基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽系统及其运行方法与流程

本发明属于能源，具体地，涉及一种基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽系统及其运行方法。

背景技术：

1、蒸汽是工业的“血液”，其被广泛用于石油、化工、电力、机械、纺织、冶金、食品、制药等制造业各细分领域。双碳，即碳达峰与碳中和的简称。中国力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。“双碳”战略倡导绿色、环保、低碳的生活方式。在双碳的时代背景下，光伏、风电的装机规模迎来了跨时代的发展。随着成电成本的大幅下降，新能源领域存在着弃光弃电的现象。因此，电能的成本越来越低，而化石能源的价格随着煤炭价格越来越高。

2、传统压缩空气储能系统在用电低谷，将空气压缩并存入储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰，高压空气从储气室释放，进入燃气机燃烧室同燃料一起，然后驱动透平发电。压缩空气储能系统具有储能容量大，周期长，效率高等优点。但是，压缩空气储能技术的制热与储热的效果都不是特别好，该技术对实施场所环境有要求，压缩空气储能系统依赖燃烧化石燃料，随着化石燃料枯竭和价格上涨成本日益增长，燃烧产生的污染物多，不符合绿色排放与可再生能源发展的要求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽系统及其运行方法，解决现有技术中化石燃料生成蒸汽方式所存在的成本高、燃料枯竭、污染大的问题以及缺乏相关的高效可行的替代技术方案的问题。

2、基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽系统具体如下：其包括压缩机、储能单元和蒸汽发生器，所述压缩机、所述储能单元、外界大气环境之间相互连通而形成第一循环回路，所述储能单元、所述蒸汽发生器之间相互连通而形成第二循环回路，所述第一循环回路、所述第二循环回路中均流通有气体换热介质，所述储能单元中设有固体储热介质；所述压缩机用于对所述第一循环回路中的气体换热介质增压升温，所述储能单元用于吸收储存所述第一循环回路中的高温高压的气体换热介质的热能或者用于将吸收储存后的热能传导给所述第二循环回路中的气体换热介质。

3、进一步的，所述压缩机、所述蒸汽发生器及所述外界大气环境之间相互连通而形成第三循环回路，所述第三循环回路中流通有气体换热介质；所述压缩机用于对所述第一循环回路和/或所述第三循环回路中的气体换热介质增压升温。

4、进一步的，还包括回热器，所述回热器分别与所述外界大气环境、所述压缩机以及所述储能单元连通而被配置在所述第一循环回路中，所述回热器用于使从所述外界大气环境中引入的气体换热介质与自所述储能单元中流出的气体换热介质进行换热。

5、进一步的，还包括回热器，所述回热器分别与所述外界大气环境、所述压缩机以及所述储能单元和/或所述蒸汽发生器连通而被配置在所述第一循环回路和/或所述第三循环回路中，所述回热器用于使从所述外界大气环境中引入的气体换热介质与自所述储能单元中流出的气体换热介质和/或与自所述蒸汽发生器中流出的气体换热介质进行换热。

6、进一步的，还包括透平，所述透平与所述压缩机同轴连接，所述透平与所述外界大气环境以及所述储能单元连通。

7、进一步的，还包括透平，所述透平与所述压缩机同轴连接，所述透平与所述外界大气环境以及所述储能单元和/或所述蒸汽发生器连通。

8、进一步的，还包括透平，所述透平与所述压缩机同轴连接，所述透平与所述外界大气环境以及所述回热器连通。

9、进一步的，所述储能单元为颗粒储罐。

10、进一步的，还包括风机，所述风机被配置在所述第三循环回路中。

11、进一步的，包括储能过程和蒸汽发生过程，

12、基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽运行方法具体如下：其包括储能过程和蒸汽发生过程，所述储能过程为：所述第一循环回路开启，所述第二循环回路关闭，空气先进入所述压缩机而变成高温高压的空气，再进入所述储能单元而将热能传递给所述储能介质，然后再流回所述外界大气环境完成循环；

13、所述蒸汽发生过程为：当所述储能单元完成储能过程后，所述第一循环回路关闭，所述第二循环回路开启，回路中的气体换热介质先流经所述储能单元而变成高温气体，再流经所述蒸汽发生器而将热能传递给给水产生蒸汽，然后再流回所述储能单元完成循环；当所述储能单元进行储能过程时，通过其他热源与蒸汽发生器进行换热而产生蒸汽，或者通过从所述压缩机引出一旁路直接与蒸汽发生器连通，将高温高压的空气引入所述蒸汽发生器进行换热而产生蒸汽，再相应地从所述蒸汽发生器引出一旁路，将换热后的空气排出。

