连续式可控气固热化学储热装置及其放热方法

1.本发明涉及的是一种化学反应控制换热领域的技术，具体是一种连续式可控气固热化学储热装置及其放热方法。


背景技术：

2.余热资源的储存再利用是工业领域能源利用的必要环节，目前余热资源储存主要分为显热蓄热，相变蓄热，和热化学蓄热三种方式，显热蓄热密度太小，而相变蓄热存在腐蚀问题，同时显热和相变蓄热密度小，需要进行保温、不能长期储热等缺点也限制了其应用。
3.热化学蓄热相对于其他蓄热方式，有这两个明显的优点：热化学蓄热的蓄热密度大，而且可以在接近室温的情况下长时间存储而不需要绝热措施。热化学储热系统一般是固气反应，且是在高温下蓄热的热化学蓄热系统，拥有广泛的应用前景，但目前这类固体粉末(s)与气体(g)反应放热控制多是一个固定的容器，不能连续运行，同时也能简易、低成本、有效的实现热量的放出和换热的进行。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种连续式可控气固热化学储热装置及其放热方法，利用旋转桶的转速、倾角、以及固体进料速度和气体流速，控制反应固体和气体的混合反应放热，简单、有效，能控制热化学反应进程，达到控制放热物料量和放热量的目的，并能够连续可控、有效置换出热化学反应释放的热能，使得热化学储放热系统实现大规模应用。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明涉及一种连续式可控气固热化学储热的放热装置，包括：依次水平相连的进料机构、旋转机构和换热机构。
7.所述的旋转机构包括：旋转桶、与旋转桶同步旋转的换热器、放热粉末出口和电机，其中：旋转桶两端分别与进料机构和旋转机构相连，换热器设置于旋转桶内，并与换热机构相连，放热粉末出口设置于旋转桶底部，电机设置于旋转桶上。
8.所述的进料机构包括：固体粉末进料机、固体粉末进口和反应气体进气管，其中：固体粉末进料机和反应气体进气管平行设置与旋转桶一端，固体粉末进口设置于固体粉末进料机上。
9.所述的换热机构包括：换热管、出水总管、进水总管和旋转密封接头，其中：换热管一端设置于旋转桶内与换热器相连，另一端设置于旋转桶外并与旋转密封接头相连，进水总管和出水总管设置于旋转密封接头上。
10.所述的换热器内设有若干并列的换热流体管道，该换热流体管道内为流体换热介质。
11.所述的流体换热介质优选为液体水、导热油或水蒸气。
12.所述的换热器两端设有封头。
13.本发明涉及一种连续式可控气固热化学储热的放热方法，包括以下步骤：
14.步骤一：根据旋转桶的内容积以及反应关系预估固体粉末状反应物的每小时反应量、反应气体喷射距离和喷射直径：其中m为固体粉末状反应物每小时反应量，ρ为固体粉末状反应物堆积密度，v为旋转桶的内容积；
15.所述的反应气体喷射距离小于旋转桶长度，喷射直径略小于旋转桶内径。
16.所述的固体粉末状反应物的平均粒径小于等于75μm。
17.所述的固体粉末状反应物优选采用cao或mgo。
18.所述的反应气体为气态或者粒径在小于或等于70μm的液态喷雾，优选为液体水喷雾、者水蒸气、co2或h2。
19.步骤二：均匀投放固体粉末状反应物和反应气体进入旋转桶，控制旋转桶转速，使得两种物料充分混合，反应生成高温粉末；
20.所述的转速控制具体为：10r/min
‑
35r/min，轴向与水平的倾角范围为0
°
～5
°
。
21.所述的高温范围是：根据采用的反应物种类不同，反应物放出热量不同，保温效率及换热形式，温度在90℃～300℃。
22.所述的反应是指：cao、mgo、mg分别与h2o、co2、h2反应得到ca(oh)2、mg(oh)2、caco3、mgh2。
