一种基于熔盐储能的压缩空气分离系统的制作方法

1.本公开涉及空气分离技术领域，尤其涉及一种基于熔盐储能的压缩空气分离系统。

背景技术：

2.在工业生产中，部分领域需要使用大量的气体，例如：氧气、氮气、氩气等，而为保证气体的稳定供应，通常会在生产过程中配置空气分离装置，而这些空气分离装置需要消耗大量的能源，导致生产成本较高。

技术实现要素：

3.本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本公开的目的在于提供一种基于熔盐储能的压缩空气分离系统。
5.为达到上述目的，本公开提供一种基于熔盐储能的压缩空气分离系统，包括：汽轮发电机组；熔盐储能装置，所述熔盐储能装置的进液端与所述汽轮发电机组的出液端相连，所述熔盐储能装置的出汽端与所述汽轮发电机组的进汽端相连，所述熔盐储能装置的用电端与所述汽轮发电机的供电端电性相连；空压机，所述空压机的用电端与所述汽轮发电机的供电端电性相连，所述空压气的进气端与外部空气相连；精馏装置，所述精馏装置的进气端与所述空压机的出气端相连。
6.可选的，所述精馏装置包括：第一精馏塔，所述第一精馏塔的进气端与所述空压机的出气端相连；第一气体储存室，所述第一气体储存室的进气端与所述第一精馏塔的第一出气端相连。
7.可选的，所述精馏装置还包括：第二精馏塔，所述第二精馏塔的进气端与所述第一精馏塔的第二出气端相连；第二气体储存室，所述第二气体储存室的进气端与所述第二精馏塔的第一出气端相连。
8.可选的，所述压缩空气分离系统还包括：空气冷却器，所述空气冷却器的第一通路设置在所述空压机的进气端与所述外部空气相连之间，所述空气冷却器的第一通路进气端与外部空气相连，所述空气冷却器的第一通路出气端与所述空压机的进气端相连，所述空气冷却器的第二通路导通冷却介质。
9.可选的，所述熔盐储能装置包括：电加热器，所述电加热器的用电端与所述汽轮发电机的供电端电性相连；高温罐，所述高温罐的进液端与所述电加热器的出液端相连；换热器，所述换热器的第一通路进液端与所述高温罐的出液端相连，所述换热器的第二通路进液端与所述汽轮发电机组的出液端相连，所述换热器的第二通路出汽端与所述汽轮发电机组的进汽端相连；低温罐，所述低温罐的进液端与所述换热器的第一通路出液端相连，所述低温罐的出液端与所述电加热器的进液端相连。
10.可选的，所述熔盐储能装置包括：第一泵体，所述第一泵体设置在所述低温罐的出液端与所述电加热器的进液端相连之间，所述第一泵体的进液端与所述低温罐的出液端相
连，所述第一泵体的出液端与所述电加热器的进液端相连。
11.可选的，所述熔盐储能装置包括：第二泵体，所述第二泵体设置在所述换热器的第一通路进液端与所述高温罐的出液端相连之间，所述第二泵体的进液端与所述高温罐的出液端相连，所述第二泵体的出液端与所述换热器的第一通路进液端相连。
12.可选的，所述熔盐储能装置还包括：调节阀，所述调节阀设置在所述换热器的第二通路出汽端与所述汽轮发电机组的进汽端相连之间。
13.可选的，所述汽轮发电机组包括：背压式汽轮机，所述背压式汽轮机的进汽端与所述熔盐储能装置的出汽端相连；定速比齿轮箱，所述定速比齿轮箱的动力输入端与所述背压式汽轮机的动力输出端相连；发电机，所述发电机的动力输入端与所述定速比齿轮箱的动力输出端相连，所述发电机的供电端与所述空压机的用电端电性相连；凝汽器，所述凝汽器的进汽端与所述背压式汽轮机的出汽端相连，所述凝汽器的出液端与所述熔盐储能装置的进液端相连。
14.可选的，所述汽轮发电机组包括：第三泵体，所述第三泵体设置在所述凝汽器的出液端与所述熔盐储能装置的进液端相连之间，所述第三泵体的进液端与所述凝汽器的出液端相连，所述第三泵体的出液端与所述熔盐储能装置的进液端相连。
15.本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：
