利用退役煤电机组双压余热回收利用压缩空气储电系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种利用退役煤电机组设备管道的余热回收分段式压缩空气储能系统，可广泛应用于化工行业、冶金行业和电力行业，利用废弃燃煤电站、“关而不拆”、具有应急发电功能的燃煤电站转型为储能电站的领域。

背景技术：

2.随着国家3060碳达峰碳中和战略的推进，能源结构由化石能源向可再生能源调整步伐加快，全国“十三五”关停煤电机组超过2000万千瓦容量，预计“十四五”期间采用“关而不拆”模式停机备用的燃煤电站将继续增加，“十三五”、“十四五”期间关停的机组已为大中型煤电机组，机组运行时间较短、剩余寿命比较长。“十三五”关停煤电机组大部分设备和管道以废铁形式处理，废弃土地资源有待恢复， 造成大量资产闲置和浪费，为此国家发改委国家能源局先后发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》（发改能源【2021】1051号文）、《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》（发改能源【2022】206号文）提出支持利用退役火电机组的既有厂址和相关设施建设新型储能设施或改造为同步调相机，进一步为退役燃煤机组的资源循环利用指明方向。

3.目前国内相关的前期研究一方面聚焦在将退役煤电机组改造为电加热器+熔盐蓄热+汽轮发电机组发电的模式，但锅炉等压力容器同样需要拆除，同时由于原有汽水循环系统固有的低效率，造成投资巨大、电-电转换效率较低；另一方面聚焦于利用燃煤电站的土地资源、电气变电站（开关站）、发电机改造为调相机的利用。占退役燃煤机组的工艺设备投资额度超过60%的热力系统设备和管道未得到充分利用，造成可用资源的大量浪费。本实用新型在不改变退役燃煤机组的应急发电功能前提下，通过增加少量的压缩空气储电设备和换热设备，实现燃煤机组热力系统和设备作为储存容器的梯级循环利用，大幅度提高原有设备管道的利用率，降低储电电站的造价，通过二级串联压缩空气储能降低空压机压比减少损失和对空气高压压缩过程中的废热回收至空气透平做功，提高电能转换效率。

技术实现要素：

4.实用新型的目的是提供一种利用退役煤电机组双压余热回收利用压缩空气储电系统。

5.本实用新型的技术方案具体为：

6.利用退役煤电机组双压余热回收利用压缩空气储电系统，本实用新型将燃煤机组原有的中压加热器水侧空间、高压加热器水侧空间、燃煤锅炉给水侧和过热蒸汽侧空间、主给水管道、主蒸汽管道和新增加的电动多级高压空气压缩机、高压空气透平发电机组、高压空气压缩机出口电动阀、第一气水换热器气侧、高压空气透平进口电动阀通过管道连接，组成高压压缩空气储电系统；其中，电动多级高压空气压缩机通过第一气水换热器出口电动阀与原有机组的主给水管道连接，高压空气透平发电机组通过第一气水换热器气侧进口电动阀与原有机组的主蒸汽管道连接；

7.将燃煤机组原有的燃煤锅炉再热蒸汽侧空间、高压加热器蒸汽侧空间、低压加热器水侧空间、中压加热器蒸汽侧空间、除氧器、电动低压空气压缩机、原有低压储气罐与新增的电动低压空气压缩机、低压空气透平发电机组、第二低压集气联箱、第一低压集气联箱相连接，组成低压压缩空气储电系统；

8.新增的高压空气压缩机进口电动阀与第一低压集气联箱通过管道联接，新增的高压空气透平出口电动阀与第二低压集气联箱通过管道联接，将高压空气压缩储电系统与低压空气压缩储电系统形成串联系统，低压空气储存系统通过低压空气压缩机、低压空气透平发电机组与大气环境联接，形成空气由大气到高压、再由高压到大气的循环流程；通过第一气水换热器、第二气水换热器将压缩空气与水系统连接，实现压缩空气与水之间的热能传递，将分段式压缩空气储能系统与压缩机余热回收利用系统连接，构建成完整的退役煤电机组余热回收分段式压缩空气储能系统。

