專利名稱：氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換儲存與熱再生的高溫儲能裝置，特別涉及一種將太陽熱能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，并儲存于反應(yīng)介質(zhì)中，需要使用時，再通過逆向熱化學(xué)反應(yīng)方法將化學(xué)能逆轉(zhuǎn)成熱并釋放出來，從而可得到高品位熱能的氨基熱化學(xué)高溫儲能的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在各種能量系統(tǒng)及工業(yè)過程中，由于能量轉(zhuǎn)換和利用的不完善性和熱阱的局限性，存在著各種溫位的廢熱和余熱，未被利用的高溫余熱資源分布非常廣泛。同時，傳統(tǒng)一次能源如煤、天然氣、石油等的貯藏量非常有限，但太陽能資源非常豐富。因此，如果能夠開發(fā)出合適的高溫儲能技術(shù)從而有效地利用太陽熱能、高溫廢熱和余熱，進(jìn)行熱能的轉(zhuǎn)換、儲存與再生，這不僅對對可再生能源開發(fā)利用、降低常規(guī)能源能耗和環(huán)境污染物排放量、提高能源轉(zhuǎn)換利用效率具有重要的理論研究價值，而且具有明顯的經(jīng)濟、社會、節(jié)能與環(huán)保多重效益。
現(xiàn)有的許多太陽能和高溫儲能裝置，絕大多數(shù)為顯熱或相變儲能設(shè)備。顯熱儲能設(shè)備是通過所用儲能媒介物溫度變化，而將熱能儲存其中，儲能效率(密度)由所用儲能媒介物的溫差焓決定。相變儲能設(shè)備是利用相變儲能材料在特定溫度(相變溫度)下發(fā)生物相變化、并且伴隨著相變過程吸收或放出大量的熱量這一特性來儲存或放出熱量，儲能效率(密度)由所用相變儲能材料的相變焓決定。
由于溫差焓和相變焓通常比熱化學(xué)儲能的反應(yīng)焓小得多，因此相對于熱化學(xué)儲能來說，顯熱或相變儲能的體積和重量儲能密度較小，有些相變儲能還存在過冷和相分離等問題。此外，顯熱或相變儲能設(shè)備需采用絕熱保溫措施、能量的儲存/釋放速率較小，且所儲存的熱能在常溫下會漸漸減小，不能達(dá)到長期不遺失儲存。
熱化學(xué)儲能為高溫儲能提供了一條新途徑，近年來相關(guān)研究得到了各國家能源研究者關(guān)注，并提出了一些熱化學(xué)儲能反應(yīng)體系，如氧化物和過氧化物的分解、金屬氫化物的熱分解、Ca(OH)2/CaO+H2O、Mg(OH)2/MgO+H2O、碳酸化合物分解、硫酸鹽分解等?？勺鳛闊峄瘜W(xué)儲能的反應(yīng)很多，但要便于應(yīng)用還必須滿足一些條件，如反應(yīng)可逆性好、無副反應(yīng)、反應(yīng)十分迅速、生成物易分離且能穩(wěn)定儲存、反應(yīng)介質(zhì)均無毒性和腐蝕性、以及不可燃等，此外還需要原料豐富和廉價。當(dāng)然，完全滿足上述條件是困難的，目前已研究過70多種熱化學(xué)反應(yīng)，但很理想的反應(yīng)體系并不多。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種可有效將太陽熱能、高溫?zé)崮?、余熱或廢熱等轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，并儲存于反應(yīng)介質(zhì)中，需要高溫?zé)崮軙r，再通過逆向熱化學(xué)反應(yīng)方法將化學(xué)能逆轉(zhuǎn)成熱并釋放出來，從而可得到高品位熱能，滿足待定要求的氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置。
