一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统，包括传热流体供应子系统、反应子系统、热交换子系统、冷凝子系统、水蒸汽发生子系统、水供给系统和朗肯蒸汽发电机组。冷储罐中的传热流体经由太阳能集热器吸收太阳热变成高温传热流体后进入热储罐。储热时，高温传热流体从热储罐底部流出，从储/释热反应器的换热管入口流入，为反应器提供热量，反应床层的氢氧化物发生吸热分解反应，实现热能的储存。释热时，由蒸汽发生器为反应器提供水蒸汽，发生水合反应释放大量的热，以直接和间接换热两种形式为朗肯循环蒸汽发电机组提供热能。本系统能满足节能减排要求，为太阳能热发电提供高效、稳定、高品位的热能，实现热发电系统的连续运转。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统
本专利技术属于太阳热能高温储存
，特别涉及一种把太阳能的热量通过金属氢氧化物的分解进行储存，需要的时候进行释放的热化学储/释热系统。
技术介绍
随着社会的发展和进步，人类对于能源的需求量也越来越高。当前，全球一次能源构成主要是以化石燃料为主体。然而，化石燃料具有不可再生性，且使用过程中会造成环境污染。这促使人们必须寻找既可再生又不会造成环境污染的可再生能源。“能源、环境、发展”是人类面临的三大主题，这三者中，能源的合理开发与利用直接影响到环境保护和人类社会的可持续发展，因此“节能降耗和环保减排”备受各界关注。在众多可再生能源中，太阳能热力发电由于具有费用低、来源广、不污染环境以及不需远距离输送等优点而受到人们的广泛关注。利用太阳能建立太阳能热力发电系统在一定程度上解决了上述问题。然而，由于太阳能具有间歇性、低密度和不稳定性、难以持续供应等缺点，纯太阳能热发电的广泛应用目前仍有许多问题需要解决。其中，如何实现太阳能高效、大规模的储存，保证太阳能一天持续供给是太阳能热发电技术的关键。可再生能源在全球能源结构中所占比例逐渐增加，高效的长期无热损储能技术显得尤为重要。良好的储能系统在能源转换、分配和使用等方面，对提高能源安全和能源效率也起到关键作用。太阳能热发电经历了从无储热系统到含储热系统的发展过程，其中，包含储热系统的热力发电经历了从显热储热到潜热储热再到热化学储热系统的发展过程。其中，热化学储热已成为太阳能热力发电领域的发展方向，是太阳能热力发电的关键，目前正处于实验与理论研究阶段。热化学储热技术是实现能源清洁转换利用的非常重要且有效的手段，一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统是比较有发展前景的一种。利用可逆热化学反应(如Ca(OH)2+ΔH＝CaO+H2O或Mg(OH)2+ΔH＝MgO+H2O)通过热能与化学能之间的相互转换进行储/释热。该储/释热方法的原料丰富廉价、可全天候连续供热、储能密度高、可逆反应易控制且无副反应、储存与分离简单等优点，具有良好的实用前景。朗肯循环蒸汽发电机组运行的稳定性、经济性以及各项指标的同行业领先性是电厂生存和发展的基础。近年，各大发电集团、电厂不约而同的将发电煤耗、供热煤耗等指标列入考核范围，为提高资源利用率、降低能耗水平，纷纷进行节能技改。实现对太阳能热储能技术的开发研究，无疑在能源的开发利用以及节能减排等方面均会有重要的贡献。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免上述背景中的不足之处，设计了一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统，有效地将太阳热能或其他高温热能通过可逆的化学反应以化学能形式储存起来，当需要高温热能时，再通过逆向放热反应将化学能转化成热能释放出来。本专利技术的目的通过如下具体方案实现。