[发明专利]一种具有储能和发电功能的内压缩空分工艺流程

说明书

本发明提供一种具有储能和发电功能的内压缩空分工艺流程，属于空分技术领域。该方法通过在常规空分内压缩工艺流程的基础上设置低温液空储存系统和透平膨胀发电系统，形成集气体分离、液空储存和空气发电为一体的空分新工艺流程，实现中压空气节流式、中压空气串联膨胀‑节流式、中压空气并联膨胀‑节流式和中压空气全膨胀式四种空分储能发电方法和工艺流程。本发明既是一种新的空分工艺流程，也适用于对现有空分内压缩工艺流程的升级和更新改造。新工艺流程可实现最大限度的利用低成本谷电和降低对峰电期电能的需求，有效降低空分企业的运行成本，提高空分的运行经济性。

技术领域

本发明涉及空分技术领域，特别是指一种具有储能和发电功能的内压缩空分工艺流程。

背景技术

随着电子科技领域的迅速发展和居民生活水平的不断提高，工业、农业和商业等领域的部分产业已逐渐被电子信息技术取代，电子产品逐渐走进人类的工作和生活，导致电力市场供需关系频繁变化，电网峰谷差逐渐扩大，电网调峰面临巨大挑战。特别是我国，70％以上电力负荷仍然来自火电机组，电网负荷的频繁波动严重影响机组的发电效率，同时也会增加发电煤耗和污染物排放。因此，针对高耗电企业采取必要的生产电力负荷管理和储能调峰措施将有助于提高调峰机组的发电效率，且减小污染物排放。

空分行业作为工业生产的重要基础领域，主要应用于冶金和化工两大传统行业，设备占比分别可达29.5％和27.5％。近几年，随着我国传统工业去产能、降成本、优结构发展态势的逐渐深入，冶金和化工两大行业的发展逐渐进入“新常态”，同时也给空分系统的生产过程带来了极大影响，致使冶金空分行业普遍面临减产、停产和设备闲置等多重危机，部分化工行业的空分设备也普遍降负荷运行，致使设计产能大于实际气体需求，空分气体耗散量严重。以钢铁行业为例，2017年，我国粗钢产量为8.71亿吨，占世界钢铁总产量的49.2％。按每吨钢耗氧量为(100-140)Nm³/h，单位制氧综合电耗为0.8KWh/Nm³计算，2017年全国冶金行业制氧综合总电耗可达(6.97-9.77)×1011KWh，相比中国工业总电耗为44959.8×109KWh，可推算出2017年我国冶金行业制氧综合电耗可占工业总电耗的(1.5-2.7)％，能耗占比可观。空分行业在化工领域的能耗占比同样不容忽视，未来几年随着新兴产业对空分产品气体依赖程度的增加，我国的空分市场将逐渐扩大。因此，空分行业作为工业领域的重要高耗电用户，对其采取电力负荷管理不仅可以为企业节约大量的电力生产成本，还可有效平衡电网供电需求，提高电网机组的运行效率。

储能技术是一种有效的电力调峰手段，在电网侧接入储能发电系统可以实时改变需求响应，实现电力系统的移峰填谷。可再生能源储存，像太阳能、风能、地热能等技术由于受季节、天气等因素的影响，使得发电过程存在不连续性，导致发电装机利用率相对较低；抽水储能、压缩空气储能等技术受地理位置约束，发展受到限制，而液化空气储能技术因其储能密度大、时间响应短、安全系数高、原料来源广、不受天气变化、地理位置和环境限制等独特优势受到了人们的广泛关注，但建立独立的液化空气储能系统设备投资大，成本高，回本周期长。考虑到空分系统与液化空气储能系统的工艺流程和工作原理的相似性，若将液化空气储能技术应用于空分系统，不仅可以提高空分系统的设备利用率，充分挖掘空分系统的运行潜力，还可以极大程度上降低气体产品的放散量，平衡电网电力负荷，节约空分企业用电成本，同时实现空分设备和工艺技术流程的大型化、超大型化、多功能化和集成性发展。

发明内容