CN108106476A - 一种连续化学反应法蓄热放热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续化学反应法蓄热放热系统，包括蓄热反应器、蓄热材料输运装置、蓄热材料分离和收集装置、放热反应器和蓄热材料循环还原反应器，根据用热需求，调节进入放热反应器的水流量对系统输出热量进行调节，通过调节蓄热材料分离和收集装置中的存储量对系统中热量存储量和输出量进行控制。本发明蓄热材料在释放热量后，在系统中进行还原用于吸热反应，实现循环利用，系统可实现连续操作的热能存储和根据用热需求调控热量释放过程。

Description

一种连续化学反应法蓄热放热系统
技术领域
本发明涉及一种连续化学反应蓄热放热系统。
技术背景
利用材料在不同温度条件下化学反应吸收热量和释放热量的反应特性对热能进行存储和释放使用，与单纯的显热和相变材料蓄热方式相比较，化学反应法蓄热具有蓄热密度高和工质数量可调性好等优点，适用于太阳能利用、余热利用等多个领域，具有发展前景。
化学反应法蓄热技术在应用过程中，蓄热与放热速率控制和蓄热材料的连续还原循环利用是关键技术，设计蓄热材料吸热与放热系统和蓄热材料连续还原系统是系统的关键内容。
蓄热材料在吸热过程中释放水分后以固体颗粒形式存在，将热能进行存储，蓄热反应可应用温度范围广，以水作为放热反应介质，颗粒状蓄热材料与水结合发生化学反应，释放出热量，可供需热用户使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用蓄热材料化学反应可持续进行热能吸收和释放的系统装置。
本发明的技术方案实现过程如下：
一种连续化学反应法蓄热放热系统，包括蓄热反应器、蓄热材料输运装置、蓄热材料分离和收集装置、放热反应器和蓄热材料循环还原反应器，根据用热需求，调节进入放热反应器的水流量对系统输出热量进行调节，通过调节蓄热材料分离和收集装置中的存储量对系统中热量存储量和输出量进行控制。
蓄热反应器内设置有盘管式换热管，蓄热反应器底部设有均匀分布流化介质的布风板和进气装置，通过底部进入的气体将蓄热材料进行流化，流态化状态下，蓄热材料通过盘管式换热管吸收热量。
蓄热反应器通过底部进风，蓄热材料以流态化状态吸收热量，需要存储的热量采用水或者热气体作为传热介质吸收系统外部热量并将其传输至蓄热反应器，外部热能来自工业余热或太阳能热利用。
蓄热材料输运装置在蓄热反应器的顶部侧面，蓄热材料进行吸热反应后，由气体携带出蓄热反应器，通过喇叭状管道输运至蓄热材料分离装置。已吸收热量的颗粒状蓄热材料呈流化状态，由顶部喇叭状管道（图A）经蓄热材料输运装置输运至蓄热材料分离和收集装置。
蓄热材料分离和收集装置的旋风分离器内壁面布置挡板，旋风分离器底部通过立管与收集罐连接，气体由其上部排出，颗粒状蓄热材料由底部立管进入收集罐，蓄热材料在收集罐底部通过阀门调节进入放热反应器。
放热介质通过齿形管进入放热反应器内部，放热介质与蓄热材料反应，放出热量由盘形换热管带出放热反应器，反应后的液态蓄热材料由放热反应器底部侧面流出。
放热反应器上部连接蓄热材料收集罐，蓄热材料经阀门调控依靠重力进入放热反应器，放热反应器中部布置齿形管，齿形管下部根据流体力学特征布置小孔，放热反应介质水由齿形管进入放热反应器中，蓄热材料与水发生化学反应释放出热量，在放热反应器底部布置换热盘管，热量由换热盘管经传热介质被携带出系统，供用户使用，释放热量后的蓄热材料溶于水呈液体状。
