CN220018284U - 压缩空气储能余热回收储热利用*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种压缩空气储能余热回收储热利用***，包括：压缩空气储热单元、低温膨胀机余热回收单元、空气膨胀机余热回收单元和ORC膨胀机余热回收单元；所述压缩空气储热单元包括空气压缩机、第一换热单元、冷水罐和热水罐；所述低温膨胀机余热回收单元包括第二换热单元、低温膨胀机和液态空气储罐；所述空气膨胀机余热回收单元包括第三换热单元和空气膨胀机；所述ORC膨胀机余热回收单元包括冷凝器、ORC膨胀机、蒸发器和热交换器。本实用新型具备综合能源利用率高，***安全、稳定、高效运行的优点，解决了现有***中多余的热量不便回收利用，能量浪费的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于余热利用技术领域，具体涉及一种压缩空气储能余热回收储热利用***。
背景技术
压缩空气储能具有储能容量大、建设成本低、储能效率高和适应性强等优点，被认为是最具有广阔发展前景的大规模储能技术之一。目前，压缩空气储能示范电站大都采用非补燃、绝热型式，即电站无外部热源或其他能源，只接收电网供电用于驱动空气压缩机，压缩过程产生的热量通过储热介质储存，待释能时加热压缩空气，提高气体的做功能力，进而驱动气轮发电机组对外供电。压缩和储热过程中存在大量散热损失和加热器端差能量损耗，膨胀发电时排气温度过高也存在一定的能量损失，这导致目前压缩空气储能电站的效率不足70％。现在压缩空气储能***压缩过程产生的热量通常使用导热油储存，导热油价格偏高，而且使用导热油储热***检修复杂。而储电－放电周期结束后，储热***仍剩余一部分热量无法利用，以往工程都需要消耗厂用电和循环冷却水，确保储热***“归零”，这也进一步降低了压缩空气储能电站的效率。
因此，如何有效回收利用压缩电站的余热，是提高电站综合效率，降低运营成本的关键。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种压缩空气储能余热回收储热利用***，可有效解决上述问题。
本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型提供一种压缩空气储能余热回收储热利用***，包括：压缩空气储热单元(1)、低温膨胀机余热回收单元(2)、空气膨胀机余热回收单元(3)和ORC膨胀机余热回收单元(4)；
所述压缩空气储热单元(1)包括空气压缩机(1.1)、第一换热单元(1.2)、冷水罐(1.3)和热水罐(1.4)；所述低温膨胀机余热回收单元(2)包括第二换热单元(2.1)、低温膨胀机(2.2)和液态空气储罐(2.3)；所述空气膨胀机余热回收单元(3)包括第三换热单元(3.1)和空气膨胀机(3.2)；所述ORC膨胀机余热回收单元(4)包括冷凝器(4.1)、ORC膨胀机(4.2)、蒸发器(4.3)和热交换器(4.4)；
所述第一换热单元(1.2)的压缩空气进口与所述空气压缩机(1.1)的压缩空气出口连通；所述第一换热单元(1.2)的压缩空气出口与所述第二换热单元(2.1)的压缩空气进口连通；所述第一换热单元(1.2)的进水口与所述冷水罐(1.3)连通；所述第一换热单元(1.2)的出水口与所述热水罐(1.4)连通；
