一种悬浮式高温钙基热化学储能系统及其应用方法与流程

本发明涉及一种钙基热化学储能系统及其应用方法，尤其涉及一种悬浮式高温钙基热化学储能系统及其应用方法，属于热化学储能系统领域。

背景技术：

1、太阳能是一种被广泛关注的可再生能源，具有分布广泛、储量丰富、适宜规模化开发等优势。

2、新能源装机规模不断扩张，光热太阳能电站具有“储发一体”的优势，有望迎来快速发展。太阳能光热电站主要包括集热系统、热传输系统、储热与热交换系统以及发电系统。储热系统的主要作用是白天将光热能储存，夜间通过释放热能保证发电系统的连续稳定运行。

3、现有光热电站中，大多采用熔盐作为储热介质，在太阳能资源充沛时，熔盐被加热至高温(500～600℃)状态后进入储罐储存，热能以显热形式储存。熔盐通常为氯化盐、碳酸盐、硝酸盐等，对熔融罐、管道等设备具有腐蚀作用，储热密度较低、对设备保温要求高且高温下熔盐易分解。因此，高效、廉价、安全的高温储热技术是储热领域亟待开发的关键技术之一。

4、热化学储能利用可逆的化学反应实现热能存储与利用，具有储能密度高、储能周期长、热损失小、反应温度高等显著优点，可解决太阳能储能问题，提高太阳能热利用效率，具有较好的发展前景。为了使热化学储能系统更高效地运行，设计一种简单、具有高效传热传质与循环性能且安全可靠的反应系统是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种悬浮式高温钙基热化学储能系统，本发明的第二目的是提供一种该悬浮式高温钙基热化学储能系统的应用方法。

2、技术方案：本发明的一种悬浮式高温钙基热化学储能系统，所述系统包括悬浮反应器、换热器、旋风分离器、循环风机、集热器、caco3物料储仓和cao物料储仓，其中，悬浮反应器、换热器、旋风分离器、循环风机、集热器之间通过管道依次连接，所述旋风分离器通过管道分别与caco3物料储仓和cao物料储仓连接，所述caco3物料储仓和cao物料储仓通过管道分别与悬浮反应器连接，所述系统内充有co2作为传热介质和反应物。

3、进一步地，所述旋风分离器通过三通阀与caco3物料储仓和cao物料储仓连接。

4、进一步地，所述caco3物料储仓与悬浮反应器连接的管道上设有第一锁风喂料器。

5、进一步地，所述cao物料储仓与悬浮反应器连接的管道上设有第二锁风喂料器。

6、进一步地，所述换热器为气体换热器。

7、进一步地，所述悬浮式高温钙基热化学储能系统的制作材料为310s不锈钢材料。

8、本发明所述悬浮式高温钙基热化学储能系统的应用方法，包括以下步骤：

9、(1)储能阶段：

10、启动循环风机，系统内的co2气体流经集热器吸收太阳能变成高温co2气体，高温co2气体进入悬浮反应器，caco3物料储仓内的caco3进入悬浮反应器发生分解反应生成高温cao和co2，高温cao和co2及系统内的co2进入换热器进行换热，转化为中温cao和中温co2，中温cao经旋风分离器收集后进入caco3物料储仓，中温co2通过循环风机进入到集热器循环使用，太阳能通过cao和co2以化学能的方式储存，部分富余的太阳能通过换热器送出系统外；

11、(2)释能阶段：

12、启动循环风机，系统内的中温co2进入悬浮反应器，cao物料储仓内中温cao进入悬浮反应器与co2在悬浮反应器内发生热化学反应生成caco3，释放大量的热能，caco3、过量的co2和热能通过换热器进行换热，出换热器的中温caco3经旋风分离器收集后进入caco3物料储仓，中温co2通过循环风机进入悬浮反应器循环使用，热化学反应释放出的热能通过换热器送出系统外。

13、进一步地，所述高温co2的温度为1000～1100℃，所述中温co2的温度为600～700℃。

14、进一步地，所述热化学反应生成的caco3的温度通过换热器控制在700℃以下，所述中温caco3的温度为600～700℃。

15、进一步地，所述高温cao的温度为900～950℃，所述中温cao的温度为600～700℃。

16、基于此，本发明提供一种悬浮式高温钙基热化学储能系统及其应用方法。

17、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

18、(1)本发明采用的是悬浮式炉做为储能和释能反应器，物料悬浮于气流中，物料与气体的换热与反应均在悬浮状态下完成，气固接触充分，换热效率高，反应转化率高，且不会因高温加剧物料的团聚烧结，降低反应器的循环性能。

