本实用新型专利技术公开了一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置，装置包括流态化系统、换热系统和气固分离系统；流态化系统位于反应装置的底部，换热系统在反应装置的中间部分，气固分离系统在反应装置顶部；流态化系统通过内部水平档板与换热系统连接，换热系统通过旋风分离器与气固分离系统连接，气固分离系统通过外部物料导管与流态化系统连接。本实用新型专利技术使用热化学储能，热转换效率高；间歇式反应使得反应物返混较少；二次进气反应更加充分；储能过程与释能过程分别进行，操作容易；以及气固分离系统内置，使得分离出的气体更加纯净，易于回收等优点，可用于太阳能驱动的朗肯发电或其他大规模热能储存并提高热能品位的场合。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于中高温热能储存领域，特别涉及一种采用间歇式流态化方式将外部热源提供的热能转化为化学物质中的化学能进行储存及利用的装置。
技术介绍
由于太阳能具有清洁、无污染、可再生等优点，越来越多的受到了人们的关注。太阳能的大规模利用对于解决当今环境污染、生态破坏和能源危机等问题都具有重要意义。但由于太阳能具有间歇性和不连续性，不能稳定提供能量的特点，使得太阳能的大规模热利用受到了很大限制。目前太阳能热利用中的热储存主要有三种储热方式，显热储能，潜热储能以及热化学储能。其中显热储能和潜热储能两种方式的储能容量小，储能温度较低，能量损失较大，无法远距离运输。相比之下，热化学储能通过化合物中化学键的重新排列来储存能量，储能容量大，储能密度大，几乎没有能量损失，从而可以实现对太阳能的中高温利用。另外，可以通过运输反应体系的反应物及反应产物实现对高温热能的远距离运输。目前已经可以实际应用的热化学储能体系有氨基热化学储能体系、碳酸化合物分解体系、金属氢化物热分解体系、金属氢氧化物分解体系等。其中氨基储能体系虽然可逆性较好，反应速率快，但是需要催化剂，且氮气和氢气不易液化保存。碳酸化合物体系反应需要高温高压，反应条件过于苛刻，同时二氧化碳也同样存在不易液化储存的问题。金属氢化物体系的可逆性及反应速率均一般。相比之下，钙基体系腐蚀性小、安全性高、造价便宜。因此，选择热化学储能中氢氧化钙体系实现对太阳能的中高温利用具有较好的储能效率。流态化技术的发展，始于20世纪20年代第一台流化床粉煤气化炉的应用，至今已有90年的历史。由于流化床所特有的优点，如高效的传热传质、均匀的温度场、颗粒大的处理量、很宽的操作范围等，使其在许多工业领域中都得到了广泛的应用，并且有非常好的工业前景。目前将流态化装置的基本原理已
经推广应用的工业领域有：某些物理过程，如气力输送、造粒、干燥、换热等；流态化燃烧；石油化工；煤炭气化；物料的煅烧和焙烧等，但还很少见到应用于高温热化学储能的
由于热化学储能和流态化思路的突出优点，如何将两者的优点相互结合成为目前很多学者的研究热点。
技术实现思路
本技术的主要目的在于克服目前现有技术的缺点与不足，提供一种有效将太阳能等外部热源所提供的热能转化为化学能，并储存在化学物质中的装置及方法。该装置和方法结合了热化学法高温储能和反应物质流态化思路以提高传热抟质的优点，可满足实际生产中对供能稳定高效的需求。本技术的目的通过以下技术方案实现。一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置，包括流态化系统、换热系统和气固分离系统；流态化系统位于反应装置的底部，换热系统在反应装置的中间部分，气固分离系统在反应装置顶部；流态化系统通过内部水平档板与换热系统连接，换热系统通过旋风分离器与气固分离系统连接，气固分离系统通过外部物料导管与流态化系统连接。进一步地，流态化系统包括弯管、气体预分布装置、气流均布板、风帽以及水平内部档板，其中气体预分布装置在最底端，与弯管焊接连接，带有风帽结构的气流均布板在流态化系统中间部分，水平内部档板在流态化系统最上方；其中弯管通入气体为高压氧气，压力为0.8～2.0MPa。进一步地，风帽在气流均布板上的分布方式采用均匀分布，每个风帽的分布点在等边三角形的顶点，每两个风帽之间的距离为50～100mm，风帽内的气体导流管直径均为20～30mm，风帽底部外径40～70mm。进一步地，流态化系统中风帽采用伞形风帽或圆柱形风帽中的一种；当风帽为伞形风帽时，帽顶顶角α为45°～75°，气体导流管的直径与风帽底面外沿直径之比为1/4～1/2，套管与风帽外壳通过辐条连接，辐条根数大约为6～8根；
当风帽为圆柱形风帽时，气体导流管与风帽外沿直径之比为1/5～3/5，风帽底板开有圆形通孔作为氧气通道，在风帽底板绕有气体导出管围两圈成环形均匀分布，其开孔直径为3～5mm。进一步地，流态化系统中的内部水平档板采用通孔结构，开孔率为60％～80％，开孔形状及开孔分布采用如下方式之一：圆形开孔环形排列，长方形开孔环形排列，长方形开孔横向排列，菱形开孔环形排列，或菱形开孔横向排列。进一步地，换热系统由水平换热子系统、竖直换热子系统和3个二次进气口构成；其中水平换热子系统由多层直径50～80mm的水平换热蛇形管组成，每相邻两层蛇形管方向纵横相互垂直，构成一个小的换热结构单元；竖直换热子系统由下方的液体分配管和蒸汽收集管之间焊接竖直换热管构成；每根竖直换热管穿插在水平换热子系统纵横交叉形成的方格空隙之间，使水平换热子系统和竖直换热子系统的换热管相互嵌套，3个二次进气口在流化床装置的壳体四周互成120°均匀分布。