[发明专利]基于超临界空气的能源综合利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源综合利用领域，特别是一种基于超临界空气的能源综合利用方法。 

背景技术

能源是现代社会必不可少的生产、生活资料，保障能源稳定供应，不断提高能源利用效率是国民经济发展和社会进步的重要基础。我国能源相对匮乏，人均能源拥有量处于世界较低水平，而我国正处于工业化和城市化快速发展阶段，对钢铁、水泥等基础原材料需求，使得这些高耗能的产业仍然保持一定的增长刚性。因此，解决这些行业的废热和余热的回收利用，提高能源的综合利用效率具有重要意义。 

随着能源供给日益紧张，能源消耗占据的成本对于高耗能企业影响越来越大，有的甚至超过原材料成本。利用废热、余热回收发电，既可以最大限度满足企业终身的用电需求，减少外购电量，又可以降低企业生产成本，提高经济效益。 

目前已有的废热余热发电技术包括：高温余热发电、带补燃的低温余热发电、无补燃的低温余热发电。无补燃的低温余热发电由于是不用燃料的余热利用，所以更符合节能环保的要求； 

传统余热发电系统是基于燃气轮机技术开发的系统，即利用工业废热和余热的高温气体，或利用摄氏350～450度低温废热和余热气体，通过补燃一定的化石燃料，直接驱动燃汽轮机发电。其缺点是能量回收效率低。系统需要化石燃料提供热源，不符合能源发展要求。 

近期出现的无补燃的低温余热发电，是利用低温废热和余热气体，通过SP热管余热锅炉和AQC热管余热锅炉回收热能，驱动凝汽式汽轮发电机发电。这种方法使得最终排出气体的温度降低到摄氏150度，提高了热 能的回收率，使得系统基本脱离了化石燃料。但是，这种方法仍然是一种单一能量的回收，而对于这些行业广泛应用的水冷却系统中排出的大量的热能仍无法回收。 

回收并储存可能浪费的能源，然后有效释放出存储的能源，一直是全世界各国都在寻求解决方案的问题。 

如图1所示，这是现有技术中一种典型的基于超临界空气的能源综合利用系统结构图。其具体附图标记解释参见已经公开的中国发明专利申请201210266532.0及实用新型专利申请201220370877.6。该基于超临界空气的能源综合利用系统，也称为超临界空气储能/释能系统，包括蓄热/换热器2和蓄冷/热换热器4，能量释放时管道中回流的都是膨胀做功前后的空气。空气中的氧氮混合物会导致管道的腐蚀与老化。 

发明人在实现本发明的过程中发现，尽管在中国专利申请201210266532.0、200910225252.3、201220370877.6和201210518522.1中也公开了多种超临界空气储能/释能系统，部分程度上解决了一些问题，但由于这些系统释放能量时管道中回流的一直是空气，其中的氧气导致系统管道老化快、寿命短的缺陷，会出现系统成本还未收回来但系统已经老化失效的问题，并且这些系统中不仅需要蓄冷换热器还需要蓄热换热器，造成系统复杂、搭建成本高的问题。另外，现有系统多数只是提供了空气液化的手段，而对于液化后空气可分离为氮气和氧气、更加充分利用能源资源没有提出解决方法。因此，要提供一种系统，既能解决储能，又能有效释放能量，还能将液化后的空气分离为氮气和氧气更有效利用资源的系统，并且能使系统具有相对较长的寿命，以确保不仅能收回成本，还能带来巨大经济效益。 

发明内容

基于以上问题，本发明公开了一种基于超临界空气的能源综合利用方法，它利用空气超临界状态的特殊性能和换热装置，将空气进行液化存储能量，然后进行氮氧分离，分离出价值更高的氧气，使氮气膨胀做功，使系统释能时管道中主要流通的是氮气，延长系统寿命，从而解决谷电、风电弃电得不到有效利用以及压缩空气储能后的综合利用问题。 

为达上述目的，本发明提供了一种基于超临界空气的能源综合利用方法，所述方法适用于一种基于超临界空气的能源综合利用系统，所述系统包括：空气液化子系统、空气分离子系统、气体膨胀发电子系统；所述方法包括如下步骤： 

所述空气液化子系统对空气进行液化； 

所述空气分离子系统对液化后的空气进行分离以得到氮气和氧气，将所述氮气通过管道输送给所述气体膨胀发电子系统，并将所述氧气储存和/或输出到外部设备； 

所述气体膨胀发电子系统利用所述空气分离子系统提供的氮气进行发电。