為達(dá)到上述目的，本實用新型利用氨基熱化學(xué)可逆反應(yīng)，通過熱能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換進(jìn)行儲能。在受太陽熱能、高溫?zé)崮?、余熱或廢熱加熱時，氨基吸熱反應(yīng)器(2)中的液態(tài)NH3在催化劑和高壓作用下發(fā)生吸熱分解反應(yīng)，將接受的熱量以化學(xué)能的形式儲存在氣態(tài)分解產(chǎn)物N2和H2中。需要熱量時，再將N2和H2輸入放熱反應(yīng)器(6)中，在催化劑和高壓作用下發(fā)生逆向熱化學(xué)反應(yīng)，將N2和H2中所儲存的化學(xué)能逆轉(zhuǎn)成高品位熱并釋放出來。本實用新型是通過熱能-化學(xué)能-熱能這一能量轉(zhuǎn)換利用概念，來解決因時間或地點上供熱與用熱不匹配和不均勻性所導(dǎo)致的能源利用率低的問題，可最大限度地利用加熱過程中的熱能或余熱，提高整個系統(tǒng)的熱效率。只要將分解后的產(chǎn)物N2和H2妥善保存，其儲能時間就可很長，能量儲存密度與效率較高。特別適用于高溫?zé)崮艿膬Υ?，如核電站和火電廠的電力調(diào)峰、太陽能熱力發(fā)電中的太陽熱能儲存等。
本實用新型氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置主要包括吸熱側(cè)逆流熱交換器、氨基吸熱反應(yīng)器、擴充泵、變壓罐、復(fù)合與再循環(huán)壓縮器、放熱反應(yīng)器、放熱側(cè)逆流熱交換器、過程冷凝器、主高壓儲罐、給氨泵。氨基吸熱反應(yīng)器通過管道與吸熱側(cè)逆流熱交換器相連，放熱反應(yīng)器通過管道與放熱側(cè)逆流熱交換器相連，主高壓儲罐通過管道經(jīng)給氨泵與吸熱側(cè)逆流熱交換器相連接，放熱側(cè)逆流熱交換器通過管道經(jīng)過程冷凝器與主高壓儲罐相連，主高壓儲罐通過管道經(jīng)復(fù)合與再循環(huán)壓縮器與放熱側(cè)逆流熱交換器相連接，變壓罐通過管道經(jīng)擴充泵與主高壓儲罐相連接?？紤]到高溫儲能的特殊性對系統(tǒng)的安全性、可靠性、可維護性、工藝性等要求，本實用新型選用NH3/N2+H2作熱化學(xué)儲能體系，該熱化學(xué)儲能體系的可逆反應(yīng)易控制，且無副反應(yīng)。在高壓和催化劑作下發(fā)生吸熱反應(yīng)的溫度達(dá)550～700℃，適用于碟形拋物面集熱器下的太陽熱能、高溫廢熱和余熱驅(qū)動。冷凝溫度為25℃以下，NH3完全可以在環(huán)境溫度下冷凝成液態(tài)。在高壓和催化劑作用下發(fā)生放熱反應(yīng)的溫度達(dá)500～650℃，用于需要高溫?zé)崮艿膱龊稀Ｔ谔柲芾脠龊?，氨基吸熱反?yīng)器置于牒形拋物面太陽能集熱器的焦點(或焦面)處，由集熱器將太陽光聚焦至凹腔式結(jié)構(gòu)的氨基吸熱反應(yīng)器上。氨基吸熱反應(yīng)器的反應(yīng)床由20～50根同軸管組成，每根同軸管由兩根同軸心的鋼管組成，兩管間裝填有催化劑，即每根同軸管均為一個小分解器。這些同軸管顯圓錐形分布，周圍是水冷凹形接受器孔，以提高其可靠性。為達(dá)到平均分流，每個小分解器的反應(yīng)物進(jìn)出口被連至碟形進(jìn)出口導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器位于錐形結(jié)構(gòu)頂部。氨基吸熱反應(yīng)器的端部采用焊接密封，而不用銅法蘭。催化床層應(yīng)較薄，以提高氣流速度，這樣可提高傳熱，從而降低反應(yīng)器壁操作溫度，減少催化劑表面損失。放熱反應(yīng)器由15～45根小管組成，氨的合成熱再生反應(yīng)就發(fā)生在每根小管中。每根小的氨合成熱再生反應(yīng)器管由2根細(xì)長的同軸管組成，兩管間填充有三元催化劑，填充前，催化劑需碾碎、篩選。與氨基吸熱反應(yīng)器一樣，各管反應(yīng)物流是通過一個分流器達(dá)到平均分流。熱再生反應(yīng)時，空氣在管間吹過，合成反應(yīng)熱經(jīng)管壁高溫傳熱給周圍的空氣，將空氣加熱至高溫。裝置中的主高壓儲罐用于在常溫下儲存液氨(初始時，兩相儲罐中充有純度為99.10％～99.99％的無水液態(tài)氨)、未分解的氣態(tài)氨及從放熱反應(yīng)器來的氫氣和氮氣(N2+H2)。裝置充許處理的反應(yīng)物壓力達(dá)10～30Mpa，整個閉式循環(huán)系統(tǒng)處于等壓狀態(tài)下操作，為維持等壓操作，需有另一變壓罐經(jīng)擴充泵與主高壓儲罐相連，以補嘗反應(yīng)物(NH3、H2和N2)比容的變化，這種補嘗是按系統(tǒng)充灌狀態(tài)，即氨所占比例來完成的。為減小熱損提高熱轉(zhuǎn)換效率，氨基吸熱反應(yīng)器和吸熱側(cè)逆流熱交換器、放熱反應(yīng)器和放熱側(cè)逆流熱交換器需配套使用，兩者可通過管道相連或做成一體化結(jié)構(gòu)。
