[發明專利]一種基于化學提質蓄熱的多級并聯儲熱系統

有效

• 申請號: 202110860661.1
• 申請日: 2021-07-24
• 公開（公告）號: CN113669944B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 冉鵬;張海洋;焦亞飛
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: F25B15/06
• 分類號: F25B15/06;F28D20/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于化學提質蓄熱的多級并聯儲熱系統，其特征在于包含化學提質子系統和吸收式提質子系統，兩個子系統并聯連接，從而實現低品位熱能到高品位熱能的分級并列提質存儲；其中所述化學提質子系統包括中低溫余熱存儲單元、化學熱泵提質單元、中高溫蓄熱單元；所述吸收式提質子系統包括低溫余熱存儲單元、吸收式熱泵提質單元、中溫蓄熱單元；

所述化學提質子系統與吸收式提質子系統的連接方式為并聯，低品位熱能存儲利用方式為串聯，即載余熱介質依次通過所述化學提質子系統與吸收式提質子系統，從而完成對載余熱介質熱能的存儲并提質；

所述兩個并列的化學提質子系統與吸收式提質子系統分別完成各自的儲熱-提質-儲熱過程；所述吸收式提質子系統的低溫余熱存儲單元和所述化學提質子系統的中低溫余熱存儲單元分別完成低溫余熱存儲過程和中低溫余熱存儲過程；所述吸收式提質子系統的吸收式熱泵提質單元和所述化學提質子系統的化學熱泵提質單元分別完成化學提質過程；所述吸收式提質子系統的中溫蓄熱單元和所述化學提質子系統的中高溫蓄熱單元分別完成中溫蓄熱過程和中高溫蓄熱過程，從而實現低品位熱能轉變為高品位熱能并存儲；

所述化學提質子系統中的中低溫余熱存儲單元，包括中低溫余熱化學存儲裝置(1)、中低溫儲熱裝置(2)、中低溫生成物儲罐(3)和吸熱反應裝置(4)和壓氣機G、K；所述化學提質子系統中的化學熱泵提質單元，包括吸熱反應裝置(4)、精餾塔(5)、分離裝置(6)、回熱器(7)和中高溫熱能化學存儲裝置(8)；所述化學提質子系統的中高溫蓄熱單元，包括中高溫熱能化學存儲裝置(8)、中高溫儲熱裝置(9)、中高溫生成物儲罐(10)和壓氣機H；所述吸收式提質子系統的低溫余熱存儲單元，包括低溫余熱存儲裝置(11)、低溫生成物儲罐(12)、蒸發器(13)和發生器(17)；所述吸收式提質子系統的吸收式熱泵提質單元，包括蒸發器(13)、冷凝器(14)、溶液換熱器(15)、吸收器(16)和發生器(17)；所述吸收式提質子系統的中溫蓄熱單元，包括傳熱介質儲罐(18)、中溫余熱存儲裝置(19)、中溫蓄熱裝置(20)、中溫生成物儲罐(21)和壓氣機J；

所述中低溫余熱存儲單元的中低溫余熱化學存儲裝置(1)的內部換熱器I出口通過管道與低溫余熱存儲單元的低溫余熱化學存儲裝置(11)的內部換熱器A入口連接；所述中低溫余熱化學存儲裝置(1)的反應產物出口通過管道經吸熱反應裝置(4)的內部換熱器II、中低溫儲熱裝置(2)及壓氣機G與中低溫生成物儲罐(3)的入口連接；所述中低溫生成物儲罐(3)的出口通過管道、閥門一經中低溫儲熱裝置(2)與中低溫余熱化學存儲裝置(1)的反應產物入口連接；

所述化學熱泵提質單元的吸熱反應裝置(4)的反應原料-反應產物出口通過管道經精餾塔(5)的反應原料-反應產物通道與分離裝置(6)的反應原料-反應產物入口連接；所述分離裝置(6)的反應產物出口通過管道經回熱器(7)的反應產物通道與中高溫熱能化學存儲裝置(8)的內部反應器管道入口連接；所述中高溫熱能化學存儲裝置(8)的內部反應器管道出口通過管道經回熱器(7)的反應原料通道與吸熱反應裝置(4)的反應原料入口連接；所述分離裝置(6)的反應原料出口通過管道與精餾塔(5)的反應原料入口連接；所述精餾塔(5)的反應原料出口通過管道與吸熱反應裝置(4)的反應原料入口連接；

所述中高溫蓄熱單元的中高溫熱能化學存儲裝置(8)的反應產物出口通過管道經中高溫儲熱裝置(9)的反應產物通道、壓氣機H與中高溫生成物儲罐(10)的入口連接；所述中高溫生成物儲罐(10)的出口通過管道、閥門二經中高溫儲熱裝置(9)的反應產物通道與中高溫熱能化學存儲裝置(8)的反應產物入口連接；

所述低溫余熱存儲單元的低溫余熱存儲裝置(11)中的反應產物離開低溫余熱存儲裝置(11)，分別與蒸發器(13)內部換熱器C和發生器(17)內部換熱器D換熱后進入低溫生成物儲罐(12)；

