CN115218115A - 一种具有保温蓄热功能的储气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有保温蓄热功能的储气装置，其包括第一储气单元和第二储气单元，第一储气单元包括若干个呈上下级顺序连接的第一无缝容器，第二储气单元包括与末级第一储气单元连接的第二无缝容器，第一无缝容器、第二无缝容器的外表面均喷涂有防腐层，且第一无缝容器外还包覆有蓄热层和保温层，压缩阶段中，通过第一无缝容器的蓄热层和保温层吸收并保持压缩空气的压缩热；释能阶段中，第二无缝容器内的压缩空气回收利用第一无缝容器存储的压缩热。上述储气装置由多个无缝容器组成，其中部分无缝容器具有蓄热和保温的功能，既可以保温储压，又可以与无蓄热保温功能的无缝容器配合使用，回收压缩空气中的热量再利用，提高了能量的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及压缩空气储能技术领域，尤其涉及一种具有保温蓄热功能的储气装置。
背景技术
为了解决传统电网峰谷用电量差异巨大及风能和太阳能发电“弃风”、“弃光”的问题，压缩空气储能发电技术应用而生。压缩空气储能发电系统的单机容量在100MW以上，与传统电网的匹配度高，具有储能周期长、单位储能投资小、服役寿命长的优点，所以压缩空气储能发电技术得以快速发展。
为了提高压缩空气的储能效率，现有技术中的压缩空气储能系统不仅设置了空气储存装置用来储存高压空气，而且还会增加换热器和蓄热储罐，用来回收利用压缩空气中的热能。在全部压缩过程结束后进行储热的系统，通过压缩机将空气压缩至高温高压状态后，压缩空气流经蓄热储罐，利用储热系统回收压缩压缩空气中的部分热能，空气降温并储存在储气装置中。释能时，将高压空气释放，压缩空气再流经蓄热储罐，利用储存的压缩热使空气升温，然后推动膨胀机做功发电。另外，有些压缩空气储能系统在压缩过程级间增设换热器，逐级回收压缩空气中的部分热能进行存储，压缩空气进入储气装置后温度逐渐降低到与环境温度平衡。释能时，利用储存的压缩热使空气升温，然后推动膨胀机做功发电。
但是，无论是在全部压缩过程结束后进行储热，还是在压缩过程级间进行储热，这种余热回收方式需要增加蓄热储罐和/或多级换热器，不仅增加了设备投资，而且设备与设备之间连接管路成倍增加，压缩空气的压降增大，依靠牺牲压缩空气的势能回收部分热能得不偿失，并且热能回收与释放过程中的多次热交换也降低了热效率，严重影响到整个系统的能量转换效率。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种具有保温蓄热功能的储气装置，既可以储存高压的压缩空气，又可以储存压缩空气中的热能，实现保温保压的功能，且提高系统的能量转换效率。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有保温蓄热功能的储气装置，其包括第一储气单元和第二储气单元，第一储气单元包括若干个呈上下级顺序连接的第一无缝容器，第二储气单元包括与末级第一储气单元连接的第二无缝容器，第一无缝容器、第二无缝容器的外表面均喷涂有防腐层，且第一无缝容器外还包覆有蓄热层和保温层，压缩阶段中，通过第一无缝容器的蓄热层和保温层吸收并保持压缩空气的压缩热；释能阶段中，第二无缝容器内的压缩空气回收利用第一无缝容器存储的压缩热。
特别地，第一无缝容器、第二无缝容器均由无缝钢管经两端热旋压收口、热处理、瓶口螺纹加工、内外表面抛丸处理，经过耐压试验和无损检测，按压力容器标准制造验收。
特别地，第一无缝容器、第二无缝容器的两端口均通过内螺纹连接有端塞，端塞上设置有进出气阀门、排污阀和/或安全阀，并通过外螺纹连接有用于固定的安装法兰。
特别地，防腐层为氨基甲酸乙酯面漆层或由内侧的环氧树脂底漆层及外侧的聚氨酯面漆层构成。
特别地，第一无缝容器的防腐层外依次设置有蓄热层、反射层、保温层、防水层、保护层。
特别地，蓄热层的材料为显热蓄热材料、潜热蓄热材料或吸附蓄热材料。
特别地，反射层采用铝箔纤维布以正向螺旋缠绕的方式包覆在蓄热层外，搭接长度为50mm～80mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎。
特别地，保温层包括第一保温层和第二保温层，第一保温层为纳米气凝胶，采用负向螺旋缠绕的方式包覆在反射层外表面，搭接长度为40mm～60mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎；第二保温层为硅酸铝针刺毯、玻璃棉或岩棉，采用沿环向平行缠绕的方式包覆在第一保温层外表面，且采用同层错缝、内外层压缝的方式包裹，内外层接缝错开100mm～150mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎，或采用正向螺旋缠绕的方式包裹在第一保温层外表面，沿纵向无需搭接，且沿纵向无缝隙，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎。
特别地，防水层采用负向螺旋缠绕的方式包覆在第二保温层外表面，搭接长度40mm～60mm，每间隔200mm～300mm用打包带捆扎，每一层的捆扎钢带和打包带沿纵向错开。
