CN105952598B - 氨-水储能系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种氨‑水储能系统及方法，属于能源存储领域。该系统主要包括精馏塔（1）、冷凝器（2）、再沸器（3）、增压泵（4）、液氨储罐（5）、预热器（6）、膨胀机（7）、吸收冷凝器（8）和稀氨水储罐（14）。其特征在于：主要借助采用氨水混合工质（13）精馏过程吸收外界热源热量，并将其储存在液氨（16）和稀氨水（17）溶液中；在无外热源的条件下，通过打开稀氨水控制阀（10）和液氨控制阀（11），可将存储的热能通过膨胀机（7）做功转化为电能输出，满足热源不稳定的系统实现储能和连续供能。该系统特别适合对地热、太阳光热等具有间歇性和不稳定性特点的低品位热能，进行储能和连续供能。

Description

氨-水储能系统及方法
技术领域
本发明设计一种氨-水储能系统及方法，属于能源存储领域。
技术背景
随着人类能耗需求增加与化石能源日益枯竭之间矛盾的加深，太阳光热以及化石能源利用后的废热等低品位热能尚具有大的开发潜力。然而这类低品位热能受到自然条件和来源的限制，一般具有间歇性和不稳定的特征，因此，发展相应的储能技术已成为实现能源可持续供给的有效方法之一。
目前对这类具有间歇性及不稳定的低品位热源，如太阳光热及部分非连续生产过程副产的低品位热能，一般主要采用的方法是，在一定传热温差条件下，通过换热器将低品位热源的热能直接存储在一定量的蒸汽、热水或溶液中，然后再在一定的传热温差条件下，利用蒸发换热器，通过热力循环对这种储存的相对稳定的低品位热能进行连续利用。
根据热力学第二定律分析方法，上述存储低品位热能以及常规热力循环对存储的低品位热能进行利用的过程，由于受到多次传热温差，使得这种储能及用能方法存在明显的有用能损失。因此，开发新型的储能及热力循环方法，降低低品位热能储存及储能回收利用过程有用能的损失，是提高此类能源应用价值的关键。
发明内容
本发明针对现有储能和用能技术存在多次传热温差、有用能损失大的缺点，提出一种氨—水储能系统及方法，利用非共沸介质氨水混合物精馏过程吸收并存储低品位热源热量，并利用高温高压氨气膨胀做功输出电能，可用于存储地热、太阳光热等具有间歇性和不稳定性的低品位热量，满足储能和连续供能的需求。
一种氨-水储能系统，其特征在于：
该系统包括精馏塔、冷凝器、再沸器、增压泵、液氨储罐、预热器、膨胀机、吸收冷凝器、稀氨水储罐、稀氨水控制阀和液氨控制阀；
精馏塔包括进料入口、塔顶轻组分出口、塔顶回流液入口、塔底重组分出口和塔底再沸液入口；冷凝器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；再沸器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；预热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；吸收冷凝器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口。
初始氨—水溶液与精馏塔进料入口相连；
精馏塔塔顶轻组分出口与冷凝器热侧入口相连，冷凝器热侧出口分为两路：一路与精馏塔塔顶回流液入口相连；另一路与增压泵入口相连，增压泵出口与液氨储罐入口相连，液氨储罐出口通过液氨控制阀与预热器冷侧入口相连，预热器冷侧出口与膨胀机入口相连，膨胀机出口与吸收冷凝器入口相连；冷却水分为两路：一路从冷凝器冷侧入口进入并从其冷侧出口排出；另一路从吸收冷凝器冷侧入口进入并从其冷侧出口排出；