所述吸收式熱泵提質單元的發生器(17)的溶液出口(17c)通過管道經溶液泵一、溶液換熱器(15)與吸收器(16)的溶液入口(16d)連接，發生器(17)的水蒸汽出口(17a)通過管道與冷凝器(4)的水蒸汽入口(14d)連接；所述冷凝器(14)的冷凝水出口(14c)通過管道經溶液泵二與蒸發器(13)的冷凝水入口連接；所述蒸發器(13)的水蒸汽出口通過管道與吸收器(16)的水蒸汽入口(16a)連接；所述吸收器(16)的溶液出口(16e)通過管道、溶液換熱器(15)與發生器(17)的溶液入口(17b)連接，吸收器(16)的熱源入口(16c)通過管道與傳熱介質儲罐(18)的出口(18b)連接，吸收器(16)的熱源出口(16b)通過管道與中溫余熱存儲裝置(19)的內部換熱器E連接；

所述中溫蓄熱單元的中溫余熱存儲裝置(19)的反應產物出口通過管道經中溫蓄熱裝置(20)的反應產物通道、壓氣機J與中溫生成物儲罐(21)的入口連接；所述中溫生成物儲罐(21)的出口通過管道經中溫蓄熱裝置(20)的反應產物通道與中溫余熱存儲裝置(19)的反應產物入口連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于化學提質蓄熱的多級并聯儲熱系統，其特征在于包括儲熱和釋熱兩種運行模式：

在儲熱模式下，所述中低溫余熱存儲單元中，具有一定溫度的載余熱介質進入中低溫余熱化學存儲裝置(1)的內部換熱器I進行換熱，換熱后的載余熱介質進入低溫余熱存儲裝置(11)進一步釋放熱量；中低溫余熱化學存儲裝置(1)內部存儲的反應原料通過內部換熱器I吸收來自載余熱介質的熱量，反應原料吸熱升溫，在合適的溫度及壓力下發生正向吸熱反應，反應產物中包含有固態、氣態或液態的生成物，隨后根據生成物相態及密度的不同，將生成物分離，密度大的固態生成物留在中低溫余熱化學存儲裝置(1)中；具有一定溫度且密度小的氣態或液態生成物在壓氣機K的作用下進入吸熱反應裝置(4)的內部換熱器II進行換熱，換熱后具有一定溫度且密度小的氣態或液態生成物溫度降低并進入中低溫儲熱裝置(2)進一步釋放熱量，隨后經壓氣機G送入中低溫生成物儲罐(3)進行儲存，從而完成中低溫余熱存儲過程；

在儲熱模式下，所述化學熱泵提質單元中，吸熱反應裝置(4)內部的反應原料通過內部換熱器II吸收來自具有一定溫度且密度小的氣態或液態生成物的熱量，反應原料吸熱升溫，在合適的溫度及壓力下發生正向吸熱反應，反應產物與部分未反應的反應原料被輸送至精餾塔(5)；在所述精餾塔(5)中，根據反應產物和反應原料沸點的不同，將反應產物與反應原料進行分離，沸點較高的大部分反應原料留在精餾塔(5)中，隨后被排回至吸熱反應裝置(4)；經分離得到的具有一定溫度且沸點較低的反應產物和少量反應原料溫度降低并進入分離裝置(6)；在所述分離裝置(6)中，將反應原料和反應產物進行進一步分離，得到高純度反應產物，被分離出的反應原料回到精餾塔(5)；高純度反應產物進入回熱器(7)；在所述回熱器(7)中，高純度反應產物吸熱升溫，隨后進入中高溫熱能化學存儲裝置(8)的內部反應器管道；在所述中高溫熱能化學存儲裝置(8)的內部反應器管道中，高純度反應產物在合適的溫度及壓力下發生逆向放熱反應，放出的熱量被中高溫熱能化學存儲裝置(8)的內部反應器管道外部填充的反應原料吸收，同時逆向放熱反應生成的具有一定溫度的反應原料以及未反應的反應產物排回至回熱器(7)；在所述回熱器(7)中，具有一定溫度的反應原料以及未反應的反應產物與來自分離裝置(6)的高純度反應產物進行換熱，具有一定溫度的反應原料以及未反應的反應產物放熱降溫并排回至吸熱反應裝置(4)；來自分離裝置(6)的高純度反應產物吸熱升溫并進入中高溫熱能化學存儲裝置(8)的內部反應器管道，從而完成化學熱泵提質的過程；

在儲熱模式下，所述中高溫蓄熱單元中，中高溫熱能化學存儲裝置(8)的內部反應器管道外部填充的反應原料吸收熱量后升溫，在合適的溫度及壓力下發生正向吸熱反應，反應產物中包含固態、氣態或液態的生產物，隨后根據生成物相態及密度的不同，將生成物分離，密度大的固態生成物留在中高溫熱能化學存儲裝置(8)中；具有一定溫度且密度小的氣態或液態的生成物進入中高溫儲熱裝置(9)進行換熱，換熱后具有一定溫度且密度小的氣態或液態生成物溫度降低并經壓氣機H送入中高溫生成物儲罐(10)進行儲存，從而完成中高溫蓄熱過程；