蓄热材料循环还原反应器包括盘式换热管、蒸汽排除冷凝系统、还原后的固体颗粒循环回蓄热反应器的输运机构组成。
所述释放热量后的蓄热材料溶液由放热反应器底部排出，依靠重力进入蓄热材料循环还原反应器，采用水或者热气体作为传热将热量传输至蓄热材料循环还原反应器对蓄热材料进行还原，蒸发的水蒸气由装置顶部排出后进入冷凝器，冷凝水作为放热反应介质进行循环利用，被干燥还原的蓄热材料依靠重力输运回蓄热反应器进行蓄热反应。
本发明通过在线测量蓄热反应器内部温度、放热反应器换热管出口介质温度和蓄热材料还原反应器出口温度参数，调节介质流量对系统蓄热和热量释放过程进行控制。
所述系统热量平衡，在蓄热反应器和蓄热材料还原反应器中，热量由系统外部传入，在放热反应器中，根据用户用热需求对输出热量进行调节，热量由系统输出到用户，在放热反应器中通过调节放热介质水流量对蓄热材料的存储量进行控制，达到控制系统热量输入和输出之间匹配的作用。各单元装置外部采用保温绝热装置，降低系统的热量损耗。
本发明蓄热材料在释放热量后，在系统中进行还原用于吸热反应，实现循环利用，系统可实现连续操作的热能存储和根据用热需求调控热量释放过程。
附图说明
图1是本发明的装置流程示意图；
图中，蓄热反应器a、蓄热材料输运装置b、蓄热材料分离和收集装置c、放热反应器d和蓄热材料循环还原反应器e；
图2是本发明的装置热量平衡和参数测控示意图。
具体实施方式
实施例1
由图1和2可知，在实施过程中，根据需要收集的热量特征，调节蓄热反应器a换热管中换热介质的流量m1，控制换热管内换热介质运行温度在40-95℃范围内，根据进出蓄热反应器内换热介质流量和温度差，调节蓄热反应器吸收热量Q1=cm1(T2-T1)。
根据蓄热反应器吸收热量通过调节底部进风量大小，对逸出蓄热反应器的蓄热材料的量进行控制。蓄热材料经收集装置进入放热反应器中，调节进入放热反应器的介质流量，对放热反应进行控制，调节放热反应器换热管中换热介质的进出流量m2，控制进入温度为环境温度T3，输出温度为T4，T4根据用户需求控制在50-80℃范围内，输出热量Q2=cm2(T4-T3)。
在蓄热材料循环还原反应器e，利用外部热量，控制换热管内换热介质运行温度在40-95℃范围内，通过调节换热介质流量m3，控制进入蓄热材料还原装置e中的热量Q3=cm3(T6-T5)满足蓄热材料中液体的析出对热量的需求。
本发明实施过程中外部输入热量Q1+Q3大于输出热量Q2，Q1、Q2和Q3分别满足蓄热量需求、用户用热需求和蓄热材料还原热量需求。
实施例2
由图1和2可知，在蓄热材料分离和收集装置c中，通过调节已携带热量蓄热材料在储存罐中的量，对系统输入热量和输出热量的偏差进行匹配和调节。
蓄热材料分离和收集装置c中，携带蓄热材料的气体经气固分离后进入蓄热反应器中进行循环利用，对补充进入蓄热反应器中的空气进行预热。
当系统输入热量Q1远大于用户用热需求Q2时，调小蓄热材料储存罐底部的阀门开度，在存储罐中储存已携带热量的蓄热材料，当系统输入热量Q1小于用户热需求Q2时，释放存储罐中存储的蓄热材料，进入到放热反应器d中进行放热反应。
通过调节蓄热材料储存罐中蓄热材料的储存量，本系统可实现热量吸收存储和放热使用的分时段连续性运行。
系统输入热量Q3对已放热的蓄热材料进行还原，蓄热材料循环还原反应器e上部排出的蒸汽在冷凝过程中释放的热量可对用户提供辅助供热。