进一步地，气固分离系统中，隔板与旋风分离器气体出口处焊接密封，滤网附着在顶端开口下方，外部物料导管从旋风分离器侧面引出连接到流态化系统。所述的一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置的工作方法，包括储能过程和蓄能过程，释能过程为：高压氧气通过弯管进入气体预分布装置，再通过风帽，将气流均布板上事先放置的物料——氢氧化钙粉末均匀流态化，二次进气口处关闭，水平换热子系统内通入高温重油将氢氧化钙加热分解为氧化钙，随后气固混合物进入旋风分离器，后通过滤网进行气固分离，气体从顶端出口分离后将氧气进行回收循环利用，固体通过外部物料导管将分离出的氧化钙固体输送回流态化系统；释能过程为：高压氧气通过弯管进入气体预分布装置，再通过风帽，将气流均布板上的氧化钙粉末均匀流态化，二次进气口通入水蒸气与氧化钙反应进行放热，竖直换热子系统内通入高压液态水进行换热，液态水吸收氧化钙反应放出的热量后逐步汽化为水蒸气，经收集管汇入总管；气固混合物进入旋风分离器，后通过滤网进行气固分离，气体从顶端出口分离后将氧气进行回收循环利用，固体通过外部物料导管将分离出的氢氧化钙固体输送回流态化系统。与现有技术相比较，本技术具有的优点有：1、将太阳能热化学储能高品位高密度的优点，与流态化反应高效、反应彻底的优点相结合，可实现工业化大规模、高品位的太阳能储能；2、通过对无机氢氧化物反应体系的转换进行间歇换热，可弥补太阳能利用在时空上的不均匀性；3、通过二次进气口使促流态化气体氧气和反应气体水蒸气分别在不同的位置进入反应装置，可避免反应物料的结块和反应放热不均；4、通过控制氧气和水蒸气的压力和流速，可实现对反应过程中反应速率的控制，以及对热量交换速率和热利用速率的控制；5、通过外部物料导管将整个反应装置内的固体物料进行内循环，同时对氧气和水蒸气进行回收利用，可减少工业污染，节能环保。附图说明图1是流化床反应装置主视图。图2是气流均布板花板的风帽分布图。图3是伞形风帽的纵剖面图。图4是伞形风帽的底板图。图5是圆柱形风帽的纵剖面图。图6是圆柱形风帽的底板图。图7是内部挡板通孔的圆形开孔环形排列图。图8是内部挡板通孔的长方形开孔环形排列图。图9是内部挡板通孔的长方形开孔横向排列图。图10是内部挡板通孔的菱形开孔环形排列图。图11是内部挡板通孔的菱形开孔横向排列图。图12是构成水平换热子系统的横向换热蛇形管平面图。图13是构成水平换热子系统的纵向换热蛇形管平面图。图14是一个水平换热结构单元的截面图。图15是竖直换热子系统的主视本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置，其特征在于包括流态化系统(Ⅲ)、换热系统(Ⅱ)和气固分离系统(Ⅰ)；流态化系统位于反应装置的底部，换热系统在反应装置的中间部分，气固分离系统在反应装置顶部；流态化系统通过内部水平档板(4)与换热系统连接，换热系统通过旋风分离器(18)与气固分离系统连接，气固分离系统通过外部物料导管(21)与流态化系统连接。
【技术特征摘要】
1.一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置，其特征在于包括流态化系统(Ⅲ)、换热系统(Ⅱ)和气固分离系统(Ⅰ)；流态化系统位于反应装置的底部，换热系统在反应装置的中间部分，气固分离系统在反应装置顶部；流态化系统通过内部水平档板(4)与换热系统连接，换热系统通过旋风分离器(18)与气固分离系统连接，气固分离系统通过外部物料导管(21)与流态化系统连接。2.根据权利要求1所述的一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置，其特征在于流态化系统(Ⅲ)包括弯管(1)、气体预分布装置(24)、气流均布板(23)、风帽(3)以及水平内部档板(4)，其中气体预分布装置(24)在最底端，与弯管(1)焊接连接，带有风帽(3)结构的气流均布板(23)在流态化系统(Ⅲ)中间部分，水平内部档板(4)在流态化系统(Ⅲ)最上方；其中弯管(1)通入气体为高压氧气，压力为0.8~2.0MPa。3.根据权利要求2所述的一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置，其特征在于风帽(3)在气流均布板(23)上的分布方式采用均匀分布，每个风帽的分布点在等边三角形的顶点，每两个风帽之间的距离为50~100mm，风帽内的气体导流管(2)直径均为20~30mm，风帽底部外径40~70mm。4.根据权利要求2所述的一种间歇式流态化热能与化学能储释反应装置，其特征在于流态化系统(Ⅲ)中风帽(3)采用伞形风帽或圆柱形风帽中的一种；当风帽(3)为伞形风帽时，帽顶顶角α为45º~75º，气体导流管(2)的直径与风帽(3)底面外沿直径之比为1/4~1/2，套管(27)与风帽外壳(25)通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙新峰，张丽桦，赖永鑫，唐永铨，廖珊珊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44
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