精馏塔塔底重组分出口分为两路：一路与再沸器冷侧入口相连，再沸器冷侧出口与塔底再沸液入口相连；另一路与稀氨水储罐入口相连，稀氨水储罐出口通过稀氨水控制阀与预热器热侧入口相连，预热器热侧出口与吸收冷凝器热侧入口相连，吸收冷凝器热侧出口与精馏塔进料入口相连；高压蒸汽与再沸器热侧入口进入并从其热侧出口排出；
本发明提出的氨—水储能系统有如下两种工作方法，其特征在于：
该系统包括储能和释能两种工作模式：
一、储能模式：
关闭稀氨水控制阀，关闭液氨控制阀；
初始氨—水溶液进入精馏塔精馏分离：精馏塔塔顶轻组分出口气态氨进入冷凝器热侧向其冷侧冷却水释放热量后冷凝为低压液态氨，低压液态氨分为两路：一路作为塔顶回流液进入精馏塔；另一路通过增压泵增压后送入液氨储罐；精馏塔塔底重组分出口高温稀氨水溶液分为两路：一路通过再沸器冷侧吸收其热侧高压蒸汽的热量升温后，再通过精馏塔塔底再沸液入口返回精馏塔；另一路高温稀氨水溶液存储在稀氨水储罐中；
二、释能模式：
打开稀氨水控制阀，打开液氨控制阀；
高温稀氨水溶液通过稀氨水控制阀进入预热器热侧向其冷侧液氨释放热量后，进入吸收冷凝器热侧入口；高压液氨进入预热器冷侧被其热侧高温稀氨水溶液加热，变成高温高压的氨气，然后通过膨胀机胀做功，膨胀机出口乏汽送入吸收冷凝热侧入口；吸收冷凝器中稀氨水溶液吸收氨乏汽，产生的热量被冷却水带走后变为初始氨—水溶液；
该循环采用了氨-水精馏系统，仅采用了一次换热方式，将低品位热能存储在液态氮和稀氨水溶液中；在无外热源或者外热源不稳定的条件下，通过打开稀氨水控制阀和液氨控制阀，可将存储的热能通过膨胀机做功转化为电能输出。与常规通过多次换热器，借助热力循环利用低品位热能的方法相比，该系统对低品位热能的利用效率更高。该系统特别适合对地热、太阳光热等具有间歇性和不稳定性特点的低品位热能，进行储能和连续供能。
附图说明
图1是氨—水储能系统；
图中标号名称：1、精馏塔，2、冷凝器，3、再沸器，4、增压泵，5、液氨储罐，6、预热器，7、膨胀机，8、吸收冷凝器，9、稀氨水储罐，10、稀氨水控制阀，11、液氨控制阀，12、高压蒸汽，13、初始氨—水溶液，14、出口气态氨，15、低压液态氨，16、高压液氨，17、稀氨水溶液，18、冷却水。
具体实施方法
图1是本发明提出的氨—水储能系统，下面参照图1说明该储能系统的工作过程。该系统可回收利用非连续的低品位热源，具有包括储能和释能两种工作模式：
储能模式：关闭稀氨水控制阀10，关闭液氨控制阀11；初始氨—水溶液13进入精馏塔1精馏分离：精馏塔1塔顶轻组分出口的出口气态氨14进入冷凝器2热侧向其冷侧冷却水18释放热量后冷凝为低压液态氨15，其中一部分低压液态氨15作为塔顶回流液进入精馏塔，另一部分通过增压泵4增压后送入高压液氨储罐5；精馏塔1塔底重组分出口的高温稀氨水溶液17一部分通过再沸器3冷侧吸收其热侧高压蒸汽12的热量升温后，通过精馏塔1塔底再沸液入口返回精馏塔1，另一部分高温稀氨水溶液17存储在稀氨水储罐9中。
释能模式：打开稀氨水控制阀10，打开液氨控制阀11；高温稀氨水溶液17通过稀氨水控制阀10进入预热器6热侧向其冷侧液氨释放热量后，进入吸收冷凝器8热侧入口；高压液氨16进入预热器6冷侧被其热侧高温稀氨水溶液17加热后变成高温高压的氨气，然后通过膨胀机7膨胀做功，膨胀机7出口乏汽送入吸收冷凝8热侧入口；吸收冷凝器8中稀氨水溶液17吸收氨乏汽，产生的热量被冷却水18带走后变为初始氨—水溶液13，然后可以进行下一轮储能。