Claims (7)

1.一种连续化学反应法蓄热放热系统，其特征在于包括蓄热反应器、蓄热材料输运装置、蓄热材料分离和收集装置、放热反应器和蓄热材料循环还原反应器，根据用热需求，调节进入放热反应器的水流量对系统输出热量进行调节，通过调节蓄热材料分离和收集装置中的存储量对系统中热量存储量和输出量进行控制。
2.根据权利要求1所述连续化学反应法蓄热放热系统，其特征在于：所述的蓄热反应器内设置有盘管式换热管，蓄热反应器底部设有均匀分布流化介质的布风板和进气装置。
3.根据权利要求1所述连续化学反应法蓄热放热系统，其特征在于：所述的蓄热材料输运装置在蓄热反应器的顶部侧面，蓄热材料进行吸热反应后，由气体携带出蓄热反应器，通过喇叭状管道输运至蓄热材料分离装置。
4.根据权利要求1所述连续化学反应法蓄热放热系统，其特征在于：所述的蓄热材料分离和收集装置的旋风分离器内壁面布置挡板，旋风分离器底部通过立管与收集罐连接。
5.根据权利要求1所述连续化学反应法蓄热放热系统，其特征在于：放热反应器上部连接蓄热材料收集罐，蓄热材料经阀门调控依靠重力进入放热反应器，放热反应器中部布置齿形管，齿形管下部根据流体力学特征布置小孔。
6.根据权利要求1所述连续化学反应法蓄热放热系统，其特征在于：所述的蓄热材料循环还原反应器包括盘式换热管、蒸汽排除冷凝系统、还原后的固体颗粒循环回蓄热反应器的输运机构。
7.权利要求1所述连续化学反应法蓄热放热系统的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）蓄热反应器内设置有盘管式换热管，蓄热反应器底部设有均匀分布流化介质的布风板和进气装置，通过底部进入的气体将蓄热材料进行流化，流态化状态下，蓄热材料通过盘管式换热管吸收热量；
（2）蓄热材料输运装置在蓄热反应器的顶部侧面，蓄热材料进行吸热反应后，由气体携带出蓄热反应器，通过喇叭状管道输运至蓄热材料分离装置；已吸收热量的颗粒状蓄热材料呈流化状态，由顶部喇叭状管道经蓄热材料输运装置输运至蓄热材料分离和收集装置；
（3）蓄热材料分离和收集装置的旋风分离器内壁面布置挡板，旋风分离器底部通过立管与收集罐连接，气体由其上部排出，颗粒状蓄热材料由底部立管进入收集罐，蓄热材料在收集罐底部通过阀门调节进入放热反应器；
（4）放热反应器上部连接蓄热材料收集罐，蓄热材料经阀门调控依靠重力进入放热反应器，放热反应器中部布置齿形管，齿形管下部根据流体力学特征布置小孔，放热反应介质水由齿形管进入放热反应器中，蓄热材料与水发生化学反应释放出热量，在放热反应器底部布置换热盘管，热量由换热盘管经传热介质被携带出系统，供用户使用，释放热量后的蓄热材料溶于水呈液体状；
（5）释放热量后的蓄热材料溶液由放热反应器底部排出，依靠重力进入蓄热材料循环还原反应器，采用水或者热气体作为传热将热量传输至蓄热材料循环还原反应器对蓄热材料进行还原，蒸发的水蒸气由装置顶部排出后进入冷凝器，冷凝水作为放热反应介质进行循环利用，被干燥还原的蓄热材料依靠重力输运回蓄热反应器进行蓄热反应；
（6）通过在线测量蓄热反应器内部温度、放热反应器换热管出口介质温度和蓄热材料还原反应器出口温度参数，调节介质流量对系统蓄热和热量释放过程进行控制。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109847459A (zh) * 2019-01-25 2019-06-07 西安热工研究院有限公司 一种采用流化过程的热化学储热系统及方法
CN111780607A (zh) * 2020-07-24 2020-10-16 青海民族大学 一种固态熔盐储能罐
CN112683094A (zh) * 2021-01-04 2021-04-20 上海交通大学 连续式可控气固热化学储热装置及其放热方法
CN112844266A (zh) * 2021-01-15 2021-05-28 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种加氢反应器控温系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0383565A1 (en) * 1989-02-14 1990-08-22 Manufacturing And Technology Conversion International, Inc. Processes and apparatus for endothermic reactions
CN101666546A (zh) * 2009-09-30 2010-03-10 华中科技大学 具有co2捕获功能的煤粉燃烧方法及装置
CN102811945A (zh) * 2010-01-29 2012-12-05 阿尔斯通技术有限公司 用于优化化工循环工艺的控制系统和方法
EP2762781A1 (en) * 2013-02-01 2014-08-06 Consejo Superior De Investigaciones Científicas (CSIC) System and method for energy storage using circulating fluidized bed combustors
CN105737658A (zh) * 2016-04-30 2016-07-06 华南理工大学 流态化钙基热化学高温储能/释能系统及其工作方法
CN105841537A (zh) * 2016-05-03 2016-08-10 华南理工大学 一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置及工作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0383565A1 (en) * 1989-02-14 1990-08-22 Manufacturing And Technology Conversion International, Inc. Processes and apparatus for endothermic reactions
CN101666546A (zh) * 2009-09-30 2010-03-10 华中科技大学 具有co2捕获功能的煤粉燃烧方法及装置
CN102811945A (zh) * 2010-01-29 2012-12-05 阿尔斯通技术有限公司 用于优化化工循环工艺的控制系统和方法
EP2762781A1 (en) * 2013-02-01 2014-08-06 Consejo Superior De Investigaciones Científicas (CSIC) System and method for energy storage using circulating fluidized bed combustors
CN105737658A (zh) * 2016-04-30 2016-07-06 华南理工大学 流态化钙基热化学高温储能/释能系统及其工作方法
CN105841537A (zh) * 2016-05-03 2016-08-10 华南理工大学 一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置及工作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y.A.CRIADO等: "Conceptual process design of a CaO/Ca(OH)2 thermochemical energy storage system using fluidized bed reactors", 《APPLIED THERMAL ENGINEERING》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109847459A (zh) * 2019-01-25 2019-06-07 西安热工研究院有限公司 一种采用流化过程的热化学储热系统及方法
CN111780607A (zh) * 2020-07-24 2020-10-16 青海民族大学 一种固态熔盐储能罐
CN112683094A (zh) * 2021-01-04 2021-04-20 上海交通大学 连续式可控气固热化学储热装置及其放热方法
CN112683094B (zh) * 2021-01-04 2021-09-17 上海交通大学 连续式可控气固热化学储热装置及其放热方法
CN112844266A (zh) * 2021-01-15 2021-05-28 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种加氢反应器控温系统及方法

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