14、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

15、本发明提供的基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽系统及其运行方法，利用所述压缩机直接从大气环境中提取热能，最终给到所述蒸汽发生器以产生供给用户的蒸汽，过程中对于端差及压力来说基本不会产生损失，故本系统的制热效率相对较高；此外所提取的热能可选择在所述储能单元中进行存储，待需要时开启相应的回路将存储的热能传递给所述蒸汽发生器产生蒸汽，在储能的同时，为了满足持续供应蒸汽的需要，可以通过其他常规热源或者从所述压缩机引出旁路来继续配合所述蒸汽发生器工作，故本系统可以在正常进行蒸汽供应的同时进行有效储热且具有较好经济性。

技术特征：

1.基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽系统，其特征在于：包括压缩机(1)、储能单元(2)和蒸汽发生器(3)，所述压缩机(1)、所述储能单元(2)、外界大气环境之间相互连通而形成第一循环回路，所述储能单元(2)、所述蒸汽发生器(3)之间相互连通而形成第二循环回路，所述第一循环回路、所述第二循环回路中均流通有气体换热介质，所述储能单元(2)中设有固体储热介质；所述压缩机(1)用于对所述第一循环回路中的气体换热介质增压升温，所述储能单元(2)用于吸收储存所述第一循环回路中的高温高压的气体换热介质的热能或者用于将吸收储存后的热能传导给所述第二循环回路中的气体换热介质。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述压缩机(1)、所述蒸汽发生器(3)及所述外界大气环境之间相互连通而形成第三循环回路，所述第三循环回路中流通有气体换热介质；所述压缩机(1)用于对所述第一循环回路和/或所述第三循环回路中的气体换热介质增压升温。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括回热器(4)，所述回热器(4)分别与所述外界大气环境、所述压缩机(1)以及所述储能单元(2)连通而被配置在所述第一循环回路中，所述回热器(4)用于使从所述外界大气环境中引入的气体换热介质与自所述储能单元(2)中流出的气体换热介质进行换热。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：还包括回热器(4)，所述回热器(4)分别与所述外界大气环境、所述压缩机(1)以及所述储能单元(2)和/或所述蒸汽发生器(3)连通而被配置在所述第一循环回路和/或所述第三循环回路中，所述回热器(4)用于使从所述外界大气环境中引入的气体换热介质与自所述储能单元(2)中流出的气体换热介质和/或与自所述蒸汽发生器(3)中流出的气体换热介质进行换热。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括透平(5)，所述透平(5)与所述压缩机(1)同轴连接，所述透平(5)与所述外界大气环境以及所述储能单元(2)连通。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：还包括透平(5)，所述透平(5)与所述压缩机(1)同轴连接，所述透平(5)与所述外界大气环境以及所述储能单元(2)和/或所述蒸汽发生器(3)连通。

7.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于：还包括透平(5)，所述透平(5)与所述压缩机(1)同轴连接，所述透平(5)与所述外界大气环境以及所述回热器(4)连通。

8.根据权利要求1～4任意一项所述的系统，其特征在于：所述储能单元(2)为颗粒储罐。

9.根据权利要求1～4任意一项所述的系统，其特征在于：还包括风机(6)，所述风机(6)被配置在所述第三循环回路中。

10.基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽运行方法，其特征在于：应用于如权利要求1～9任意一项所述的系统，包括储能过程和蒸汽发生过程，

技术总结本发明提供了一种基于压缩空气制热循环的工业供蒸汽系统及其运行方法，系统包括压缩机、储能单元和蒸汽发生器，方法包括储能过程和蒸汽发生过程，所述压缩机、所述储能单元、外界大气环境之间相互连通而形成第一循环回路，所述储能单元、所述蒸汽发生器之间相互连通而形成第二循环回路，所述第一循环回路、所述第二循环回路中均流通有气体换热介质，所述储能单元中设有固体储热介质；运行方法包括储能过程和蒸汽发生过程。本发明直接从大气环境中提取热能，最终给到所述蒸汽发生器以产生供给用户的蒸汽，过程中对于端差及压力来说基本不会产生损失，制热效率相对较高，可以在正常进行蒸汽供应的同时进行有效储热且具有较好经济性。技术研发人员：周宇,章颢缤,宓霄凌,王伊娜,周楷受保护的技术使用者：浙江高晟光热发电技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11