CN104696028A - 一种压缩空气储能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩空气储能发电系统，包括：压缩生成高压气体的压缩机组，与压缩机组相连接的储气罐；与储气罐相连的空气加热器；利用空气加热器生成的高温高压气体发电的发电设备；还包括依次首尾相连构成循环水路的冷水储存罐、中间冷却器、热水储存罐和预热器；压缩机组的出气口经中间冷却器与储气罐的进气口相连，将流经气体与冷水进行热交换；储气罐的出气口经预热器与空气加热器的进气口相连，将流经气体与热水进行热交换。通过上述设置，达到了减小能量损耗、提高发电效率的目的。同时，本发明结构简单、方法简洁、效果显著，适宜推广使用。

Description

一种压缩空气储能发电系统

技术领域

本发明涉及电力领域的一种压缩空气储能发电系统，尤其涉及一种可对压缩空气进行降温储藏、并将多余热量进行二次利用的高效能压缩空气储能发电系统。

背景技术

从目前的科技发展水平来看，压缩空气储能技术(CAES)和抽水蓄能技术是能够实现电能大规模储存仅有的两种技术。由于我国广大的西部地区普遍干旱缺水，抽水蓄能技术暂无法采用，因此，压缩空气储能技术成为我国，尤其是西部地区，对风电进行大规模储存唯一可以采用的技术。

压缩空气储能技术在国外已有30年以上的应用和发展历史，今天仍在安全运行。目前，在运行的电站有美国的阿拉巴马州电力公司在麦金托什(McIntosh)地区兴建的压缩空气储能电站和德国的Huntorf压缩空气储能电站。

根据国外压缩空气储能电站热力系统的技术特点和发展历史，大都采用如下第一代技术：电动机与发电机为同一驱动电机，系统中不带燃气轮机，电机、压缩机和气体膨胀机实行共轴转动，透平发电机进气加热由低压透平发电机排气余热和补燃装置共同完成。

如图1所示，其主要技术方案如下：该系统采用直链结构，压缩机17与透平发电机3共轴，二者共用一个驱动电机60，分别通过联轴器61与驱动电机60连接。在储能过程中，透平发电机3与驱动电机60脱开，驱动电机为电动机，拖动压缩机17工作，向储气罐1中输送带压气体；在发电过程中，压缩机17与驱动电机60脱开，驱动电机60为发电机，发电机在地下带压气体的推动下推动透平发电机3，带动发电机工作，向电网输电。

但是该系统存在如下缺点：需要采用外部热源向系统补充热量，但未对压缩过程中产生的热量加以回收利用。此外，该系统由于未采用燃气透平，燃料含有的有效能量未被充分利用；系统的总转换效率不会很高；由于机组采用的是直连形式，主机(压缩机17和气体透平发电机3选型受限，不利于设备的批量化生产。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压缩空气储能发电系统，以实现对压缩空气降温储藏、降低储藏成本和风险系数的目的；再一目的在于，该发电系统还具有循环水热交换系统，以实现将压缩空气降温过程释放的热量二次利用、提高发电效率的目的。

本发明中，为了实现上述目的所采用的具体技术方案如下：

一种压缩空气储能发电系统，包括：对空气进行压缩生成高压气体的压缩机组，与压缩机组相连接的、储存高压气体的储气罐1；与储气罐1相连的、将空气进行加热生成高温高压气体的空气加热器2；与空气加热器2相连的、利用空气加热器2生成的高温高压气体发电的发电设备；

还包括依次首尾相连构成循环水路的冷水储存罐20、中间冷却器18、热水储存罐19和空气预热器4；压缩机组的出气口经中间冷却器18与储气罐1的进气口相连，将流经气体与冷水进行热交换；储气罐1的出气口经空气预热器4与空气加热器2的进气口相连，将流经气体与热水进行热交换。

进一步，所述的中间冷却器18包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；中间冷却器18的第一通道两端分别与冷水储存罐20的出水口和热水储存罐19的进水口相连通；中间冷却器18的第二通道两端分别与压缩机组的出气口和储气罐1的进气口相连通。

进一步，所述的空气预热器4包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；空气预热器4的第一通道两端分别与冷水储存罐20的进水口和热水储存罐19的出水口相连通；空气预热器4的第二通道两端分别与储气罐1的出气口和空气加热器2的进气口相连通。