本實用新型氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置的運行流程分能量轉(zhuǎn)換與儲存流程和能量轉(zhuǎn)換與釋放流程，兩流程可分開進(jìn)行，也可同時進(jìn)行。能量轉(zhuǎn)換與儲存流程為給氨泵從主高壓儲罐底部提取出的常溫液態(tài)氨(NH3)，經(jīng)吸熱側(cè)逆流熱交換器輸送至氨基吸熱反應(yīng)器，在吸熱側(cè)逆流熱交換器內(nèi)與從氨基吸熱反應(yīng)器出來的熱態(tài)分解反應(yīng)物流體進(jìn)行冷熱交換，液態(tài)氨被加熱升溫后進(jìn)入氨基吸熱反應(yīng)器中的催化劑床層。來自集熱器的太陽能熱輻射(或其它高溫?zé)崮堋⒂酂峄驈U熱)將凹腔式結(jié)構(gòu)的氨基吸熱反應(yīng)器所包圍的空氣加熱，再將熱能傳給氨基吸熱反應(yīng)器內(nèi)的由多根同軸管構(gòu)成的催化劑床層和反應(yīng)物(液態(tài)NH3)，推動吸熱反應(yīng)發(fā)生。氨基吸熱反應(yīng)器內(nèi)的催化劑、壓力與溫度是該吸熱反應(yīng)的主要推動力，總反應(yīng)速率受儲能介質(zhì)傳熱傳質(zhì)速率和反應(yīng)的動力學(xué)機理支配。在氨基吸熱反應(yīng)器內(nèi)NH3發(fā)生吸熱分解反應(yīng)，將吸收的高溫?zé)崮芤曰瘜W(xué)能的形式儲存在反應(yīng)產(chǎn)物氫氣(H2)和氮氣(N2)中。氫氣(H2)和氮氣(N2)經(jīng)吸熱側(cè)逆流熱交換器被輸送至主高壓儲罐底部。在吸熱側(cè)逆流熱交換器內(nèi)與從主高壓儲罐來的常溫液態(tài)NH3熱冷交換，氫氣(H2)和氮氣(N2)被降溫至環(huán)境溫度，儲存在主高壓儲罐的上部，完成能量轉(zhuǎn)換與儲存。
能量轉(zhuǎn)換與釋放流程為主高壓儲罐中的氣體是一種H2∶N2＝3∶1的混合氣加上對應(yīng)于此時容器溫度下的氨蒸氣組分。此后，在能源需求的地方，如發(fā)電站，混合氣體按要求被復(fù)合與再循環(huán)壓縮器提取出來，然后經(jīng)過放熱側(cè)逆流熱交換器被輸送至放熱反應(yīng)器中。混合氣體(NH3+N2+H2)輸至放熱反應(yīng)器前，可先通過主高壓儲罐內(nèi)的冷卻分離器，以便將氨進(jìn)一步冷凝為液態(tài)，降低混合氣中氨蒸氣分率。在放熱側(cè)逆流熱交換器內(nèi)與從放熱反應(yīng)器出來的熱態(tài)合成反應(yīng)物流體進(jìn)行冷熱交換，常溫氫氣(H2)和氮氣(N2)被加熱升溫后進(jìn)入放熱反應(yīng)器中的催化劑床層。放熱反應(yīng)器中的氫氣(H2)和氮氣(N2)，在設(shè)定的高壓和三元催化劑作用下，發(fā)生合成放熱反應(yīng)，生成高溫氣態(tài)氨(NH3)，將所儲存的熱能釋放出來，經(jīng)配套的熱交換器可產(chǎn)生10Mpa450℃的水蒸汽，供朗肯循環(huán)汽輪發(fā)電機使用，此處放熱反應(yīng)器所起的作用實際上是熱再生器的作用，在此完成化學(xué)能向熱能的再生轉(zhuǎn)換。合成放熱反應(yīng)生成的氣態(tài)氨(NH3)經(jīng)放熱側(cè)逆流熱交換器被輸送至過程冷凝器。在放熱側(cè)逆流熱交換器內(nèi)與從主高壓儲罐來的常溫H2和N2進(jìn)行熱冷交換，將熱量傳遞給輸入的反應(yīng)物(H2+N2)，氣態(tài)NH3被降溫。然后再經(jīng)過程冷凝器進(jìn)一步降溫至環(huán)境溫度，氣態(tài)NH3被冷凝成液態(tài)NH3，進(jìn)入主高壓儲罐的底部，完成能量轉(zhuǎn)換與釋放過程。