CN115031560A - 一种吹扫式气热共储装置及换热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种吹扫式气热共储装置及换热系统，所述吹扫式气热共储装置包括储气罐壳体，所述储气罐壳体中设置有隔板，所述隔板将所述储气罐壳体分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内设置有成型CO2吸附剂，所述第一腔室的两侧分别设置有进气阀门和出气阀门，所述第二腔室内设置有第一换热器和风机，且所述第一腔室和所述第二腔室相互连通。本发明提供的气热共储装置，能够在实现CO2气体高密度储存的同时，能够实现吸附剂的高效换热和温度控制，提高了吸附剂的储气性能，并且利用装置充气和排气过程中热量变化进行储热，提高装置的储气性能和运行的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种吹扫式气热共储装置及换热系统。
背景技术
压缩CO2具有非常高的储能容量，是极具发展潜力的储能技术。但由于CO2是温室气体，需要封闭循环，因此在低压状态下对CO2进行高密度存储存在问题。虽然具有丰富微孔结构的硅铝基材料与碳基材料能够大量吸附CO2分子，能够实现低压状态下CO2高密度存储，但是由于吸附剂在吸附过程中会产生吸附热，脱附过程中需要吸收脱附热，且吸附剂吸附CO2的性能受温度影响较大。吸附剂的整体温度上升20℃，则吸附剂的吸附性能约降低10％，在吸附过程中吸附剂的温度上升幅度约为20-80℃，会对吸附剂的储气性能造成很大影响。另外，由于吸附剂为多孔结构，导致其导热性能较差，通过常规的换热方式难以控制吸附剂的温度，难以在低压条件下对CO2高密度储存的同时实现吸附剂的高效换热和温度控制。
发明内容
本发明解决的问题是如何实现低压CO2高密度储存，同时实现吸附剂的高效换热和温度控制。
为解决上述问题中，本发明提供一种吹扫式气热共储装置，包括储气罐壳体，所述储气罐壳体中设置有隔板，所述隔板将所述储气罐壳体分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内设置有成型CO2吸附剂，所述第一腔室的两侧分别设置有进气阀门和出气阀门，所述第二腔室内设置有第一换热器和风机，且所述第一腔室和所述第二腔室相互连通。
优选地，所述隔板两端设置有通气孔，所述第一腔室和所述第二腔室通过所述通气孔连通。
优选地，所述储气罐壳体的材质包括钢，且所述储气罐壳体经过保温处理。
优选地，所述成型CO2吸附剂包括沸石蜂窝状成型吸附剂。
优选地，所述成型CO2吸附剂中设置有贯穿所述成型CO2吸附剂的孔道。
优选地，所述吹扫式气热共储装置还包括储热罐和储冷罐，所述储热罐和储冷罐与所述第一换热器连接。
优选地，所述气热共储装置还包括控制器，所述控制器与所述进气阀门和所述出气阀门电连接。
本发明通过在储气罐壳体中设置隔板，将储气罐分隔为第一腔室和第二腔室，通过在第一腔室中设置成型CO2吸附剂，能够吸附CO2气体，在充气中，吸附剂能够产生大量热量，且吸附剂的温度越高，对气体的吸附能力越差，当对装置进行充气时，打开进气阀门，通入CO2气体，启动风机使气体在第一腔室和第二腔室之间循环流动，且吸附剂产生的热量能够随着气体与第一换热器中外部流入的低温介质发生热交换，从而控制吸附剂的温度，一方面保证了吸附剂的吸附效果，另一方面，低温介质被加热后能够用于供热；相应地，在排气过程中，通过第一换热器中流入的外部高温介质与气体换热，能够对吸附剂进行加热，使气体从吸附剂中脱附，同时成型CO2吸附剂对脱附热及吸附剂显热进行存储；经过换热后的高温介质能够用于供热，脱附后的CO2通过出气阀门排出。因此，本发明提供的气热共储装置，能够实现CO2气体高密度储存，同时实现吸附剂的高效换热和温度控制，提高了吸附剂的储气性能，并且利用装置充气和排气过程中热量变化进行储热，提高装置运行的经济性。
本发明的另一目的在于提供一种换热系统，包括热网以及上述的吹扫式气热共储装置应。
优选地，通过所述吹扫式气热共储装置中充气和排气过程产生的热量变化进行储热。
优选地，排气储热过程中，将高温介质输入所述吹扫式气热共储装置中进行换热，使成型CO2吸附剂中的CO2气体脱附后排出，同时所述成型CO2吸附剂对脱附热及吸附剂显热进行存储；
充气储热过程中，将低温介质输入所述吹扫式气热共储装置中进行换热，同时输入CO2气体，使所述成型CO2吸附剂吸附输入的CO2气体，在此过程中产生的吸附热及吸附剂显热被低温介质带出后，通过所述热网储热。