在儲熱模式下，所述低溫余熱存儲單元中，低溫余熱存儲裝置(11)內部的反應原料通過內部換熱器A吸收來自中低溫余熱化學存儲裝置(1)的內部換熱器I換熱后的載余熱介質的熱量，在合適的溫度及壓力環境中發生正向吸熱反應，生成相態與密度不同的反應產物；密度大的固態反應產物留在低溫余熱存儲裝置(11)中，而帶有一定溫度且密度小的氣態或液態的反應產物則排出低溫余熱存儲裝置(11)；所述低溫余熱存儲裝置(11)排出的反應產物分別經過蒸發器(13)的內部換熱器C和發生器(17)的內部換熱器D換熱降溫后，進入低溫生成物儲罐(12)中儲存，從而完成低溫余熱的存儲過程；

在儲熱模式下，所述吸收式熱泵提質單元中，發生器(17)內部的濃溶液被溶液泵一增壓，經溶液換熱器(15)進入吸收器(16)；在所述吸收器(16)中，濃溶液吸收來自蒸發器(13)的水蒸汽，變為稀溶液，然后稀溶液經溶液換熱器(15)回到發生器(17)；所述發生器(17)中，稀溶液通過內部換熱器D吸收低溫余熱存儲裝置(11)排出的反應產物的熱量，稀溶液中部分的水受熱蒸發為水蒸汽并進入冷凝器(14)，發生器(17)中溶液變為濃溶液；所述冷凝器(14)中，在冷卻水的作用下，水蒸汽被冷凝成液態水，然后經溶液泵二加壓進入蒸發器(13)；所述蒸發器(13)中，液態水通過內部換熱器C吸收低溫余熱存儲裝置(11)排出的反應產物的熱量汽化成水蒸汽，然后進入吸收器(16)；所述吸收器(16)中，濃溶液吸收水蒸汽，釋放出熱量并被傳熱介質儲罐(18)中的傳熱介質吸收，傳熱介質吸熱后升溫，從而完成吸收式熱泵提質的過程；

在儲熱模式下，所述中溫蓄熱單元中，中溫余熱存儲裝置(19)內部填充的反應原料通過內部換熱器E吸收傳熱介質的熱量，在合適的溫度及壓力環境中發生正向吸熱反應，生成相態與密度不同的反應產物，密度大的反應產物留在中溫余熱存儲裝置(19)中，具有一定溫度且密度小的氣態或液態的反應產物進入中溫蓄熱裝置(20)換熱；所述中溫蓄熱裝置(20)中反應產物換熱完成后溫度降低，經壓氣機J送入中溫生成物儲罐(21)進行儲存，從而完成中溫蓄熱過程；

在釋熱模式下，所述中低溫余熱存儲單元中，中低溫生成物儲罐(3)中的氣態或液態的生成物進入中低溫儲熱裝置(2)進行換熱，被預熱至一定溫度后進入中低溫余熱化學存儲裝置(1)，在合適的溫度及壓力下與中低溫余熱化學存儲裝置(1)中原有的固態生成物發生逆向放熱反應，外部循環工質通過中低溫余熱化學存儲裝置(1)的內部換熱器III吸收化學反應放出的熱量，然后用于日常加熱供暖及部分工業用熱環節；同時，所述中高溫蓄熱單元中，中高溫生成物儲罐(10)中的氣態或液態的生成物進入中高溫儲熱裝置(9)進行換熱，被預熱至一定溫度后進入中高溫熱能化學存儲裝置(8)，在合適的溫度及壓力下與中高溫熱能化學存儲裝置(8)中原有的固態生成物發生逆向放熱反應，外部循環工質通過中高溫熱能化學存儲裝置(8)的內部換熱器IV吸收化學反應放出的熱量，然后用于工業用熱環節；

在釋熱模式下，所述低溫余熱存儲單元中，低溫生成物儲罐(12)中的氣態或液態的反應產物排出，經過中溫儲熱裝置(20)換熱后進入低溫余熱存儲裝置(11)，在合適的溫度及壓力環境中與低溫余熱存儲裝置(11)中原有的反應產物發生逆向放熱反應，釋放出熱量通過內部換熱器B被外部循環工質吸收，用于日常加熱供暖；同時，所述中溫余熱存儲單元中，中溫生成物儲罐(21)中的氣態或液態的反應產物排出，經過中溫儲熱裝置(20)換熱后進入中溫余熱存儲裝置(19)，在合適的溫度及壓力環境中與中溫余熱存儲裝置(19)中原有的反應產物發生逆向放熱反應，釋放出熱量通過內部換熱器F被外部循環工質吸收，用于日常加熱供暖及部分工業用熱環節。