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1、本實用新型獲得的體積和重量儲能密度遠(yuǎn)高于顯熱或相變蓄熱裝置；熱能儲存-釋放的過程、溫度與速率均可控制；2、采用的熱化學(xué)儲能載體為流體，可在常溫下實現(xiàn)長期無熱損儲存；3、本實用新型中的兩個反應(yīng)器——氨基吸熱反應(yīng)器和放熱反應(yīng)器可同時運行，也可異時異地運行，并可在高溫高壓下工作，確保了所采用的氨基熱化學(xué)儲能體系的正-逆反應(yīng)能在高溫(500～700℃)下進(jìn)行，從而能儲存高溫(550～700℃)熱能，并在再生時釋放出高品位熱能(500～650℃)，滿足特定要求，如電站調(diào)峰、太陽能熱力發(fā)電中的太陽能熱儲存、工業(yè)和民用高溫廢熱和余熱的回收等高溫儲能場合。


圖1是本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型裝置包括吸熱側(cè)逆流熱交換器1、氨基吸熱反應(yīng)器2、擴充泵3、變壓罐4、復(fù)合與再循環(huán)壓縮器5、放熱反應(yīng)器6、放熱側(cè)逆流熱交換器7、過程冷凝器8、主高壓儲罐9、給氨泵10。氨基吸熱反應(yīng)器2是將太陽熱能、高溫?zé)崮?、余熱或廢熱轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的部件；而放熱反應(yīng)器(6)是將化學(xué)能逆向轉(zhuǎn)換成高溫?zé)崮艿牟考?，因此本實用新型中至少有一個，但不限于一個氨基吸熱反應(yīng)器(2)和放熱反應(yīng)器(6)。為提高吸熱反應(yīng)物液態(tài)NH3進(jìn)入吸熱反應(yīng)催化床層的溫度，并同時降低反應(yīng)產(chǎn)物H2和N2的溫度，從而提高熱轉(zhuǎn)換與儲存效率，氨基吸熱反應(yīng)器(2)應(yīng)和吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)配套使用，一個吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)配一個或多個氨基吸熱反應(yīng)器(2)，并且氨基吸熱反應(yīng)器(2)和吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)可通過管道連接，也可作成一體化結(jié)構(gòu)。同樣，為提高放熱反應(yīng)物H2和N2進(jìn)入放熱反應(yīng)催化床層的溫度，并同時降低放熱反應(yīng)產(chǎn)物氣態(tài)NH3的溫度，從而提高化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱的轉(zhuǎn)換與釋放效率，放熱反應(yīng)器(6)應(yīng)和放熱側(cè)逆流熱交換器(7)配套使用，一個放熱側(cè)逆流熱交換器(7)配一個或多個放熱反應(yīng)器(6)，并且放熱反應(yīng)器(6)和放熱側(cè)逆流熱交換器(7)可通過管道連接，也可制成一體化結(jié)構(gòu)。為保證熱化學(xué)儲能介質(zhì)在高壓下長期儲存，本實用新型中設(shè)有一個主高壓儲罐(9)，也可用長管道儲存裝置內(nèi)的熱化學(xué)儲能介質(zhì)以代替主高壓儲罐(9)的作用。變壓罐(4)通過管道經(jīng)擴充泵(3)與主高壓儲罐(9)的氣態(tài)部分相連，使過量的H2和N2儲存在變壓罐(4)中，以維持整套裝置處于等壓下操作運行，如果要使整套裝置處于等容下操作，可以不設(shè)置變壓罐(4)和擴充泵(3)。整套裝置的連接關(guān)系和方式為氨基吸熱反應(yīng)器(2)通過管道與吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)相連，放熱反應(yīng)器(6)通過管道與放熱側(cè)逆流熱交換器(7)相連，主高壓儲罐(9)通過管道經(jīng)給氨泵(10)與吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)相連接，放熱側(cè)逆流熱交換器(7)通過管道經(jīng)過程冷凝器(8)與主高壓儲罐(9)相連，主高壓儲罐(9)通過管道經(jīng)復(fù)合與再循環(huán)壓縮器(5)與放熱側(cè)逆流熱交換器(7)相連接，變壓罐(4)通過管道經(jīng)擴充泵(3)與主高壓儲罐(9)相連接。
吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)、氨基吸熱反應(yīng)器(2)、主高壓儲罐(9)、給氨泵(10)構(gòu)成本實用新型的熱能轉(zhuǎn)換與儲存部分。需要對太陽熱能、高溫?zé)崮?、余熱或廢熱進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能并儲存時，開啟閥門，起動給氨泵(10)，從主高壓儲罐(9)底部提取出的常溫液態(tài)NH3，經(jīng)吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)輸送至氨基吸熱反應(yīng)器(2)內(nèi)的催化劑床層，在吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)內(nèi)與從氨基吸熱反應(yīng)器(2)出來的熱態(tài)分解反應(yīng)物流體進(jìn)行冷熱交換，液態(tài)氨被加熱升溫后進(jìn)入氨基吸熱反應(yīng)器(2)中的催化劑床層。給氨泵(10)的供NH3速率受氨基吸熱反應(yīng)器(2)內(nèi)NH3分解反應(yīng)實際過程的溫度狀態(tài)控制，以確保至少80％的NH3被分解。吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)采用管殼式再沸器結(jié)構(gòu)，以確保冷熱流體以逆向流動方式進(jìn)行顯熱熱交換，輸送熱態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物(H2和N2)的螺旋盤管置于受壓容器內(nèi)。來自集熱器的太陽能熱輻射(或其它高溫?zé)崮?、余熱或廢熱)將凹腔式結(jié)構(gòu)的氨基吸熱反應(yīng)器所包圍的空氣加熱，熱空氣再將熱能傳給氨基吸熱反應(yīng)器內(nèi)的由多根同軸管構(gòu)成的催化劑床層和反應(yīng)物(液態(tài)NH3)，推動吸熱反應(yīng)發(fā)生。氨基吸熱反應(yīng)器(2)的反應(yīng)床由20～50根同軸管組成，每根同軸管由兩根同軸心的鋼管組成，兩管間裝填有三元催化劑，即每根同軸管均為一個小分解器。這些同軸管顯圓錐形分布于凹腔內(nèi)側(cè)，周圍是水冷凹形接受器孔，以提高其可靠性。為達(dá)到平均分流，每個小分解器的反應(yīng)物進(jìn)出口被連至碟形進(jìn)出口導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器位于錐形結(jié)構(gòu)頂部。氨基吸熱反應(yīng)器的端部采用焊接密封，而不用銅法蘭。三元催化床層較薄，以提高氣流速度，這樣可提高傳熱，從而降低反應(yīng)器壁操作溫度，減少催化劑表面損失。氨基吸熱反應(yīng)器(2)內(nèi)的催化劑、壓力與溫度是該吸熱反應(yīng)的主要推動力，總反應(yīng)速率受儲能介質(zhì)傳熱傳質(zhì)速率和反應(yīng)的動力學(xué)機理支配。在氨基吸熱反應(yīng)器內(nèi)NH3發(fā)生吸熱分解反應(yīng)，將吸收的高溫?zé)崮芤曰瘜W(xué)能的形式儲存在反應(yīng)產(chǎn)物H2和N2中，在理想狀態(tài)下，每摩爾NH3可吸收66.7kJ的熱量。H2和N2經(jīng)吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)被輸送至主高壓儲罐的頂部。在吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)內(nèi)與從主高壓儲罐來的常溫液態(tài)NH3進(jìn)行熱冷交換，H2和N2被降溫至環(huán)境溫度，儲存在主高壓儲罐的上部。