本发明通过将吹扫式气热共储装置与热网组成换热系统，能够在保证装置储气性能的同时，将充气和排气过程中产生的热量变化用于热网供热，实现气热共储，提高系统的经济性。
附图说明
图1为本发明实施例中吹扫式气热共储装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中成型CO2吸附剂中孔道的结构示意图；
图3为本发明实施例中排气储热过程中吹扫式气热共储装置的工作流程示意图；
图4为本发明实施例中充气储热过程中吹扫式气热共储装置的工作流程示意图。
附图标记说明：
1-储气罐壳体；11-第一腔室；111-成型CO2吸附剂；1111-孔道；112-进气阀门；113-出气阀门；12-第二腔室；121-第一换热器；122-风机；2-隔板；3-储热罐；4-储冷罐；5-第二换热器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互组合。此外，附图中箭头所示方向为气体或介质的流动方向。
如图1所示，本发明实施例提供一种吹扫式气热共储装置，包括储气罐壳体1，储气罐壳体1中设置有隔板2，隔板2将储气罐壳体1分隔为第一腔室11和第二腔室12，第一腔室11内设置有成型CO2吸附剂111，第一腔室11的两侧分别设置有进气阀门112和出气阀门113，第二腔室12内设置有第一换热器121和风机122，且第一腔室11和第二腔室12相互连通。
具体地，储气罐壳体1为钢材质，且储气罐壳体1经过保温处理，以提高储气罐的保温性能，避免热量损失，而储气罐壳体1中的隔板2能够将储气罐壳体1分隔为第一腔室11和第二腔室12，其中，第一腔室11中设置有成型CO2吸附剂111，该吸附剂能够吸附CO2，而第二腔室12中设置有第一换热器121和风机122，且第一腔室11和第二腔室12相互连通，当风机122开启时，气体能够在第一腔室11和第二腔室12之间循环流动，当气体流经第一换热器121时，能够与外部流入的低温或高温介质发生热交换，从而控制气体的温度，满足吸附剂吸附和脱附气体的条件，并且经过换热后的低温或高温介质能够用于供热，从而实现气热共储。即通过控制进气阀门112和出气阀门113的开启，以及第一换热器121中流入介质的温度，即可完成排气或充气过程，并且能够利用排气和充气过程中产生的热量，实现气热共储。
示例性地，如图1和图2所示，隔板2两端设置有通气孔，第一腔室11和第二腔室12通过隔板2上的通气孔相互连通，当风机122启动时，气体通过通气孔在第一腔室11和第二腔室12之间循环。成型CO2吸附剂111包括沸石蜂窝状成型吸附剂，且沸石蜂窝状成型吸附剂中设置有贯穿其本身的孔道1111。沸石作为一种铝硅酸盐矿物，具有多孔结构，吸附CO2的能力非常出色，且绿色环保，而通过设置贯穿的孔道，能够减少气体通过的阻力，使气体充分与吸附剂接触的同时，能够加快气体在不同腔室之间的循环流动，提高换热效率。
因此，通过本发明实施例提供的气热共储装置，能够在实现CO2气体高密度储存的同时，能够实现吸附剂的高效换热和温度控制，提高了吸附剂的储气性能，并且利用装置充气和排气过程中热量变化进行储热，提高装置的储气性能和运行的经济性。
另外，如图3所示，在一些实施例中，该吹扫式气热共储装置还包括储热罐3和储冷罐4，储热罐3和储冷罐4与第一换热器121连接，当需要低温介质时，则从储冷罐4中输出低温介质，通过第一换热器121与储气罐中的气体换热；而当需要高温介质时，则从储热罐3中输出高温介质，通过第一换热器121与储气罐中的气体换热。且，储冷罐4和储热罐3中的介质能够与热网中的冷水或者热水进行热交换，进行储热。
为了提高装置的自动化程度，该吹扫式气热共储装置还包括控制器，控制器与进气阀门112以及出气阀门113电连接，控制进气阀门112和出气阀门113的开启和关闭。具体地，由于在气热共储装置充气和排气过程中，温度和压力会产生变化，而为了避免负压空气混入CO2气体，使装置能够在微正压下稳定运行，设置微正压压力的预设上限值和下限值，在充气过程中，控制器控制进气阀门112开度，维持微正压运行；在排气过程中，控制器控制出气阀门113开度，排出CO2气体，维持微正压运行。
本发明的另一实施例提供一种换热系统，包括热网以及上述的吹扫式气热共储装置。
具体地，通过吹扫式气热共储装置中充气和排气过程产生的热量变化进行储热。排气储热过程中，将高温介质输入所述吹扫式气热共储装置中进行换热，使成型CO2吸附剂111中的CO2气体脱附后排出，同时成型CO2吸附剂111对脱附热及吸附剂显热进行存储；