16.汽轮发电机组持续为空压机供电，空压机将空气压缩后向精馏装置中输送，精馏装置将压缩空气进行精馏，以分离出生产所需气体；在电价较低时，汽轮发电机组为熔盐储能装置供电，熔盐储能装置利用熔盐将电能转换为热能进行储存；在电价较高时，熔盐储能装置加热汽轮发电机组的出液，以将汽轮发电机组的出液加热成蒸汽，蒸汽进入到汽轮发电机组中做功发电，能够在保证空压机运行的同时减小汽轮发电机组的耗能，从而降低电价较高时空气分离的成本。
17.本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
18.本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是相关实施例提出的压缩空气分离系统的结构示意图；
20.图2是本公开一实施例提出的基于熔盐储能的压缩空气分离系统的结构示意图；
21.如图所示：s1、汽轮发电机组，s2、空压机，s3、精馏装置；
22.1、汽轮发电机组，101、背压式汽轮机，102、定速比齿轮箱，103、发电机，104、凝汽器，105、第三泵体；
23.2、熔盐储能装置，201、电加热器，202、高温罐，203、换热器，204、低温罐，205、第一泵体，206、第二泵体，207、调节阀；
24.3、空压机；
25.4、精馏装置，401、第一精馏塔，402、第一气体储存室，403、第二精馏塔，404、第二气体储存室；
26.5、空气冷却器。
具体实施方式
27.下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
28.在相关实施例中，如图1所示，压缩空气分离系统包括汽轮发电机组s1、空压机s2和精馏装置s3，汽轮发电机组s1为空压机s2供电，空压机s2为精馏装置s3输送压缩空气，精馏装置s3将压缩空气进行精馏，以分离出生产所需气体。
29.其中，汽轮发电机组s1持续为空压机s2供电，当电价较低时，空气分离的成本相应较低，同时，生产成本也相应较低，当电价较高时，空气分离的成本相应较高，同时，生产成本也相应较高，因此，为降低电价波动对空气分离成本的影响，考虑在电价较低时将汽轮发电机组s1的发电储存，在电价较高时进行释放，以减少汽轮发电机组s1的耗能，从而降低电价较高时空气分离的成本。
30.为解决上述技术问题，如图2所示，本公开实施例提出一种基于熔盐储能的压缩空气分离系统，包括汽轮发电机组1、熔盐储能装置2、空压机3和精馏装置4，熔盐储能装置2的进液端与汽轮发电机组1的出液端相连，熔盐储能装置2的出汽端与汽轮发电机组1的进汽端相连，熔盐储能装置2的用电端与汽轮发电机103的供电端电性相连，空压机3的用电端与汽轮发电机103的供电端电性相连，空压气的进气端与外部空气相连，精馏装置4的进气端与空压机3的出气端相连。
31.可以理解的是，汽轮发电机组1持续为空压机3供电，空压机3将空气压缩后向精馏装置4中输送，精馏装置4将压缩空气进行精馏，以分离出生产所需气体；
32.在电价较低时，汽轮发电机组1为熔盐储能装置2供电，熔盐储能装置2利用熔盐将电能转换为热能进行储存；在电价较高时，熔盐储能装置2加热汽轮发电机组1的出液，以将汽轮发电机组1的出液加热成蒸汽，蒸汽进入到汽轮发电机组1中做功发电，能够在保证空压机3运行的同时减小汽轮发电机组1的耗能，从而降低电价较高时空气分离的成本。
33.需要说明的是，生产所需气体可以是氧气、氮气、氩气等。
34.如图2所示，在一些实施例中，精馏装置4包括第一精馏塔401和第一气体储存室402，第一精馏塔401的进气端与空压机3的出气端相连，第一气体储存室402的进气端与第一精馏塔401的第一出气端相连。
35.可以理解的是，空压机3将空气压缩后向第一精馏塔401中输送，第一精馏塔401将压缩空气进行精馏，以分离出第一气体，第一气体进入到第一气体储存室402中进行储存，以便于生产中的使用。
36.如图2所示，在一些实施例中，精馏装置4还包括第二精馏塔403和第二气体储存室404，第二精馏塔403的进气端与第一精馏塔401的第二出气端相连，第二气体储存室404的进气端与第二精馏塔403的第一出气端相连。
37.可以理解的是，在第一精馏塔401中精馏后的压缩空气进入到第二精馏塔403中进行再次精馏，以分离出第二气体，第二气体进入到第二气体储存室404中进行储存，以便于生产中的使用。