进一步，所述的空气预热器4与空气加热器2之间设有回热器30，所述的回热器30包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；回热器30的第一通道的两端分别与大气和发电设备的出气口相连通；回热器30的第二通道两端分别与空气预热器4的出气口和空气加热器2的进气口相连通。

进一步，压缩机组由一个压缩机17、或多个依次相串连的压缩机17构成。

进一步，各压缩机17上分别设有对压缩机17进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别与冷水储存罐20的出水口和热水储存罐19的进水口相连通。

进一步，还包括利用利用高压气体进行发电的预膨胀装置50；储气罐1的出气口与预膨胀装置50的进气口相连，预膨胀装置50的出气口与空气预热器4的进气口相连通。

进一步，中间冷却器18与冷水储存罐20之间相连接的管路上设有第一水泵62；热水储存罐19与空气预热器4之间相连接的管路上设有第二水泵63。

进一步，所述的空气加热器2包括轴线水平延伸的罐体；罐体内部空间的两端分别设有燃烧室和混合室，燃烧室与混合室的靠近侧相连通；燃烧室远离混合室的一端为前端，该端设有供燃气和高压空气进入的进气喷嘴；燃烧室的侧壁上排布由多列沿罐体轴线间隔设置的、调整燃烧室内火焰方向的、供高压气体流入的导向喷嘴；至少靠近燃烧室后端一列的各导向喷嘴轴线相交于罐体轴线处，使燃烧室喷入混合室的火焰沿罐体轴线方向喷射。

进一步，空气预热器4的第一通道的两端分别设有三通阀，其中一个三通阀分别与冷水储存罐20的进水口和发电设备的出气口相连，另一三通阀分别与热水储存罐19的出水口和大气相连。

本发明的另一目的在于提供一种压缩空气储能发电系统，以实现对空气的多级、多程度压缩，以提高发电效率的目的；还一目的在于，该发电系统还具有多个并和/或串联的多个发电设备，达到依据压缩空气工况令各发电设备进行对应工作的目的，以实现提高压缩空气使用效率、增大发电效率的目的。

为实现上述发明目的，采用如下技术方案：

一种压缩空气储能发电系统，包括：对空气进行压缩生成高压气体的压缩机组，与压缩机组相连接的、储存高压气体的储气罐1；与储气罐1相连的、将空气进行加热生成高温高压气体的空气加热器2；与空气加热器2相连的、利用空气加热器生成的高温高压气体发电的发电设备；压缩机组由多个依次相串连的压缩机17构成；发电设备由多个依次相串连和/或并联的透平发电机3构成。

进一步，还包括依次首尾相连构成循环水路的冷水储存罐20、中间冷却器18、热水储存罐19和空气预热器4；压缩机组的出气口经中间冷却器18与储气罐1的进气口相连，将流经气体与冷水进行热交换；储气罐1的出气口经空气预热器4与空气加热器2的进气口相连，将流经气体与热水进行热交换。

进一步，各压缩机17的进气口分别与上一级压缩机17的出气口相连通、出气口分别与下一级压缩机17的进气口相连通；最上级的压缩机17的进气口与大气相连通，最下级的压缩机17的出气口与中间冷却器18相连通。

进一步，各压缩机17的出气口均分别经三通阀与中间冷却器18的进气口和下一级压缩机17的进气口相连通；各压缩机17的进气口均分别经三通阀与中间冷却器18的出气口和上一级压缩机17的出气口相连通。

进一步，构成压缩机组的多个压缩机17共用同一驱动电机60。

进一步，压缩机17上分别设有对压缩机进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别与冷水储存罐20的出水口和热水储存罐19的进水口相连通。

进一步，各透平发电机3的进气口分别与上一级透平发电机3的出气口相连通；最上级的透平发电机3的进气口与空气加热器2的出气口相连通，最下级的透平发电机17的出气口与排气装置和/或大气相连通。

进一步，各透平发电机3上分别设有对透平发电机3进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别为冷却水进口和冷却水出口。

进一步，所述的空气预热器4与空气加热器2之间设有回热器30，所述的回热器30包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；回热器30的第一通道的两端分别与冷水储存罐20的进水口和各透平发电机3的冷却水出口相连通，或回热器30的第一通道的两端分别与各透平发电机3的出气口和大气相连通；回热器30的第二通道两端分别与空气预热器4的出气口和空气加热器2的进气口相连通。

