一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统，包括连通的压缩空气存储单元和压缩空气释能单元，压缩空气释能单元至少包括两级连通的透平，分别为空气透平和烟气透平，空气透平的进气端串接有用于加热压缩空气的第二换热器，烟气透平的进气端串接有第一补燃燃烧器，第一补燃燃烧器与空气透平之间连通有第三换热器，第三换热器用于加热进入第一补燃燃烧器的压缩空气，第二换热器和第三换热器的换热介质由烟气透平的排烟提供；本发明专利技术是以压缩空气为介质的补燃式储能系统，通过梯级利用烟气余热提高了电能存储效率；基于相对比较成熟的型式选择系统中的核心设备，降低了研发的难度和风险。研发的难度和风险。研发的难度和风险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统


[0001]本专利技术涉及一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统，属于电能存储


技术介绍

[0002]压缩空气储能：在电网负荷低谷期间，通过压缩机压缩空气，将电能转化为压缩势能存储起来，并将压缩空气运输至岩石洞穴、废弃盐洞、废弃矿井或者其他压力容器中；在电网高负荷期间，放出储气库内高压气体，经过燃烧室或换热器加热，升高至一定温度送至涡轮膨胀机，将压缩空气的热力势能转变为膨胀机的机械功输出，驱动发电机发电。
[0003]根据系统热源的不同，压缩空气储能系统可以分为：无热源的压缩空气储能系统、带储热的压缩空气储能系统和补燃式压缩空气储能系统。其中无热源压缩空气系统结构简单，但系统能量密度和效率较低，仅应用在微小型系统中。储热式压缩空气储能系统又可以分为存储压缩热和存储外来热源两种，由于压缩热和外来热源的温度决定了膨胀透平前空气的温度上限，限制了压缩空气对外的做功能力即储能规模，同时大容量的储热装置也使得储能电站的成本大幅增加。
[0004]补燃式压缩空气系统基于燃气轮机技术，但压缩机和膨胀透平不同时工作，储能时将电能储存于储气室中，释能时释放压缩空气，进入燃烧室燃烧燃料驱动膨胀透平。由于减少了压缩机耗能，相比同类燃机发电系统可以节省压气段消耗的输出功。在膨胀透平前高压力环境下的燃烧器以燃气轮机技术为基础，可以采用扩散燃烧和预混燃烧两种不同的燃烧方式：扩散燃烧指混合扩散因素起控制作用的燃烧，燃料与空气分别送入燃烧室后边掺混、边燃烧，燃烧火焰面处当量比为1，燃烧温度高，火焰稳定性好，但NOx排放高。预混燃烧指在燃烧前燃料与空气在燃料喷嘴预混器内充分混合成可燃混合气，再在燃烧室内着火燃烧，可以通过控制掺混比降低燃烧温度，进而降低NOx的生成量，但其火焰面处当量比小于1，燃烧火焰面温度低，燃烧稳定性差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统，以带补燃的压缩空气为工作介质，实现更大规模电能的存储和转换，发挥对电网负荷“削峰填谷”的调节作用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气释能系统，包括：连通的压缩空气存储单元和压缩空气释能单元；所述压缩空气释能单元至少包括连接发电机的两级连通的透平，分别为空气透平和烟气透平；所述空气透平的进气端串接有用于加热压缩空气的第二换热器；所述烟气透平的进气端串接有第一补燃燃烧器，所述第一补燃燃烧器与空气透平
之间连通有第三换热器，所述第三换热器用于加热进入第一补燃燃烧器的压缩空气，使其温度大于预混燃烧方式稳燃时所要求的温度；所述第二换热器和第三换热器的换热介质由烟气透平的排烟提供。
[0007]本技术方案中，压缩空气存储单元引出的压缩空气经过多个换热、膨胀做功和补燃环节，基于成熟的燃气轮机机型，充分利用烟气透平的排烟余热，形成一个自耦合的串级压缩空气释能发电系统。
[0008]进一步地，所述第二换热器用于流通换热介质的进口连通有第二补燃燃烧器，用于加热进入第二换热器的换热介质，所述换热介质进入第二补燃燃烧器的温度大于预混燃烧方式稳燃时所要求的温度，以使得换热介质进入第二补燃燃烧器后可保证稳定燃烧；所述第三换热器用于流通换热介质的进口连通有第三补燃燃烧器，用于加热进入第三换热器的换热介质，所述换热介质进入第三补燃燃烧器的温度大于预混燃烧方式稳燃时所要求的温度，以使得换热介质进入第二补燃燃烧器后可保证稳定燃烧。
[0009]进一步地，所述第二换热器的进气口连通有第一换热器，用于预热压缩空气，所述第一换热器的换热介质由烟气透平的排烟提供，充分利用烟气余热。