9.电动多级高压空气压缩机连接有高压空气压缩机进口电动阀，高压空气透平发电机组连接高压空气透平进口电动阀。

10.将燃煤机组原有的化学除盐水箱隔离为热水储罐和冷水储罐，原有的除盐水泵隔离为热水升压泵和冷水升压泵，与新增加的第一气水换热器水侧、第二气水换热器水侧相连接，组成压缩机余热回收利用系统。

11.本实用新型的有益效果为：本实用新型依据原有设备管道系统特点，将燃煤机组原有的热力系统管道和设备分为高压、低压2个压力级别压缩空气储存系统、冷热水储存系统，增加适量的空气压缩机、透平发电机组和换热器，通过管道、阀门、换热器将高压、低压压缩空气储存系统相连接，形成了二级串联的、具有余热回收功能的压缩空气储能系统，实现尽最大可能利用退役火电机组的设备、管道，提高退役燃煤电站可用资源的循环利用率，减少资源浪费，降低储能电站的投资，提高压缩空气储能电站的电-电转换效率的目的。

附图说明

12.图1为本实用新型的原理图。

具体实施方式

13.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

14.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

15.如图1所示，利用退役煤电机组双压余热回收利用压缩空气储电系统，本实用新型根据退役燃煤机组的热力系统参数特点，将燃煤机组原有的热力系统管道和设备分为高压（14~17mpa)、低压(~1.0mpa）2个压力级别压缩空气储存系统、将化学除盐水设备和管道分隔为冷热水储存系统。

16.原有的热力系统管道和设备包括：燃煤锅炉1、蒸汽轮机2、发电机/调相机3、凝汽器4、除氧器7。其中，燃煤锅炉1通过主蒸汽管道100连接蒸汽轮机2的高压缸，燃煤锅炉1通过再热热段蒸汽管道101连接蒸汽轮机2的中压缸，发电机/调相机3连接蒸汽轮机2的低压缸。从蒸汽轮机2高压缸输出再热冷段蒸汽管道102和一段抽汽管道108，其中，一段抽汽管道108进入第一高压加热器10，再热冷段蒸汽管道102分别连接燃煤锅炉1和第二高压加热器50，也就是说，从蒸汽轮机2高压缸出来的蒸汽，一部分回燃煤锅炉1，另一部分连通二段抽汽管道103，通过二段抽汽管道103进入第二高压加热器50。

17.从蒸汽轮机2中压缸输出的三段抽汽管道104和四段抽汽管道105，其中，三段抽汽管道104分别连通中压加热器9和第二低压集气联箱18，四段抽汽管道105连通除氧器7，除氧器7通过主给水管道107连通中压加热器9水侧，给水泵8设置在除氧器7出口侧的主给水管道107上。同时，蒸汽轮机2低压缸连通凝汽器4，经凝汽器4生成的凝结水通过凝结水泵5泵入低压加热器6，低压加热器6可以为二个或更多个，布置位置也灵活多变。低压加热器6通过主凝结水管道106进入除氧器7。上述内容除第二低压集气联箱18需要新建外，其余为利用已有热力系统的设备和管道。

18.本实用新型将燃煤机组原有的中压加热器9水侧空间、高压加热器10水侧空间、燃煤锅炉1给水侧和过热蒸汽侧空间、主给水管道107、主蒸汽管道100和新增加的电动多级高压空气压缩机11、高压空气透平发电机组14、高压空气压缩机出口电动阀22、第一气水换热器27气侧、高压空气透平进口电动阀20及连接管道组成高压压缩空气储电系统。其中，电动多级高压空气压缩机11通过第一气水换热器出口电动阀19与原有机组的主给水管道107连接，高压空气透平发电机组14通过第一气水换热器气侧进口电动阀32与原有机组的主蒸汽管道100连接，组成高压压缩空气储电系统。电动多级高压空气压缩机11连接有高压空气压缩机进口电动阀31，高压空气透平发电机组14连接高压空气透平进口电动阀20，高压空气压缩机进口电动阀31和高压空气透平进口电动阀20起到高压系统充放电时的切换作用，第一气水换热器出口电动阀19、第二气水换热器气侧进口电动阀32起到煤电机组不同运行方式的切换和隔离作用。