特别地，保护层的材料为彩钢板、镀锌铁皮或铝皮，采用正向螺旋缠绕的方式包裹在防水层外表面，搭接长度为10mm～20mm。
综上，本发明的有益效果为，所述具有保温蓄热功能的储气装置具有以下优点：
1)第一储气单元兼具储压、蓄热、保温功能，省去了换热器和蓄热储罐，既可以降低初始投资，又可以提高系统的能量转换效率；
2)蓄热层置于第一无缝容器的外面，不占用额外储存空间，有利于控制整体尺寸，提高了设备利用效率；
3)无缝容器按模块化集成，可灵活布置排列，可根据系统储存容积的要求灵活增减无缝容器的数量，既可节省设备投资，又能提高热量的回收利用率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具有保温蓄热功能的储气装置中第一储气单元与第二储气单元的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的具有保温蓄热功能的储气装置中无缝容器本体的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的具有保温蓄热功能的储气装置中第一无缝容器的表层结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图1所示，本优选实施例提供一种具有保温蓄热功能的储气装置，其包括第一储气单元1和第二储气单元2。
第一储气单元1包括若干个呈上下级顺序连接的第一无缝容器A，第二储气单元2包括与末级第一储气单元1连接的第二无缝容器B，第一无缝容器A、第二无缝容器B的外表面均喷涂有防腐层31，不同之处在于，第一无缝容器A外还包覆有蓄热层32和保温层34。
第一无缝容器A的反射层33和保温层34可防止热量散失，维持蓄热层32和内部压缩空气的温度，而第二无缝容器B由于没有蓄热层32与保温层34，其内部的压缩空气的温度逐步达到与环境温度平衡。
优选地，储气装置中30％～50％的无缝容器为第一无缝容器A，其余的采用第二无缝容器B，既节省设备投资，又能提高热量的回收利用率。
压缩阶段中，通过第一无缝容器A的蓄热层32和保温层34吸收并保持压缩空气的压缩热；释能阶段中，第二无缝容器B内的压缩空气回收利用第一无缝容器A存储的压缩热。
其中，第一无缝容器A、第二无缝容器B的无缝容器本体3均由无缝钢管经两端热旋压收口、热处理、瓶口螺纹加工、内外表面抛丸处理，经过耐压试验和无损检测，按压力容器标准制造验收，容器外径为610mm～1220mm，长度为6m～13m，单支容器水容积为2000L～14000L。
如图2所示，无缝容器本体3的两端口均通过内螺纹连接有端塞4，端塞4上设置有进出气阀门、排污阀、安全阀等，储气装置中配有顺序控制系统，通过顺序控制系统依次打开储气单元(无缝容器)上的进出气阀门，控制压缩空气在充气和放气过程中在储气装置中的流向，可最大限度回收利用压缩热。
无缝容器本体3的两端口均通过外螺纹连接有用于固定的安装法兰5。在此基础上，2～4个无缝容器组成一个储气单元，多个储气单元通过沿垂直方向叠放及沿水平方向并联的方式集成。
特别地，第二无缝容器B的外表面仅喷涂有防腐层31，防腐层31优选为氨基甲酸乙酯面漆层或由内侧的环氧树脂底漆层及外侧的聚氨酯面漆层构成，而第一无缝容器A的防腐层31外依次设置有蓄热层32、反射层33、保温层34、防水层35和保护层36，如图3所示。
其中，蓄热层32的材料优选为显热蓄热材料、潜热蓄热材料或吸附蓄热材料，采用钢带捆扎使蓄热材料贴紧无缝容器外表面，并且蓄热材料之间相互靠紧，环向及纵向不留缝隙。
反射层33采用铝箔纤维布以正向螺旋缠绕的方式包覆在蓄热层32外，搭接长度为50mm～80mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎。
保温层34还包括第一保温层和第二保温层，第一保温层优选为纳米气凝胶，采用负向螺旋缠绕的方式包覆在反射层33外表面，搭接长度为40mm～60mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎。
第二保温层优选为硅酸铝针刺毯、玻璃棉或岩棉，采用沿环向平行缠绕的方式包覆在第一保温层外表面，且采用同层错缝、内外层压缝的方式包裹，内外层接缝错开100mm～150mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎。
或者，第二保温层采用正向螺旋缠绕的方式包裹在第一保温层外表面，沿纵向无需搭接，且沿纵向无缝隙，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎。
防水层35采用负向螺旋缠绕的方式包覆在第二保温层外表面，搭接长度40mm～60mm，每间隔200mm～300mm用打包带捆扎，每一层的捆扎钢带和打包带沿纵向错开。
保护层36的材料优选为彩钢板、镀锌铁皮或铝皮，采用正向螺旋缠绕的方式包裹在防水层35外表面，搭接长度为10mm～20mm。