充气储热过程中，将低温介质输入所述吹扫式气热共储装置中进行换热，同时输入CO2气体，使成型CO2吸附剂111吸附输入的CO2气体，在此过程中产生的吸附热被低温介质带出后，通过所述热网储热。
示例性地，排气储热包括以下步骤：
将高温介质输入第一换热器121内，同时启动风机122，使储气罐壳体1内的气体在第一腔室11和第二腔室12之间循环；
气体与高温介质通过第一换热器121进行换热，得到高温气体，随后高温气体进入成型CO2吸附剂111，对其进行加热，实现储热过程，同时使成型CO2吸附剂111吸附的气体脱出；
当气体脱出至一定程度后，储气罐壳体1中的压力和温度升高，当压力和温度升高至预设值后，打开出气阀门113，使气体排出，然后控制初期阀门113开度，维持微正压运行；当成型CO2吸附剂温度升高至预定温度后，停止高温介质输入，完成排气过程；
充气储热包括以下步骤：
将低温介质输入第一换热器121中，同时启动风机122，使储气罐壳体1内的气体在第一腔室11和第二腔室12之间循环；
气体与低温介质进行换热，得到低温气体，同时低温介质温度上升，随后低温气体进入成型CO2吸附剂111，对其进行降温，使气体吸附至成型CO2吸附剂111中，同时储气罐壳体1中的压力降低；
充气过程中，先打开进气阀门112，使储气罐壳体1中的压力为微正压，控制进气阀门112的开度，维持储气罐壳体1内微正压；当成型CO2吸附剂温度低于温度下限值，停止充气，完成充气过程；
低温介质在第一换热器121内与高温气体换热后，温度升高，然后通过热网储热。
通过将吹扫式气热共储装置与热网组成换热系统，能够在保证装置储气性能的同时，将充气和排气过程中产生的热量变化用于储能，并可对热网供热，实现气热共储，提高系统的经济性。
下面结合具体实施例介绍吹扫式气热共储装置以及气体共储过程：
本实施例提供的吹扫式气热共储装置包括钢材质的储气罐壳体1，且储气罐壳体1经过保温处理，壳体的直径为330mm，长度为400mm，储气罐壳体1中设置有隔板2，隔板2将储气罐壳体1分隔为两个腔室，其中隔板2上层的第一腔室11内填充25kg的13X沸石成型CO2吸附剂，且吸附剂中布满贯穿吸附剂的正方形孔道1111，隔板2下层的第二腔室12内安装第一换热器121以及最大流量为1000L/min的风机122，其中，第一换热器121为铜制翅片管式气水换热器，其上设置有进水管和出水管，隔板2上层壳体两侧设置有进气阀门112和出气阀门113，且进气阀门112和出气阀门113与控制器电连接。
初次使用时，先用氮气对储气罐内部进行吹扫，且通过真空泵将储气罐内的压力抽至-0.999bar，脱出储气罐中的剩余气体，然后进行预充气，打开进气阀门通入CO2气体，同时向第一换热器121中通入温度为5℃的冷水，用来冷却CO2吸附过程中产生的热量，当储气罐内达到293K，1bar的平衡状态时，完成预充气过程，约充入3200L CO2气体。
排气储热过程：
如图3所示，在排气阶段，使用储热罐3进行供热，向第一换热器121中输入200℃的高温蒸汽，同时开启风机122，储气罐中未被吸附的剩余气体在两个腔室之间循环流动，当气体流过第一换热器121时与高温蒸汽换热，从而被快速加热，被加热后的气体流过吸附剂，对吸附剂进行加热，实现储热，同时经过换热后，高温蒸汽转换为80℃的热水，热水通过第二换热器5与热网中的热网回水换热，得到热网给水，热网给水用于供热，而换热后产生的冷水则进入储冷罐4中储存；当吸附剂的温度逐渐上升，导致CO2气体从吸附剂中脱出后，会导致储气罐内压力逐渐上升，当压力高于预设压力值0.01bar时，出气阀门113开启，气体排出；当吸附剂的温度达到200℃，停止供给蒸汽加热，排气放热过程结束，在此过程中，储气罐约排出2800L气体。
充气储热过程：
如图4所示，在充气储热开始时，吸附剂的温度仍为排气阶段设定温度200℃，此时开启风机122，向第一换热器121内输入温度为30℃的热网回水，通过第一换热器121与气体换热，使气体的温度降低，同时热网回水的温度上升，被加热后的热网回水能够用于热网供热，而由于气体温度降低，会导致吸附剂的温度降低，从而提高吸附剂的吸附能力；
进一步地，将温度为5℃的热泵低温冷水输入第一换热器121中，导致储气罐内的温度迅速降低，使罐体内剩余的CO2气体被进一步吸附。
充气储热过程中，先打开进气阀门112，当使储气罐壳体1中压力为微正压0.01bar时，随后控制进气阀门112的开度，维持储气罐内微正压；当吸附剂温度低于下限值298K，可充入2800L的CO2气体，此时停止充气，完成充气储热过程。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种吹扫式气热共储装置，其特征在于，包括储气罐壳体(1)，所述储气罐壳体(1)中设置有隔板(2)，所述隔板(2)将所述储气罐壳体(1)分隔为第一腔室(11)和第二腔室(12)，所述第一腔室(11)内设置有成型CO2吸附剂(111)，所述第一腔室(11)的两侧分别设置有进气阀门(112)和出气阀门(113)，所述第二腔室(12)内设置有第一换热器(121)和风机(122)，且所述第一腔室(11)和所述第二腔室(12)相互连通。
2.根据权利要求1所述的吹扫式气热共储装置，其特征在于，所述隔板(2)两端设置有通气孔，所述第一腔室(11)和所述第二腔室(12)通过所述通气孔连通。
3.根据权利要求1所述的吹扫式气热共储装置，其特征在于，所述储气罐壳体(1)的材质包括钢，且所述储气罐壳体(1)经过保温处理。
4.根据权利要求1所述的吹扫式气热共储装置，其特征在于，所述成型CO2吸附剂(111)包括沸石蜂窝状成型吸附剂。
5.根据权利要求4所述的吹扫式气热共储装置，其特征在于，所述成型CO2吸附剂(111)中设置有贯穿所述成型CO2吸附剂(111)的孔道(1111)。
6.根据权利要求1所述的吹扫式气热共储装置，其特征在于，还包括储热罐(3)和储冷罐(4)，所述储热罐(3)和所述储冷罐(4)分别与所述第一换热器(121)连接。
7.根据权利要求1所述的吹扫式气热共储装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述进气阀门(112)和所述出气阀门(113)电连接。
8.一种换热系统，其特征在于，包括热网以及如权利要求1-7任一项所述的吹扫式气热共储装置。
9.根据权利要求8所述的换热系统，其特征在于，通过所述吹扫式气热共储装置中充气过程产生的热量变化进行储热。
10.根据权利要求9所述的换热系统，其特征在于，排气储热过程中，将高温介质输入所述吹扫式气热共储装置中进行换热，使成型CO2吸附剂(111)中的CO2气体脱附后排出，同时所述成型CO2吸附剂(111)对脱附热及吸附剂显热进行存储；
充气储热过程中，将低温介质输入所述吹扫式气热共储装置中进行换热，同时输入CO2气体，使所述成型CO2吸附剂(111)吸附输入的CO2气体，在此过程中产生的吸附热及吸附剂显热被低温介质带出后，通过所述热网储热。
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| CN202210480318.9A Pending CN115031560A (zh) | 2022-04-28 | 2022-04-28 | 一种吹扫式气热共储装置及换热系统 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080282888A1 (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-20 | Deckman Harry W | Temperature swing adsorption of CO2 from flue gas using a parallel channel contractor |
| US20160379852A1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | Delta Design, Inc. | Leak tolerant liquid cooling system employing improved air purging mechanism |
| CN207342445U (zh) * | 2017-06-09 | 2018-05-11 | 天津大学 | 一种间接换热变温吸附碳捕集系统 |
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| CN112312993A (zh) * | 2018-06-14 | 2021-02-02 | 克莱姆沃克斯有限公司 | 用热回收单元从气体流中吸附/解吸二氧化碳的方法和设备 |
-
2022
- 2022-04-28 CN CN202210480318.9A patent/CN115031560A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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