19.另外，本实用新型将燃煤机组原有的燃煤锅炉1再热蒸汽侧空间、高压加热器10蒸汽侧空间、低压加热器6水侧空间、中压加热器9蒸汽侧空间、除氧器7、电动低压空气压缩机13、原有低压储气罐15及连接管道、相关隔断阀门等，与新增的电动低压空气压缩机12、低压空气透平发电机组16、第二低压集气联箱18、第一低压集气联箱17及连接管道组成低压压缩空气储电系统。

20.新增的高压空气压缩机进口电动阀31与第一低压集气联箱17通过管道联接，新增的高压空气透平出口电动阀23与第二低压集气联箱18通过管道联接，将高压空气压缩储电系统与低压空气压缩储电系统形成串联系统，低压空气储存系统通过低压空气压缩机12、低压空气透平发电机组16与大气环境联接，形成空气由大气到高压，再由高压到大气的循环流程。通过第一气水换热器27、第二气水换热器28将压缩空气与水系统连接，实现压缩空气与水之间的热能传递，将分段式压缩空气储能系统与压缩机余热回收利用系统连接，构建成完整的退役煤电机组余热回收分段式压缩空气储能系统。

21.进一步地，将燃煤机组原有的化学除盐水箱隔离为热水储罐29、冷水储罐30，原有的除盐水泵隔离为热水升压泵38、冷水升压泵37，与新增加的第一气水换热器27水侧、第二

气水换热器28水侧相连接，组成压缩机余热回收利用系统。

22.本实用新型的工作原理是：

23.高压压缩空气储存系统通过高压空气压缩机11、高压空气透平发电机组14及高压空气压缩机进口电动阀31、高压空气透平出口电动阀23与低压压缩空气储存系统串联联接，低压空气储存系统通过低压空气压缩机12、低压空气透平发电机组16与大气环境联接，形成空气由大气到高压，再由高压到大气的循环流程。在电网电力富余时通过将电能转化为空气的压缩势能储存起来，在电网电力短缺时，将空气的压缩势能转化为电能释放出来，构成二级分段式压缩空气储电系统。在高压压缩机出口、高压空气透平发电机组14进口设置第一气水换热器27、第二气水换热器28，与已有的冷热水储存系统联接，在高压空气压缩机工作时，将空气压缩的热量换热为热水储存于热水储罐29内，在高压空气透平发电机组14工作时，将热水储罐29内热水储存的热量释放至压缩空气中，换热后的冷水储存于冷水储罐30内，实现压缩空气与水之间的热能传递，将分段式压缩空气储能系统与压缩机余热回收利用系统连接，构建成完整的退役煤电机组余热回收分段式压缩空气储能系统。新增的压缩空气储电系统配备隔离阀门，在机组恢复燃煤发电功能时，对压缩空气储电设备进行隔离，保证原有热力系统的安全运行。