进一步，各透平发电机3的冷却水进口分别与冷水储存罐20相连通。

采用上述技术方案，本发明较现有技术的优势在于：

在系统中加入了一个冷水储存罐和一个热水储存罐、一个预膨胀器、一个回热器，压缩空气储能系统与传统储能系统的最大区别在于最大限度地减低系统对外界排放热量中所含的有效能量，回收压缩机压缩过程中放出的热量。该系统可以获得更高的能量转换效率。比传统压缩空气储能系统的理念更为先进，因为它充分利用了压缩空气过程中产生的热量，系统的转化效率比传统储能发电系统要高2％左右。同传统压缩空气储能系统相比，其转换效率压低8％左右。其根本原因是该系统未加装燃气轮机，系统组成简单。本发明的整个系统是一个封闭系统，其中水分没有流失，并且通过两个储罐对热量冷量的储存，也没有额外的热量耗散，完整实现了能量的梯级利用。

此外，该系统所需天然气的量要比传统储能发电系统少得多，最重要的是，该系统可以采用矿物质燃料加热，适用于干旱缺水地区。

综上所述，本发明的压缩空气储能技术特别适用于在缺乏天然气、缺水干旱地区，是一种极适用于我国国情的发电系统。

同时，本发明结构简单、方法简洁、效果显著，适宜推广使用。

附图说明

图1为现有技术中压缩空气储能发电系统的结构示意图；

图2为本发明中压缩空气储能发电系统的结构示意图；

图3为本发明中一实施例的压缩空气储能发电系统的结构示意图；

图4为本发明中另一实施例的压缩空气储能发电系统的结构示意图；

图5为本发明的一实施例中空气加热器的燃烧室结构示意图；

图6为本发明的另一实施例中空气加热器的燃烧室结构示意图；

图7为本发明的再一实施例中空气加热器的燃烧室结构示意图；

图8为本发明的一实施例中空气加热器的燃烧室横断面结构示意图；

图9为本发明的另一实施例中空气加热器的燃烧室横断面结构示意图；

图10为本发明的再一实施例中空气加热器的燃烧室横断面结构示意图；

图11为本发明中进气喷嘴的结构示意图；

图12为本发明中导向喷嘴的结构示意图。

主要元件说明：1—储气罐，2—空气加热器，3—透平发电机，4—空气预热器，5—排气筒，6—燃料供应罐，7—太阳能集热器，8—储存罐，9—两位三通阀，10—节流装置，11—第一管路,12—第二管路，13—第三管路，14—第一燃料供应管，15—第二燃料供应管，16—动力泵，17—压缩机，18—中间冷却器，19—热水储存罐，20—冷水储存罐，30—回热器，50—预膨胀装置，60—驱动电机，61—联轴器，62—第一水泵，63—第二水泵，21—燃烧室，22—混合室，23—进气喷嘴，24—导向喷嘴，25—燃烧器，231—出气嘴，232—第一进气口，233—第二进气口，234—混合腔室，241—套管，242—大口端，243—小口端。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步详细的说明。

如图3所示，本发明介绍了一种压缩空气储能发电系统，包括：空气加热器2，将空气进行加热生成高温高压气体；供气设备，为空气加热器2提供高压空气；供燃料设备，为空气加热器2提供燃料；发电设备，利用空气加热器2生成的高温高压气体发电。

如图2所示，本发明中，一种压缩空气储能发电系统，包括：对空气进行压缩生成高压气体的压缩机组，与压缩机组相连接的、储存高压气体的储气罐1；与储气罐1相连的、将高压空气进行加热生成高温高压气体的空气加热器2；与空气加热器2相连的、利用空气加热器2生成的高温高压气体发电的发电设备；还包括依次首尾相连构成循环水路的冷水储存罐20、中间冷却器18、热水储存罐19和空气预热器4；压缩机组的出气口经中间冷却器18与储气罐1的进气口相连，将流经气体与冷水进行热交换；储气罐1的出气口经空气预热器4与空气加热器2的进气口相连，将流经气体与热水进行热交换。

