[发明专利]高安全性的储能、发电和物质回收外压缩空分工艺流程

说明书

本发明提供一种高安全性的储能、发电和物质回收外压缩空分工艺流程，属于空分技术领域。该工艺通过在常规外压缩空分工艺流程的基础上设置低温液空储存系统、冷能循环系统和空气释能发电系统，形成集气体分离、液空储存、空气膨胀发电和物质回收为一体的空分新工艺流程。本发明通过采用石头蓄冷或氮气循环式液体介质蓄冷两种冷储存方式，实现外压缩空分设备的高安全性储能。该工艺技术既是一种新的外压缩空分工艺流程，也适用于对现有外压缩空分工艺流程的升级和更新改造。通过谷电储能和峰电能量释放降低空分设备的峰电电耗和用电成本，其应用对企业有经济效益，对电网侧有节能减排效益，是企业经济效益和国家经济与环境效益的完美统一。

技术领域

本发明涉及空分技术领域，特别是指一种高安全性的储能、发电和物质回收外压缩空分工艺流程。

背景技术

随着社会经济的发展，电网供电峰谷差居高不下，大量调峰负荷机组的存在(或基础负荷比例低)使谷电期发电效率降低。此外，可再生能源发电装机规模逐年提升，由于风电和光电能源输出的不稳定性，很难精准匹配电网负荷。为解决这些问题，需要开发大规模储能技术，这已成为国家能源技术发展的战略目标。液化空气储能技术(LAES)具有储能密度高、不受地域限制等独特优势，被广泛认为是一种很有前途的大规模储能解决方案。该技术于1977年由纽卡斯尔大学的Smith EM教授首次提出。2007年，英国利兹大学和Highview公司联合开发液化空气储能工艺，并提出专利技术申请。2011年，英国Highview公司在南苏格兰完成了首套液化空气储能中试示范装置(350kW/2.5MWh)的施工建设，并验证了液化空气储能技术的可行性，目前，该套设备已被作为学术研究装置迁移至伯明翰大学。2014年，highview和Viridor Waste公司在英国能源与气候变化部的资金支持下，于2015年在英国建立了全球首座商业规模化的液化空气储能示范系统(5MW/15MWh)。目前该技术发展已相对成熟，示范装置运行稳定。但独立的液化空气储能技术存在液体蓄冷介质易燃、释能过程高纯空气大量排放，系统投资回收期长和需要额外的人力生产成本输入等问题。因此，选择一种设备和技术，使其与液化空气储能技术在能级利用上相互匹配，物质利用上相互补充，且能够实现系统的高安全性储能，对于解决液化空气储能技术的安全和成本问题至关重要。

空分是工业生产领域的重要基础设备，广泛应用于煤化工、石油炼化和冶金三大行业。2020年，全国空分设备的生产用电总量达全国电力消费总量(75110亿kWh)的5.24％，作为单一生产设备，其电力消耗占比相当可观。目前，世界空分工业已走过从高压、中压、高低压到全低压——100余年的发展历程，特别是全低压空分流程确立后，高效板翅式换热器、降膜式主冷凝蒸发器、高效增压型透平膨胀机和规整填料塔等新技术的不断出现使空分装置通过降压实现节能过程已基本走到极限。计算机集散控制系统(DSC)和多种变负荷跟踪技术等节能方式的推广应用，已经取得较好的节能效果，进一步的提高与发展空间有限。近几年，在国家新兴产业和节能降耗等政策的有力推动下，空分设备大型化、特大型化、机组集群化成为一种发展趋势。应当指出的是，冶金和部分传统化工空分装置供过于求的局面仍然难以改观，特别是冶金空分系统本身存在设备常年连续性运行和下游工序间断性用氧的生产特点，致使产品气体耗散量大，带来巨大的能源浪费，未来几年空分设备的超大型化发展和市场需求的逐渐扩大，将使空分设备设计能力与供求量之间的矛盾更加突出。

基于空分与液化空气储能技术制冷能级相互匹配的特点，选择利用空分工艺设备来实现液化空气的规模化储存，不仅可以减少设备用量和装置的生产、运营、维护成本，还可充分挖掘空分设备的运行潜力，降低空分系统产品气体放散量，提高设备利用率。另外，该技术还能避免易燃蓄冷介质与空气或氧气的间壁式换热，实现空分设备的高安全性储能。特别是在科学合理的峰谷分时电价机制下，通过对其采取电力需求侧管理，还可实现空分行业的错峰生产，缩小电力系统的“峰谷差”负荷，在平衡电网峰谷用电需求的同时，促进小型发电机组向基负荷运行机组转变或被大型发电机组所取代，有效降低火电机组的发电煤耗和污染物排放。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高安全性的储能、发电和物质回收外压缩空分工艺流程。