[发明专利]一种钙基热化学高温流化床内循环反应装置及其工作方法

说明书

本发明涉及一种钙基热化学高温流化床内循环反应装置及其工作方法。装置包括导流区（Ⅰ）、一次分解区（Ⅱ）、放热反应区（Ⅲ）、二次分解区（Ⅳ）、振打器、重力感应器；本发明装置从上到下依次布置有导流区（Ⅰ）、一次分解区（Ⅱ）、二次分解区（Ⅳ）；导流区（Ⅰ）通过筒体法兰与一次分解区（Ⅱ）连接，一次分解区（Ⅱ）通过通体法兰与二次分解区（Ⅳ）连接；二次分解区（Ⅳ）为一圆筒状结构布置在一次分解区（Ⅱ）内侧；振打器安装在一次分解区（Ⅱ）外壁上，重力感应器安装在一次分解区（Ⅱ）和二次分解区（Ⅳ）之间；本发明具有换热效率高、流化状态好、无热损可实现间歇式内循环的特点，可用于中高温太阳能热力发电系统。

技术领域

本发明属于高温热能储存领域，特别涉及一种利用钙基热化学可逆反应将外部热能转化为化学能再转化为高品位热能的流化床内循环储能装置及方法。

背景技术

开发新能源是当今时代的主题之一。太阳能因其储存量非常大，用之不竭，对环境无污染等特点吸引了众多学者的目光。同时一次能源例如煤，石油的储存量非常有限，这促使了人们加快对太阳能开发利用的步伐。在发电系统方面，我国主要以火力发电及水力发电为主，太阳能发电系统尚不完善。如果能够开发合适的太阳能储能系统并设计出相应的装置应用于中高温太阳能热发电系统中，不仅能够降低一次能源的消耗速度，减少环境污染物的排放量，提高太阳能利用效率，同时也具有很高的环保、节能、经济等多重效益,对我国未来发电系统的结构优化意义重大。

在太阳能热发电系统中两个关键技术为太阳能集热技术及太阳能储热技术。现有较完善的太阳能储能技术主要有显热储能和相变储能,热化学储能方面研究较少,储能系统还远不完善。显热储能是利用储能材料的比热熔进行储存能量，通过储能材料温度的变化从而实现能量的释放或者储存。显热储能的储能效率取决于储能材料的温差焓。相变储能是利用相变材料在相变温度或相变温度之上发生相态的改变过程中能量的吸收或者释放从而实现能量的储存。相变储能的储能效率取决于相变材料的相变焓。热化学储能是利用储能材料进行可逆的热化学反应从而实现能量的储存。其储能效率主要取决于热化学反应的反应焓。

因为热化学反应的反应焓比相变材料的相变焓和显热储能的温差焓在大多数情况下都大10倍以上，所以热化学储能的单位质量储能密度要比显热储能和相变储能大。而且显热储能和相变储能还具有储能温度较低，能量损失较大，能量储存或者释放效率低，这使得所用的设备需要采用一定的保温隔热技术来阻止能量损失。此外，在常温条件下，显热材料和相变材料储存的能量会随时间而流失，无法实现在常温条件下长期无热损储存。

热化学储能因其具有储能密度大，储能效率好，稳定性好，可长期无热损保存等特点吸引了国内外学者的目光。虽然已研究的热化学储能体系有70多种，但是理想的热化学储能体系应满足：反应可逆性好，反应焓高，无副反应，原料易得且价格低等条件。所以目前较为理想的热化学储能体系并不多。主要有Mg(OH)₂/MgO+H₂O等无机氢氧化物热分解、NH₃的分解、甲烷-二氧化碳催化重整、铵盐热分解、有机物的氢化和脱氢反应等储能体系。

对于无机氢氧化物热分解体系，目前研究最多的是Ca(OH)₂/CaO+H₂O体系，但是目前对于该体系储能效率，循环寿命以及反应体系使用的装置仍然不完善。有学者发现在反应器中添加一些导热性能好的材料例如膨胀石墨能够提高反应的传热效率。但是由于反应物CaO与二氧化碳发生副反应将大大减低循环寿命。同时在装置方面，目前研究主要采用填充床反应器或者固定床反应器，反应物容易热结从而导致反应器传热效率差和反应体系反应速率低等问题。

发明内容

基于以上现有技术的不足之处，本发明的目的在于提出钙基热化学高温流化床内循环反应装置及其工作方法，将外部热能如太阳能储存于反应介质，当需要热能时再通过可逆反应的放热反应将化学能转化为高品位热能，满足中高温发电系统要求的储能方法。