[发明专利]一种压力型高温热化学储热罐系统及其工作方法

权利要求书

1.一种压力型高温热化学储热罐系统，其特征在于：由反应储罐(1)、稳压罐(2)、储水箱(3)、增压泵(4)、真空泵(5)、冷却器(6)、反应蒸汽管路(18)、抽真空管路(19)、蒸汽发生管路(20)、冷却喷淋管路(21)、疏水管路(22)和各管路相应的阀门组成；其中，反应储罐(1)由真空保温层(10)、反应物料(9)、蒸汽发生器(11)、一次换热器管路(7)和二次换热器管路(8)组成，稳压罐(2)内具有一冷却喷淋器(12)；

所述反应储罐(1)内填充反应物料(9)，一次换热器管路(7)和二次换热器管路(8)均布置在反应物料(9)内，一次换热器管路(7)和二次换热器管路(8)内有换热介质流过，换热介质与反应物料隔离；蒸汽发生器(11)位于反应储罐内的上部空间以将蒸汽发生管路的液态水加热为水蒸汽；稳压罐(2)通过反应蒸汽管路(18)与反应储罐(1)的上部空间相连通，反应蒸汽管路(18)上设置反应蒸汽阀门(13)，通过水和水蒸汽的蒸发或凝结稳定反应储罐(1)的压力；稳压罐(2)中的冷却喷淋器(12)连接冷却喷淋管路(21)，冷却喷淋管路(21)上设置喷淋阀门(16)，用于将冷却喷淋管路(21)来的低温液态水均匀喷入稳压罐(2)的上部蒸汽空间中，冷却反应储罐(1)来的高温过热蒸汽；稳压罐(2)底部通过疏水管路(22)连通储水箱(3)，疏水管路(22)上设置疏水阀门(15)和冷却器(6)，用于将稳压罐(2)中的液态水排至储水箱(3)，控制稳压罐(2)的水位；储水箱(3)连接增压泵(4)，增压泵(4)通过蒸汽发生器(11)连接蒸汽发生管路(20)后连接稳压罐(2)同时连接冷却喷淋管路(21)，蒸汽发生管路(20)上设置蒸汽发生阀门(14)，增压泵(4)将储水箱(3)内的液态水加压后送入蒸汽发生管路(20)和冷却喷淋管路(21)；反应储罐(1)顶部连通抽真空管路(19)，抽真空管路(19)上设置真空泵(5)和真空阀门(17)，用于将反应储罐(1)内的空气或水蒸汽抽出。

2.根据权利要求1所述的压力型高温热化学储热罐系统，其特征在于：所述反应储罐(1)为一个可承受高温的钢制承压容器，外部具有真空保温层，反应储罐(1)内的反应物料(9)为Ca(OH)₂或CaO粉末。

3.根据权利要求1所述的压力型高温热化学储热罐系统，其特征在于：所述一次换热器管(7)路和二次换热器管路(8)内的换热介质为空气或水蒸汽，一次换热器管路(7)和二次换热器管路(8)为圆管蛇形方式布置，提供足够的换热面积并使换热介质与反应物料(9)均匀地换热；一次换热器管路(7)为输入热量的介质回路，将需要存储的热源输入反应储罐(1)，二次换热器管路(8)为输出热量的介质回路，为热用户提供输出的热量。

4.根据权利要求1所述的压力型高温热化学储热罐系统，其特征在于：所述稳压罐(2)为一个可承受高温的钢制承压容器，外部具有保温结构和材料，稳压罐(2)相比反应储罐(1)的容积小得多。

5.根据权利要求1所述的压力型高温热化学储热罐系统，其特征在于：所述储水箱(3)为一常压容器，外部具有保温结构和材料，其作用为存储足够的低于100℃的液态水，保证化学反应的使用和冷却稳压罐过热蒸汽的需要。

6.根据权利要求1所述的压力型高温热化学储热罐系统，其特征在于：所述蒸汽发生管路(20)中安装有蒸汽过热器，在系统释能时将液态水加热注入稳压罐(2)；冷却喷淋管路(21)中安装有冷却器，在系统储能时将稳压罐(2)中的高温液态水通过空气冷却至100℃以下排入储水箱(3)。

7.根据权利要求1所述的压力型高温热化学储热罐系统，其特征在于：所述反应蒸汽管路(18)将反应储罐(1)与稳压罐(2)的水蒸汽空间相连接，根据反应储罐的化学反应方向，水蒸汽能够双向流动。

8.根据权利要求1所述的压力型高温热化学储热罐系统，其特征在于：能够多个并联使用以提高系统的储能规模。

9.权利要求1所述的压力型高温热化学储热罐系统的工作方法，其特征在于：储能时，反应储罐(1)内的一次换热器管路(7)中的高温介质将热量传递给反应物料(9)，在高于可逆反应平衡温度时反应物料(9)发生吸热脱水反应，生成高温水蒸汽，生成的高温水蒸汽通过反应蒸汽管路(18)进入稳压罐(2)的蒸汽空间，同时增压泵(4)将储水箱(3)内的较低温度的液态水，通过冷却喷淋管路(21)，由喷淋器(12)喷入稳压罐(2)，与稳压罐(2)内的高温水蒸汽混合降温，控制喷淋阀门(16)调节喷淋的流量，稳定稳压罐(2)的压力；稳压罐(2)的水位通过疏水管路(22)和疏水阀门(15)调节，排出的水通过冷却器(6)冷却后排入储水箱(3)；

释能时，反应储罐(1)内的二次换热器管路(8)中的介质从反应物料(9)的床层吸收热量，在低于可逆反应平衡温度时反应物料(9)发生放热水合反应，消耗水蒸汽，水蒸汽通过反应蒸汽管路(18)从稳压罐(2)的蒸汽空间引入，同时增压泵(4)将储水箱(3)内的液态水，通过蒸汽发生管路(20)，由蒸汽发生器(11)加热为蒸汽，通过蒸汽发生阀门(14)控制蒸汽产生的流量，注入稳压罐(2)，稳定稳压罐(2)的压力和水位；

储能释能同时进行时，反应储罐(1)内的一次换热器管路(7)和二次换热器管路(8)内的换热介质同时流动换热，反应储罐(1)内的反应物料(9)的反应方向由物料的温度决定，此时只需通过控制稳压罐(2)的喷淋流量或蒸汽发生器(11)注入稳压罐(2)的蒸汽量，保持稳压罐(2)内的压力，即能够保证反应储罐(1)储释能过程的正常运行；

当系统停运或冷态启动时，需启动真空泵(5)，关闭反应蒸汽阀门(13)，打开真空阀门(17)，将系统抽至真空，长期储存反应物料。