所述第二换热单元(2.1)的出液口与所述低温膨胀机(2.2)的进液口连通；所述低温膨胀机(2.2)的出液口与所述液态空气储罐(2.3)连通；所述液态空气储罐(2.3)的出液口经所述第二换热单元(2.1)后连接到所述冷凝器(4.1)的冷侧进口；所述冷凝器(4.1)的冷侧出口连接到所述蒸发器(4.3)的热侧进口；所述蒸发器(4.3)的热侧出口连接到所述热交换器(4.4)的热侧进口；所述热交换器(4.4)的热侧出口连接到所述冷水罐(1.3)；
所述热水罐(1.4)的出水口与所述蒸发器(4.3)的冷侧进口连通；所述蒸发器(4.3)的冷侧出口与所述ORC膨胀机(4.2)的蒸汽进口连通；所述ORC膨胀机(4.2)的蒸汽出口与所述冷凝器(4.1)的热侧进口连通；所述冷凝器(4.1)的热侧出口连通到所述第三换热单元(3.1)的冷侧进口；所述第三换热单元(3.1)的冷侧出口与所述空气膨胀机(3.2)的进气连通；所述第三换热单元(3.1)的热侧进口与所述热水罐(1.4)连通；所述第三换热单元(3.1)的热侧出口与所述冷水罐(1.3)连通。
优选的，所述空气压缩机(1.1)包括级联连接的多台空气压缩机；每台所述空气压缩机的压缩空气出口连接到一台所述第一换热单元(1.2)的压缩空气进口，该第一换热单元(1.2)的压缩空气出口连通到下一台所述空气压缩机的压缩空气进口，形成串联连接。
优选的，所述第二换热单元(2.1)包括换热器(2.1.1)、气化换热器(2.1.2)、第一储冷罐(2.1.3)和第二储冷罐(2.1.4)；
所述第一储冷罐(2.1.3)的出口与所述气化换热器(2.1.2)的热侧进口连通；所述气化换热器(2.1.2)的热侧出口与所述第二储冷罐(2.1.4)的进口连通；所述第二储冷罐(2.1.4)的出口与所述换热器(2.1.1)的冷侧进口连通；所述换热器(2.1.1)的冷侧出口与所述第一储冷罐(2.1.3)连通。
优选的，所述空气膨胀机(3.2)包括级联连接的多台空气膨胀机；每台所述空气膨胀机的出口连接到一台所述第三换热单元(3.1)的冷侧进口，该第三换热单元(3.1)的冷侧出口连通到下一台所述空气膨胀机(3.2)的进气口，形成串联连接。
本实用新型提供的压缩空气储能余热回收储热利用***具有以下优点：
本实用新型提供一种压缩空气储能余热回收储热利用***，是一种基于压缩空气储能的余热回收储能利用***，具备综合能源利用率高，***安全、稳定、高效运行的优点，解决了现有***中多余的热量不便回收利用，能量浪费的问题。
附图说明
图1为本实用新型提供的压缩空气储能余热回收储热利用***的结构示意图；
图2为本实用新型提供的压缩空气储能余热回收储热利用***的增加附图标记后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提供一种压缩空气储能余热回收储热利用***，是一种基于压缩空气储能的余热回收储能利用***，具备综合能源利用率高，***安全、稳定、高效运行的优点，解决了现有***中多余的热量不便回收利用，能量浪费的问题。
具体具有以下特点：
(1)利用高压水作为空气压缩机级间余热储热介质，水储热技术具有热效率高、运行费用低、运行安全稳定、维修方便等优点。
(2)引入了有机朗肯ORC发电***，多余的热量用于ORC***发电，提升***热效率与***经济性。
(3)引入供热***，目前国内压缩空气储能电站大多建设在电网侧，位置相对偏僻，集中供热或化石能源供热的难度和成本均较高，冬季可以利用多余的热量解决办公区生活区供暖及生活热水问题。
参考图1和图2，本实用新型提供一种压缩空气储能余热回收储热利用***，包括压缩空气储热单元1、低温膨胀机余热回收单元2、空气膨胀机余热回收单元3和ORC膨胀机余热回收单元4；
