一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统技术方案

一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，属于储能技术领域；本发明专利技术所述系统包括三个子系统，分别是机朗肯循环子系统、二氧化碳循环子系统、化学提质蓄热子系统；本发明专利技术所述系统可实现低品位热能的存储并提质，并利用提质后的中高品位热能结合二氧化碳循环及有机朗肯循环生产电能，实现热电联供，系统具有储热密度高、热损失小、经济效益好等特点。经济效益好等特点。经济效益好等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统


[0001]本专利技术涉及一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，属于储能


技术介绍

[0002]我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％，主要工业产品单位能耗比国际先进水平高出30％左右。除了生产工业相对落后、产业结构不合理的因素外，工业余热利用率低，能源没有得到充分利用是造成能耗高的重要原因，我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低约10％，至少50％的工业耗能以各种形式的余热被直接抛弃。因此从另一个角度看，我国工业余热资源丰富，广泛存在于工业各行业生产过程中，余热资源约占其燃料消耗总能的17％
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67％，其中可回收率达60％，余热利用率提升空间大，节能潜力巨大。如果能设计合适的储热方案，将这一部分废热、余热的热量加以储存，并选择合适的方式对储存的热量加以利用，进行供热供电，不仅可以提高能源的利用率，还能带来巨大的经济和环境效益。因此，选择合适的储热方式和选择合理利用低温热能的方法至关重要。
[0003]对于储热方式来说，目前在储热领域，储热方式有显热储热、潜热储热和化学储热。显热储热和潜热储热应用较为广泛，但是显热储热放热不恒温、储热密度小以及储热装置庞大等缺点限制了其进一步应用；潜热储热即相变储热，受到材料相变温度的影响较大而且技术难度大；且显热储热和潜热储热由于受到换热温差以及换热器面积的限制，在储热过程中必然伴随着热能品位的降低，而且热能长期储存时损失较大，导致储热效率下降。化学储热是利用一对正逆吸/放热的化学反应，将热能以化学能的形式储存起来，储能密度明显大于显热储热和潜热储热，而且可用催化剂或者反应物对反应过程进行控制，可实现热量长期储存而几乎没有损失，但化学储热仍然存在换热过程，仍会造成热能品位的降低，无法实现废热，余热的高效利用。对于储热系统中存储的热能来说，依据其能量品位的高低，其利用方式亦会有差别，高品位热能可进行余热发电。
[0004]有效的余热发电技术有二氧化碳循环，有机朗肯循环，卡琳娜循环等；在不同温度范围内，有机朗肯循环系统采用不同的低沸点有机工质代替水，吸收热能进行发电，循环热效率较高，但对外输出的净功较少，效率较低；二氧化碳循环将二氧化碳作为动力循环的工质，二氧化碳循环可以输出较大的净功，但回本周期和投资费用较大，循环热效率较低；单一的利用有机朗肯循环和二氧化碳循环进行发电，都有一定的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种基于化学提质蓄热的多循环耦合联供系统。本专利技术所述系统包括三个子系统，分别是机朗肯循环子系统、二氧化碳循环子系统、化学提质蓄热子系统。本专利技术所述系统可实现低品位热能的存储并提质，并利用提质后的中高品位热能结合二氧化碳循环及有机朗肯循环生产电能，实现热电联供。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，其特征在于：系统由有机朗肯循环
子系统、二氧化碳循环子系统、化学提质蓄热子系统构成。化学提质蓄热子系统完成外部低品位热能的提质及存储功能，并且化学提质蓄热子系统通过管道分别与有机朗肯循环子系统和二氧化碳循环子系统串联连接，有机朗肯循环子系统与二氧化碳循环子系统分级利用化学提质蓄热子系统提质后的中高品位热能发电。