38.需要说明的是，第二精馏塔403的第二出气端可直接与外部空气相连，以使第二精馏塔403中精馏后的压缩空气排出到外部空气中，第二精馏塔403的第二出气端也可与其他精馏塔的进气端相连，以再次进行气体的分离。
39.第一精馏塔401和第二精馏塔403均是进行精馏的一种塔式气液接触装置，其利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质，使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中，而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中，从而实现分离的目的。
40.由于压缩空气依次经过第一精馏塔401及第二精馏塔403，因此，第一精馏塔401中压缩空气的压力大于第二精馏塔403中压缩空气的压力，第一精馏塔401分离出的第一气体沸点小于第二精馏塔403分离出的第二气体沸点。
41.在一些实施例中，第一精馏塔401中压缩空气的压力可以是580千帕，第二精馏塔403中压缩空气的压力可以是130千帕，第一气体可以是氮气，氮气的沸点最低是零下195.81摄氏度，第二气体可以是氧气，氧气的沸点最低是零下182.96摄氏度。
42.如图2所示，在一些实施例中，压缩空气分离系统还包括空气冷却器5，空气冷却器5的第一通路设置在空压机3的进气端与外部空气相连之间，空气冷却器5的第一通路进气端与外部空气相连，空气冷却器5的第一通路出气端与空压机3的进气端相连，空气冷却器5的第二通路导通冷却介质。
43.可以理解的是，空气经过第一通路且冷却介质经过第二通路时，第一通路与第二通路之间换热，从而使冷却介质对空气进行冷却，保证空气的后续精馏。
44.需要说明的是，空气冷却器5包括用于换热的第一通路和第二通路，冷却介质可以是温度较低的空气，也可以是温度较低的液体。
45.在一些实施例中，空气经过空气冷却器5的第一通路后，其温度降低至零下145度左右。
46.如图2所示，在一些实施例中，熔盐储能装置2包括电加热器201、高温罐202、换热器203和低温罐204，电加热器201的用电端与汽轮发电机103的供电端电性相连，高温罐202的进液端与电加热器201的出液端相连，换热器203的第一通路进液端与高温罐202的出液端相连，换热器203的第二通路进液端与汽轮发电机组1的出液端相连，换热器203的第二通路出汽端与汽轮发电机组1的进汽端相连，低温罐204的进液端与换热器203的第一通路出液端相连，低温罐204的出液端与电加热器201的进液端相连。
47.可以理解的是，熔盐储能装置2储存热量时，低温罐204中的熔盐经过电加热器201后进入到高温罐202中，其中，在熔盐经过电加热器201时，汽轮发电机组1为电加热器201供电，电加热器201将电能转换为热能并储存在熔盐中；
48.熔盐储能装置2释放热量时，高温罐202中的熔盐经过换热器203的第一通路后进入到低温罐204中，且汽轮发电机组1的出液经过第二通路后返回到汽轮发电机组1中，其中，熔盐经过第一通路且汽轮发电机组1的出液经过第二通路时，熔盐加热汽轮发电机组1的出液并将汽轮发电机组1的出液加热成蒸汽，以使蒸汽进入到汽轮发电机组1中后进行做功发电，从而减小汽轮发电机组1的耗能，降低电价较高时空气分离的成本。
49.如图2所示，在一些实施例中，熔盐储能装置2包括第一泵体205，第一泵体205设置在低温罐204的出液端与电加热器201的进液端相连之间，第一泵体205的进液端与低温罐
204的出液端相连，第一泵体205的出液端与电加热器201的进液端相连。
50.可以理解的是，第一泵体205将低温罐204中的熔盐增压输送到电加热器201中，从而保证了熔盐在低温罐204与高温罐202之间的循环，实现熔盐的稳定储热。
51.如图2所示，在一些实施例中，熔盐储能装置2包括第二泵体206，第二泵体206设置在换热器203的第一通路进液端与高温罐202的出液端相连之间，第二泵体206的进液端与高温罐202的出液端相连，第二泵体206的出液端与换热器203的第一通路进液端相连。