本发明中，所述的中间冷却器18包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；中间冷却器18的第一通道两端分别与冷水储存罐20的出水口和热水储存罐19的进水口相连通；中间冷却器18的第二通道两端分别与压缩机组的出气口和储气罐1的进气口相连通。从而，使得第一通道中的冷水与第二通道中的高压空气进行热交换，以达到对高压空气降温的目的。

本发明中，所述的空气预热器4包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；空气预热器4的第一通道两端分别与冷水储存罐20的进水口和热水储存罐19的出水口相连通；空气预热器4的第二通道两端分别与储气罐1的出气口和空气加热器2的进气口相连通。

实施例一

如图2所示，本实施例中，压缩机组由一个压缩机、或多个依次相串连的压缩机17构成。

本实施例中，各压缩机17上分别设有对压缩机进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别与冷水储存罐19的出水口和热水储存罐20的进水口相连通。

本实施例中，各压缩机17的进气口和出气口依次相连通，以构成串连连接结构；且将各压缩机沿空气流动方向依次由高到低分为第一级压缩机、第二级压缩机…第n级压缩机。

本实施例中，各压缩机17的进气口分别与上一级压缩机17的出气口相连通、出气口分别与下一级压缩机17的进气口相连通；最上级压缩机17的进气口与大气相连通，最下级压缩机17的出气口与中间冷却器18相连通。

本实施例中，各压缩机17的出气口均分别经三通阀与中间冷却器18的进气口和下一级压缩机17的进气口相连通；各压缩机17的进气口均分别经三通阀与大气和上一级压缩机17的出气口相连通。

优选的，如图2所示，相邻级压缩机之间分别各设有一中间冷却器18，中间冷却器18的供气体流动的第二通道两端分别与对应相邻的俩压缩机17相连接。从而，对每级压缩后的空气进行降温处理，以提高高压空气的使用效率。

本实施例中，构成压缩机组的多个压缩机17共用同一驱动电机。优选的，驱动电机经对应联轴器与各压缩机分别相连接或脱离，以使得各压缩机可依据实际工况分别或同时进行工作。

本实施例中，压缩机17上分别设有对压缩机组进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别与冷水储存罐20的出水口和热水储存罐19的进水口相连通。

实施例二

如图2所示，本实施例中，压缩空气储能发电系统还包括利用利用高压气体进行发电的预膨胀装置50。储气罐1的出气口与预膨胀装置50的进气口相连，预膨胀装置50的出气口与空气预热器4的供气体流动第二通道的进气口相连通。

优选的，储气罐1的出气口经三通阀分别与预膨胀装置50的进气口和空气预热器4的进气口相连，预膨胀装置50的出气口与空气预热器4的进气口相连通。从而，使得储存的高压空气可依据需求直接进行加热或预发电后再进行加热。

实施例三

如图2所示，本实施例中，中间冷却器18与冷水储存罐19之间相连接的管路上设有第一水泵62；热水储存罐20与空气预热器4之间相连接的管路上设有第二水泵63。从而，使得冷水储存罐中的冷水在第一水泵的作用下向中间冷却器方向流动，热水储存罐中的热水在第二水泵的作用下向空气预热器方向流动。

实施例四

如图2所示，本实施例中，压缩空气储能发电系统的发电设备由多个相并连和/或串连连接的透平发电机3构成。

本实施例中，各透平发电机3的进气口和出气口依次相连通，以构成串连连接结构；且将各透平发电机3沿空气流动方向依次由高到低分为第一级透平发电机、第二级透平发电机…第n级透平发电机。

本实施例中，各透平发电机3的进气口分别与上一级透平发电机3的出气口相连通；最上级透平发电机3的进气口与空气加热器2的出气口相连通，最下级透平发电机3的出气口与排气装置和/或大气相连通。

本实施例中，各透平发电机3上分别设有对透平发电机3进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别为冷却水进口和冷却水出口。

本实施例中，所述的空气预热器4与空气加热器2之间设有回热器30，所述的回热器30包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；回热器30的第一通道的两端分别与透平发电机3的出气口和大气相连通；回热器30的第二通道两端分别与空气预热器4的出气口和空气加热器2的进气口相连通。从而，实现利用发电后废弃的余热对未燃烧高压空气进行热交换，以提高发电系统的效率。