压缩空气储热单元1包括空气压缩机1.1、第一换热单元1.2、冷水罐1.3和热水罐1.4；低温膨胀机余热回收单元2包括第二换热单元2.1、低温膨胀机2.2和液态空气储罐2.3；空气膨胀机余热回收单元3包括第三换热单元3.1和空气膨胀机3.2；ORC膨胀机余热回收单元4包括冷凝器4.1、ORC膨胀机4.2、蒸发器4.3和热交换器4.4；
第一换热单元1.2的压缩空气进口与空气压缩机1.1的压缩空气出口连通；第一换热单元1.2的压缩空气出口与第二换热单元2.1的压缩空气进口连通；第一换热单元1.2的进水口与冷水罐1.3连通；第一换热单元1.2的出水口与热水罐1.4连通；
第二换热单元2.1的出液口与低温膨胀机2.2的进液口连通；低温膨胀机2.2的出液口与液态空气储罐2.3连通；液态空气储罐2.3的出液口经第二换热单元2.1后连接到冷凝器4.1的冷侧进口；冷凝器4.1的冷侧出口连接到蒸发器4.3的热侧进口；蒸发器4.3的热侧出口连接到热交换器4.4的热侧进口；热交换器4.4的热侧出口连接到冷水罐1.3；
热水罐1.4的出水口与蒸发器4.3的冷侧进口连通；蒸发器4.3的冷侧出口与ORC膨胀机4.2的蒸汽进口连通；ORC膨胀机4.2的蒸汽出口与冷凝器4.1的热侧进口连通；冷凝器4.1的热侧出口连通到第三换热单元3.1的冷侧进口；第三换热单元3.1的冷侧出口与空气膨胀机3.2的进气连通；第三换热单元3.1的热侧进口与热水罐1.4连通；第三换热单元3.1的热侧出口与冷水罐1.3连通。
作为一个具体实施例，空气压缩机1.1包括级联连接的多台空气压缩机；每台空气压缩机的压缩空气出口连接到一台第一换热单元1.2的压缩空气进口，该第一换热单元1.2的压缩空气出口连通到下一台空气压缩机的压缩空气进口，形成串联连接。
作为一个具体实施例，第二换热单元2.1包括换热器2.1.1、气化换热器2.1.2、第一储冷罐2.1.3和第二储冷罐2.1.4；第一储冷罐2.1.3的出口与气化换热器2.1.2的热侧进口连通；气化换热器2.1.2的热侧出口与第二储冷罐2.1.4的进口连通；第二储冷罐2.1.4的出口与换热器2.1.1的冷侧进口连通；换热器2.1.1的冷侧出口与第一储冷罐2.1.3连通。
作为一个具体实施例，空气膨胀机3.2包括级联连接的多台空气膨胀机；每台空气膨胀机的出口连接到一台第三换热单元3.1的冷侧进口，该第三换热单元3.1的冷侧出口连通到下一台空气膨胀机3.2的进气口，形成串联连接。
本实用新型提供一种压缩空气储能余热回收储热利用***，其工作原理为：
(一)储热过程
压缩空气储热单元1，用于以热水为储热介质，储存压缩空气在空气压缩机级间压缩产生的热量。
具体的，在附图中，以设置三台空气压缩机1.1为例，分别为：第一台空气压缩机C1、第二台空气压缩机C2和第三台空气压缩机C3。第一换热单元1.2对应设置三台，分别称为：1号换热器、2号换热器和3号换热器。
空气经第一台空气压缩机C1压缩后，排出约179℃的压缩空气；约179℃的压缩空气流经1号换热器进行换热，排出约44℃的压缩空气，并流入第二台空气压缩机C2；第二台空气压缩机C2排出约217℃的压缩空气，流经2号换热器进行换热，排出约50℃的压缩空气；约50℃的压缩空气经第三台空气压缩机C3压缩后，排出约227℃的压缩空气，并流入3号换热器进行换热，3号换热器排出约52℃的压缩空气，用于流入低温膨胀机余热回收单元2，推动低温膨胀机2.2做功发电，实现余热利用。
同时，在上述过程中，冷水罐1.3储存冷水，通过流经1号换热器、2号换热器和3号换热器后，吸收压缩空气压缩时释放的热量，变为热水，并储存在热水罐1.4中。