24.将燃煤机组原有的燃煤锅炉1再热蒸汽侧空间、高压加热器10蒸汽侧空间、低压加热器6水侧空间、再热蒸汽管道102、一段抽汽管道108、二段抽汽管道103、主凝结水管道、中压加热器9蒸汽侧空间、除氧器7、三段抽汽管道104、四段抽汽管道105、电动低压空气压缩机13、原有低压储气罐15、相关隔断阀门和新增的低压空气压缩机12、低压空气透平发电机组16、低压空气压缩机出口电动阀24、低压空气透平进口电动阀26、第二低压集气联箱18、第一低压集气联箱17、低压系统充放气电动阀25通过管道连接起来，组成低压压缩空气储电系统。原有低压储气罐15、新增的电动低压空气压缩机12通过低压空气压缩机出口电动阀24、低压空气透平发电机组16通过低压空气透平进口电动阀26，分布与第二低压集气联箱18连接，第二低压集气联箱18通过低压系统充放气电动阀25分别与原有机组的三段抽汽管道104、四段抽汽管道105相连接，从而将原燃煤机组热力系统相关的抽汽、辅汽、除氧器等低压系统连接起来。第二低压集气联箱18通过低压系统充放气电动阀41及联络母管与第一低压集气联箱17连接、第一低压集气联箱17通过低压系统充放气电动阀42分别与原有机组的一段抽汽管道108、二段抽汽管道103、主凝结水管道，将原燃煤机组热力系统相关的再热蒸汽、凝结水等低压系统连接起来。新增的高压空气压缩机进口电动阀31与第一低压集气联箱17通过管道联接，新增的高压空气透平出口电动阀23与第二低压集气联箱18通过管道联接，将高压空气压缩储电系统与低压空气压缩储电系统形成串联系统，低压空气储存系统通过低压空气压缩机12、低压空气透平发电机组16与大气环境联接，形成空气由大气到高压，再由高压到大气的循环流程，构建成分段式压缩空气储能系统，系统储存容量匹配靠调整第二低压集气联箱18的容积实现。低压空气压缩机出口电动阀24、低压空气透平进口电动阀26起到低压系统充放电时的切换作用，低压系统充放气电动阀25、低压系统充放气电动阀42起到煤电机组不同运行方式的切换和隔离作用。

25.将燃煤机组原有的化学除盐水箱隔离为热水储罐29、冷水储罐30，作为主要储水和热量的容器，原有的除盐水泵隔离为热水升压泵38、冷水升压泵37，作为水侧系统循环的动力设备，与新增加的第一气水换热器27水侧、第二气水换热器28水侧、第一气水换热器水

侧进口电动阀33、第一气水换热器水侧出口电动阀34、第二气水换热器水侧进口电动阀35、第二气水换热器水侧出口电动阀36相连接，组成压缩机余热回收利用系统。通过第一气水换热器27气侧、第二气水换热器28气侧与压缩空气管道相连，实现压缩空气与水之间的热能传递，将分段式压缩空气储能系统与压缩机余热回收利用系统连接，实现整个完整系统的低投资、高效率目标。

26.本实用新型的工作过程如下：

27.煤电机组运行模式切换准备阶段：余热回收及压缩空气储能系统安装建设完成后，燃煤机组切换为储能/调相模式，燃煤锅炉1、蒸汽轮机2、凝汽器4、凝结水泵5、给水泵8处于停运状态，蒸汽轮机2低压转子移出、发电机3改为调相机运行，打开主蒸汽管道、主给水管道、再热冷段管道、再热热段管道、锅炉燃煤锅炉本体汽水管道、各段抽汽管道、凝结水管道、各级加热器设备的疏放水阀门，通过放水管道将热力系统设备、管道内的水排至电厂化学水池和除盐水箱储存，待设备、管道内水排放完毕后，关闭放水阀。第一气水换热器气侧出口电动阀19、第二气水换热器气侧进口电动阀32、低压系统充放气电动阀25、低压系统充放气电动阀42处于关闭状态。当煤电机组由储电/调相模式改为应急发电模式时，蒸汽轮机2低压转子恢复安装、调相机3改为发电机运行模式，关闭第一气水换热器气侧出口电动阀19、第二气水换热器气侧进口电动阀32、低压系统充放气电动阀25、低压系统充放气电动阀42，进行系统隔离，煤电机组恢复各设备、各系统的应急发电功能。对于废弃燃煤电站，不需要考虑煤电机组恢复应急发电功能。

