[發(fā)明專利]一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110288847.4
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112780409B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張泉;伍剛;宋曉輝;王濤;藺奕存;閆文辰
• 申請（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F02C3/04
• 分類號: F02C3/04;F02C6/04;F02C7/00;F01K7/32;F01K11/02;F01K17/02;F01K25/08;F01D15/10;F01D25/10
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

1.一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)，其特征在于，包括液態(tài)壓縮空氣儲能系統(tǒng)和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)；

所述液態(tài)壓縮空氣儲能系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)電機(jī)(1)，空氣壓縮機(jī)電機(jī)(1)驅(qū)動空氣壓縮機(jī)(2)，空氣壓縮機(jī)(2)壓縮空氣出口連接壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器(3)氣側(cè)入口，壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器(3)的油側(cè)入口連接儲冷罐(5)，油側(cè)出口連接儲熱罐(6)，壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器(3)氣側(cè)出口分為兩路，分別連接回冷換熱器(7)超臨界壓縮空氣入口和蓄冷換熱器(8)超臨界壓縮空氣側(cè)入口，回冷換熱器(7)超臨界壓縮空氣出口和蓄冷換熱器(8)超臨界壓縮空氣側(cè)出口連接低溫液體膨脹機(jī)(13)，低溫液體膨脹機(jī)(13)連接分離器(14)，分離后的低壓液化空氣進(jìn)入低溫絕熱儲罐(15)存儲，所述蓄冷換熱器(9)的超臨界壓縮空氣進(jìn)入空氣透平側(cè)油氣換熱器(4)；

所述燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)包括與空氣透平側(cè)油氣換熱器(4)氣側(cè)出口相連的連續(xù)爆轟燃燒室(17)，連續(xù)爆轟燃燒室(17)與燃機(jī)透平(18)連接，驅(qū)動燃機(jī)發(fā)電機(jī)(19)發(fā)電；

所述分離器(14)氣側(cè)分離后的氣化氣輸入回冷換熱器(7)內(nèi)回收冷能，并將另一部分超臨界空氣液化，回冷換熱器(7)出口的低壓氣化氣則輸入空氣壓縮機(jī)(2)級間重新壓縮以回收壓力能，所述蓄冷填充床(12)通過氮氣循環(huán)風(fēng)機(jī)(10)連接蓄冷換熱器(8)，蓄冷填充床(12)通過氮氣循環(huán)風(fēng)機(jī)(11)連接蓄冷換熱器(9)；

所述燃機(jī)透平(18)排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣空氣換熱器(20)與進(jìn)入空氣透平(21)前的壓縮空氣換熱，用于提升空氣透平21的進(jìn)氣參數(shù)，經(jīng)過煙氣空氣換熱器(20)的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐(23)釋放熱能，產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸(24)做功，高壓缸排汽進(jìn)入余熱鍋爐(23)再熱器加熱后進(jìn)入汽輪機(jī)中低壓缸(25)做功，驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)(26)發(fā)電。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)(2)采用多級壓縮，每一級壓縮機(jī)對應(yīng)一臺壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器(3)，壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器(3)的數(shù)量與空氣壓縮機(jī)(2)的級數(shù)相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣透平機(jī)(21)采用多級透平，每一級透平對應(yīng)一臺透平機(jī)側(cè)油氣換熱器(4)，透平機(jī)側(cè)油氣換熱器(4)的數(shù)量與空氣透平機(jī)(21)的級數(shù)相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣透平機(jī)(21)采用多級透平，每一級透平對應(yīng)一臺煙氣空氣換熱器(20)，煙氣空氣換熱器(20)的數(shù)量與空氣透平機(jī)(21)的級數(shù)相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄冷填充床(12)采用石子或大理石作為蓄冷填充料來儲存冷量，并通過氮氣循環(huán)風(fēng)機(jī)(10)實現(xiàn)超臨界壓縮空氣的液化和氮氣循環(huán)風(fēng)機(jī)(11)實現(xiàn)液態(tài)空氣的氣化。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)，其特征在于，所述連續(xù)爆轟燃燒室(17)采用經(jīng)過透平測油氣換熱器(4)加熱后的空氣作為燃燒空氣和稀釋空氣。