23.步骤三：利用旋转桶的抛洒输送原理，使高温粉末在旋转桶内随旋转桶旋转被旋转桶带动的流动，与内置在旋转桶内的换热器进行充分换热；
24.所述的换热的时间为5～30分钟；
25.步骤四：在旋转桶出口生成80℃～200℃的混合粉末，并通过列管换热器内的流体换热介质，通过列管换热器吸收旋转桶内因为化学反应行程的高温粉末的热量。技术效果
26.本发明整体解决了现有热化学储热装置，尤其是在放热过程中，难以控制其放热速率的问题以及现有热化学储热材料导热性差，换热效果差的缺陷。
27.与现有技术相比，本发明利用旋转桶的转速、倾角、以及固体进料速度和气体流速，以分解的逆向合成反应，通过调节控制其转速控制放热速率，同时又可以利用机械旋转行程流动换热，控制反应固体和气体的混合反应放热，简单、有效，能控制热化学反应进程，达到控制放热物料量和放热量的目的，并能够连续可控、有效置换出热化学反应释放的热能，使得热化学储放热系统实现大规模应用。
附图说明
28.图1为本发明立体结构示意图；
29.图2为本发明侧面示意图；
30.图3为本发明俯视剖视图；
31.图中：进料机构1、旋转机构2、换热机构3、旋转桶4、换热器5、放热粉末出口6、电机7、固体粉末进料机8、固体粉末进口9、反应气体进气管10、换热管11、出水总管12、进水总管13、旋转密封接头14、封头15、减速机16、列管17、冷凝器18。
具体实施方式
32.如图1所示，为本实施例涉及的一种连续式可控气固热化学储热的放热装置，包含：依次水平相连的进料机构1、旋转机构2和换热机构3。
33.如图1和图3所示，所述的旋转机构2包括：旋转桶4、换热器5、放热粉末出口6、减速机16和电机7，其中：旋转桶4两端分别与进料机构1和旋转机构2相连，换热器5设置于旋转桶4内并与换热机构3相连，放热粉末出口6设置于旋转桶4底部，电机7和减速机16设置于旋转桶4上。
34.如图2所示，所述的进料机构1包括：固体粉末进料机8、固体粉末进口9和反应气体进气管10，其中：固体粉末进料机8和反应气体进气管10平行设置与旋转桶4一端，固体粉末进口9设置于固体粉末进料机8上。
35.所述的换热机构3包括：换热管11、出水总管12、进水总管13和旋转密封接头14，其中：换热管11一端设置于旋转桶4内与换热器5相连，另一端设置于旋转桶4外并与旋转密封接头14相连，进水总管13和出水总管12设置于旋转密封接头14上。
36.所述的换热器11两端设有封头15，换热器内设有冷凝器18和均匀排列的列管17。
37.所述的旋转桶4长2m，桶身直径0.6m。
38.所述的换热器11外尺寸长度为1m，封头直径0.4m，封头均匀排列14根列管，列管簇代表的外径0.3m，单根列管直径25mm，列管间距4
‑
5cm。
39.本装置采用mgo作为固体粉末与水蒸气h2o形式的气体g反应进行放热，mgo体量为600kg/h，用液体水作为换热流体对具体实施案例做详细的说明，具体为：将mgo粉末均匀投放入旋转桶4内，加入液体喷雾h2o，旋转桶4匀速运行，控制物料均匀抛洒输送，物料在旋转桶4内部反应，与换热器11中的列管进行换热，可以稳定产生90℃的热水输出，在出料口获得较低温度的反应产物mg(oh)2。
40.所述的mgo粉体，按照600kg/h的进料量均匀投料，与反应物mgo反应进行配合所需的水蒸气摩尔量/质量，具体为1摩尔mgo粉体，需要1mol水进行反应来配比；
41.与现有技术相比，本装置首次在旋转桶中实现安装列管换热器并应用于化学储热的放热过程，可以提高放热速率，稳定输出热量；同时首次利用喷嘴结构，实现了粉末状反应物与液态水的反应，节省了液态水到水蒸气所需热量，节省操作步骤以及节约这部分汽化能源。
42.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。