本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種間歇式流態(tài)化熱能與化學(xué)能儲釋反應(yīng)裝置，裝置包括流態(tài)化系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)和氣固分離系統(tǒng)；流態(tài)化系統(tǒng)位于反應(yīng)裝置的底部，換熱系統(tǒng)在反應(yīng)裝置的中間部分，氣固分離系統(tǒng)在反應(yīng)裝置頂部；流態(tài)化系統(tǒng)通過內(nèi)部水平檔板與換熱系統(tǒng)連接，換熱系統(tǒng)通過旋風(fēng)分離器與氣固分離系統(tǒng)連接，氣固分離系統(tǒng)通過外部物料導(dǎo)管與流態(tài)化系統(tǒng)連接。本實(shí)用新型專利技術(shù)使用熱化學(xué)儲能，熱轉(zhuǎn)換效率高；間歇式反應(yīng)使得反應(yīng)物返混較少；二次進(jìn)氣反應(yīng)更加充分；儲能過程與釋能過程分別進(jìn)行，操作容易；以及氣固分離系統(tǒng)內(nèi)置，使得分離出的氣體更加純凈，易于回收等優(yōu)點(diǎn)，可用于太陽能驅(qū)動的朗肯發(fā)電或其他大規(guī)模熱能儲存并提高熱能品位的場合。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)屬于中高溫?zé)崮軆Υ骖I(lǐng)域，特別涉及一種采用間歇式流態(tài)化方式將外部熱源提供的熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)物質(zhì)中的化學(xué)能進(jìn)行儲存及利用的裝置。
技術(shù)介紹
由于太陽能具有清潔、無污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的受到了人們的關(guān)注。太陽能的大規(guī)模利用對于解決當(dāng)今環(huán)境污染、生態(tài)破壞和能源危機(jī)等問題都具有重要意義。但由于太陽能具有間歇性和不連續(xù)性，不能穩(wěn)定提供能量的特點(diǎn)，使得太陽能的大規(guī)模熱利用受到了很大限制。目前太陽能熱利用中的熱儲存主要有三種儲熱方式，顯熱儲能，潛熱儲能以及熱化學(xué)儲能。其中顯熱儲能和潛熱儲能兩種方式的儲能容量小，儲能溫度較低，能量損失較大，無法遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。相比之下，熱化學(xué)儲能通過化合物中化學(xué)鍵的重新排列來儲存能量，儲能容量大，儲能密度大，幾乎沒有能量損失，從而可以實(shí)現(xiàn)對太陽能的中高溫利用。另外，可以通過運(yùn)輸反應(yīng)體系的反應(yīng)物及反應(yīng)產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)對高溫?zé)崮艿倪h(yuǎn)距離運(yùn)輸。目前已經(jīng)可以實(shí)際應(yīng)用的熱化學(xué)儲能體系有氨基熱化學(xué)儲能體系、碳酸化合物分解體系、金屬氫化物熱分解體系、金屬氫氧化物分解體系等。其中氨基儲能體系雖然可逆性較好，反應(yīng)速率快，但是需要催化劑，且氮?dú)夂蜌錃獠灰滓夯４妗Ｌ妓峄衔矬w系反應(yīng)需要高溫高壓，反應(yīng)條件過于苛刻，同時二氧化碳也同樣存在不易液化儲存的問題。金屬氫化物體系的可逆性及反應(yīng)速率均一般。相比之下，鈣基體系腐蝕性小、安全性高、造價便宜。因此，選擇熱化學(xué)儲能中氫氧化鈣體系實(shí)現(xiàn)對太陽能的中高溫利用具有較好的儲能效率。流態(tài)化技術(shù)的發(fā)展，始于20世紀(jì)20年代第一臺流化床粉煤氣化爐的應(yīng)用，至今已有90年的歷史。由于流化床所特有的優(yōu)點(diǎn)，如高效的傳熱傳質(zhì)、均勻的溫度場、顆粒大的處理量、很寬的操作范圍等，使其在許多工業(yè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，并且有非常好的工業(yè)前景。目前將流態(tài)化裝置的基本原理已