实施例五

如图3或图4所示，本发明中的空气加热器2由一密闭的罐体构成，罐体内部空间的两端分别设有燃烧室21和混合室22，燃烧室21与混合室22的靠近侧相连通。燃烧室内供高压空气与可燃气体燃烧加热，供混合后的燃气和高压空气进入燃烧室21内燃烧；混合室22将燃烧后的混合气体与未燃烧的高压气体混合以调节空气加热器出口处气体的温度。

如图3和图4所示，储气罐1经三路管路分别与空气加热器2相连通；储气罐1经第一管路11与空气加热器2的燃烧室21内设置的进气喷嘴23相连通，以作为燃烧室21内燃烧的助燃烧气；储气罐1经第二管路12与燃烧室21内设置的导向喷嘴24相连通，导向喷嘴24的轴线自燃烧室21侧壁向进气口轴线方向延伸，以控制燃烧室21内燃烧火焰的方向；储气罐1经第三管路13与空气加热器2的混合室22相连通，混合室22前端的进气喷嘴23与燃烧室21后端的出气口相连通，以将燃烧室21排出的、燃烧后的气体与第三管路13流入的、未燃烧的空气相混合，以调节空气加热器2所生成气体的压力与温度。

燃料供应罐6经第一燃料供应管14与空气加热器2的燃烧室21内内设置的进气喷嘴23相连通，使燃料与高压空气混合后进入空气化热器的燃烧室21；燃料供应罐6经第二燃料供应管15与燃烧室21内设置的燃烧器25相连通，所述的燃烧器25为燃烧室内的可燃气体和助燃空气提供点火源。优选的，燃料供应罐中储存的可燃气体为液化天然气(LNG)。

一种利用上述发电系统进行压缩空气储能发电的方法，其包括：将高压空气与燃料进行燃烧生成高压混合气体，利用高压混合气体进行发电作业；

在高压空气进行燃烧的具体步骤如下，

步骤S1:第一路高压空气与燃料混合后自进气喷嘴23喷入空气加热器2；同时，第二路高压空气沿空气加热器2燃烧室21的侧壁各处向进气喷嘴23轴线方向喷射，使燃烧室21内的火焰沿燃烧室21轴线方向喷射；

步骤S2：第三路高压空气与空气加热器2加热燃烧室21内加热后的气体混合，生成压力值为2.0Mpa、温度为500～650℃的混合气体，以供发电设备进行发电作业。

通过上述装置和方法，使得空气加热器2可利用高压空气同时做为助燃气、控制火焰方向的控制气流和调整混合气体工况的调节气流，达到了一气多用的目的。从而，使得整个空气加热系统的设备得到简化，同时，利用空气加热器2的加热方式也较为稳定、可靠。

本发明中，电场在发电高峰期，利用多余发电量带动压缩机生成高压空气并进行存储，存储的高压空气压力值为2.1～2.3Mpa；电场在发电低谷期，利用存储的高压空气进行燃烧加热生成压力值为2.0Mpa、温度为500～650℃的混合气体，透平发电机利用燃烧加热后的混合气体进行发电作业。优选的，电场可以为风力发电场、火力发电场、水利发电场中的任意一种；进一步优选的，电场为风力发电场。从而，克服了风力发电场发电波动幅度较大的问题，使得风力发电厂的发电功率呈一较为平滑、稳定的数值进行输出。

实施例六

如图3或4所示，本实施例中，空气加热器2由一罐体构成，罐体内部空间的两端分别设有燃烧室21和混合室22，燃烧室21与混合室22的靠近侧相连通，该侧为燃烧室21的后侧；燃烧室21远离混合室22的一端为前端，该端设有与第一管路11相连通的进气喷嘴23，供混合后的燃气和高压空气进入燃烧室内燃烧加热。优选的，燃烧室21和混合室22同轴设置；进一步优选的，燃烧室21和混合室22均与罐体同轴设置，且燃烧室21和混合室22的横断面分别呈圆形。

如图5至7所示，本实施例中，燃烧室21前端壁设有一进气喷嘴23，进气喷嘴23为双料混合喷嘴；所述的双料混合喷嘴由一喷嘴头231、喷嘴头处设置的混合结构及与混合结构相连通的第一进气口232和第二进气口233；第一进气口232与第一管路11相连通，以供高压空气流入；第二进气口233与第一燃料供应管路14相连通，以供燃料流入。