28.储电阶段：在外部电网电量富余需要储电时，打开低压空气压缩机出口电动阀24、已有低压空压机出口电动阀21、低压系统充放气电动阀25、低压系统充放气电动阀42、低压系统充放气电动阀41、第一气水换热器气侧进口电动阀22、第一气水换热器气侧出口电动阀19、高压空气压缩机进口电动阀31，投运新增电动低压空气压缩机12、原有电动低压空气压缩机13将空气加压，关闭低压空气透平进口电动阀26、停运低压空气透平发电机组16，关闭原有低压系统相关隔断阀门、放水阀门进行低压系统封闭，增压后的压缩空气通过第二低压集气联箱18、低压系统充放气电动阀25管道进入燃煤机组的中压加热器9蒸汽侧空间、除氧器7、三段抽汽管道、四段抽汽及辅助蒸汽管道内，增压后的压缩空气通过联络管道、低压系统充放气电动阀41、第一低压集气联箱17、低压系统充放气电动阀42及管道进入燃煤机组原有的燃煤锅炉1再热蒸汽侧空间、高压加热器10蒸汽侧空间、低压加热器6水侧空间、再热蒸汽冷段管道、一段抽汽管道、二段抽汽管道、主凝结水管道内，同时增压后的压缩空气通过第二低压集气联箱18、高压空气压缩机进口电动阀31进入燃煤机组原有的中压加热器9水侧空间、高压加热器10水侧空间、燃煤锅炉1给水侧和过热蒸汽侧空间、主给水管道、主蒸汽管道的高压系统内，关闭第二气水换热器气侧进口电动阀32、高压空气透平进口电动阀20、高压空气透平出口电动阀23、停运高压空气透平发电机组14，关闭原有高压系统相关隔断阀门、放水阀门进行高压系统封闭，低压空气压缩机13将电能转化为压缩空气压力势能储存于低压管道和设备组成的容器内。当低压储气系统的压力达到一定值约0.8mpa时，打开冷水罐出口电动阀39、投运冷水升压泵37，打开第一气水换热器水侧进口电动阀33、第一气水换热器水侧出口电动阀34、投运第一气水换热器27，热水进入热水储罐29，关闭热水罐出口电动阀40，建立水循环后，投运电动多级高压空气压缩机11，将进入燃煤机组原有的中压加热器9水侧空间、高压加热器10水侧空间、燃煤锅炉1给水侧等高压系统储存

空间的压缩空气压力进一步提高，电动多级高压空气压缩机11将电能转化为压缩空气压力势能储存于高压管道和设备组成的容器内。压缩空气由低压~1.0mpa升高到14~17mpa过程中产生的压缩热能，通过气水换热器1换热后，以高温热水介质将热量回收储存于热水储罐内。

29.当高、低压储气系统的压力达到设定值时，分别关闭高压空气压缩机出口电动阀22，第一气水换热器气侧出口电动阀19、高压空气压缩机进口电动阀31、停运电动多级高压空气压缩机11，关闭低压空气压缩机出口电动阀24、已有低压空压机出口电动阀21，停运新增电动低压空气压缩机12、原有电动低压空气压缩机13，关闭第一气水换热器水侧进口电动阀33、第一气水换热器水侧出口电动阀34、冷水罐出口电动阀39，停运第一气水换热器27、冷水升压泵37，完成电能转化为压缩空气势能的储电过程，同时通过第一气水换热的运行实现余热的回收。

30.发电阶段：在外部电网存在电力缺口需要用电时，打开低压空气透平进口电动阀26、投运低压空气透平发电机组16，低压储气系统带压压缩空气推动低压空气透平发电机组16发电，向电网供电。当低压储气系统压力降低到一定值时，打开热水罐出口电动阀40，投运热水升压泵38，打开第二气水换热器进口电动阀35、第二气水换热器出口电动阀36、投运第二气水换热器28，建立第二气水换热器水侧循环，将热水储罐29内储存的热水，通过第二气水换热器交换至压缩空气，冷却下来的冷水回到冷水储罐30内。打开高压空气透平出口电动阀23、高压空气透平进口电动阀20、第二气水换热器气侧进口电动阀32，投运高压透平发电机组14，增加向电网的供电量。当高压储气系统、低压储气系统压力降低至大气压时，关闭打开高压空气透平出口电动阀23、高压空气透平进口电动阀20、第二气水换热器气侧进口电动阀32，停运运高压透平发电机组14，关闭热水罐出口电动阀40、第二气水换热器进口电动阀35、第二气水换热器出口电动阀36，停运热水升压泵38，关闭、投运第二气水换热器28，关闭低压空气透平进口电动阀26、停运低压空气透平发电机组16，完成压缩空气势能转化为电能的发电过程，同时通过气水换热2的运行实现余热的利用。

