储气罐经第三管路与空气加热器的混合室相连通，混合室与燃烧室的出气端相连通，将燃烧室排出的、燃烧后的高温高压气体与第三管路流入的、未燃烧加热的高压空气相混合，以调节自混合室流出空气加热器的气体压力与温度。

2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电***，其特征在于：所述的发电设备由透平发电机构成；

空气加热器的混合室出气口经管路与透平发电机相连通，以将混合室内形成的高温混合压缩气体传递至透平发电机处进行发电作业。

3.根据权利要求1或2所述的一种压缩空气储能发电***，其特征在于：压缩空气储能发电***还包括一空气预热器；所述的空气预热器包括相互独立的、可进行热交换的两个通道，第一通道两端分别与供气设备和空气加热器进气口相连通；第二通道与发电设备排气口相连通。

4.根据权利要求3所述的一种压缩空气储能发电***，其特征在于：第二管路和/或第三管路分别经空气预热器的第一通道与空气加热器相连，使第二管路和/或第三管路中的、未加热燃烧的高压空气先流经第一通道与第二通道中的气体进行热交换预加热后，再流入燃烧室中进行燃烧加热。

5.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电***，其特征在于：供燃料设备包括一燃料供应罐，

燃料供应罐经第一燃料供应管与燃烧室的进气口相连通，使燃料与高压空气混合后进入空气化热器的燃烧室；

燃料供应罐经第二燃料供应管与燃烧室内设置的燃烧器相连通。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种压缩空气储能发电***，其特征在于：

空气加热器由一罐体构成，罐体内部空间的两端分别设有燃烧室和混合室，燃烧室与混合室的靠近侧相连通；

燃烧室远离混合室的一端为前端，该端设有与第一管路相连通的进气喷嘴；燃烧室的侧壁上设有至少一列导向喷嘴，各导向喷嘴分别与第二管路相连通。

7.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能发电***，其特征在于：燃烧室的侧壁上排布由多列沿罐体轴线间隔设置的、调整燃烧室内火焰方向的、供高压气体流入的导向喷嘴；每列导向喷嘴至少包括三个导向喷嘴，每列的各导向喷嘴均布于罐体的同一横断面上；每列的各导向喷嘴轴线相交于同一点；至少靠近燃烧室后端一列的各导向喷嘴轴线相交于罐体轴线处，使燃烧室喷入混合室的火焰沿罐体轴线方向喷射；

优选的，至少一列导向喷嘴的轴线相对所处横断面向混合室方向倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的一种空气燃烧器，其特征在于：空气预热器的第二通道两端分别经进液管路与太阳能集热器的出口相连通、经出液管路与太阳能集热器的进口的相连通；所述的进液管路和出液管路上分别设有控制管路通道的控制阀；

优选的，进液管路和/或出液管路上设有储存熔盐介质的储存罐，出液管路和/或进液管路上设有为熔盐介质提供流动动力动力泵；

进一步优选的，进液管路上设有两位三通阀，两位三通阀的三个开口分别与太阳能集热器出口、第二通道和发电设备排气口相连通，使第二通道与太阳能集热器出口或发电设备排气口相连通。

9.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能发电***，其特征在于：燃烧器内设有为燃气和高压空气提供点火源的燃烧器；

优选的，所述的燃烧器由大压燃烧器构成；

进一步优选的，大压燃烧器上设有火焰检测器；大压燃烧器上还设有吹扫装置。

10.根据权利要求6所述的一种压缩空气储能发电***，其特征在于：燃烧室前端设有一进气喷嘴，进气喷嘴为双料混合喷嘴；

所述的双料混合喷嘴由一喷嘴头、喷嘴头处设置的混合结构及与混合结构相连通的第一进气口和第二进气口；第一进气口与第一管路相连通，以供高压空气流入；第二进气口与第一供料管路相连通，以供燃料流入。