从而，在进气喷嘴23处喷出混合有空气和燃料气体的混合气体，使得混合气体直接喷入燃烧室21内，经燃烧室21内设置的点火装置作用形成火焰，以对气体进行加热，生成高温高压气体。

优选的，如图11所示，本实施例中，进气喷嘴23的混合结构包括一混合腔室234，混合腔室234呈圆球状；圆球状混合腔室234的一侧经两个进气通道分别与第一进气口232和第二进气口233相连通、相对的另一侧经一个出气通道与喷嘴头231相连通。两个进气通道分别与混合腔室234的上部和下部相连通，出气通道与混合腔室234的中部相连通。

由于，自第一进气口232和第二进气口233流入混合腔室234中的高压空气和可燃燃气，在圆球状混合腔室234中形成容易形成漩涡，使得高压空气和可燃燃气的混合程度可提高。

本实施例中，出气通道的管径自混合腔室234向喷嘴头231方向逐渐收窄，使得流入混合腔室234中的高压气体与燃气混合后自喷嘴头231处喷入燃烧室。

本实施例中，第一路高压空气与燃料的混合步骤如下，

步骤S201、高压空气与燃料流入进气喷嘴的圆球状混合腔室中，在圆球形侧壁的作用下产生旋转漩涡，以进行混合；

步骤S202、混合后的气体经孔径逐渐收窄的通道进行加压，并喷射入燃烧室中。

实施例七

如图5至图10所示，本实施例中，燃烧室21的侧壁上排布由多列沿罐体轴线间隔设置的、调整燃烧室21内火焰方向的、供高压气体流入的导向喷嘴24；各导向喷嘴24均与第二管路12相连通，以使得第二路高压空气经各导向喷嘴24流入燃烧室21中，达到利用作为助燃气体的高压空气控制燃烧室内火焰流向的目的。

本实施例中，至少靠近燃烧室21后端一列的各导向喷嘴24轴线相交于罐体轴线处，使燃烧室21喷入混合室的火焰沿罐体轴线方向喷射，避免混合室22中火焰喷射方向偏移造成混合室22内气体状态不一情况的发生。

如图5至7所示，本实施例中，罐体的横断面可以为圆形、多边形等任一几何形状；优选的罐体的横断面为圆形。每列导向喷嘴24至少包括三个导向喷嘴24；优选的，如图8所示，每列导向喷嘴24包括四个导向喷嘴24，四个导向喷嘴24分别处于圆形横断面的四个相位点处。每列导向喷嘴24的各导向喷嘴24均布于燃烧室21的同一横断面上；每列的各导向喷嘴24轴线相交于同一点。

通过上述装置，使得各导向喷嘴24中喷出的高压气体沿喷嘴的轴线喷射，令燃烧室内的火焰形状在各喷嘴所喷射高压气体的控制下变形，达到通过导向喷嘴24控制燃烧室21内火焰的目的。

如图5所示，本实施例中，可以将进气喷嘴23设于燃烧室21前侧的中心处，进气喷嘴23沿罐体的轴线方向延伸，使流入燃烧室21内的高压空气和燃气混合后沿罐体轴线喷射入混合室22中。各导向喷嘴24的轴线沿对应圆形横断面的轴线方向延伸，使得每列导向喷嘴24轴线的交点均处于罐体的轴线上，使得燃烧室21内火焰始终沿罐体轴线方向喷射；同时，使得喷入燃烧室21后侧混合室22中的火焰依然沿罐体轴线方向喷入。

如图6所示，本实施例中，可以将各列导向喷嘴24的轴线自燃烧室21前端向后端方向倾斜设置。优选的，各列导向喷嘴24的倾斜角度自燃烧室21两端向中间方向逐渐增加；进一步优选的，靠近燃烧室21前后两端的对应列导向喷嘴24的轴线倾斜角度为0。从而，使得导向喷嘴24喷出的高压气体可对燃烧室21内的火焰产生向燃烧室21后侧流动的推动力。例如：如图6所示，燃烧室21中等间隔的排布有六列导向喷嘴24，由燃烧室21前端至后端依次为：第一列导向喷嘴、第二列导向喷嘴、第三列导向喷嘴、第四列导向喷嘴、第五列导向喷嘴和第六列导向喷嘴；其中第一列和第六列导向喷嘴的轴线相对对应横断面的倾斜角度为0；第二列和第五列导向喷嘴的轴线相对对应横断面的倾斜角度为α；第三列和第四列导向喷嘴的轴线相对对应横断面的倾斜角度为β。优选的，所述的α＜β；进一步优选的，α为10度，β为20度。

