[发明专利]一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器

说明书

本发明公开了一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器，主要包括传热流体H换热管、反应物颗粒床层和输水W换热管。储热过程是，高温传热流体由H换热管输送，流经反应物颗粒床层之间的传热管段时，对反应物颗粒床层进行加热，使床层中的金属氢氧化物发生脱水分解反应，实现高温热能转换为化学能，并以金属氧化物的形式储存。释热过程是，从水蒸汽入口向反应器内输入水蒸汽，并通过蒸汽分配器进行蒸汽的均匀分配以调压；水蒸汽与反应物颗粒床层中的金属氧化物发生水合放热反应，产生的热量将W换热管中的水加热汽化为水蒸汽，并将水蒸汽输送出去，供给蒸汽轮机发电或作其他用途。本发明储能密度高、储存周期长、储存过程高效稳定。

技术领域

本发明属于高温热能储能技术领域，特别涉及一种采用金属氢氧化物作为储能介质的、高温热能与化学能相互转换的储能反应器。

背景技术

热能储存技术是用于提高聚焦式高温太阳热能电站效率的关键因素。聚焦式高温太阳热能发电将太阳热能转化为电能，可以通过配置高温(400～1000℃)热能储存系统来实现连续发电。主要的高温热储存方式有：显热储能、潜热储能和热化学储能。

显热储能是指通过储能介质温度的变化来实现热量的储存，可分为固体显热储能、液体显热储能以及液-固联合显热储能等。显热储能成本低、技术成熟，但也存在长时间储存时热损失大、储能密度低、所需储热装置庞大等缺点，因而不适用于大规模热力发电。潜热储能又称相变储能，主要是通过储能材料发生相变时吸收或释放热量来进行热量的存储与释放。潜热储能密度比显热较大，储能系统体积比显热较小，但潜热储能存在热导率小、储热温度低、热损失大、储能周期有限等不足。

热化学储能主要是基于一种可逆的热化学反应，如C+ΔH＝A+B，该反应中储能材料C吸收热量(如太阳热能)分解为A和B，并且A、B可单独储存起来。当需要供热时，把A、B充分混合后发生放热反应生成C，将储存的化学能以热能的方式释放出来。热化学储能具有储能密度高(100～500kW·h/m³)、产热温度高(高达500℃)等特点，同时，只要将储能介质构成闭式循环，并妥善储存，就可实现长期(24小时至数个月)无热损的储能。因此，使用可逆化学反应进行的热能储存是一种非常有前景的高温储能技术。

与其他储能方式相比，热化学储能具有的储能密度大、能在环境温度下实现长期无热损储存、适合长距离运输等优点特性，为太阳热能的高温高效转换、储存及传输提供了一种极具发展前景的方法。热化学储能能够克服太阳能的间歇性，实现热量的持续供给，特别适用于电厂峰谷负荷调节，并于尖峰发电时释放出热能，推动汽轮机发电。

目前已经研究过70多种热化学储能反应，但很理想的反应体系并不多。典形的热化学储能体系有金属氢氧化物热分解，主要是Ca(OH)₂/CaO+H₂O或Mg(OH)₂/MgO+H₂O。此外还有氨的分解、碳酸化合物分解、甲烷-二氧化碳催化重整、铵盐热分解、有机物的氢化和脱氢反应等。为了使热化学储能系统更高效稳定地进行，除了储能材料的合理选取，对储能装置的设计研究也是亟待解决的关键技术。对于储能反应器的设计，必须明确反应床体的特性，保证反应器内气体、固体等反应物介质的导热及传质稳定性，可以有效控制储/释能反应的发生，实现储-释能循环的最佳运行效率。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景中的不足之处，设计了一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器，以有效地将太阳热能或其他高温热能(工业余热、废热)通过可逆的化学反应以化学能形式储存起来，当需要高温热能时，再通过逆向放热反应将化学能转化成热能释放出来，实现能量高效储存和利用。

一种固定床式高温热能与化学能相互转换储能反应器，其包括：包括壳体、保温层、反应物颗粒床层、蒸汽分配器、排水口、水蒸汽入口、水蒸汽出口、输水管即W换热管、W换热管入口、传热流体输送管即H换热管、W换热管出口、H换热管入口、H换热管出口；