一种储放能一体化的钙基蒸汽发生器的制作方法

本发明涉及化学储能，特别是涉及一种储放能一体化的钙基蒸汽发生器。

背景技术：

1、由于太阳能、风能、潮汐能等新能源发电具有间歇性和不稳定性的特点，在实际应用中对电网而言是一种不稳定电源，需要其他的调峰机组进行频繁调节以维持电网的稳定性。

2、如果有一种可以大规模应用且又造价低廉的储能方法能够将太阳能、风能、潮汐能等新能源发出的电能加以储存，实现削峰平谷就地消化；那么新能源发出的电就真正成为了一种稳定可靠的电源。

3、在用户端而言，电网峰电电价也高于谷电电价，为了降低生产/使用成本，在许多的工业、民用供热领域中事实存在储能技术的市场需求：在谷电阶段储能、在峰电阶段释放所储存的化学能进行供热，就能够缓解峰电时段的电网供电压力、同时也降低了用户的用电成本，也相应提高了电网和发点企业的经济效益。

4、当前的储能技术有多种技术路线，在热能储存领域总体上可划分为在显热储能、潜热储能和化学储能等三种主要形式。

5、在现有技术中，显热蓄热热密度小，长期储存热损失严重，储热周期短；具有较高储能密度的相变蓄热存在两相分离，材料泄露和高温腐蚀等问题。

6、化学储能具有储能密度高，反应温度可根据储能物质的不同高低可选，并且可以在几乎无损耗损的条件下进行长期储存；目前碱土金属族金属氧化物中温化学储能体系包括：ca(oh)2/cao,体系mg(oh)2/mgo体系和ba(oh)2/bao体系等；其中ca(oh)2/cao体系储能材料价格低廉，具有储能密度大、在干粉状态下无毒无腐蚀安全性好、已经实现了市场化大规模供应、无副反应且反应温度高(150℃-430℃)的显著优点，能够很好的解决各种规模的中温热源的储能应用。

7、在放能阶段，由于cao固体颗粒导热系数低、颗粒间气体缝隙导致的较大热阻等，使得cao与h2o合成反应放出的热量难以导出，部分cao无法充分反应，限制了放热反应的进行，影响放能性能；如果采用空气或氮气等气体作为流化介质，使cao固体颗粒在流态化进行反应，又会带来流化介质的动力损失和由于加入流化介质导致的㶲损失。

8、在储能阶段，同样由于ca(oh)2固体颗粒导热系数低、颗粒间气体缝隙导致的较大热阻等物料颗粒难以均匀受热，使得ca(oh)2反应不彻底，同样影响储能性能，如果采用空气或氮气等气体作为流化介质，同样难以避免流化介质的动力损耗和由于加入流化介质导致的㶲损失。

9、此外，由于常规的钙基化学储放能系统一般由ca(oh)2储罐、储能反应器、cao储罐、输送系统、流化风系统、除尘系统、以及多个换热器组成，体积庞大且系统复杂，运行能耗高，而且单位造价高昂，基本没有可能进入家庭使用。故而设计一种安全性高、结构紧凑、系统简单、高效高可靠性的化学储放能系统成为迫切需要解决的技术难题。

10、钙基化学储能放能系统的研究尚处于初始阶段，国内仅处于开始研究其基础性能的阶段，为了使化学储能系统更高效地运行，设计具有高效传热传质、体积小巧、运行能耗低适合家用的储能放能一体化反应器是亟待解决的重要问题，基于此，本发明提供一种基于储能放能一体化钙基蒸汽发生器以解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种储放能一体化的钙基蒸汽发生器，在微小的空间内实现部分时间用电储能全时段蒸汽供能，有效解决家用储能供热的小型化问题。也可集成式、模块化解决供暖、供热水或蒸汽。

2、本发明提供一种储能放能一体化钙基蒸汽发生器由储放能反应器、喷水管路系统、蒸汽管路系统和电加热系统四部分组成；

3、所述的储放能反应器包括水平布置的圆柱形筒体，筒体内装有物料，其中轴线一端设有减速电机，沿着中轴线筒体内部设有搅拌轴，其上连接有多个搅拌爪，筒体一端的顶部设有加料口，筒体的中间顶部设有一级过滤器，另一端底部设有放料口，整个筒体外部都敷设有保温层；