復(fù)合與再循環(huán)壓縮器(5)、放熱反應(yīng)器(6)、放熱側(cè)逆流熱交換器(7)、過程冷凝器(8)、主高壓儲罐(9)構(gòu)成本實用新型的化學(xué)能轉(zhuǎn)換與釋放部分。在需要高溫?zé)崮軙r，開啟閥門，起動復(fù)合與再循環(huán)壓縮器(5)，從主高壓儲罐(9)頂部提取出的常溫H2和N2，經(jīng)放熱側(cè)逆流熱交換器(7)輸送至放熱反應(yīng)器(6)內(nèi)的三元催化劑床層，在放熱側(cè)逆流熱交換器(7)內(nèi)與從放熱反應(yīng)器(6)出來的熱態(tài)合成產(chǎn)物流體(NH3和未發(fā)生反應(yīng)的H2和N2)進(jìn)行冷熱交換，H2和N2被加熱升溫后進(jìn)入放熱反應(yīng)器(6)中的三元催化劑床層。復(fù)合與再循環(huán)壓縮器(5)的反應(yīng)物(H2和N2)供給速率受放熱反應(yīng)器(6)內(nèi)NH3合成反應(yīng)實際過程的溫度狀態(tài)控制，以確保至少80％的H2和N2被合成為NH3。在理想狀態(tài)下，每合成一摩爾NH3可釋放66.7kJ的熱量。放熱側(cè)逆流熱交換器(7)與吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)的結(jié)構(gòu)相似，輸送熱態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物(NH3和未發(fā)生反應(yīng)的H2和N2)的螺旋盤管置于受壓容器內(nèi)。放熱反應(yīng)器(6)由15～45根小管組成，NH3的合成熱再生反應(yīng)就發(fā)生在每根小管中。每根小的NH3合成熱再生反應(yīng)器管由2根細(xì)長的同軸管組成，兩管間填充有三元催化劑，填充前，催化劑需碾碎、篩選。與氨基吸熱反應(yīng)器(2)一樣，各管反應(yīng)物的物料流是通過一個分流器達(dá)到平均分流。放熱反應(yīng)器中的H2和N2，在設(shè)定的高壓和三元催化劑作用下，發(fā)生合成放熱反應(yīng)，生成高溫氣態(tài)氨NH3，并將H2和N2中所儲存的化學(xué)能逆轉(zhuǎn)成高溫?zé)崮堋０l(fā)生合成放熱反應(yīng)時，空氣在各管間吹過，合成反應(yīng)熱經(jīng)管壁傳熱給周圍的空氣，將空氣加熱至高溫，再由高溫空氣加熱需要高品位熱的場合。例如經(jīng)配套的熱交換器可產(chǎn)生10Mpa450℃的水蒸汽，供朗肯循環(huán)汽輪發(fā)電機使用。合成放熱反應(yīng)生成的氣態(tài)NH3經(jīng)放熱側(cè)逆流熱交換器(7)被輸送至過程冷凝器(8)。在放熱側(cè)逆流熱交換器(7)內(nèi)與從主高壓儲罐來的常溫H2和N2進(jìn)行熱冷交換，將熱量傳遞給輸入的反應(yīng)物(H2+N2)，氣態(tài)NH3被降溫。然后再經(jīng)過程冷凝器(8)進(jìn)一步降溫至環(huán)境溫度，氣態(tài)NH3被凝成液態(tài)NH3存在主高壓儲罐的底部。
主高壓儲罐(9)用于將熱化學(xué)儲能介質(zhì)(NH3/H2+N2)在高壓下長期儲存，也可用長管道網(wǎng)作高壓容器代替主高壓儲罐(9)的儲存介質(zhì)的作用。主高壓儲罐(9)可儲存氣、液兩相介質(zhì)，充許最大承壓為10～30Mpa。初始時，主高壓儲罐(9)需先存入純度為99.10％～99.99％的無水液態(tài)NH3、充罐量由儲能量決定。當(dāng)需要本實用新型處于等壓狀態(tài)下操作時，為維持等壓操作，有另一變壓罐(4)經(jīng)擴充泵(3)與主高壓儲罐(9)相連，以補嘗反應(yīng)物(NH3、H2和N2)比容的變化，這種補嘗是按系統(tǒng)充灌狀態(tài)，即NH3所占比例來完成的。
經(jīng)過實驗證明，本實用新型獲得的體積和重量儲能密度遠(yuǎn)高于顯熱或相變蓄熱裝置；熱能儲存-釋放的過程、溫度與速率均可控制；采用的熱化學(xué)儲能載體為流體，可在常溫下實現(xiàn)長期無熱損儲存；本實用新型中的兩個反應(yīng)器——氨基吸熱反應(yīng)器和放熱反應(yīng)器可同時運行，也可異時異地運行，并可在高溫高壓下工作，確保了所采用的氨基熱化學(xué)儲能體系的正-逆反應(yīng)能在高溫(500～700℃)下進(jìn)行，從而能儲存高溫(550～700℃)熱能，并在再生時釋放出高品位熱能(500～650℃)，滿足特定要求。如電站調(diào)峰、太陽能熱力發(fā)電中的太陽能熱儲存、工業(yè)和民用高溫廢熱和余熱的回收等高溫儲能場合。
