一种电化学储能电站液氮与细水雾联动冷却灭火方法

本公开涉及消防领域，尤其涉及一种电化学储能电站液氮与细水雾联动冷却灭火方法。

背景技术：

1、电化学储能电站是用大型电池组把谷期中电网富余的电能储存起来，在峰期再重新送回电网缓解供电紧张的供电设施。电化学储能电站通常包括储能舱。电池组(如锂电池组)被储存于多层结构的支撑架上。在电池组的储存过程中，存在因机械滥用、电滥用或热滥用等造成电池组大量放热，若释放的热量未能及时散出，就会在储能舱内部积聚，甚至导致火灾爆炸的发生。

2、传统的灭火装置在灭火的过程中通常会产生有毒有害物质，或对于电化学储能电站火灾的灭火效率较低。

技术实现思路

1、技术问题：

2、提供一种适用于电化学储能电站的灭火系统及方法，该系统灭火效率高、抗复燃能力强，且绿色环保、成本低廉。

3、技术方案：

4、一方面，提供一种电化学储能电站液氮与细水雾联动冷却灭火系统。其包括：氮气供应装置、氮气回收装置、水供应装置和至少一个气液两相流喷嘴；所述氮气供应装置包括依次连通的液氮泵、液氮储罐、汽化装置、气体混合室和增压装置；所述气体混合室和所述增压装置之间通过第一管路连通；所述氮气回收装置包括依次连通的压力传感器、氮气阀门、引风装置、旋转式分离装置、氮气净化装置和冷却器；所述冷却器的出气口与所述气体混合室的进气口连通；所述水供应装置包括氮气支管、水箱、出水管和水阀门；所述氮气支管的进气口与所述第一管路连通，所述氮气支管的出气口与所述水箱的顶部连通；所述出水管与所述水箱的靠近底部的位置连通；所述水阀门安装于所述出水管上，以利用所述氮气支管提供的气压将所述水箱中的水沿所述出水管对外进行输送；所述气液两相流喷嘴包括喷嘴本体和喷嘴头；所述喷嘴本体内形成有水通道、气相通道支管和多个气相通道；所述水通道的入口端与所述出水管连通；所述气相通道支管和多个所述气相通道的入口端分别与所述增压装置连通；所述水通道和多个所述气相通道的出口端分别与所述喷嘴头连通；多个所述气相通道环绕所述水通道均匀布置；所述水通道的截面积在水流方向上呈先不变，再缩小，最后扩大的趋势；所述气相通道支管沿所述水通道的中心轴线延伸，所述气相通道支管的与其入口端相对的端部密闭，所述气相通道支管上沿不同方向开设有多个出气孔；多个所述出气孔均位于所述水通道的缩口处的上游；所述水通道的内壁上临近所述气相通道支管的位置还设置有多个扰流凸部。

5、在一些实施例中，所述气相通道的数量为四个；四个所述气相通道均匀布置于所述水通道的周向上。

6、在一些实施例中，所述气相通道的出口端的切线方向与所述水通道的中心轴线方向的夹角为60°。

7、在一些实施例中，所述出气孔的形状为方形。

8、在一些实施例中，所述电化学储能电站液氮与细水雾联动冷却灭火系统还包括湿度传感器、控制器和通风装置；所述电化学储能电站包括储能舱；所述湿度传感器被配置为监测所述储能舱内的湿度；所述通风装置被配置为可启闭地将所述储能舱与室外环境进行气体交换；所述控制器分别与所述湿度传感器、所述水阀门和所述通风装置电连接；所述控制器被配置为：在确定所述湿度传感器的数据超出预设范围之外时，控制所述水阀门关闭，同时保持所述气相通道支管和多个所述气相通道开启；所述水箱中盛有纯净水。

9、在一些实施例中，所述气液两相流喷嘴内还形成有气相通道总管；所述气相通道总管的入口端与所述增压装置连通；所述气相通道总管的出口端分别与气相通道支管和多个气相通道连通；多个所述气相通道的主体部呈直线延伸，且位于所述水通道之外。

10、在一些实施例中，所述喷嘴本体内靠近所述喷嘴头的位置还形成有至少一个空气通道；所述空气通道被配置为将外部空气与所述气相通道连通；所述空气通道上安装有单向进气阀门。

11、在一些实施例中，所述冷却器与所述气体混合室之间的管路上还安装有回收氮气进气阀门和第一温度计。

12、在一些实施例中，所述水箱中盛有含有浓度为10％的氯化钾和浓度为10％的磷酸二氢铵的复合水溶液。

13、在一些实施例中，所述喷嘴头的喷嘴口形状为六边形。

14、在一些实施例中，所述汽化装置为空温式汽化装置。

15、在一些实施例中，所述气液两相流喷嘴的数量为多个；所述储能舱内设置有多层支撑架；所述多层支撑架上分层盛放有多个电池组；多个所述气液两相流喷嘴分别面向所述电池组的顶面和侧面设置，且所述气液两相流喷嘴与所述电池组之间保持预设距离。