在将导向喷嘴24设于燃烧室21前侧的中心处时，各列导向喷嘴24的安装位置可以如图8所示，将四个导向喷嘴24分别设于圆形横断面的四个相位点处，左右两端的导向喷嘴24轴线分别水平延伸，上下两端的导向喷嘴24轴线分别竖直延伸，使得每列的各导向喷嘴24的轴线相交点处于罐体轴线处

本实施例中，在第二路高压空气的作用下，燃烧室内的火焰始终沿燃烧室的轴线方向喷射。第二路高压空气自燃烧室侧壁上设置的多个导向喷嘴喷入燃烧室中，利用各导向喷嘴的喷射量控制燃烧室内火焰的喷射方向。

实施例八

如图7所示，本实施例中，还可以将进气喷嘴23设于燃烧室21前侧的靠近上端处，进气喷嘴23沿与罐体轴线相平行方向延伸。各列导向喷嘴24轴线的交点自燃烧室21前端向后端依次降低高度，至靠近燃烧室21后端一列的各导向喷嘴24轴线交点处于罐体轴线处。从而，控制燃烧室21内的火焰自燃烧室21前端向后端沿如图9所示的箭头方向流动，使得自燃烧室21后端喷入混合室22中的火焰依然沿罐体轴线方向喷射。

如图7所示，本实施例中，若以罐体的轴线方向为x轴、过进气喷嘴的竖直方向为y轴建立坐标系，火焰的喷射抛物线在该坐标系中符合如下规律：

x＝vt,y＝gt²/2。

其中，v为由进气喷嘴进入燃烧室中的气体流速；t为气体自进气喷嘴流入燃烧室中的进入时间；g为重力加速度9.8m/s²。

在将导向喷嘴24设于燃烧室21前侧的靠近上端处时，各列导向喷嘴24的安装位置可以如图9所示，将四个导向喷嘴24分别设于圆形横断面的四个相位点处，左右两侧的导向喷嘴24轴线分别向上倾斜，使得四个导向喷嘴24的交点处于图7所示的对应火焰喷射线上；

还可以如图10所示，将各列导向喷嘴24中的两个导向喷嘴24分别设于圆形横断面的上下相位点处，另外两个导向喷嘴24分别设于该横断面与图7所示的对应火焰喷射线相交点的左右两侧。上下两个导向喷嘴24沿圆形横断面的径向、竖直方向设置；左右两个导向喷嘴24沿水平方向设置。

本实施例中，在第二路高压空气的作用下，燃烧室内的火焰沿平滑的下降曲线喷射，并沿燃烧室轴线方向喷入混合室。第二路高压空气自燃烧室侧壁上设置的多个导向喷嘴喷入燃烧室中，利用各导向喷嘴的喷射量控制燃烧室内火焰的喷射方向。

实施例九

本实施例中，导向喷嘴24由单料喷嘴构成，该喷嘴由管径逐渐收窄的管路构成，大管径端与第二管路12相连通、小管径端处于燃烧室内；导向喷嘴24固定安装于燃烧室21的侧壁上。各导向喷嘴24的孔径自内向外逐渐收窄，以增加所喷射空气的压力。

从而，使得各导向喷嘴24可将高压空气喷射入燃烧室21中，为燃烧室21中的火焰提供助燃空气；还能控制燃烧室21中火焰的形状，使得燃烧室21喷射入混合室22中的火焰沿罐体轴线方向喷入。

如图12所示，本实施例中，构成导向喷嘴24的管路由伸缩套管构成，所述的伸缩套管由多节依次套装连接的套管241构成，各节套管241的内径由内至外依次递减。

本实施例中，各节套管241的内径逐渐收窄，各节套管241的大口端242外径不小于外侧相邻套管241的小口端243内径；且各节套管241的大口端242的外侧壁和小口端243的内侧壁上均设有螺纹，令各节套管241的大口端242与外侧相邻套管241的小口端243相螺纹连接固定。

通过将导向喷嘴由伸缩套管构成，以便于依据燃烧室中的进气流量调整各导向喷嘴24在燃烧室21中的长度，避免燃烧室中气体总量较小、燃烧效率低下情况的发生；同时，避免导向喷嘴距离火焰较远、控制精度较低，使得燃烧室中火焰偏移情况的发生。