經(jīng)推廣應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域有：某些物理過程，如氣力輸送、造粒、干燥、換熱等；流態(tài)化燃燒；石油化工；煤炭氣化；物料的煅燒和焙燒等，但還很少見到應(yīng)用于高溫?zé)峄瘜W(xué)儲能的
由于熱化學(xué)儲能和流態(tài)化思路的突出優(yōu)點(diǎn)，如何將兩者的優(yōu)點(diǎn)相互結(jié)合成為目前很多學(xué)者的研究熱點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的主要目的在于克服目前現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種有效將太陽能等外部熱源所提供的熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并儲存在化學(xué)物質(zhì)中的裝置及方法。該裝置和方法結(jié)合了熱化學(xué)法高溫儲能和反應(yīng)物質(zhì)流態(tài)化思路以提高傳熱摶質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，可滿足實(shí)際生產(chǎn)中對供能穩(wěn)定高效的需求。本技術(shù)的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種間歇式流態(tài)化熱能與化學(xué)能儲釋反應(yīng)裝置，包括流態(tài)化系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)和氣固分離系統(tǒng)；流態(tài)化系統(tǒng)位于反應(yīng)裝置的底部，換熱系統(tǒng)在反應(yīng)裝置的中間部分，氣固分離系統(tǒng)在反應(yīng)裝置頂部；流態(tài)化系統(tǒng)通過內(nèi)部水平檔板與換熱系統(tǒng)連接，換熱系統(tǒng)通過旋風(fēng)分離器與氣固分離系統(tǒng)連接，氣固分離系統(tǒng)通過外部物料導(dǎo)管與流態(tài)化系統(tǒng)連接。進(jìn)一步地，流態(tài)化系統(tǒng)包括彎管、氣體預(yù)分布裝置、氣流均布板、風(fēng)帽以及水平內(nèi)部檔板，其中氣體預(yù)分布裝置在最底端，與彎管焊接連接，帶有風(fēng)帽結(jié)構(gòu)的氣流均布板在流態(tài)化系統(tǒng)中間部分，水平內(nèi)部檔板在流態(tài)化系統(tǒng)最上方；其中彎管通入氣體為高壓氧氣，壓力為0.8～2.0MPa。進(jìn)一步地，風(fēng)帽在氣流均布板上的分布方式采用均勻分布，每個風(fēng)帽的分布點(diǎn)在等邊三角形的頂點(diǎn)，每兩個風(fēng)帽之間的距離為50～100mm，風(fēng)帽內(nèi)的氣體導(dǎo)流管直徑均為20～30mm，風(fēng)帽底部外徑40～70mm。進(jìn)一步地，流態(tài)化系統(tǒng)中風(fēng)帽采用傘形風(fēng)帽或圓柱形風(fēng)帽中的一種；當(dāng)風(fēng)帽為傘形風(fēng)帽時，帽頂頂角α為45°～75°，氣體導(dǎo)流管的直徑與風(fēng)帽底面外沿直徑之比為1/4～1/2，套管與風(fēng)帽外殼通過輻條連接，輻條根數(shù)大約為6～8根；
當(dāng)風(fēng)帽為圓柱形風(fēng)帽時，氣體導(dǎo)流管與風(fēng)帽外沿直徑之比為1/5～3/5，風(fēng)帽底板開有圓形通孔作為氧氣通道，在風(fēng)帽底板繞有氣體導(dǎo)出管圍兩圈成環(huán)形均勻分布，其開孔直徑為3～5mm。進(jìn)一步地，流態(tài)化系統(tǒng)中的內(nèi)部水平檔板采用通孔結(jié)構(gòu)，開孔率為60％～80％，開孔形狀及開孔分布采用如下方式之一：圓形開孔環(huán)形排列，長方形開孔環(huán)形排列，長方形開孔橫向排列，菱形開孔環(huán)形排列，或菱形開孔橫向排列。