16、在一些实施例中，所述汽化装置的入口端安装有液氮入口阀门，所述汽化装置的出口端安装有氮气出口阀门、氮气流量计和第二温度计。

17、在一些实施例中，所述氮气支管上安装有第一压力表；所述出水管上还安装有水流量计；所述增压装置与所述气液两相流喷嘴之间的管路上还安装有第二压力表；所述气相通道上安装有氮气流量控制阀。

18、另一方面，还提供一种电化学储能电站液氮与细水雾联动冷却灭火方法。该方法基于前述的电化学储能电站液氮与细水雾联动冷却灭火系统，包括如下步骤：在确定启动所述氮气回收装置时，根据所述第一温度计和所述第二温度计的数据，控制所述回收氮气进气阀门，以调节回收氮气进入所述气体混合室的流量。

19、在一些实施例中，所述方法包括如下步骤：

20、根据所述氮气流量计和所述第二温度计的实测数据，控制所述氮气出口阀门，以调节流出所述汽化装置的氮气的流量，以对流出所述汽化装置的氮气的温度进行控制，其中流出所述汽化装置的氮气的温度在0度以上；

21、在确定所述压力传感器的数据在预设压力范围内时，开启所述氮气阀门，以启动所述氮气回收装置。

22、在一些实施例中，所述方法还包括如下步骤：

23、根据所述第一压力表和所述水流量计的实测数据，控制所述氮气支管的氮气的流量和所述水阀门，以调节所述水通道内的水流量；

24、通过所述增压装置以使所述第二压力表的压力值达0.5mpa，控制所述氮气流量控制阀，以调节所述气相通道内的氮气流量；

25、通过调节所述水通道内的水流量和所述气相通道内的氮气流量，以调节所述喷嘴头处的氮气和水的混合比例，以调节所述喷嘴头喷出的细水雾的雾化效果。

26、有益效果：

27、1、本发明创造性地将液氮冷却灭火和细水雾冷却灭火通过特别设计的液氮与细水雾联动冷却灭火系统耦合到一起，该系统结构简单、绿色环保、灭火效率高、抗复燃能力强、不会对电化学储能电站内的设备造成损坏，且灭火成本低廉；

28、2、区别于现有的直接利用氮气灭火，本发明利用液氮储罐，配合汽化装置，供应低温氮气，可以根据需要调节氮气温度，冷却灭火效果更佳；

29、3、本发明通过设置氮气支管进入水箱的顶部，合理利用氮气压力将水箱中的水输送至气液两相流喷嘴，无需水泵等高能耗动力装置，设备结构简单、能耗和设备成本较低，并能保证气液两相流喷嘴的高压细水雾效果；

30、4、本发明还引入了氮气回收装置，其根据压力传感器的数据控制氮气阀门的开关，从而控制氮气回收装置的启闭。当开启氮气回收装置时，通过引风装置使得电化学储能电站的待灭火空间内部产生负压，将火灾和灭火产生的气体吸入氮气回收管路中，降低待灭火空间内部气压和可燃气体含量；采用旋转式分离装置从混合气体中分离出氮气；采用氮气净化装置对分离出的氮气进行净化；采用冷却器对净化后的氮气进行冷却，得到回收氮气；最后将回收氮气与汽化装置流出的低温氮气在气体混合室中混合。通过氮气回收装置将氮气回收循环利用，可以提高氮气利用率，降低成本，有助于提高灭火效率以及加强对环境的保护。

31、5、本发明还对气液两相流喷嘴的结构进行了优化设计，实现了低温氮气与细水雾高效联动，有效提高了细水雾的雾化程度与喷射强度，故障率低，可以高效吸收火灾产生的热量，起到快速冷却作用；同时隔绝氧气等助燃物与可燃物的接触，抑制火灾的发生和传播；具有良好快速的灭火能力和抗复燃能力：

32、采用低温氮气辅助雾化，气液两相流喷嘴可将低温氮气与水充分混合，使得水与氮气在相互冲击下形成均匀的氮气与细水雾两相混合物，细水雾与氮气从同一喷嘴头处喷出以冷却灭火，提高了细水雾雾化水平；

33、利用气相通道支管上的多个出气孔，将部分氮气引入水通道中，使得液体破碎成大液滴、液丝、液膜，再破碎成小液滴，从而利于改善喷嘴头处的雾化效果；

34、水通道中设置扰流凸部，一方面增加了水通道中的水的湍流程度，使得水破碎成小液滴，提高雾化程度；另一方面由于扰流凸部临近气相通道支管，能够将部分水流导向出气孔，从而更利于水流与气相通道支管流出的氮气相互作用，以减小细水雾的水雾粒径，改善雾化效果；

35、通过水通道的截面积在水流方向上呈先不变，再缩小，最后扩大的趋势的结构设计，可以提高水流速，在喷嘴头处形成负压，从而提高细水雾的雾化程度。