一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统，其包括传热流体供应子系统、反应子系统、热交换子系统、冷凝子系统、水蒸汽发生子系统、水供给系统和朗肯蒸汽发电机组；所述的传热流体供应子系统包括：冷储罐、循环泵、太阳能集热器、热储罐；连接关系满足：传热流体从冷储罐由循环泵输送到太阳能集热器，产生的高温传热流体输送到热储罐进行暂存，然后进入反应子系统；所述的反应子系统为集储热和释热反应为一体的储/释热反应器，设有内金属氢氧化物，是发生热化学储热和释放热量的主体，金属氢氧化物(如Ca(OH)2或Mg(OH)2等)吸收传热流体提供的热量发生分解反应实现热量的储存，分解后产生的金属氧化物发生水合放热反应进行化学能向热能的转换，实现热量的释放；所述的热交换子系统包括顺次连接的预热器、蒸发器、换热器；其作用是在储热和释热过程中，从反应子系统流出的较高温度的传热流体均可通过预热器和蒸发器对水储罐中输出的液态水进行先预热再蒸发，产生水蒸汽；然后，产生的水蒸汽可由换热器再加热产生高温水蒸汽；所述的冷凝子系统包括顺次连接的真空泵、冷凝器；其作用是把反应子系统内金属氢氧化物发生分解反应产生的水蒸汽经真空泵排出，经冷凝器冷凝至常温的水，并将冷凝水导入到蒸汽发生器；所述的水蒸汽发生子系统包括相互连接的蒸汽发生器、蒸汽输送泵，蒸汽发生器设有电阻丝加热器；水蒸汽发生子为反应子系统提供水蒸汽，使反应子系统内的金属氧化物(如CaO或MgO等)发生水合放热反应，提供热量；所述的水供给系统包括水储罐和分别与水储罐连接的循环泵、循环泵；其作用是为热交换子系统和反应子系统提供热交换所需的水源，产生的高温高压水蒸汽供给朗肯蒸汽发电机组发电使用。进一步地，所述太阳能集热器由抛物槽面或碟式抛物面、吸热管、保温层等组成，太阳光通过太阳能集热器抛物面的反射将焦点聚集在吸热管上，吸热管内部的传热流体吸收焦点处的高温热量，得到高温传热流体；吸热管进口与冷储罐之间用循环泵相连，出口接热储罐。进一步地，所述储/释热反应器的内部是用不锈钢网包裹着的Ca(OH)2/CaO或Mg(OH)2/MgO颗粒床层，颗粒床层中设有换热管；储/释热反应器外部设有绝热层，以便减少热量的散失。进一步地，储/释热反应器内部的Ca(OH)2/CaO或Mg(OH)2/MgO颗粒床层为为圆柱型，颗粒床层轴向中心填充有蜂窝状不锈钢网，作为水蒸汽的进出通道；填充蜂窝状不锈钢网的部分为圆柱型，半径为部分圆柱型颗粒床层底面圆半径的1/10；换热管由两部分组成，一部分为传热流体换热管，另一部分为输水换热管；传热流体换热管以螺旋盘管的形式布置在颗粒床层中，螺旋半径为圆柱型颗粒床层底面圆半径的2/3；输水换热管以螺旋盘管的形式布置在颗粒床层中，螺旋半径为圆柱型颗粒床层底面圆半径的1/3；传热流体换热管螺旋盘管和输水换热管螺旋盘管的底面圆心均与圆柱型颗粒床层底面圆圆心重合，螺旋高度与圆柱型颗粒床层高度一致，螺距均为对应的换热管直径的2倍。进一步地，储/释热反应器的蒸汽出口连接真空泵，真空泵与冷凝器相连产生的冷凝水输送到蒸汽发生器进行水的循环使用；蒸汽发生器用以产生水蒸汽；蒸汽发生器的供热源为电阻丝加热或外部供热。所述系统的储热过程为，储/释热反应器内部的金属氢氧化物(如Ca(OH)2或Mg(OH)2等)吸收传热流体提供的热量发生分解反应实现热量的储存；从反应器内流出的高温传热流体先经蒸发器，再经过预热器流回到传热流体冷储罐进行循环使用；来自于水储罐内的常温水经由预热器和蒸发器进行先预热、后蒸发，蒸发后的水蒸汽进入到换热器进行进一步加热后，温度可达到400℃～450℃，供给朗肯循环蒸汽发电机组使用；此过程中，换热器的热源可来自其它太阳能集热器或工业余热、废热等。所述系统的释热过程为，储热后产生的金属氧化物发生水合放热反应实现化学能向热能的转换，完成热量的释放；反应器内部热量的输出分为两支回路：①在反应器内部直接将输水换热管内的液态水蒸发产生高温水蒸汽；②以传热流体为蓄热介质输出反应器内的热量，从反应器流出的高温传热流体先后流经换热器、蒸发器、预热器，而常温水则先后流经预热器、蒸发器、换热器实现对常温水的预热、蒸发、再加热，为热力发电提供高温水蒸汽。所述的传热流体供应子系统为传热流体经由太阳能集热器产生高温的传热流体，然后进入反应子系统；所述的反应子系统为发生热化学储热和释热的主体，吸收传热流体的热量使金属氢氧化物(如Ca(OH)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统，其特征在于包括传热流体供应子系统、反应子系统、热交换子系统、冷凝子系统、水蒸汽发生子系统、水供给系统和朗肯蒸汽发电机组(2)；所述的传热流体供应子系统包括：冷储罐（S1）、循环泵（B1）、太阳能集热器（1）、热储罐（S2）；连接关系满足：传热流体从冷储罐（S1）由循环泵（B1）输送到太阳能集热器(1)，产生的高温传热流体输送到热储罐（S2）进行暂存，然后进入反应子系统；所述的反应子系统为集储热和释热反应为一体的储/释热反应器(10)，内部设有金属氢氧化物，是发生热化学储热和释放热量的主体；所述的热交换子系统包括顺次连接的预热器（E1）、蒸发器（E2）、换热器（E3）；其作用是在储热和释热过程中，从反应子系统流出的传热流体均可通过预热器（E1）和蒸发器（E2）对水储罐（S3）中输出的液态水进行先预热再蒸发，产生水蒸汽；然后，产生的水蒸汽可由换热器（E3）再加热产生高温水蒸汽；所述的冷凝子系统包括顺次连接的真空泵（B3）、冷凝器（E4）；其作用是把反应子系统内金属氢氧化物发生分解反应产生的水蒸汽经真空泵（B3）排出，经冷凝器（E4）冷凝至常温的水，并将冷凝水导入到蒸汽发生器(13)；所述的水蒸汽发生子系统包括相互连接的蒸汽发生器(13)、蒸汽输送泵（B4），蒸汽发生器(13)设有电阻丝加热器(14)；水蒸汽发生子为反应子系统提供水蒸汽，使反应子系统内的金属氧化物发生水合放热反应，提供热量；所述的水供给系统包括水储罐（S3）和分别与水储罐（S3）连接的循环泵（B5）、循环泵（B6）；其作用是为热交换子系统和反应子系统提供热交换所需的水源，产生的高温高压水蒸汽供给朗肯蒸汽发电机组(2)发电使用。...

【技术特征摘要】
1.一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统，其特征在于包括传热流体供应子系统、反应子系统、热交换子系统、冷凝子系统、水蒸汽发生子系统、水供给系统和朗肯蒸汽发电机组(2)；所述的传热流体供应子系统包括：冷储罐（S1）、循环泵（B1）、太阳能集热器（1）、热储罐（S2）；连接关系满足：传热流体从冷储罐（S1）由循环泵（B1）输送到太阳能集热器(1)，产生的高温传热流体输送到热储罐（S2）进行暂存，然后进入反应子系统；所述的反应子系统为集储热和释热反应为一体的储/释热反应器(10)，内部设有金属氢氧化物，是发生热化学储热和释放热量的主体；所述的热交换子系统包括顺次连接的预热器（E1）、蒸发器（E2）、换热器（E3）；其作用是在储热和释热过程中，从反应子系统流出的传热流体均可通过预热器（E1）和蒸发器（E2）对水储罐（S3）中输出的液态水进行先预热再蒸发，产生水蒸汽；然后，产生的水蒸汽可由换热器（E3）再加热产生高温水蒸汽；所述的冷凝子系统包括顺次连接的真空泵（B3）、冷凝器（E4）；其作用是把反应子系统内金属氢氧化物发生分解反应产生的水蒸汽经真空泵（B3）排出，经冷凝器（E4）冷凝至常温的水，并将冷凝水导入到蒸汽发生器(13)；所述的水蒸汽发生子系统包括相互连接的蒸汽发生器(13)、蒸汽输送泵（B4），蒸汽发生器(13)设有电阻丝加热器(14)；水蒸汽发生子为反应子系统提供水蒸汽，使反应子系统内的金属氧化物发生水合放热反应，提供热量；所述的水供给系统包括水储罐（S3）和分别与水储罐（S3）连接的循环泵（B5）、循环泵（B6）；其作用是为热交换子系统和反应子系统提供热交换所需的水源，产生的高温高压水蒸汽供给朗肯蒸汽发电机组(2)发电使用。2.根据权利要求1所述的一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统，其特征在于，所述太阳能集热器(1)由抛物槽面或碟式抛物面、吸热管、保温层等组成，太阳光通过太阳能集热器(1)抛物面的反射将焦点聚集在吸热管上，吸热管内部的传热流体吸收焦点处的高温热量，得到高温传热流体；吸热管进口与冷储罐（S1）之间用循环泵（B1）相连，出口接热储罐（S2）。3.根据权利要求1所述的一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统，其特征在于，所述储/释热反应器(10)的内部是用不锈钢网包裹着的Ca(OH)2/CaO或Mg(OH)2/MgO颗粒床层(8)，颗粒床层(8)中设有换热管；储/释热反应器(10)外部设有绝热层(7)。4.根据权利要求1或3所述的一种基于热化学法的太阳能高温储存及释放系统，其特征在于，储/释...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙新峰，刘双恩，楼波，戴溜，周思全，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44