31.高、低压压缩空气储电系统为串联运行系统，应按程序先后顺序投运和停运。为了减少储电-发电过程中的能源损失，空气压缩机尽量选用等温压缩机，提高压缩空气储电过程的电转换效率。

32.以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。技术特征：

1.利用退役煤电机组双压余热回收利用压缩空气储电系统，其特征在于：将燃煤机组原有的中压加热器（9）水侧空间、高压加热器（10）水侧空间、燃煤锅炉（1）给水侧和过热蒸汽侧空间、主给水管道（107）、主蒸汽管道（100）和新增加的电动多级高压空气压缩机（11）、高压空气透平发电机组（14）、高压空气压缩机出口电动阀（22）、第一气水换热器（27）气侧、高压空气透平进口电动阀（20）通过管道连接，组成高压压缩空气储电系统；其中，电动多级高压空气压缩机（11）通过第一气水换热器出口电动阀（19）与原有机组的主给水管道（107）连接，高压空气透平发电机组（14）通过第一气水换热器气侧进口电动阀（32）与原有机组的主蒸汽管道（100）连接；将燃煤机组原有的燃煤锅炉（1）再热蒸汽侧空间、高压加热器（10）蒸汽侧空间、低压加热器（6）水侧空间、中压加热器（9）蒸汽侧空间、除氧器（7）、电动低压空气压缩机（13）、原有低压储气罐（15）与新增的电动低压空气压缩机（12）、低压空气透平发电机组（16）、第二低压集气联箱（18）、第一低压集气联箱（17）相连接，组成低压压缩空气储电系统；新增的高压空气压缩机进口电动阀（31）与第一低压集气联箱（17）通过管道联接，新增的高压空气透平出口电动阀（23）与第二低压集气联箱（18）通过管道联接，将高压空气压缩储电系统与低压空气压缩储电系统形成串联系统，低压空气储存系统通过低压空气压缩机（12）、低压空气透平发电机组（16）与大气环境联接，形成空气由大气到高压、再由高压到大气的循环流程；通过第一气水换热器（27）、第二气水换热器（28）将压缩空气与水系统连接，实现压缩空气与水之间的热能传递，将分段式压缩空气储能系统与压缩机余热回收利用系统连接，构建成完整的退役煤电机组余热回收分段式压缩空气储能系统。2.根据权利要求1所述的利用退役煤电机组双压余热回收利用压缩空气储电系统，其特征在于：电动多级高压空气压缩机（11）连接有高压空气压缩机进口电动阀（31），高压空气透平发电机组（14）连接高压空气透平进口电动阀（20）。3.根据权利要求1所述的利用退役煤电机组双压余热回收利用压缩空气储电系统，其特征在于：将燃煤机组原有的化学除盐水箱隔离为热水储罐（29）和冷水储罐（30），原有的除盐水泵隔离为热水升压泵（38）和冷水升压泵（37），与新增加的第一气水换热器（27）水侧、第二气水换热器（28）水侧相连接，组成压缩机余热回收利用系统。

技术总结

利用退役煤电机组双压余热回收利用压缩空气储电系统，组成高压压缩空气储电系统和低压压缩空气储电系统。本实用新型依据原有设备管道系统特点，将燃煤机组原有的热力系统管道和设备分为高压、低压2个压力级别压缩空气储存系统、冷热水储存系统，增加适量的空气压缩机、透平发电机组和换热器，通过管道、阀门、换热器将高压、低压压缩空气储存系统相连接，形成了二级串联的、具有余热回收功能的压缩空气储能系统，实现尽最大可能利用退役火电机组的设备、管道，提高退役燃煤电站可用资源的循环利用率，减少资源浪费，降低储能电站的投资，提高压缩空气储能电站的电-电转换效率的目的。电转换效率的目的。电转换效率的目的。

技术研发人员：孔志增 程祖田 车聪斌 何垚 梁守方 李孟阳

受保护的技术使用者：中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司

技术研发日：2022.12.25

技术公布日：2023/4/28