進(jìn)一步地，換熱系統(tǒng)由水平換熱子系統(tǒng)、豎直換熱子系統(tǒng)和3個二次進(jìn)氣口構(gòu)成；其中水平換熱子系統(tǒng)由多層直徑50～80mm的水平換熱蛇形管組成，每相鄰兩層蛇形管方向縱橫相互垂直，構(gòu)成一個小的換熱結(jié)構(gòu)單元；豎直換熱子系統(tǒng)由下方的液體分配管和蒸汽收集管之間焊接豎直換熱管構(gòu)成；每根豎直換熱管穿插在水平換熱子系統(tǒng)縱橫交叉形成的方格空隙之間，使水平換熱子系統(tǒng)和豎直換熱子系統(tǒng)的換熱管相互嵌套，3個二次進(jìn)氣口在流化床裝置的殼體四周互成120°均勻分布。進(jìn)一步地，氣固分離系統(tǒng)中，隔板與旋風(fēng)分離器氣體出口處焊接密封，濾網(wǎng)附著在頂端開口下方，外部物料導(dǎo)管從旋風(fēng)分離器側(cè)面引出連接到流態(tài)化系統(tǒng)。所述的一種間歇式流態(tài)化熱能與化學(xué)能儲釋反應(yīng)裝置的工作方法，包括儲能過程和蓄能過程，釋能過程為：高壓氧氣通過彎管進(jìn)入氣體預(yù)分布裝置，再通過風(fēng)帽，將氣流均布板上事先放置的物料——?dú)溲趸}粉末均勻流態(tài)化，二次進(jìn)氣口處關(guān)閉，水平換熱子系統(tǒng)內(nèi)通入高溫重油將氫氧化鈣加熱分解為氧化鈣，隨后氣固混合物進(jìn)入旋風(fēng)分離器，后通過濾網(wǎng)進(jìn)行氣固分離，氣體從頂端出口分離后將氧氣進(jìn)行回收循環(huán)利用，固體通過外部物料導(dǎo)管將分離出的氧化鈣固體輸送回流態(tài)化系統(tǒng)；釋能過程為：高壓氧氣通過彎管進(jìn)入氣體預(yù)分布裝置，再通過風(fēng)帽，將氣流均布板上的氧化鈣粉末均勻流態(tài)化，二次進(jìn)氣口通入水蒸氣與氧化鈣反應(yīng)進(jìn)行放熱，豎直換熱子系統(tǒng)內(nèi)通入高壓液態(tài)水進(jìn)行換熱，液態(tài)水吸收氧化鈣反應(yīng)放出的熱量后逐步汽化為水蒸氣，經(jīng)收集管匯入總管；氣固混合物進(jìn)入旋風(fēng)分離器，后通過濾網(wǎng)進(jìn)行氣固分離，氣體從頂端出口分離后將氧氣進(jìn)行回收循環(huán)利用，固體通過外部物料導(dǎo)管將分離出的氫氧化鈣固體輸送回流態(tài)化系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)有：1、將太陽能熱化學(xué)儲能高品位高密度的優(yōu)點(diǎn)，與流態(tài)化反應(yīng)高效、反應(yīng)徹底的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模、高品位的太陽能儲能；2、通過對無機(jī)氫氧化物反應(yīng)體系的轉(zhuǎn)換進(jìn)行間歇換熱，可彌補(bǔ)太陽能利用在時空上的不均勻性；3、通過二次進(jìn)氣口使促流態(tài)化氣體氧氣和反應(yīng)氣體水蒸氣分別在不同的位置進(jìn)入反應(yīng)裝置，可避免反應(yīng)物料的結(jié)塊和反應(yīng)放熱不均；4、通過控制氧氣和水蒸氣的壓力和流速，可實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)過程中反應(yīng)速率的控制，以及對熱量交換速率和熱利用速率的控制；5、通過外部物料導(dǎo)管將整個反應(yīng)裝置內(nèi)的固體物料進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，同時對氧氣和水蒸氣進(jìn)行回收利用，可減少工業(yè)污染，節(jié)能環(huán)保。附圖說明圖1是流化床反應(yīng)裝置主視圖。圖2是氣流均布板花板的風(fēng)帽分布圖。圖3是傘形風(fēng)帽的縱剖面圖。圖4是傘形風(fēng)帽的底板圖。圖5是圓柱形風(fēng)帽的縱剖面圖。圖6是圓柱形風(fēng)帽的底板圖。圖7是內(nèi)部擋板通孔的圓形開孔環(huán)形排列圖。圖8是內(nèi)部擋板通孔的長方形開孔環(huán)形排列圖。圖9是內(nèi)部擋板通孔的長方形開孔橫向排列圖。圖10是內(nèi)部擋板通孔的菱形開孔環(huán)形排列圖。圖11是內(nèi)部擋板通孔的菱形開孔橫向排列圖。