4、所述的喷水管路系统由水泵、总调节阀、多个支路调节阀和喷头、喷水管路连接而成，每个喷头所在的支管水路上游各设有一个对应的支路调节阀；

5、所述的蒸汽管路系统沿着蒸汽走向包括蒸汽管路、二级过滤器和蒸汽调节阀；所述的电加热系统包括电加热系统铺设于筒体底部有物料的面积范围，电加热系统通过电源线、电控器与电源连接，通过钙基蒸汽发生器，实现能量的循环储能使用的目的。

6、进一步说明，一种储能放能一体化钙基蒸汽发生器，采用的化学储能体系为ca(oh)2-cao，在储能时段（例如太阳能、风能或谷电供电时段）， ca(oh)2固体颗粒在电能加热下ca(oh)2分解生成cao和高温（580~680℃）水蒸汽，同时也将接受的热量以化学能的形式储存于分解产物cao和高温水蒸气中，高温水蒸气进过滤精密除尘后可供热（民用可喷水减温后使用或直接冷水吸收为热水储存使用）；在放能时段，在常压或微压下cao和h2o发生逆向热化学反应，将cao中所储存的化学能逆转成热能并释放出来。

7、进一步说明，在储能时段，筒体内部的物料超过80%是ca(oh)2粉体物料，此时启动电加热系统，通过电控器调节电加热系统的加热功率保持筒体底部的金属壁温保持在580~680℃，同时减速电机驱动搅拌轴和搅拌爪进行周期性正反向搅拌，使得粉体物料与筒体底部的金属充分接触换热，当物料温度超过580℃时，其中的ca(oh)2粉体开始受热分解为cao与水蒸汽，通过蒸汽调节阀保持筒体内部压力；当蒸汽调节阀开度和筒体底部壁温维持在最高温度，不断调高减速电机搅拌转速时，筒体内部压力仍然开始下降时意味着ca(oh)2分解接近完毕；根据用户端需要设定内部工作压力（家用供热可设置在0.05~0.2mpa），过热蒸汽经两级过滤器后供给用户端。

8、进一步说明，在放能阶段，筒体内部的物料超过80%是cao粉体物料，此时减速电机驱动搅拌轴和搅拌爪进行周期性正反向搅拌，同时液态水通过喷头均匀地喷洒在粉体物料层表面，当液态水与cao接触后迅速发生反应生成ca(oh)2同时释放出大量的热，使得物料层迅速升温，部分液态水吸热汽化为高温蒸汽，预先设定好多个支路调节阀开赌使喷水量分布均匀，通过后调节总调节阀开度和减速电机正反转转速控反应强度，根据需要可维持筒体内上部气体空间在一定温度（150~430℃度范围可调），通过蒸汽调节阀保持筒体内部压力，过热蒸汽经两级过滤器后供给用户端；当蒸汽调节阀开度和喷水量维持不变，不断调高减速电机搅拌转速时，筒体下部物料温度仍然连续下降时意味着cao接近消耗完毕。

9、进一步说明，通过钙基蒸汽发生器参数的调整，也能适用于mg(oh)2/mgo、ba(oh)2/bao等碱土金属氢氧化物-氧化物储能体系，通过适用于ca(oh)2/cao、mg(oh)2/mgo、ba(oh)2/bao等碱土金属氢氧化物-氧化物体系。

10、本发明有益效果：

11、1.本发明结构极为紧凑，其储能放能一体化设计使得体积远远小于常规钙基储能系统，在体积和安全性设计方面能满足了民用甚至家用的要求。

12、2.由于采用了低速搅拌方式全传质换热，未加入任何流化介质，不但运行能耗超低，系统㶲效率也远远高于常规流态化传热方式。

13、3.采用化学储能，高温物料的所蕴含的物理显热只占到极少比例，加之敷设了高性能的保温层，从而可以达到更高的储能效率，系统散热损失小于2%。

14、4.在失去电源供给时，本发明由于自耗电极低，还能够通过预先配备的后备电源维持减速电机（2）和水泵（9）长时运转,排出筒体（1）内部的ca(oh)2，装载外来cao的方式进行紧急状态供热。

15、5.本发明还能够通过连续储能状态运行，制备出大量的cao，经冷却后储存，实现长时间甚至跨年度跨地点储能。