热水罐1.4中的热水，用于向空气膨胀机余热回收单元3和ORC膨胀机余热回收单元4提供热源，推动空气膨胀机3.2和ORC膨胀机4.2做功发电，实现余热利用。
(二)低温膨胀机余热回收单元2
3号换热器排出约52℃的压缩空气后，经第二换热单元2.1换热后温度降低，得到液态空气，并驱动低温膨胀机2.2做功发电，低温膨胀机2.2发电后产生的液态空气储存在液态空气储罐2.3；
液态空气储罐2.3中的液态空气，有两种用途：第一种，液态空气经第二换热单元2.1换热后，重新流入到空气压缩机1.1的空气进口；通过第二换热单元2.1，实现对液态空气储罐2.3中的液态空气的冷量的利用。第二种，作为ORC膨胀机余热回收单元4中的冷源，实现对液态空气储罐2.3中的液态空气的冷量的利用，具体过程在后续ORC膨胀机余热回收单元4中详细介绍。
(三)ORC膨胀机余热回收单元4
热水罐1.4中储存的热水，流经蒸发器4.3加热为高温蒸汽后，驱动ORC膨胀机4.2作功，实现对热水罐1.4中储存的热水的利用。ORC膨胀机4.2作功排出的蒸汽经冷凝器4.1冷凝后，流入到空气膨胀机余热回收单元3的第三换热单元3.1，作为第三换热单元3.1的冷源。而液态空气储罐2.3中的液态空气，经冷凝器4.1换热升温后，流入蒸发器4.3作为热源，经蒸发器4.3降温后再流入热交换器4.4，用于加热生活供水。从热交换器4.4流出的水流回到冷水罐1.3存储。
(四)空气膨胀机余热回收单元3
冷凝器4.1冷凝后的液体流入到第三换热单元3.1，经第三换热单元3.1换热升温后，驱动空气膨胀机3.2作功。而热水罐1.4中储存的热水，作为第三换热单元3.1的热源介质，提供热量，实现对热水罐1.4中储存的热水的利用。
由此可见，本实用新型提供一种压缩空气储能余热回收储热利用***，空气经空气压缩机压缩，压缩过程产生的热量由低温水带走，升温后的高温水储存在热水罐中，完成热水罐的储能过程。当***释能时，压缩空气(高压冷空气)经第二换热单元进一步降温，随后推动低温膨胀机做功发电，完成释能过程。另外，热水罐中的热水，分别作为空气膨胀机和ORC膨胀机的热源，完成热源的利用。
需要说明的是，为提高***功率和效率，空气压缩机和空气膨胀机一般采用多级方案，换热***也相应设置多级。压缩空气***余热是指上述工艺流程中不能回收或无法回收的热量。
另外，在利用热水罐中的热水的同时，对低温膨胀机、空气膨胀机和ORC膨胀机的余热进行充分回收利用。
因此，本实用新型提供了一种基于压缩空气储能的余热回收储能利用***，具备综合能源利用率高，***安全、稳定、高效运行的优点，解决了现有***中多余的热量不便回收利用，能量浪费的问题。
本实用新型是一种以高压热水为储热介质的压缩空气储能***余热利用，该***优化压缩空气储能***和余热利用***，具体包括以下优点：
1、压缩空气储能***余热利用，以带压水作为储热介质，通过提高水***的压力从而提高饱和温度。初步设定工作压力为2MPa(a)，在50～210℃范围内循环储、放热过程中，能够维持10℃以上的过冷度，确保储热***不汽化。在这种***中，级间换热、蓄热装置是其中的关键核心部件。
2、***储能时，蓄热装置蓄积压缩机产生的压缩热；***释能时，蓄热装置释放蓄积的热量，增加膨胀机的输出功率，提高***的储能效率。同时多余的热量还用于有机朗肯ORC发电。有机朗肯ORC发电***中冷凝器的冷量来源于液化空气的冷量，省去了循环水的用量，还提升了***整体效率。
