[发明专利]一种基于氢氧化钙反应体系的热能储释装置及其工作方法

说明书

一种基于氢氧化钙反应体系的热能储释装置，包括聚光系统、反应系统、氮气输送系统、换热系统和水蒸气循环系统；反应系统包括反应器、原料储存罐和加料机，反应器包括进料口、蒸气入口、蒸气出口、出料口、氮气入口，反应器内设有反应腔和换热盘管，进料口、蒸气入口、蒸气出口、出料口和氮气入口均连通反应腔，原料储存罐经加料机连接进料口，换热盘管位于反应腔的外侧，换热系统通过换热盘管与反应腔之间进行换热；水蒸气循环系统连接蒸气入口和蒸气出口；氮气输送系统与氮气入口连接并向反应腔输送氮气，聚光系统用于将太阳光聚集于反应系统中。本发明光转换效率高、储释能反应效率高、循环利用率高，属于太阳能高温热化学储能技术领域。

技术领域

本发明涉及太阳能高温热化学储能技术领域，具体涉及一种基于氢氧化钙反应体系的热能储释装置及其工作方法。

背景技术

随着经济发展，工业对能源的需求也大幅增加，化石燃料的持续使用已经对环境造成了破坏。为了人类可持续发展的客观需要，推动能源消费革命、优化能源结构、推进能源科技创新则是内在要求。太阳能因具有清洁无污染、来源广泛、可再生的特点被视为人类理想的代替能源，然而太阳能也具有间歇性、低密度和不稳定等局限性。因此发展热能储存技术是发展太阳能热发电的关键。

目前太阳能的热储存主要有三种方式：显热储能，潜热储能和热化学储能。显热储能和潜热储能是当前使用最多的储能方式，但两者也具有储能容量小、能量损失大和无法远距离运输等不足。相比之下，热化学储能通过化学键的重新排列，将热能转化为化学能，具有储能容量大，储能密度大，能量损失小的特点。并且通过对生成物合理地分离，可以实现热能的远距离运输。因此，热化学储能是一种具有潜力的储能方法。

实际运用中的热化学储能体系有碳酸盐储能体系、金属氢化物储能体系、金属氧化物储能体系、氨基储能体系和氢氧化物储能体系。其中，氢氧化物储能体系的原料来源广泛，成本低廉，环境友好，是一种极具前景的储能体系。然而当前使用的反应器仍有储能密度低、能量损失大、光热转换效率低等缺点，因此制约了氢氧化物储能体系的发展。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种具有储释能反应效率高、循环利用率高特点的基于氢氧化钙反应体系的热能储释装置及其工作方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于氢氧化钙反应体系的热能储释装置，包括聚光系统、反应系统、氮气输送系统、换热系统和水蒸气循环系统；反应系统包括反应器、原料储存罐和加料机，反应器包括进料口、蒸气入口、蒸气出口、出料口、氮气入口，反应器内设有反应腔和换热盘管，进料口、蒸气入口、蒸气出口、出料口和氮气入口均连通反应腔，原料储存罐经加料机连接进料口，换热盘管位于反应腔的外侧，换热系统通过换热盘管与反应腔之间进行换热；水蒸气循环系统包括水箱、冷凝器、旋风分离器和蒸气输送泵，水箱包括水箱出口和水箱入口，水箱内设有加热器，旋风分离器包括分离器入口、气体出口和固体出口，水箱出口与蒸气输送泵的输入口连接，蒸气输送泵的输出口连接反应器的蒸气入口，蒸气出口与分离器入口连接，旋风分离器的气体出口经冷凝器连接水箱入口；氮气输送系统与氮气入口连接并向反应腔输送氮气，聚光系统用于将太阳光聚集于反应系统中。

作为一种优选，反应器内设有多条蒸气管道，蒸气管道的一端连接蒸气入口，蒸气管道的另一端连接蒸气出口，蒸气管道的外壁面设有多个通孔，通孔连通蒸气管道的内部。

作为一种优选，蒸气管道竖直设置，通孔的直径为5mm～10mm，竖直方向上相邻两个通孔之间的间隔为20～100mm，蒸气管道的高度为2000～2500mm。

作为一种优选，水蒸气循环系统还包括用于检测水箱内蒸气温度的第三温度传感器和用于检测水箱内蒸气压力的第五压力传感器。

作为一种优选，反应器包括从外到内依次设置的不锈钢外壳、硅酸钙绝热层和铜导热层，换热盘管镶嵌于铜导热层中，换热盘管为蛇形盘管并环绕于反应腔的外侧。