[0008]一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，其特征在于：所述化学提质蓄热子系统包括中低温余热存储单元，化学热泵提质单元和中高温蓄热单元三部分；其中，所述中低温余热存储单元包括中低温余热化学存储装置、中低温储热装置、中低温生成物储罐、吸热反应装置和压气机，所述中低温余热化学存储装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)；所述化学热泵提质单元包括吸热反应装置、精馏塔、分离装置、回热器和中高温热能化学存储装置，所述吸热反应装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可在低温环境中发生正向吸热反应(在高温环境中发生逆向反应，该逆向反应为放热反应)；所述中高温蓄热单元包括中高温热能化学存储装置、中高温储热装置、中高温生成物储罐、阀门和压气机，所述中高温热能化学存储装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0009]所述有机朗肯循环子系统包括有机工质储罐、机工质泵、有机工质蒸发器、有机工质透平、发电机、有机工质冷凝器。
[0010]所述二氧化碳循环子系统包括二氧化碳储罐、二氧化碳泵、二氧化碳蒸发器、二氧化碳透平、发电机、二氧化碳冷凝器。
[0011]一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，其设备连接特征如下：
[0012]所述化学提质蓄热子系统中，中低温余热存储单元的中低温余热化学存储装置的内部换热器出口通过管道与中低温储热装置的热源入口连接；所述中低温余热化学存储装置的反应产物出口通过管道经吸热反应装置的内部换热器、中低温储热装置及压气机与中低温生成物储罐的入口连接；所述中低温生成物储罐的出口通过管道、阀门经中低温储热装置与中低温余热化学存储装置的反应产物入口连接。
[0013]所述化学提质蓄热子系统中，化学热泵提质单元的吸热反应装置的反应原料
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反应产物出口通过管道经精馏塔的反应原料
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反应产物通道与分离装置的反应原料
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反应产物入口连接；所述分离装置的反应产物出口通过管道经回热器的反应产物通道与中高温热能化学存储装置的内部反应器管道入口连接；所述中高温热能化学存储装置的内部反应器管道出口通过管道经回热器的反应原料通道与吸热反应装置的反应原料入口连接；所述分离装置的反应原料出口通过管道与精馏塔的反应原料入口连接；所述精馏塔的反应原料出口通过管道与吸热反应装置的反应原料入口连接。
[0014]所述化学提质蓄热子系统中，中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置的反应产物出口通过管道经中高温储热装置的反应产物通道、压气机、阀门与中高温生成物储罐的入口连接；所述中高温生成物储罐的出口通过管道经中高温储热装置的反应产物通道与中高温热能化学存储装置的反应产物入口连接。
[0015]所述有机朗肯循环子系统中，所述有机工质储罐通过管道与有机工质泵连接；所述有机工质泵通过管道与有机工质蒸发器连接；所述有机工质蒸发器通过管道与有机工质透平连接；所述有机工质透平通过管道与有机工质冷凝器连接；所述有机工质冷凝器通过
管道与有机工质储罐连接；所述有机工质透平的旋转轴与发电机的输入轴连接。
[0016]所述二氧化碳循环子系统中，所述二氧化碳储罐通过管道与二氧化碳泵连接；所述二氧化碳泵通过管道与二氧化碳蒸发器连接；所述二氧化碳蒸发器通过管道与二氧化碳透平连接；所述二氧化碳透平通过管道与二氧化碳冷凝器连接；所述二氧化碳冷凝器通过管道与二氧化碳储罐连接；所述二氧化碳透平的旋转轴与发电机的输入轴连接。
[0017]一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，其特征在于系统按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，其特征在于：所述系统包括三个子系统，分别是有机朗肯循环子系统、二氧化碳循环子系统、化学提质蓄热子系统；化学提质蓄热子系统完成外部低品位热能的提质及存储功能，并且化学提质蓄热子系统通过管道分别与有机朗肯循环子系统和二氧化碳循环子系统串联连接，有机朗肯循环子系统与二氧化碳循环子系统分级利用化学提质蓄热子系统提质后的中高品位热能发电；所述化学提质蓄热子系统的中低温余热存储单元，包括中低温储热装置11、中低温生成物储罐12、中低温余热化学存储装置13、吸热反应装置14、压气机B、阀门22，所述中低温余热化学存储装置13内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)；所述化学提质蓄热子系统的化学热泵提质单元包括吸热反应装置14、精馏塔15、分离装置16、回热器17和中高温热能化学存储装置18，所述吸热反应装置14内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可在低温环境中发生正向吸热反应(在高温环境中发生逆向反应，该逆向反应为放热反应)；所述化学提质蓄热子系统的中高温蓄热单元包括中高温热能化学存储装置18、中高温储热装置19、中高温生成物储罐20、阀门21和压气机A，所述中高温热能化学存储装置18内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)；所述有机朗肯循环子系统包括有机工质储罐6、有机工质泵7、有机工质蒸发器8、有机工质透平9、有机工质冷凝器10、发电机25；所述二氧化碳循环子系统包括二氧化碳储罐1、二氧化碳泵2、二氧化碳蒸发器3、二氧化碳透平4、二氧化碳冷凝器5、发电机24。2.根据权利要求1所述的一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，其设备连接特征如下：所述化学提质蓄热子系统中，中低温余热存储单元的中低温余热化学存储装置13的内部换热器I的出口通过管道与中低温储热装置11的载余热介质热源入口11d连接；所述中低温余热化学存储装置13的反应产物出口通过管道与吸热反应装置14的内部换热器III的入口连接；所述吸热反应装置14的内部换热器III的出口通过管道与中低温储热装置11的反应产物热源入口11a连接；所述中低温储热装置11的反应产物出口11b通过管道与压气机B的入口连接；所述压气机B的出口通过管道与中低温生成物储罐12的入口连接；所述中低温生成物储罐12的出口通过管道、阀门22与中低温储热装置11的反应产物冷源入口11e连接；所述中低温储热装置11的反应产物冷源出口11f通过管道与中低温余热化学存储装置13的反应产物入口连接；所述化学提质蓄热子系统中，化学热泵提质单元的吸热反应装置14的反应原料
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反应产物出口14a通过管道与精馏塔15的反应原料
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反应产物入口15a连接；所述精馏塔15的反应原料出口15d通过管道与吸热反应装置14的反应原料入口14c连接，精馏塔15的反应原料
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反应产物出口15b通过管道与分离装置16的反应原料
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反应产物入口16a连接；所述分离装置16的反应产物出口16b通过管道与回热器17的反应产物入口17a连接，分离装置16的反应原料出口16c通过管道与精馏塔15的反应原料入口15c连接；所述回热器17的反应原料出口17d通过管道与吸热反应装置14的反应原料入口14b连接，回热器17的反应产物出口17b通过管道与中高温热能化学存储装置18的内部反应器管道入口18a连接；所述中高温热能化学存储装置18的内部反应器管道出口18b通过管道与回热器17的反应原料入口17c连接；
所述二氧化碳循环子系统中，二氧化碳储罐1的出口1b通过管道与二氧化碳泵2的入口2a连接；所述二氧化碳泵2的出口2b通过管道与二氧化碳蒸发器3冷源侧入口连接；所述二氧化碳蒸发器3冷源侧出口通过管道与二氧化碳透平4的入口4a连接；所述二氧化碳透平4的出口4b通过管道与二氧化碳冷凝器5的入口5a连接；所述二氧化碳冷凝器5的出口5b通过管道与二氧化碳泵储罐1的入口1a连接；所述二氧化碳透平4的旋转轴与发电机24的输入轴连接；所述有机朗肯循环子系统中，有机工质储罐6的出口6b通过管道与有机工质泵7的入口7a连接；所述有机工质泵7的出口7b通过管道与有机工质蒸发器8冷源侧入口连接；所述有机工质蒸发器8冷源侧出口通过管道与有机工质透平9的入口9a连接；所述有机工质透平9的出口9b通过管道与有机工质冷凝器10的入口10a连接；所述有机工质冷凝器10的出口10b通过管道与有机工质储罐6的入口6a连接；所述有机工质透平9的旋转轴与发电机25的输入轴连接；所述换热油泵23的出口23b通过管道与中高温热能化学存储装置18的内部换热器IV的入口连接；所述中高温热能化学存储装置18的内部换热器IV的出口通过管道与有机工质蒸发器8的热源入口连接；所述有机工质蒸发器8的热源出口通过管道与二氧化碳蒸发器3的热源入口连接；所述二氧化碳蒸发器3的热源出口通过管道与工质泵23的入口23a连接。3.根据权利要求1所述的一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统，其特征在于系...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉鹏，王越，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：