3、从ORC发电***出来的热水再与生活供热循环水换热，解决了办公区生活区供暖及生活热水问题。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种压缩空气储能余热回收储热利用***，其特征在于，包括：压缩空气储热单元(1)、低温膨胀机余热回收单元(2)、空气膨胀机余热回收单元(3)和ORC膨胀机余热回收单元(4)；
所述压缩空气储热单元(1)包括空气压缩机(1.1)、第一换热单元(1.2)、冷水罐(1.3)和热水罐(1.4)；所述低温膨胀机余热回收单元(2)包括第二换热单元(2.1)、低温膨胀机(2.2)和液态空气储罐(2.3)；所述空气膨胀机余热回收单元(3)包括第三换热单元(3.1)和空气膨胀机(3.2)；所述ORC膨胀机余热回收单元(4)包括冷凝器(4.1)、ORC膨胀机(4.2)、蒸发器(4.3)和热交换器(4.4)；
所述第一换热单元(1.2)的压缩空气进口与所述空气压缩机(1.1)的压缩空气出口连通；所述第一换热单元(1.2)的压缩空气出口与所述第二换热单元(2.1)的压缩空气进口连通；所述第一换热单元(1.2)的进水口与所述冷水罐(1.3)连通；所述第一换热单元(1.2)的出水口与所述热水罐(1.4)连通；
所述第二换热单元(2.1)的出液口与所述低温膨胀机(2.2)的进液口连通；所述低温膨胀机(2.2)的出液口与所述液态空气储罐(2.3)连通；所述液态空气储罐(2.3)的出液口经所述第二换热单元(2.1)后连接到所述冷凝器(4.1)的冷侧进口；所述冷凝器(4.1)的冷侧出口连接到所述蒸发器(4.3)的热侧进口；所述蒸发器(4.3)的热侧出口连接到所述热交换器(4.4)的热侧进口；所述热交换器(4.4)的热侧出口连接到所述冷水罐(1.3)；
所述热水罐(1.4)的出水口与所述蒸发器(4.3)的冷侧进口连通；所述蒸发器(4.3)的冷侧出口与所述ORC膨胀机(4.2)的蒸汽进口连通；所述ORC膨胀机(4.2)的蒸汽出口与所述冷凝器(4.1)的热侧进口连通；所述冷凝器(4.1)的热侧出口连通到所述第三换热单元(3.1)的冷侧进口；所述第三换热单元(3.1)的冷侧出口与所述空气膨胀机(3.2)的进气连通；所述第三换热单元(3.1)的热侧进口与所述热水罐(1.4)连通；所述第三换热单元(3.1)的热侧出口与所述冷水罐(1.3)连通。
2.根据权利要求1所述的压缩空气储能余热回收储热利用***，其特征在于，所述空气压缩机(1.1)包括级联连接的多台空气压缩机；每台所述空气压缩机的压缩空气出口连接到一台所述第一换热单元(1.2)的压缩空气进口，该第一换热单元(1.2)的压缩空气出口连通到下一台所述空气压缩机的压缩空气进口，形成串联连接。
3.根据权利要求1所述的压缩空气储能余热回收储热利用***，其特征在于，所述第二换热单元(2.1)包括换热器(2.1.1)、气化换热器(2.1.2)、第一储冷罐(2.1.3)和第二储冷罐(2.1.4)；
所述第一储冷罐(2.1.3)的出口与所述气化换热器(2.1.2)的热侧进口连通；所述气化换热器(2.1.2)的热侧出口与所述第二储冷罐(2.1.4)的进口连通；所述第二储冷罐(2.1.4)的出口与所述换热器(2.1.1)的冷侧进口连通；所述换热器(2.1.1)的冷侧出口与所述第一储冷罐(2.1.3)连通。
4.根据权利要求1所述的压缩空气储能余热回收储热利用***，其特征在于，所述空气膨胀机(3.2)包括级联连接的多台空气膨胀机；每台所述空气膨胀机的出口连接到一台所述第三换热单元(3.1)的冷侧进口，该第三换热单元(3.1)的冷侧出口连通到下一台所述空气膨胀机(3.2)的进气口，形成串联连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |