CN113446890B - 一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统及工艺，流化床反应器，用于氧化钙与水的水合放热反应和氢氧化钙的热分解吸热反应；高温分离器，用于将流化床反应器出口的气相物料与固相物料的分离；回料装置，用于接收高温分离器分离的固相物料；料仓，用于接收并储存回料装置接收的固相物料；所述料仓底部设置集料流化风进口，集料流化风进口连接集料流化风源，料仓的物料出口连接流化床反应器的物料进口。本发明可在低能耗的前提下解决粉末状物料在非储能或放能阶段的吸湿粘结问题，从而能够利用储存热能的方式协调可再生能源发电与循环流化床发电，提升循环流化床发电的调峰速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统及工艺。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
能源在现代社会中扮演着越来越重要的角色，随着化石能源的消耗，能源与环境问题愈加严峻。国家统计局的数据表明：2019年底全国发电装机容量为20.1亿千瓦，其中可再生能源发电装机容量占比40.8％，火力发电装机容量占比59.2％。可再生能源发电作为清洁低碳的发电方式，将逐步成为未来的主要发电方式，而火力发电机组将更多承担调峰任务，因此更加强调其调峰性能，即低负荷能力和变负荷能力。构建以可再生能源发电为主、火力发电为辅、大规模储能为保障的电力生产格局有助于实现清洁、安全、稳定的电力供应目标。
可再生能源发电具有不可预测性和间歇性的特点，导致能源供给与需求存在“时间不匹配”问题。当可再生能源发电量高于电网需求时，会产生弃电现象；当可再生能源发电量低于电网需求时，则需要其它供电装置来保障电网电力需求。火电机组由于不受自然条件影响，因此是可靠的电力供应单元。在大力发展可再生能源发电的形势下，火电机组将更多的承担深度调峰任务，在保障优先消纳可再生能源发电的前提下为维持电力系统的稳定做出贡献。由于火电机组是通过增加或减少燃料量来实现升高或降低负荷，但从改变燃料量到改变发电量之间具有一定的时间间隔，因此限制了其调峰速率，使其无法快速响应电网的调峰指令，这其中循环流化床发电的调峰速率受其较大的热惯性影响显著。
发明内容
为了有效解决可再生能源弃电问题和循环流化床发电的调峰速率受限问题，本发明拟通过储存热能的方式协调可再生能源发电与循环流化床发电。
目前储存热能的方式主要有显热储热、潜热储热和热化学储热，其中热化学储热由于具有较高的储能密度和更长的储能周期而得到关注。氢氧化钙的热分解和再水合反应是符合热化学储能原理的化学反应对，该反应对具有快速的动力学特性且材料价廉，因此已有相关技术提出利用氢氧化钙在流态化反应器中进行热分解和再水合反应，从而实现更加快速的储热和放热效果，例如授权公告号为CN 105737658 B的发明专利提出了流态化钙基热化学高温储能/释能系统及其工作方法，授权公告号为CN 105841537 B的发明专利提出了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，申请号为202011357266.3的发明专利提出了一种利用电石渣进行化学储/放能的装置及方法。
然而，经过发明人研究发现，授权公告号为CN 105737658 B的发明专利中氢氧化钙和氧化钙粉末储存在储罐中，由于氢氧化钙的热分解反应和氧化钙的水合反应均会使气氛具有一定湿度，因此即使经过旋风分离器分离，粉末物料上仍会带有一定水分，当具有一定水分的粉末物料在储罐中静置储存后，便会导致结块现象，进而影响下一周期的物料流化使用。授权公告号为CN105841537B的发明专利虽然取消了氢氧化钙专用储罐和氧化钙专用储罐，而将氢氧化钙或氧化钙粉末物料直接储存在流化床反应器的气流均布板上，但是其并未考虑粉末物料在不发生储能和放能反应的储存期间受水蒸气影响粘结成块可能造成死床这一因素，因此并未提及解决措施。申请号为202011357266.3的发明专利虽然也取消了氢氧化钙专用储罐和氧化钙专用储罐，但是其考虑了粉末物料在不发生储能和放能反应的储存期间受水蒸气影响粘结成块可能造成死床这一因素，因此提出在储能和放能反应进行后，利用干燥的热空气对流化床反应器内物料进行干燥处理，防止物料结块。但是由于流化床反应器较大，因此流态化干燥物料时需要较大的热风量，因此耗能高。故需要在节能的前提下解决氢氧化钙和氧化钙粉末物料在非储能和放能阶段的粘结问题。正是由于这些问题的存在，使得储存热能与电能转化难以更好的与循环流化床发电的调峰速率配合，从而导致储存热能的方式难以协调可再生能源发电与循环流化床发电。
基于此，本发明的目的是提供一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统及工艺。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，包括：
流化床反应器，用于氧化钙与水的水合放热反应和氢氧化钙的热分解吸热反应；
高温分离器，用于将流化床反应器出口的气相物料与固相物料的分离；
回料装置，用于接收高温分离器分离的固相物料；
料仓，用于接收并储存回料装置接收的固相物料；
所述料仓底部设置集料流化风进口，集料流化风进口连接集料流化风源，料仓的物料出口连接流化床反应器的物料进口。
本发明通过料仓底部设置集料流化风进口，集料流化风进口连接集料流化风源，向料仓内通入集料流化风，使得料仓内的物料始终处于鼓泡床流化的状态，从而避免氢氧化钙和氧化钙粉末物料在非储能和放能阶段的粘结问题。
另一方面，一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，提供上述系统，包括钙基热化学储能工序和/或钙基热化学放能工序；
钙基热化学储能工序：向料仓内通入集料流化风，使料仓内的氢氧化钙粉末维持鼓泡床流化的状态，料仓内的氢氧化钙粉末输送至流化床反应器进行热分解吸热反应，将热分解吸热反应后的氧化钙回收；
钙基热化学放能工序：向料仓内通入集料流化风，使料仓内的氧化钙粉末维持鼓泡床流化的状态，将料仓内的氧化钙粉末输送至流化床反应器中与具有水蒸气的流化风接触，进行水合放热反应，将水合放热反应后的氢氧化钙回收。
第三方面，一种上述系统或工艺在协调可再生能源发电与循环流化床发电中的应用。
第四方面，一种协调可再生能源发电与循环流化床发电的方法，提供上述系统或工艺，当可再生能源发电量高、需要降低循环流化床发电量时，利用电加热的方式使氢氧化钙进行热分解吸热反应，可再生能源产生的弃电和/或降低循环流化床发电量过程中的超发电量作为电加热的电源；
当可再生能源发电量低、需要提高循环流化床发电量时，将水蒸气与氧化钙粉末水合放热反应产生的热能用于加热循环流化床机组汽水系统中的工质，从而快速提高工质参数，提升循环流化床发电的爬坡速率。
本发明的有益效果为：
本发明提供的配备密相流态化储罐的钙基热化学储能系统及工艺，当可再生能源发电量高时，通过氢氧化钙热化学流态化储能可有效储存可再生能源的弃电，可在保持循环流化床机组正常降负荷操作的同时将其超发电量转化为热能进而利用氢氧化钙热化学流态化储能系统以稳定的化学能形式储存，迅速降低循环流化床发电机组的上网负荷，提高可再生能源发电的利用率和循环流化床发电机组的降负荷速率。当可再生能源发电量低时，通过氧化钙热化学流态化放能可在保持循环流化床发电机组正常升负荷操作的同时直接快速提升汽水系统中工质的参数，有效提高循环流化床发电机组的升负荷速率，保障电力供应。由于料仓内的物料始终处于鼓泡床流化的状态，其中物料处于浓相状态，因此其储存密度大、占用储存容积小，同时维持其流态化的热风量也较小，可在节能的前提下解决氢氧化钙和氧化钙粉末物料在非储能和放能阶段的粘结问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的配备密相流态化储罐的钙基热化学储能的系统结构示意图；
其中，1、流化床反应器，2、高温分离器，3、回料装置，4、料仓，5、换热器，6、冷凝器，7、液态水储罐，8、空气储罐，9、水泵，10、风机，11、混合器，12、反应布风板，13、集料布风板，14、第一阀门，15、第二阀门，16、第三阀门，17、第四阀门，18、第五阀门，19、第六阀门。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明中可再生能源发电包括但不限于太阳能发电、风力发电、水力发电、生物质发电、核能发电、海洋能发电、地热能发电。
本发明中循环流化床发电，即采用循环流化床锅炉进行燃烧为加热蒸汽提供热量，循环流化床锅炉中的物料在炉内停留时间较长，导致循环流化床锅炉炉膛中的燃烧惯性和床料热惯性较大，因而改变燃料的添加量难以迅速改变锅炉负荷。
本发明所述高温分离器和循环分离器均为进行气固分离的分离器，例如旋风分离器等，其中的“高温”与“循环”仅是对不同分离器的名称定义。此处的高温也可以指600～900℃的温度。
鉴于可再生能源弃电问题和循环流化床发电的调峰速率受限问题，本发明提出了一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统及工艺。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，包括：
流化床反应器，用于氧化钙与水蒸气的水合放热反应和氢氧化钙的热分解吸热反应；
高温分离器，用于将流化床反应器出口的气相物料与固相物料的分离；
回料装置，用于接收高温分离器分离的固相物料；
料仓，用于接收并储存回料装置接收的固相物料；
所述料仓底部设置集料流化风进口，集料流化风进口连接集料流化风源，料仓的物料出口连接流化床反应器的物料进口。
本发明通过料仓底部设置集料流化风进口，集料流化风进口连接集料流化风源，向料仓内通入集料流化风，使得料仓内的物料始终处于鼓泡床流化的状态，从而避免氢氧化钙和氧化钙粉末物料在非储能和放能阶段的粘结问题。
该实施方式的一些实施例中，料仓内设置换热管。用于对料仓内的物料进行预热，同时能够进行干燥，防止吸湿结块。
该实施方式的一些实施例中，包括换热器，高温分离器分离的气相物料作为换热器的热源对要进入循环流化床反应器的流化风和/或水进行加热。高温分离器分离的气相物料的温度较高，对要进入循环流化床反应器的流化风加热，能够避免低温气体进入循环流化床反应器，防止降低循环流化床反应器内的温度；对水进行加热，能够将水加热形成水蒸气，从而为氧化钙粉末的水合放热反应提供水蒸气。降低能源消耗。
在一种或多种实施例中，料仓内设置换热管，高温分离器分离的气相物料依次进入换热器、料仓内的换热管。高温分离器分离的气相物料经过换热器冷却后仍然具有较高的热量，可以作为料仓的预热热源。进一步降低能耗。
该实施方式的一些实施例中，包括循环分离器，料仓开设循环出口和循环进口，循环出口连接循环分离器的进口，循环分离器的固相出口连接循环进口。避免料仓内空气过多。
该实施方式的一些实施例中，料仓底部设置集料布风板。集料布风板能够使集料流化风在料仓底部再分布，从而更好地对料仓内的物料进行分散。循环利用具有一定温度的集料流化风，进一步降低料仓中物料温降产生的储热损失。
该实施方式的一些实施例中，回料装置设置回料口和物料出口，物料出口连接料仓，回料口连接循环流化床反应器的循环物料进口。保证物料完全反应。
本发明的另一种实施方式，提供了一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，提供上述系统，包括钙基热化学储能工序和/或钙基热化学放能工序；
钙基热化学储能工序：向料仓内通入集料流化风，使料仓内的氢氧化钙粉末维持鼓泡床流化的状态，料仓内的氢氧化钙粉末输送至循环流化床反应器进行热分解吸热反应，将热分解吸热反应后的氧化钙回收；
钙基热化学放能工序：向料仓内通入集料流化风，使料仓内的氧化钙粉末维持鼓泡床流化的状态，将料仓内的氧化钙粉末输送至流化床反应器中与具有水蒸气的流化风接触，进行水合放热反应，将水合放热反应后的氢氧化钙回收。
该实施方式的一些实施例中，热分解吸热反应时，流化床反应器中反应温度维持在490～510℃。该温度下能够保持热分解吸热反应的速率和储热材料的热稳定性，相比于更高的反应温度也可减少预热物料所需的热量。
该实施方式的一些实施例中，将空气预热至420～440℃输送至流化床反应器作为氢氧化钙的反应流化风。
该实施方式的一些实施例中，将氢氧化钙预热至180～200℃后输送进流化床反应器中。
该实施方式的一些实施例中，流化床反应器出料经过高温分离器分离后的气相物料作为空气预热的热源。对余热进行充分利用，能够降低能耗。
在一种或多种实施例中，对空气预热后的气相物料对氢氧化钙预热。能够进一步对气相物料的余热进行梯级利用，进一步降低能耗。
该实施方式的一些实施例中，水合放热反应时，反应流化风中水蒸气分压为45～65kPa，流化床反应器中反应温度维持在470～490℃。该温度下既可保持氧化钙粉末与水蒸气的快速反应，也可提高储存的能量释放后转化为有用能量的效率。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述系统或工艺在协调可再生能源发电与循环流化床发电中的应用。
本发明的第四种实施方式，提供了一种协调可再生能源发电与循环流化床发电的方法，提供上述系统或工艺，当可再生能源发电量高、需要降低循环流化床发电量时，利用电加热的方式使氢氧化钙进行热分解吸热反应，可再生能源产生的弃电和/或降低循环流化床发电量过程中的超发电量作为电加热的电源；
当可再生能源发电量低、需要提高循环流化床发电量时，将水蒸气与氧化钙粉末水合放热反应产生的热能用于加热循环流化床发电机组汽水系统中的工质，从而快速提高工质参数，提升循环流化床发电的爬坡速率。
具体地，当可再生能源丰富时其发电量高，此时循环流化床发电机组需要快速降低发电负荷，从而在优先消纳可再生能源发电的前提下保障电网的供需平衡。此时利用可再生能源的弃电和循环流化床发电机组在快速降负荷时超发的非上网电量通过电加热的方式加热氢氧化钙热化学流态化储能系统的流化床反应器，使流化床反应器中维持490～510℃的高温环境。料仓内装有能满足一个储能周期所需物料量的氢氧化钙粉末，集料流化风通过集料布风板维持料仓内氢氧化钙粉末处于鼓泡床流化的状态，其中物料处于浓相状态，因此物料储存密度大且所占用储存容积小。储能过程开始后，调节各阀门。经过预热至180～200℃的氢氧化钙粉末通过第一阀门进入流化床反应器，同时420～440℃的高温空气作为反应流化风通过反应布风板从流化床反应器下部进入流化床反应器，将流化床反应器内部的氢氧化钙粉末流化，氢氧化钙在流化床反应器中吸热分解成氧化钙和水蒸气，此时将流化床反应器中的热能以化学能的形式储存到氧化钙和水蒸气中。气固混合物从流化床反应器上部离开流化床反应器，经过高温分离器分离后，固体物料进入回料装置，气体进入换热器。回料装置将物料返送回流化床反应器，从而让其中未分解的氢氧化钙继续吸热进行热分解反应来储存能量。经过高温分离器分离出来的气体是空气和水蒸气的混合物，混合气体先通过换热器与风机泵送的100℃低温空气进行换热，混合气体降温至190～210℃后经过料仓将氢氧化钙粉末预热至180～200℃。经过料仓换热后的140～160℃低温空气与水蒸气的混合物进入冷凝器，继续降温至100℃使水蒸气冷凝为液态水，进而实现汽水分离。液态水由液态水储罐保温储存，100℃低温空气由风机泵送至换热器吸收高温空气和水蒸气混合物的热量升至420～440℃后作为反应流化风进入流化床反应器，维持流化床反应器中的热化学流态化反应。当储能过程结束后，调节各阀门，增大反应流化风使流化床内气速增大，形成气力输送，使氧化钙粉末依次通过高温分离器、回料装置和第二阀门进入料仓储存。
当可再生能源发电和循环流化床发电的总负荷与电网需求负荷一致时，则配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统处于间歇期，即不需要进行储能或放能过程。此时，所有阀门均处于关闭状态，集料流化风一直维持料仓内的氧化钙粉末处于鼓泡床流化的状态，防止其吸湿结块。
当可再生能源匮乏时其发电量低，此时循环流化床发电机组需要快速提高发电负荷，从而保障电网的供需平衡，此时装置开始放能过程，调节各阀门。氧化钙粉末由料仓通过第一阀门进入流化床反应器，在水蒸气分压为45～65kPa的反应流化风的作用下，在流化床反应器内维持流态化，同时氧化钙粉末与流化气中的水蒸气发生反应，释放热量，生成氢氧化钙。释放的热量及时被传热介质从流化床反应器中输出，维持流化床反应器内温度处于470～490℃。从流化床反应器中输出的热量用于加热循环流化床机组汽水系统中的工质，直接提高工质参数从而快速提升发电能力。流化床反应器中的气固混合物从流化床反应器上部离开流化床反应器，经过高温分离器分离后，固体物料进入回料装置，气体进入换热器。回料装置将所有固体物料返送回流化床反应器，使其中未反应的氧化钙继续进行水合反应释放热量，同时氧化钙料仓不断向流化床反应器补充经过保温储存的氧化钙。经过高温分离器分离出来的气体是空气和水蒸气的混合物，混合气体先通过换热器与水泵泵送的液态水进行换热，将液态水加热为100℃的低温水蒸气，然后混合气体流经料仓进一步预热料仓中的物料，然后进入冷凝器降温至100℃使水蒸气冷凝为液态水，进而实现汽水分离。液态水由液态水储罐保温储存，并通过第四阀门进入水泵。100℃低温空气由风机泵送至混合器与100℃的低温水蒸气充分混合后作为反应流化风通过反应布风板从流化床反应器下部进入流化床反应器，维持流化床反应器中物料的流化及化学反应。而在放能的启动阶段，由于流化床反应器中没有进行反应放热，不能直接利用流化床反应器产生的热量对液态水进行加热，因而采用循环流化床锅炉系统尾部烟道内烟气的余热通过换热器将液态水加热为100℃的水蒸气；此时，需要在循环流化床锅炉系统尾部烟道设置烟道支路管线，换热器设置在烟道支路管线上，并在烟道支路管线上设置阀门，当需要向换热器中通入烟气时，打开阀门，利用烟气余热对换热器中的液态水加热，换热后的烟气再通过烟道支路管线回到循环流化床锅炉系统尾部烟道内。当放能过程结束后，调节各阀门，增大反应流化风使流化床内气速增大，形成气力输送，将氢氧化钙粉末依次通过高温分离器、回料装置和第二阀门进入料仓储存。
当可再生能源发电和循环流化床发电的总负荷与电网需求负荷一致时，则该系统处于间歇期，即不需要进行储能或放能过程。此时，所有阀门均处于关闭状态，集料流化风一直维持料仓内的氢氧化钙粉末处于鼓泡床流化的状态，防止其吸湿结块。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例
一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，如图1所示，包括流化床反应器1、高温分离器2、回料装置3、料仓4、换热器5、冷凝器6、液态水储罐7、空气储罐8、水泵9、风机10、混合器11。
流化床反应器1底部设置反应布风板12，反应流化风通过反应布风板12进入流化床反应器1内。流化床反应器1的物料出口连接高温分离器2进口，高温分离器2的固相出口连接回料装置3。回料装置3设置回料口和物料出口，回料装置3的物料出口连接料仓4，料仓4出口连接流化床反应器1的物料进口。回料装置3的回料口连接流化床反应器1的循环物料进口。
料仓4内设置换热管。料仓4底部设置集料布风板13。集料流化风通过集料布风板13进入料仓4。料仓4设置循环进口和循环出口，循环出口与循环分离器(图中未画出)进口连接，循环分离器的固相出口与循环进口连接。
高温分离器2的气相出口依次连接换热器5、料仓4内的换热管、冷凝器6。冷凝器6的液相出口连接液态水储罐7，冷凝器6的气相出口连接空气储罐8。液态水储罐7的出口依次连接水泵9、换热器5、混合器11。空气储罐8的出口连接风机10，风机10的出口连接换热器5和混合器11。换热器5的空气出口连接反应布风板12。
料仓4与流化床反应器1之间的连接管线设置第一阀门14，回料装置3与料仓4之间的连接管线设置第二阀门15，回料装置3与与流化床反应器1之间的连接管线设置第三阀门16，液态水储罐7与水泵9之间的连接管线设置第四阀门17，风机10与换热器5之间的连接管线设置第五阀门18，风机10与混合器11之间的连接管线设置第六阀门19。
流化床反应器内部的电加热装置与太阳能光热发电系统、循环流化床发电系统进行电连接。流化床反应器产生的热量用于加热循环流化床机组汽水系统中的工质。
当太阳能资源丰富时，太阳能光热发电量高，此时循环流化床机组需要快速降低发电负荷，从而保障电网的供需平衡。此时利用太阳能光热发电机组的弃电和循环流化床发电机组在快速降负荷时超发的非上网电量通过电加热的方式加热流化床反应器，使流化床反应器中维持490～510℃的高温环境。料仓内装有能满足一个储能周期所需物料量的氢氧化钙粉末，集料流化风通过集料布风板维持料仓内氢氧化钙粉末处于鼓泡床流化的状态，由于料仓内物料处于浓相储存状态，因此物料储存密度大且所占用储存容积小。储能过程开始后，开启第一阀门、第三阀门、第五阀门，关闭第二阀门、第四阀门、第六阀门。经过预热至180～200℃的氢氧化钙粉末通过第一阀门进入流化床反应器，同时420～440℃的高温空气作为反应流化风通过反应布风板从流化床反应器下部进入流化床反应器，将流化床反应器内部的氢氧化钙粉末流化，氢氧化钙在流化床反应器中吸热分解成氧化钙和水蒸气，此时将流化床反应器中的热能以化学能的形式储存到氧化钙和水蒸气中。气固混合物从流化床反应器上部离开流化床反应器，经过高温分离器分离后，固体物料进入回料装置，气体进入换热器。回料装置将物料返送回流化床反应器，从而让其中未分解的氢氧化钙继续吸热进行热分解反应来储存能量。经过高温分离器分离出来的气体是空气和水蒸气的混合物，混合气体先通过换热器与风机泵送的100℃低温空气进行换热，混合气体降温至190～210℃后经过料仓将氢氧化钙粉末预热至180～200℃。经过料仓换热后的140～160℃低温空气与水蒸气的混合物进入冷凝器，继续降温至100℃使水蒸气冷凝为液态水，进而实现汽水分离。液态水由液态水储罐保温储存，100℃低温空气由风机泵送至换热器吸收高温空气和水蒸气混合物的热量升至420～440℃后作为反应流化风进入流化床反应器，维持流化床反应器中的热化学流态化反应。当储能过程结束后，关闭第一阀门、第三阀门、第五阀门，打开第二阀门，增大反应流化风使流化床反应器内气速增大，形成气力输送，将氧化钙粉末依次通过高温分离器、回料装置和第二阀门进入料仓储存。经过计算，该储热过程的效率最高可达88％。
当太阳能光热发电和循环流化床发电的总负荷与电网需求负荷一致时，则该系统处于间歇期，即不需要进行储能或放能过程。此时，所有阀门均处于关闭状态，集料流化风一直维持料仓内的氧化钙粉末处于鼓泡床流化的状态，防止其吸湿结块。
当太阳能资源匮乏时，太阳能光热发电机组发电量低，此时循环流化床机组需要快速提高发电负荷，从而保障电网的供需平衡，此时装置开始放能过程，开启第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门，第二阀门、第五阀门关闭。在放能过程的启动阶段，利用循环流化床锅炉系统尾部烟道内烟气的余热通过换热器将液态水加热为100℃的水蒸气。氧化钙粉末由料仓通过第一阀门进入流化床反应器，在水蒸气分压为45～65kPa的反应流化风(总压为一个大气压，即101.325kPa)的作用下，在流化床反应器内维持流态化，同时氧化钙粉末与流化气中的水蒸气发生反应，释放热量，生成氢氧化钙。释放的热量及时被传热介质从流化床反应器中输出，维持流化床反应器温度处于470～490℃。从流化床反应器中输出的热量用于加热循环流化床机组汽水系统中的工质，直接提高工质参数从而快速提升发电能力。流化床反应器中的气固混合物从流化床反应器上部离开流化床反应器，经过高温分离器分离后，固体物料进入回料装置，气体进入换热器。回料装置将所有固体物料返送回流化床反应器，使其中未反应的氧化钙继续进行水合反应释放热量，同时料仓不断向流化床反应器补充经过保温储存的氧化钙。经过高温分离器分离出来的气体是空气和水蒸气的混合物，混合气体先通过换热器与水泵泵送的液态水进行换热，将液态水加热为100℃低温水蒸气，然后混合气体流经料仓进一步预热料仓中的物料，然后混合气体进入冷凝器降温至100℃使水蒸气冷凝为液态水，进而实现汽水分离。液态水由液态水储罐保温储存，并通过第四阀门进入水泵。100℃低温空气由风机泵送至混合器与100℃的低温水蒸气充分混合后作为反应流化风通过反应布风板从流化床反应器下部进入流化床反应器，维持流化床反应器中物料的流化及化学反应。当放能过程结束后，关闭第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门，打开第二阀门，增大反应流化风使流化床反应器内气速增大，形成气力输送，将氢氧化钙粉末依次通过高温分离器、回料装置和第二阀门进入料仓储存。经过计算，该放热过程的效率最高可达50％。因此，一个储能和放能周期的总效率最高可达44％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，其特征是，包括：
流化床反应器，用于氧化钙与水的水合放热反应和氢氧化钙的热分解吸热反应；
高温分离器，用于将流化床反应器出口的气相物料与固相物料的分离；
回料装置，用于接收高温分离器分离的固相物料；
料仓，用于接收并储存回料装置接收的固相物料；
所述料仓底部设置集料流化风进口，集料流化风进口连接集料流化风源，料仓的物料出口连接流化床反应器的物料进口；
高温分离器的气相出口依次连接换热器、料仓内的换热管、冷凝器，冷凝器的液相出口连接液态水储罐，冷凝器的气相出口连接空气储罐，液态水储罐的出口依次连接水泵、换热器、混合器，空气储罐的出口连接风机，风机的出口连接换热器和混合器，换热器的空气出口连接反应布风板；
料仓与流化床反应器之间的连接管线设置第一阀门，回料装置与料仓之间的连接管线设置第二阀门，回料装置与流化床反应器之间的连接管线设置第三阀门，液态水储罐与水泵之间的连接管线设置第四阀门，风机与换热器之间的连接管线设置第五阀门，风机与混合器之间的连接管线设置第六阀门。
2.如权利要求1所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，其特征是，料仓内设置换热管。
3.如权利要求1所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，其特征是，包括换热器，高温分离器分离的气相物料作为换热器的热源对流化床反应器的反应流化风和/或水进行加热。
4.如权利要求3所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，其特征是，料仓内设置换热管，高温分离器分离的气相物料依次进入换热器、料仓内的换热管。
5.如权利要求1所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，其特征是，包括循环分离器，料仓开设循环出口和循环进口，循环出口连接循环分离器的进口，循环分离器的固相出口连接循环进口；
或，料仓底部设置集料布风板。
6.如权利要求1所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能系统，其特征是，回料装置设置回料口和物料出口，物料出口连接料仓，回料口连接流化床反应器的循环物料进口。
7.一种配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，其特征是，提供权利要求1~6任一所述的系统，包括钙基热化学储能工序和/或钙基热化学放能工序；
钙基热化学储能工序：向料仓内通入集料流化风，使料仓内的氢氧化钙粉末维持鼓泡床流化的状态，料仓内的氢氧化钙粉末输送至流化床反应器进行热分解吸热反应，将热分解吸热反应后的氧化钙回收；
钙基热化学放能工序：向料仓内通入集料流化风，使料仓内的氧化钙粉末维持鼓泡床流化的状态，将料仓内的氧化钙粉末输送至流化床反应器中与具有水蒸气的流化风接触，进行水合放热反应，将水合放热反应后的氢氧化钙回收。
8.如权利要求7所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，其特征是，热分解吸热反应时，流化床反应器中反应温度维持在490~510 ℃。
9.如权利要求7所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，其特征是，将空气预热至420~440 ℃输送至流化床反应器作为氢氧化钙的反应流化风。
10.如权利要求7所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，其特征是，将氢氧化钙预热至180~200 ℃后输送进流化床反应器中。
11.如权利要求7所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，其特征是，流化床反应器出料分离后的气相物料作为空气预热的热源。
12.如权利要求11所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，其特征是，空气预热后的气相物料对氢氧化钙预热。
13.如权利要求7所述的配备密相流态化储罐的钙基热化学储放能工艺，其特征是，水合放热反应时，流化床反应器中反应温度维持在470~490 ℃。
14.一种权利要求1~6任一所述的系统或权利要求7~13任一所述的工艺在协调可再生能源发电与循环流化床发电中的应用。
15.一种协调可再生能源发电与循环流化床发电的方法，其特征是，提供权利要求1~6任一所述的系统或权利要求7~13任一所述的工艺，当可再生能源发电量高、需要降低循环流化床发电量时，利用电加热的方式使氢氧化钙进行热分解吸热反应，可再生能源产生的弃电和/或降低循环流化床发电量过程中的超发电量作为电加热的电源；
当可再生能源发电量低、需要提高循环流化床发电量时，将水蒸气与氧化钙粉末水合放热反应产生的热能用于加热循环流化床发电机组汽水系统中的工质。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0353992A2 (en) * | 1988-08-05 | 1990-02-07 | Hitachi, Ltd. | Methods of heat transfer and apparatus therefor |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0353992A2 (en) * | 1988-08-05 | 1990-02-07 | Hitachi, Ltd. | Methods of heat transfer and apparatus therefor |
| JP2010196974A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Toyota Motor Corp | 蓄熱装置 |
| EP3061799A1 (en) * | 2015-02-25 | 2016-08-31 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas | Method for preparing a thermochemical energy storage material |
| 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 |
| CN106931657A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-07-07 | 华南理工大学 | 一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统 |
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 基于水合盐热化学吸附的储热技术;马小琨等;《科学通报》;20151230;第62卷(第36期);第3569-3579页. * |
| 钙基热化学储能体系的研究进展;刘江等;《电站系统工程》;20180915(第05期);第17-21页 * |
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