[發明專利]用于產生電能的方法和裝置

有效

• 申請號: 201310199584.5
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN103453731B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: D·格盧貝夫
• 申請（專利權）人: 林德股份公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04;F02C1/05;F01K27/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 李振東,過曉東

技術領域

本發明涉及用于產生電能的方法和裝置，其中在發電站中消耗氧，例如用于燃燒燃料(含氧燃料發電站)或用于通過部分氧化產生燃料(例如IGCC發電站內的煤或重油汽化)。本發明特別是涉及根據權利要求1前序部分所述的方法。

背景技術

在此，將氧富集的產物從蒸餾塔系統導入發電站。該導入過程可以直接進行，或者例如通過液體容器或氣體壓力存儲器形式的緩沖器間接進行。

由于電力生產可更新能量的比例變得越來越大，對此類發電站的負載靈活性的要求也越來越高。特別是含氧燃料發電站的經濟性因此不單單取決于快速和高效的負載匹配的可能性。

受特定的季節變動的影響，電能需求的波動范圍基本上通過日夜工作周期確定。若電網中的電力需求低(夜間)，則發電站應當產生盡可能少的電能；向電網的供電在此情況下甚至可能會受到罰款。若電力需求上升(日間)，則發電站又應當滿負荷和最大效率地向電網供電。

發電站在夜間的短時間停工是個運行技術上的問題。因此，發電站回到最小負載。因為始終還在產生電能，所以這些電能必須人工消除，以避免由于供給電網而受到罰款。

在例如夜間電能需求低的情況下，該系統可以在“第一運行模式”中運行。在此，蒸餾塔系統的第一工藝流以深冷液體的形式導入液體容器中，并在此儲存。因此，在第一運行模式期間，容器中的液面上升，并因此儲存能量。

“蒸餾塔系統的工藝流”在此是指直接或間接地從蒸餾塔系統排出或者為了導入蒸餾塔系統中所確定的流體。該工藝流例如可以通過低溫空氣分離設備的進料空氣、氮富集的產物或氧富集的產物形成。

相反地，在電能需求高的情況下，該系統可以在“第二運行模式”中運行，其中釋放出在液體容器中儲存的能量。在此，液體從容器導入蒸餾塔系統中，并由此利用其冷量。同時將蒸餾塔系統的第二工藝流加熱至高溫，隨后在熱膨脹式透平機中減壓，并由此產生額外的電能。在第二運行模式期間，容器中的液面下降，并由此釋放出能量。

“第二工藝流”可以具有與“第一工藝流”相同或不同的化學組成。

“熱膨脹式透平機”在此是指一種膨脹式透平機，在其入口處正常運行時具有高溫，其是為了使主要或完全通過來自蒸餾塔系統的工藝流形成的流做功減壓而設計的。因此特別是排除了主要利用燃燒廢氣運行的透平機，如同在傳統的汽輪機系統膨脹時的情況。

在熱膨脹式透平機的入口處具有的“高溫”在此是指高于環境溫度的溫度，特別是至少40℃，優選至少45℃；所述“高溫”例如在45至145℃的范圍內。

WO2005/064252A1公開了前述類型的方法和相應的裝置。在此，在“第一運行模式”中液態空氣作為深冷液體儲存，在“第二運行模式”中將可供使用的額外的冷量用于冷壓縮機中，對來自蒸餾塔系統的低壓塔的氮施加壓力，然后進行加熱并送至膨脹式透平機。

發明內容

本發明的目的在于，提供用于能量儲存的在能量方面特別有利的系統，目標是盡可能大幅度地提高滿負荷期間發電站的效率。

該目的是通過權利要求1的特征實現的。

在根據本發明的方法中，將在蒸餾塔系統中已經存在的提高的壓力用于高壓塔中，以產生膨脹式透平機所需的壓降或其中的至少一部分。已知方法中的用于蒸餾塔系統的第二工藝流的冷壓縮機是不需要的。因此一方面消除了相應的設備成本。因為省略了在能量方面不利的于低的溫度水平輸入熱量，所以根據本發明的方法特別是可以額外地產生每單位在容器中儲存的液體量明顯更多的能量。因此在本發明中，通常不使用冷壓縮機以壓縮第二工藝流。尤其是在第二運行模式期間，優選也不從低溫空氣分離設備排出冷氣體；更確切地說，優選將第二工藝流在低溫空氣分離設備的主熱交換器中進行加熱，特別是直至大約環境溫度。

本發明能夠在空氣分離設備與消耗氧的發電站如含氧燃料-燃煤發電站之間實現特別有效的能量管理。將在第一運行模式中為了使第一工藝流液化所獲得的大部分液化功在第二運行模式中在熱膨脹式透平機中回收。此類能量儲存的效率非常高，例如可以為60至65％。

若低溫空氣分離設備的蒸餾塔系統具有多于兩個用于氮氧分離的分離塔，則“高壓塔”在本發明的意義上可以通過不是低壓塔的任何分離塔即不是具有最低壓力的用于氮氧分離的分離塔形成。在三塔系統中，“高壓塔”例如可以通過具有最高工作壓力的分離塔或者通過具有第二高的工作壓力的分離塔形成。該三塔系統在本發明的意義上具有兩個“高壓塔”。

根據另一個實施方案，不對第二工藝流進行壓縮，而是在高壓塔的壓力下(扣除線路損耗)導入膨脹式透平機中。