圖12是構(gòu)成水平換熱子系統(tǒng)的橫向換熱蛇形管平面圖。圖13是構(gòu)成水平換熱子系統(tǒng)的縱向換熱蛇形管平面圖。圖14是一個水平換熱結(jié)構(gòu)單元的截面圖。圖15是豎直換熱子系統(tǒng)的主視本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種間歇式流態(tài)化熱能與化學(xué)能儲釋反應(yīng)裝置，其特征在于包括流態(tài)化系統(tǒng)(Ⅲ)、換熱系統(tǒng)(Ⅱ)和氣固分離系統(tǒng)(Ⅰ)；流態(tài)化系統(tǒng)位于反應(yīng)裝置的底部，換熱系統(tǒng)在反應(yīng)裝置的中間部分，氣固分離系統(tǒng)在反應(yīng)裝置頂部；流態(tài)化系統(tǒng)通過內(nèi)部水平檔板(4)與換熱系統(tǒng)連接，換熱系統(tǒng)通過旋風(fēng)分離器(18)與氣固分離系統(tǒng)連接，氣固分離系統(tǒng)通過外部物料導(dǎo)管(21)與流態(tài)化系統(tǒng)連接。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種間歇式流態(tài)化熱能與化學(xué)能儲釋反應(yīng)裝置，其特征在于包括流態(tài)化系統(tǒng)(Ⅲ)、換熱系統(tǒng)(Ⅱ)和氣固分離系統(tǒng)(Ⅰ)；流態(tài)化系統(tǒng)位于反應(yīng)裝置的底部，換熱系統(tǒng)在反應(yīng)裝置的中間部分，氣固分離系統(tǒng)在反應(yīng)裝置頂部；流態(tài)化系統(tǒng)通過內(nèi)部水平檔板(4)與換熱系統(tǒng)連接，換熱系統(tǒng)通過旋風(fēng)分離器(18)與氣固分離系統(tǒng)連接，氣固分離系統(tǒng)通過外部物料導(dǎo)管(21)與流態(tài)化系統(tǒng)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種間歇式流態(tài)化熱能與化學(xué)能儲釋反應(yīng)裝置，其特征在于流態(tài)化系統(tǒng)(Ⅲ)包括彎管(1)、氣體預(yù)分布裝置(24)、氣流均布板(23)、風(fēng)帽(3)以及水平內(nèi)部檔板(4)，其中氣體預(yù)分布裝置(24)在最底端，與彎管(1)焊接連接，帶有風(fēng)帽(3)結(jié)構(gòu)的氣流均布板(23)在流態(tài)化系統(tǒng)(Ⅲ)中間部分，水平內(nèi)部檔板(4)在流態(tài)化系統(tǒng)(Ⅲ)最上方；其中彎管(1)通入氣體為高壓氧氣，壓力為0.8~2.0MPa。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種間歇式流態(tài)化熱能與化學(xué)能儲釋反應(yīng)裝置，其特征在于風(fēng)帽(3)在氣流均布板(23)上的分布方式采用均勻分布，每個風(fēng)帽的分布點(diǎn)在等邊三角形的頂點(diǎn)，每兩個風(fēng)帽之間的距離為50~100mm，風(fēng)帽內(nèi)的氣體導(dǎo)流管(2)直徑均為20~30mm，風(fēng)帽底部外徑40~70mm。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種間歇式流態(tài)化熱能與化學(xué)能儲釋反應(yīng)裝置，其特征在于流態(tài)化系統(tǒng)(Ⅲ)中風(fēng)帽(3)采用傘形風(fēng)帽或圓柱形風(fēng)帽中的一種；當(dāng)風(fēng)帽(3)為傘形風(fēng)帽時，帽頂頂角α為45o~75o，氣體導(dǎo)流管(2)的直徑與風(fēng)帽(3)底面外沿直徑之比為1/4~1/2，套管(27)與風(fēng)帽外殼(25)通過...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龍新峰，張麗樺，賴永鑫，唐永銓，廖珊珊，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：新型
國別省市：廣東;44
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