52.可以理解的是，第二泵体206将高温罐202中的熔盐增压输送到换热器203的第一通路中，从而保证熔盐在高温罐202与低温罐204之间的循环，实现熔盐的稳定放热。
53.如图2所示，在一些实施例中，熔盐储能装置2还包括调节阀207，调节阀207设置在换热器203的第二通路出汽端与汽轮发电机组1的进汽端相连之间。
54.可以理解的是，通过调节阀207的设置，不仅能够实现换热器203第二通路出汽端与汽轮发电机组1进汽端之间的通断，而且便于调节现换热器203第二通路出汽端与汽轮发电机组1进汽端之间的通路开度，进而控制从换热器203第二通路出汽端进入到汽轮发电机组1进汽端的蒸汽压力和流量，提高熔盐储能装置2放热的灵活性。
55.如图2所示，在一些实施例中，汽轮发电机组1包括背压式汽轮机101、定速比齿轮箱102、发电机103和凝汽器104，背压式汽轮机101的进汽端与熔盐储能装置2的出汽端相连，定速比齿轮箱102的动力输入端与背压式汽轮机101的动力输出端相连，发电机103的动力输入端与定速比齿轮箱102的动力输出端相连，发电机103的供电端与空压机3的用电端电性相连，凝汽器104的进汽端与背压式汽轮机101的出汽端相连，凝汽器104的出液端与熔盐储能装置2的进液端相连。
56.可以理解的是，背压式汽轮机101利用蒸汽的做功带动定速比齿轮箱102动作，定速比齿轮箱102带动发电机103动作，从而实现发电，且发电机103持续为空压机3供电，以保证空气的持续分离，同时在电价较低时，发电机103还为熔盐储能装置2供电；
57.背压式汽轮机101做功后的蒸汽经过凝汽器104的冷凝形成凝结水，在电价较高时，凝结水被熔盐储能装置2加热后转换为蒸汽再次返回背压式汽轮机101中做功，以减小背压式汽轮机101的能耗。
58.需要说明的是，定速比齿轮箱102用于匹配背压式汽轮机101与发电机103，定速比齿轮箱102可包括离合器功能。
59.在熔盐储能装置2不加热凝结水时，凝结水可排出到外部，也可返回到背压式汽轮机101的锅炉中循环使用。
60.如图2所示，在一些实施例中，汽轮发电机组1包括第三泵体105，第三泵体105设置在凝汽器104的出液端与熔盐储能装置2的进液端相连之间，第三泵体105的进液端与凝汽器104的出液端相连，第三泵体105的出液端与熔盐储能装置2的进液端相连。
61.可以理解的是，第三泵体105将凝汽器104的出液增压后向熔盐储能装置2的进液端输送，从而保证熔盐储能装置2对凝结水的稳定加热。
62.需要说明的是，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
63.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括
一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
64.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
65.尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：

1.一种基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，包括：汽轮发电机组；熔盐储能装置，所述熔盐储能装置的进液端与所述汽轮发电机组的出液端相连，所述熔盐储能装置的出汽端与所述汽轮发电机组的进汽端相连，所述熔盐储能装置的用电端与所述汽轮发电机的供电端电性相连；空压机，所述空压机的用电端与所述汽轮发电机的供电端电性相连，所述空压气的进气端与外部空气相连；精馏装置，所述精馏装置的进气端与所述空压机的出气端相连。2.根据权利要求1所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述精馏装置包括：第一精馏塔，所述第一精馏塔的进气端与所述空压机的出气端相连；第一气体储存室，所述第一气体储存室的进气端与所述第一精馏塔的第一出气端相连。3.