權(quán)利要求1.一種氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置，其特征在于主要包括吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)、氨基吸熱反應(yīng)器(2)、擴充泵(3)、變壓罐(4)、復(fù)合與再循環(huán)壓縮器(5)、放熱反應(yīng)器(6)、放熱側(cè)逆流熱交換器(7)、過程冷凝器(8)、主高壓儲罐(9)、給氨泵(10)；氨基吸熱反應(yīng)器(2)通過管道與吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)相連，放熱反應(yīng)器(6)通過管道與放熱側(cè)逆流熱交換器(7)相連，主高壓儲罐(9)通過管道經(jīng)給氨泵(10)與吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)相連接，放熱側(cè)逆流熱交換器(7)通過管道經(jīng)過程冷凝器(8)與主高壓儲罐(9)相連，主高壓儲罐(9)通過管道經(jīng)復(fù)合與再循環(huán)壓縮器(5)與放熱側(cè)逆流熱交換器(7)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置，其特征還在于變壓罐(4)通過管道經(jīng)擴充泵(3)與主高壓儲罐(9)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置，其特征在于氨基吸熱反應(yīng)器(2)內(nèi)填充有促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生的三元催化劑；放熱反應(yīng)器(6)內(nèi)填充有促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生的三元催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置，其特征在于采用一臺或并聯(lián)的一臺以上氨基吸熱反應(yīng)器(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置，其特征還在于采用一臺或并聯(lián)的一臺以上放熱反應(yīng)器(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置，其特征還在于氨基吸熱反應(yīng)器(2)通過管道與吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)相連成一體。
專利摘要本實用新型涉及一種氨基熱化學(xué)高溫儲能裝置，其氨基吸熱反應(yīng)器(2)通過管道與吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)相連，放熱反應(yīng)器(6)通過管道與放熱側(cè)逆流熱交換器(7)相連，主高壓儲罐(9)通過管道經(jīng)給氨泵(10)與吸熱側(cè)逆流熱交換器(1)相連接，放熱側(cè)逆流熱交換器(7)通過管道經(jīng)過程冷凝器(8)與主高壓儲罐(9)相連，主高壓儲罐(9)通過管道經(jīng)復(fù)合與再循環(huán)壓縮器(5)與放熱側(cè)逆流熱交換器(7)相連接。本實用新型可有效將太陽熱能、高溫?zé)崮?、余熱或廢熱等轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，并儲存于反應(yīng)介質(zhì)中。需要使用時，再通過逆向熱化學(xué)反應(yīng)方法將化學(xué)能逆轉(zhuǎn)成熱并釋放出來，從而可得到高品位熱能。
文檔編號F24J1/00GK2755549SQ20042010283
公開日2006年2月1日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者龍新峰 申請人:華南理工大學(xué)