用电低谷时，电动机带动压缩机对空气进行压缩，顺序控制系统使高温高压的压缩空气首先进入第一储气单元1的首级第一无缝容器A1，蓄热层32吸收压缩空气中的部分热量，温度升高，压缩空气的温度降低，直到与蓄热层32的温度接近平衡，然后依次进入下级第一无缝容器A2、A3、A4……，直到压缩压缩空气与环境的温度差小于10℃～20℃，压缩空气进入第二储气单元2；随着第二无缝容器B内压缩空气的温度降低，其压力也降低，可利用末级第一无缝容器An内的压缩空气补压，直到第二无缝容器B的操作压力达到额定数值。
用电高峰时，顺序控制系统逐级打开第一储气单元1的进出气阀门进行放气操作，高温高压的压缩空气进入膨胀机，推动膨胀机做功。当第一储气单元1的压力下降时，第二储气单元2内第二无缝容器B的压缩空气首先补入末级第一无缝容器An，补入的压缩空气吸收蓄热层32的热量，温度升高，然后进入首级第一无缝容器A1，经与蓄热层32换热后温度进一步升高，最终进入膨胀机做功。
综上，上述的具有保温蓄热功能的储气装置中第一储气单元兼具储压、蓄热、保温功能，省去了换热器和蓄热储罐，既可以降低初始投资，又可以提高系统的能量转换效率，且蓄热层置于第一无缝容器的外面，不占用额外储存空间，有利于控制整体尺寸，提高了设备利用效率，另外无缝容器按模块化集成，可灵活布置排列，可根据系统储存容积的要求灵活增减无缝容器的数量，既可节省设备投资，又能提高热量的回收利用率。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于，包括第一储气单元和第二储气单元，所述第一储气单元包括若干个呈上下级顺序连接的第一无缝容器，所述第二储气单元包括与末级第一储气单元连接的第二无缝容器，所述第一无缝容器、第二无缝容器的外表面均喷涂有防腐层，且第一无缝容器外还包覆有蓄热层和保温层，压缩阶段中，通过第一无缝容器的蓄热层和保温层吸收并保持压缩空气的压缩热；释能阶段中，第二无缝容器内的压缩空气回收利用第一无缝容器存储的压缩热。
2.根据权利要求1所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述第一无缝容器、第二无缝容器均由无缝钢管经两端热旋压收口、热处理、瓶口螺纹加工、内外表面抛丸处理，经过耐压试验和无损检测，按压力容器标准制造验收。
3.根据权利要求2所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述第一无缝容器、第二无缝容器的两端口均通过内螺纹连接有端塞，所述端塞上设置有进出气阀门、排污阀和/或安全阀，并通过外螺纹连接有用于固定的安装法兰。
4.根据权利要求1所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述防腐层为氨基甲酸乙酯面漆层或由内侧的环氧树脂底漆层及外侧的聚氨酯面漆层构成。
5.根据权利要求1所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述第一无缝容器的防腐层外依次设置有蓄热层、反射层、保温层、防水层、保护层。
6.根据权利要求5所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述蓄热层的材料为显热蓄热材料、潜热蓄热材料或吸附蓄热材料。
7.根据权利要求5所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述反射层采用铝箔纤维布以正向螺旋缠绕的方式包覆在蓄热层外，搭接长度为50mm～80mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎。
8.根据权利要求7所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述保温层包括第一保温层和第二保温层，所述第一保温层为纳米气凝胶，采用负向螺旋缠绕的方式包覆在反射层外表面，搭接长度为40mm～60mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎；所述第二保温层为硅酸铝针刺毯、玻璃棉或岩棉，采用沿环向平行缠绕的方式包覆在第一保温层外表面，且采用同层错缝、内外层压缝的方式包裹，内外层接缝错开100mm～150mm，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎，或采用正向螺旋缠绕的方式包裹在第一保温层外表面，沿纵向无需搭接，且沿纵向无缝隙，每间隔200mm～300mm用钢带捆扎。
9.根据权利要求8所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述防水层采用负向螺旋缠绕的方式包覆在第二保温层外表面，搭接长度40mm～60mm，每间隔200mm～300mm用打包带捆扎，每一层的捆扎钢带和打包带沿纵向错开。
10.根据权利要求9所述的具有保温蓄热功能的储气装置，其特征在于：所述保护层的材料为彩钢板、镀锌铁皮或铝皮，采用正向螺旋缠绕的方式包裹在防水层外表面，搭接长度为10mm～20mm。
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