优选的，各节套管241的内径均逐渐收窄；各节套管241的小口端243内径等于内侧相邻套管241的大口端242外径；各节套管241的大口端242外径等于外侧相邻套管241的小口端243内径。进一步优选的，各节套管241的大口端242和小口端243内径分别等大设置，以便于设置螺纹。

本实施例中，各导向喷嘴24与第二管路12相连接的管路上分别设有控制对应导向喷嘴24喷射流速的电磁阀；燃烧室中设有高温摄像头，以对燃烧室中的火焰进行实时监控；控制单元可依据监控数据，对各导向喷嘴24的电磁阀开度进行调整，使得燃烧室中的火焰喷射方向可依据需求，沿预定轨迹进行喷射。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压缩空气储能发电系统，包括：对空气进行压缩生成高压气体的压缩机组，与压缩机组相连接的、储存高压气体的储气罐(1)；与储气罐(1)相连的、将空气进行加热生成高温高压气体的空气加热器(2)；与空气加热器(2)相连的、利用空气加热器(2)生成的高温高压气体发电的发电设备；

其特征在于：还包括依次首尾相连构成循环水路的冷水储存罐(20)、中间冷却器(18)、热水储存罐(19)和空气预热器(4)；压缩机组的出气口经中间冷却器(18)与储气罐(1)的进气口相连，将流经气体与冷水进行热交换；储气罐(1)的出气口经空气预热器(4)与空气加热器(2)的进气口相连，将流经气体与热水进行热交换。

2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述的中间冷却器(18)包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；

中间冷却器(18)的第一通道两端分别与冷水储存罐(20)的出水口和热水储存罐(19)的进水口相连通；中间冷却器(18)的第二通道两端分别与压缩机组的出气口和储气罐(1)的进气口相连通。

3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述的空气预热器(4)包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；

空气预热器(4)的第一通道两端分别与冷水储存罐(20)的进水口和热水储存罐(19)的出水口相连通；空气预热器(4)的第二通道两端分别与储气罐(1)的出气口和空气加热器(2)的进气口相连通。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述的空气预热器(4)与空气加热器(2)之间设有回热器(30)，所述的回热器(30)包括相互独立的、可进行热交换的两个通道；

回热器(30)的第一通道的两端分别与大气和发电设备的出气口相连通；回热器(30)的第二通道两端分别与空气预热器(4)的出气口和空气加热器(2)的进气口相连通。

5.根据权利要求1至3任一所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：压缩机组由一个压缩机(17)、或多个依次相串连的压缩机(17)构成。

6.根据权利要求5所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：各压缩机(17)上分别设有对压缩机(17)进行冷却的、供冷却水流动的换热管路，换热管路的两端分别与冷水储存罐(20)的出水口和热水储存罐(19)的进水口相连通。

7.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：还包括利用利用高压气体进行发电的预膨胀装置(50)；

储气罐(1)的出气口与预膨胀装置(50)的进气口相连，预膨胀装置(50)的出气口与空气预热器(4)的进气口相连通。

8.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：中间冷却器(18)与冷水储存罐(20)之间相连接的管路上设有第一水泵(62)；热水储存罐(19)与空气预热器(4)之间相连接的管路上设有第二水泵(63)。

9.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：所述的空气加热器(2)包括轴线水平延伸的罐体；罐体内部空间的两端分别设有燃烧室和混合室，燃烧室与混合室的靠近侧相连通；燃烧室远离混合室的一端为前端，该端设有供燃气和高压空气进入的进气喷嘴；燃烧室的侧壁上排布由多列沿罐体轴线间隔设置的、调整燃烧室内火焰方向的、供高压气体流入的导向喷嘴；至少靠近燃烧室后端一列的各导向喷嘴轴线相交于罐体轴线处，使燃烧室喷入混合室的火焰沿罐体轴线方向喷射。

10.根据权利要求3所述的一种压缩空气储能发电系统，其特征在于：空气预热器(4)的第一通道的两端分别设有三通阀，其中一个三通阀分别与冷水储存罐(20)的进水口和发电设备的出气口相连，另一三通阀分别与热水储存罐(19)的出水口和大气相连。