[0010]进一步地，在所述第一换热器、第二换热器和第三换热器用于流通换热介质的进出口均密封设有隔离风门和保温装置，能够维持换热器在较长时间处于温态，以满足压缩空气储能系统在频繁启停工况下快速启动的需求。
[0011]进一步地，所述压缩空气存储单元包括空气压缩系统、空气冷却系统和空气存储系统；所述空气冷却系统包括流通有冷却介质的冷却装置和第四换热器，所述第四换热器设置在空气压缩系统中，用于冷却压缩空气，所述冷却介质在第四换热器中与压缩空气换热升温后进入冷却装置冷却，经冷却降温后再返回第四换热器，形成冷却循环；所述空气压缩系统和空气存储系统连通，所述空气压缩系统输出的压缩空气存储入空气存储系统。
[0012]进一步地，所述空气压缩系统包括多段串级连接的空气压缩机，各段空气压缩机的出口处串接第四换热器，用于冷却压缩后的高温压缩气体，降低了后段空气压缩机的材质要求和制造难度，同时减少压缩空气的体积流量，降低空气压缩机的耗功。
[0013]进一步地，所述第一补燃燃烧器、第二补燃燃烧器和第三补燃燃烧器均采用预混式燃烧器，可通过控制燃料和空气的掺混比使燃烧温度低于理论燃烧温度，降低NOx的生成量。
[0014]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术以带补燃的压缩空气为工作介质，实现更大规模电能的存储和装换，发挥对电网负荷“削峰填谷”的调节作用；本专利技术的压缩空气在进入烟气透平前先进行补燃燃烧，补燃燃烧前先将压缩空气加热至预混燃烧方式所需的稳燃温度，有利于压缩空气与补燃燃料的混合物在补燃燃烧器内的稳定燃烧；本专利技术利用补燃燃料和压缩空气混合物燃烧释放的烟气余热，增加补燃式压缩空气储能系统中压缩空气的膨胀做功能力，可有效提高电能的存储效率；本专利技术的烟气透平和燃烧器的选择基于目前比较成熟的燃气轮机机型和预混燃
烧方式，降低了系统核心设备研发的难度和风险、缩短研发周期，能够有效控制NOx等污染物的排放浓度。
附图说明
[0015]图1是本专利技术提供的一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统的结构示意图。
[0016]图中：1、空气压缩机；2、电动机；3、第四换热器；4、冷却装置；5、空气存储系统；6、第一换热器；7、第二换热器；8、空气透平；9、发电机；10、第三换热器；11、第一补燃燃烧器；12、烟气透平；14、第二补燃燃烧器；15、第三补燃燃烧器。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0018]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
ꢀ“
底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统，其特征在于：包括连通的压缩空气存储单元和压缩空气释能单元；所述压缩空气释能单元至少包括连接发电机(9)的两级连通的透平，分别为空气透平(8)和烟气透平(12)；所述空气透平(8)的进气端串接有用于加热压缩空气的第二换热器(7)；所述烟气透平(12)的进气端串接有第一补燃燃烧器(11)，所述第一补燃燃烧器(11)与空气透平(8)之间连通有第三换热器(10)，所述第三换热器(10)用于加热进入第一补燃燃烧器(11)的压缩空气，使其温度大于预混燃烧方式稳燃时所要求的温度；所述第二换热器(7)和第三换热器(10)的换热介质由烟气透平(12)的排烟提供。2.根据权利要求1所述的一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统，其特征在于：所述第二换热器(7)用于流通换热介质的进口连通有第二补燃燃烧器(14)，用于加热进入第二换热器(7)的换热介质，所述换热介质进入第二补燃燃烧器(14)的温度大于预混燃烧方式稳燃时所要求的温度；所述第三换热器(10)用于流通换热介质的进口连通有第三补燃燃烧器(15)，用于加热进入第三换热器(10)的换热介质，所述换热介质进入第三补燃燃烧器(15)的温度大于预混燃烧方式稳燃时所要求的温度。3.根据权利要求1所述的一种基于预混燃烧方式的补燃式压缩空气储能系统，其特征在于：所述第二换热器(7)的进气口连通有第一换热器(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱学成，吴斌，李季，李睿，肖军，陈皓宇，李雪倩，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：