7.基于權(quán)利要求1所述的一種采用連續(xù)爆轟的燃機(jī)與液態(tài)壓縮空氣儲能耦合系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于，包括以下步驟：

所述方法包括儲能模式與釋能模式；

儲能模式：

當(dāng)系統(tǒng)以儲能模式運(yùn)行時，啟動空氣壓縮機(jī)電機(jī)(1)驅(qū)動空氣壓縮機(jī)(2)運(yùn)行，空氣壓縮機(jī)出口的超臨界壓縮空氣進(jìn)入壓縮機(jī)側(cè)油氣換熱器(3)，由來自儲冷罐(5)的導(dǎo)熱油冷卻，將壓縮熱儲存在儲熱罐(6)中，經(jīng)過換熱冷卻的壓縮空氣大部分進(jìn)入蓄冷換熱器(8)，其余部分進(jìn)入回冷換熱器(7)，啟動氮氣循環(huán)風(fēng)機(jī)(10)將儲存在蓄冷填充(12)中的冷量通過氮氣循環(huán)至蓄冷換熱器(8)，在蓄冷換熱器(8)中吸收來自蓄冷填充床(12)的冷量后液化成高壓液化空氣，與經(jīng)過回冷換熱器(7)的高壓液化空氣匯合后進(jìn)入低溫液體膨脹機(jī)(13)，經(jīng)過絕熱膨脹，形成低壓液化空氣和低壓氣化氣混合物進(jìn)入分離器(14)，分離后的低壓液化空氣進(jìn)入低溫絕熱儲罐(15)存儲，分離后的氣化氣輸入回冷換熱器(7)內(nèi)回收冷能并將另一部分超臨界空氣液化，回冷換熱器(7)出口的低壓氣化氣則輸入空氣壓縮機(jī)(2)級間重新壓縮以回收壓力能；

釋能模式：

低溫絕熱儲罐(15)存儲的低壓液化空氣經(jīng)低溫泵(16)升壓后輸入蓄冷換熱器(9)超臨界空氣流道，啟動氮氣循環(huán)風(fēng)機(jī)(11)，通過循環(huán)氮氣輸入蓄冷換熱器(9)氮氣側(cè)流道并與超低溫液化空氣交換冷量，吸收冷能后的循環(huán)氮氣在氮氣循環(huán)風(fēng)機(jī)(11)驅(qū)動下進(jìn)入蓄冷填充床(12)內(nèi)與蓄冷石子直接接觸換熱，將液化空氣蒸發(fā)過程的冷能儲存在蓄冷填充床(12)內(nèi)，蓄冷換熱器(9)氮氣側(cè)流道進(jìn)口的循環(huán)氮氣溫度接近常溫，提高了冷回收效率，經(jīng)過蓄冷換熱器(9)的超臨界壓縮空氣進(jìn)入空氣透平側(cè)油氣換熱器(4)，由來自儲熱罐(6)的導(dǎo)熱油加熱，加熱超臨界壓縮空氣后的導(dǎo)熱油被冷卻至常溫，進(jìn)入儲冷罐，經(jīng)過加熱的超臨界壓縮空氣一部分在與燃料混合后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的連續(xù)爆轟燃燒室(17)進(jìn)行爆轟燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)膺M(jìn)入燃機(jī)透平(18)做功驅(qū)動燃機(jī)發(fā)電機(jī)(19)發(fā)電，另一部分加熱后的超臨界壓縮空氣進(jìn)入煙氣空氣換熱器(20)被來自燃機(jī)透平(18)出口的高溫排氣進(jìn)行二次加熱以提高空氣參數(shù)，隨后進(jìn)入空氣透平(21)驅(qū)動空氣透平發(fā)電機(jī)(22)發(fā)電，經(jīng)過煙氣空氣換熱器(20)的高溫?zé)煔馊跃哂休^高溫度，進(jìn)入余熱鍋爐(23)釋放熱能，產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸(24)做功，高壓缸排汽進(jìn)入余熱鍋爐(23)再熱器加熱后進(jìn)入汽輪機(jī)中低壓缸(25)做功，驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)(26)發(fā)電。