19、(2)利用caco3/cao体系可逆的化学反应实现热能存储与利用。以接收的太阳能热量驱动caco3的分解反应，能量以化学能的形式储存在其分解产物cao和co2中。具有储能密度高、储能周期长、热损失小、反应温度高等显著优点，可解决太阳能储能问题，提高太阳能热利用效率。可以广泛应用于太阳能高温发电领域。

20、(3)本发明采用co2作为传热介质，co2比热大，效率高。储热过程co2温度超过950℃，co2分压对储热反应转化率影响较小。物料储存温度控制在600-700℃，反应过程物料和气体进行接触传热。co2作为释热反应的反应物，能提高释热反应的转化率。该方法流程简单尤其是在释能反应中co2同时作为导热介质和反应物，大大提高反应转化率。

21、(4)采用的是悬浮式炉，气流通过风机在系统内循环，物料通过重力，从料仓进入悬浮炉，随气流进入悬浮炉，经过换热器，再进入旋风分离器分离，回到料仓。该方案流程简单、机械动力设备少，故障率低，输送效率高，将分解与合成反应在同一个反应器中完成，节省设备投资和维护成本，同时降低设备运行的能耗，提高系统的稳定性，适用于高温物料的输送和储存。

技术特征：

1.一种悬浮式高温钙基热化学储能系统，其特征在于，所述系统包括悬浮反应器(1)、换热器(2)、旋风分离器(3)、循环风机(4)、集热器(5)、caco3物料储仓(7)和cao物料储仓(8)，其中，悬浮反应器(1)、换热器(2)、旋风分离器(3)、循环风机(4)、集热器(5)之间通过管道依次连接，所述旋风分离器(3)通过管道分别与caco3物料储仓(7)和cao物料储仓(8)连接，所述caco3物料储仓(7)和cao物料储仓(8)通过管道分别与悬浮反应器(1)连接，所述系统内充有co2气体作为传热介质和反应物。

2.根据权利要求1所述的悬浮式高温钙基热化学储能系统，其特征在于，所述旋风分离器(3)通过三通阀(6)分别与caco3物料储仓(7)和cao物料储仓(8)连接。

3.根据权利要求1所述的悬浮式高温钙基热化学储能系统，其特征在于，所述caco3物料储仓(7)与悬浮反应器(1)连接的管道上设有第一锁风喂料器(9)。

4.根据权利要求1所述的悬浮式高温钙基热化学储能系统，其特征在于，所述cao物料储仓(8)与悬浮反应器(1)连接的管道上设有第二锁风喂料器(10)。

5.根据权利要求1所述的悬浮式高温钙基热化学储能系统，其特征在于，所述换热器(2)为气体换热器。

6.根据权利要求1所述的悬浮式高温钙基热化学储能系统，其特征在于，所述悬浮式高温钙基热化学储能系统的制作材料为310s不锈钢材料。

7.权利要求1-6任一项所述悬浮式高温钙基热化学储能系统的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述悬浮式高温钙基热化学储能系统的应用方法，其特征在于，所述高温co2的温度为1000～1100℃，所述中温co2的温度为600～700℃。

9.根据权利要求7所述悬浮式高温钙基热化学储能系统的应用方法，其特征在于，所述热化学反应生成的caco3的温度通过换热器控制在700℃以下，所述中温caco3的温度为600～700℃。

10.根据权利要求7所述悬浮式高温钙基热化学储能系统的应用方法，其特征在于，所述高温cao的温度为900～950℃，所述中温cao的温度为600～700℃。

技术总结
本发明公开了一种悬浮式高温钙基热化学储能系统及其应用方法，该系统包括依次连接的悬浮反应器、换热器、旋风分离器、循环风机和集热器以及CaCO<subgt;3</subgt;物料储仓和CaO物料储仓，旋风分离器通过管道分别与CaCO<subgt;3</subgt;物料储仓和CaO物料储仓连接，CaCO<subgt;3</subgt;物料储仓和CaO物料储仓过管道分别与悬浮反应器连接，系统内充有CO<subgt;2</subgt;气体作为传热介质和反应物。该系统结构简单，机械动力设备少，成本低，能耗低，系统的稳定性高。悬浮式炉做为储能和释能反应器，换热效率高，反应转化率高，循环性能高，CO<subgt;2</subgt;作为传热介质和反应物，储能密度高、储能周期长、热损失小、反应温度高，可以广泛应用于太阳能高温发电领域。

技术研发人员：刘渊,赵美江,孙德群,潘轶,陈翼,冯冬梅,汤升亮,周仁杰,蔡祎
受保护的技术使用者：中国中材国际工程股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12