根据权利要求2所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述精馏装置还包括：第二精馏塔，所述第二精馏塔的进气端与所述第一精馏塔的第二出气端相连；第二气体储存室，所述第二气体储存室的进气端与所述第二精馏塔的第一出气端相连。4.根据权利要求1所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述压缩空气分离系统还包括：空气冷却器，所述空气冷却器的第一通路设置在所述空压机的进气端与所述外部空气相连之间，所述空气冷却器的第一通路进气端与外部空气相连，所述空气冷却器的第一通路出气端与所述空压机的进气端相连，所述空气冷却器的第二通路导通冷却介质。5.根据权利要求1所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述熔盐储能装置包括：电加热器，所述电加热器的用电端与所述汽轮发电机的供电端电性相连；高温罐，所述高温罐的进液端与所述电加热器的出液端相连；换热器，所述换热器的第一通路进液端与所述高温罐的出液端相连，所述换热器的第二通路进液端与所述汽轮发电机组的出液端相连，所述换热器的第二通路出汽端与所述汽轮发电机组的进汽端相连；低温罐，所述低温罐的进液端与所述换热器的第一通路出液端相连，所述低温罐的出液端与所述电加热器的进液端相连。6.根据权利要求5所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述熔盐储能装置包括：第一泵体，所述第一泵体设置在所述低温罐的出液端与所述电加热器的进液端相连之间，所述第一泵体的进液端与所述低温罐的出液端相连，所述第一泵体的出液端与所述电加热器的进液端相连。7.根据权利要求5所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述熔盐储能装置包括：
第二泵体，所述第二泵体设置在所述换热器的第一通路进液端与所述高温罐的出液端相连之间，所述第二泵体的进液端与所述高温罐的出液端相连，所述第二泵体的出液端与所述换热器的第一通路进液端相连。8.根据权利要求5所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述熔盐储能装置还包括：调节阀，所述调节阀设置在所述换热器的第二通路出汽端与所述汽轮发电机组的进汽端相连之间。9.根据权利要求1-8中任意一项所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述汽轮发电机组包括：背压式汽轮机，所述背压式汽轮机的进汽端与所述熔盐储能装置的出汽端相连；定速比齿轮箱，所述定速比齿轮箱的动力输入端与所述背压式汽轮机的动力输出端相连；发电机，所述发电机的动力输入端与所述定速比齿轮箱的动力输出端相连，所述发电机的供电端与所述空压机的用电端电性相连；凝汽器，所述凝汽器的进汽端与所述背压式汽轮机的出汽端相连，所述凝汽器的出液端与所述熔盐储能装置的进液端相连。10.根据权利要求9所述基于熔盐储能的压缩空气分离系统，其特征在于，所述汽轮发电机组包括：第三泵体，所述第三泵体设置在所述凝汽器的出液端与所述熔盐储能装置的进液端相连之间，所述第三泵体的进液端与所述凝汽器的出液端相连，所述第三泵体的出液端与所述熔盐储能装置的进液端相连。

技术总结

本公开提出一种基于熔盐储能的压缩空气分离系统，包括：汽轮发电机组；熔盐储能装置，熔盐储能装置的进液端与汽轮发电机组的出液端相连，熔盐储能装置的出汽端与汽轮发电机组的进汽端相连，熔盐储能装置的用电端与汽轮发电机的供电端电性相连；空压机，空压机的用电端与汽轮发电机的供电端电性相连，空压气的进气端与外部空气相连；精馏装置，精馏装置的进气端与空压机的出气端相连。在本公开的一种基于熔盐储能的压缩空气分离系统中，熔盐储能装置加热汽轮发电机组的出液，以将汽轮发电机组的出液加热成蒸汽，蒸汽进入到汽轮发电机组中做功发电，能够在保证空压机运行的同时减小汽轮发电机组的耗能，从而降低电价较高时空气分离的成本。离的成本。离的成本。