Claims (2)

1.一种氨-水储能系统，其特征在于：
该系统包括精馏塔（1）、冷凝器（2）、再沸器（3）、增压泵（4）、液氨储罐（5）、预热器（6）、膨胀机（7）、吸收冷凝器（8）、稀氨水储罐（9）、稀氨水控制阀（10）和液氨控制阀（11）；
精馏塔（1）包括进料入口、塔顶轻组分出口、塔顶回流液入口、塔底重组分出口和塔底再沸液入口；冷凝器（2）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；再沸器（3）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；预热器（6）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；吸收冷凝器（8）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；
吸收冷凝器（8）热侧出口与精馏塔（1）进料入口相连；
精馏塔（1）塔顶轻组分出口与冷凝器（2）热侧入口相连，冷凝器（2）热侧出口分为两路：一路与精馏塔（1）塔顶回流液入口相连；另一路与增压泵（4）入口相连，增压泵（4）出口与液氨储罐（5）入口相连，液氨储罐（5）出口通过液氨控制阀（11）与预热器（6）冷侧入口相连，预热器（6）冷侧出口与膨胀机（7）入口相连，膨胀机（7）出口与吸收冷凝器（8）热侧入口相连；冷却水（18）分为两路：一路从冷凝器（2）冷侧入口进入并从其冷侧出口排出；另一路从吸收冷凝器（8）冷侧入口进入并从其冷侧出口排出；
精馏塔（1）塔底重组分出口分为两路：一路与再沸器（3）冷侧入口相连，再沸器（3）冷侧出口与塔底再沸液入口相连；另一路与稀氨水储罐（9）入口相连，稀氨水储罐（9）出口通过稀氨水控制阀（10）与预热器（6）热侧入口相连，预热器（6）热侧出口与吸收冷凝器（8）热侧入口相连，吸收冷凝器（8）热侧出口与精馏塔（1）进料入口相连；高压蒸汽（12）从再沸器（3）热侧入口进入并从其热侧出口排出。
2.根据权利要求1所述的氨—水储能系统的工作方法，其特征在于：
该系统包括储能和释能两种工作模式：
一、储能模式：
关闭稀氨水控制阀（10），关闭液氨控制阀（11）；
初始氨—水溶液（13）进入精馏塔（1）精馏分离：精馏塔（1）塔顶轻组分出口气态氨（14）进入冷凝器（2）热侧向其冷侧冷却水（18）释放热量后冷凝为低压液态氨（15），低压液态氨（15）分为两路：一路作为塔顶回流液从塔顶回流液入口进入精馏塔（1）；另一路通过增压泵（4）增压后送入液氨储罐（5）；精馏塔（1）塔底重组分出口的高温稀氨水溶液（17）分为两路：一路通过再沸器（3）冷侧吸收其热侧高压蒸汽（12）的热量升温后，通过精馏塔（1）塔底再沸液入口返回精馏塔（1）；另一路高温稀氨水溶液（17）存储在稀氨水储罐（9）中；
二、释能模式：
打开稀氨水控制阀（10），打开液氨控制阀（11）；
高温稀氨水溶液（17）通过稀氨水控制阀（10）进入预热器（6）热侧向其冷侧液氨（16）释放热量后，进入吸收冷凝器（8）热侧入口；高压液氨（16）进入预热器（6）冷侧被其热侧的高温稀氨水溶液（17）加热，变成高温高压的氨气，然后通过膨胀机（7）膨胀做功，膨胀机（7）出口乏汽送入吸收冷凝器（8）热侧入口；吸收冷凝器（8）中稀氨水溶液吸收氨乏汽，产生的热量被冷却水（18）带走后变为初始氨—水溶液（13）。
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