[发明专利]具有储能、发电和物质回收功能的外压缩空分工艺流程

说明书

本发明提供一种具有储能、发电和物质回收功能的外压缩空分工艺流程，属于空分技术领域。该工艺通过在常规空分外压缩工艺流程的基础上设置低温液空储存系统和空气释能发电系统，形成集气体分离、液空储存、空气发电和物质回收为一体的空分新工艺流程，实现空分设备和技术的规模化储能特性。本发明既是一种新的外压缩空分工艺流程，也适用于对现有空分外压缩工艺流程的升级和更新改造。该工艺流程通过利用廉价谷电资源将空分产能需求以外的气体资源进行液化和储存，释能期间，通过设置蓄冷循环和利用压缩余热，使储存物质及其气化过程释放的冷能得到充分回收，并输出电能，以降低空分设备对峰电期电能的需求，提高企业的经济效益。

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、发电和物质回收功能的外压缩空分工艺流程。

背景技术

随着第三产业和居民生活用电占比的逐渐增大，以及用电不确定性的增强，我国电网调峰面临越来越严峻的挑战。风电、光电等技术的研究虽然不断取得新进展，但对于这种间歇性可再生能源并网问题的解决依然是我国、乃至全球能源研究的一条长征路。因此，弃风和弃光现象的存在将使我国的电网调峰长期依赖火电机组，而调峰过程火电机组的频繁启停和变负荷运行将严重影响发电机组的运行效率和使用寿命，同时也会增加发电煤耗和污染物排放。

在电网侧接入“储能调峰”技术是平衡电网用电需求和降低企业运行成本的重要辅助手段。目前，常用规模化储能技术主要有抽水储能、压缩空气储能、液化空气储能和热化学储能等。抽水储能是目前发展最成熟的储能发电技术，但该技术选址困难、投资成本高，且受地方水电消纳能力限制，弃水现象带来的资源利用不合理问题依然突出。压缩空气储能是继抽水蓄能之后的又一大型物理储能技术，其储能容量大，但需要利用废弃矿井或现有地下大容量空间作为高压储存容器，发展同样受到限制；热化学储能虽然能量储存密度大，热量损失小，适用于长距离运输，但其操作工艺和技术复杂，反应条件苛刻，且储存材料腐蚀性强，安全系数低，初始投资成本高，在实际推广和应用中仍然存在很多困难；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、不受环境和地理位置约束等优势受到了研究者的广泛关注，但独立的液化空气储能系统循环效率低、设备占地面积大，初始和运行投资成本高，回本周期长。因此，如果能够利用其它工业设备实现液化空气储能的生产过程，则对节约设备投资和降低生产运营成本具有重要意义。

空分是中国工业经济的重要基础装备，也是中国工业领域的耗电大户，其在煤化工、石油炼化和冶金三大行业的制氧能力占比分别为45％、30％和25％。据数据统计，对钢铁行业而言，2017年中国粗钢产量为8.71亿吨，按每吨钢平均耗氧量120Nm³，单位氧气综合电耗为0.77KWh/Nm³计，全国冶金空分生产年耗电量可达804.80×10⁹KWh，全部空分年耗电量3219.22×10⁹KWh，占中国电力消费总量64820.97×10⁹KWh的4.97％，作为单一设备，其耗电占比相当可观。近几年，随着我国工业去产能、降成本、优结构发展态势的逐渐深入，冶金及部分传统化工行业的发展逐渐进入“新常态”，同时也给空分设备的生产带来极大影响，致使空分行业普遍面临减产、停产和设备闲置等多重危机。空分设备作为工业生产的重要组成部分，设备大型化不仅可以降低空气分离过程的单位制氧能耗，还能减少设备数量，节约设备投资成本，但这与目前空分行业，特别是冶金空分设备的产能供过于求现状相矛盾，再加上空分本身的连续性生产特性和钢铁企业的间断性用氧特征，未来空分行业的生产供需矛盾将更加突出。如果能够采取合适的手段来降低空分产品气体耗散量，减小空分单位制氧能耗，则对提高空分企业经济效益意义显著。