一种太阳能热化学储能移动床反应器

本发明属于太阳能热化学储能，特别涉及一种太阳能热化学储能移动床反应器。

背景技术：

1、聚光太阳能的热能储存方式包括潜热储能，显热储能以及热化学储能。与潜热和显热储能相比，热化学储热系统的优势在于，由于反应焓高，可以实现更高的能量储存密度，适合大规模应用，并且可以在环境温度下实现长储存时间和长距离传输。

2、热化学储能利用吸热和放热的可逆反应的储能和释能，实现能量的储存。热化学储能的储能材料包括金属氧化物、硫酸盐、碳酸盐和氢氧化物，其中caco3/cao因其具有成本低，储能密度大，反应温度高的优点，成为最有发展前景的热化学储能材料。

3、在太阳能储能过程中，碳酸钙吸收太阳能提供的热量完成分解，形成氧化钙和二氧化碳，能量储存在氧化钙中，其中反应器的设计对储能过程至关重要。然而目前应用于热化学储能的反应器仍存在载能颗粒流动效果差和反应不够充分等问题，会严重影响太阳能光热转化效率和储能材料的利用效率。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳能热化学储能移动床反应器，解决现有流动效果差和反应不充分等问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种太阳能热化学储能移动床反应器，包括进料单元、反应单元和储料单元；所述进料单元与所述反应单元连接向其提供储能材料；所述储料单元与所述反应单元连接以接收并储存反应后的储能材料；所述储能材料为碳酸钙；

4、所述反应单元包括反应腔体，反应腔体的底板沿物料移动方向按照长度占比划分为底板前区，底板中区和底板后区；所述底板前区为凹曲面形状，所述底板后区为凸曲面形状，所述底板中区为倾斜形状，平滑连接所述底板前区与所述底板后区；所述反应腔体在位于所述底板中区的正上方设置石英窗；

5、所述反应腔体的进料口设置于底板前区的始端位置，并在进料口附近设置出气口；出料口设置于底板后区的末端位置，并在出料口附近设置进气口。

6、在一个实施例中，定义物料运动的方向为长度方向，所述底板前区与底板后区的水平长度分别为底板总长度的四分之一，所述底板中区的水平长度为底板总长度的二分之一。

7、在一个实施例中，所述底板前区的水平宽度，从其始端向末端渐增；所述底板中区的水平宽度，从其始端向末端先渐增再渐减；所述底板后区的水平宽度，从其始端向末端渐减。

8、在一个实施例中，从始端向末端，所述底板前区的弧度先陡峭，再平缓；所述底板后区的弧度先平缓，再陡峭。

9、在一个实施例中，所述底板前区的末端设置翻滚器，所述翻滚器为曲面三棱柱，前后侧面设置为内凹曲面，底面与底板前区末端之间无缝连接，储能材料由底板前区经过翻滚器进入底板中区。

10、在一个实施例中，所述底板中区上设置半球状凸起装置或蛇形立板装置或水滴状凸起装置，其中蛇形立板装置从始端向末端构成曲线通道，水滴状凸起装置的尖端朝向底板中区的始端。

11、在一个实施例中，定义底板中区的水平长度方向为列，水平宽度方向为行；

12、当底板中区上设置半球状凸起装置时，各半球状凸起装置错列排布，中间几列半球状凸起装置之间的距离为外侧两列半球状凸起装置之间距离的二分之一，外侧两列的行间三个半球状凸起装置构成等边三角形，形成中间紧密，两侧稀疏的排布方式；

13、当底板中区上设置蛇形立板装置时，各蛇形立板装置的两端为直线形立板，中间为蛇形立板，蛇形立板装置在底板中区呈中间紧密，两侧稀疏的排布方式；紧密区域立板长度与底板中区长度一致，稀疏区域立板长度为完整立板长度的四分之三；

14、当底板中区上设置水滴状凸起装置时，各水滴状凸起装置错列排布，中间几列水滴状凸起装置之间的距离为外侧两列水滴状凸起装置之间距离的三分之二，中间几列的行间三个水滴状凸起装置构成等边三角形，形成中间紧密，两侧稀疏的排布方式。

15、在一个实施例中，所述半球状装置的尺寸为储能材料尺寸的1至2倍，底板中区外侧两列半球状凸起装置之间的距离与半球状凸起装置的直径相同或相近；

16、所述蛇形立板装置排布形成的最狭窄区域在中间，为储能材料直径的5至7倍，最宽区域在两侧，为储能材料直径的20至30倍，之间的区域呈等差数列排布，立板高度为储能材料尺寸的5至10倍；

17、所述水滴状凸起装置的尺寸为储能材料尺寸的1至2倍，底板中区中间几列水滴状凸起装置之间的距离与水滴状凸起装置尺寸相同或相近。

18、在一个实施例中，所述储料单元包括第一储料仓和第二储料仓，分别通过第一物料传输管道和第二物料传输管道与反应腔体的出料口相连，所述出料口设置出料挡板，第一物料传输管道位于出料挡板靠近所述底板后区的一侧，第二物料传输管道位于出料挡板远离所述底板后区的一侧，从而使质量小的物料进入第二储料仓，质量大的物料进入第一储料仓。

19、在一个实施例中，所述出气口连接储气瓶，所述进气口连接气瓶并在连接管路上设置气体流量控制阀。

20、本发明还提供了所述的一种太阳能热化学储能移动床反应器的使用方法，通过进气口向反应腔体通入氮气，当反应腔体温度到达反应温度时，储能材料通过进料口进入底板，经过底板前区加速进入并均匀分布在底板中区，太阳光经石英窗聚集至底板中区，底板中区温度升温速率快，储能材料在底板中区发生煅烧反应生成二氧化碳与氧化钙，氧化钙与未反应完的碳酸钙经过底板后区，二者质量不同，氧化钙与未反应完的碳酸钙在底板后区进入储料单元。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、本发明以碳酸钙的吸热分解反应为例，设计了一种应用于太阳能热化学储能的移动床反应器。储能材料碳酸钙经过进料单元和反应单元转化为氧化钙，进入储料仓，完成了太阳能储能的过程。

23、本发明反应腔体左上侧设置进料口与出气口，右下侧设置出料口与进气口，气体右下进左上出，可以完全充满反应腔体，物料与气体逆向接触，碳酸钙分解产生的气体被氮气带离反应腔体进入储气瓶。

24、本发明反应单元底板分为三个区域，物料在三个区域之间连续流动，实现储能材料的充分反应。

25、本发明反应单元底板前区形状为圆弧状，板面末端设置翻滚器，物料经过底板前区，移动速度增加，加速通过曲面翻滚器，使得物料不易在翻滚器前形成死区，实现物料的有效翻滚，使得下层物料也能与太阳光充分接触，实现物料的均匀反应。

26、本发明底板中区为斜板，板面两侧呈圆弧状，反应区域更大，底板中区设置半球状凸起装置或蛇形立板装置或水滴状凸起装置。半球状凸起装置外形呈弧线型，物料可顺利绕过半球状凸起装置进入流道；蛇形立板装置前端为直线型立板与翻滚器相连，物料翻滚后可直接进入流道，蛇形立板末端呈弧线排布，与底板中区形状适配，使得物料可以流动至中区弧形区域内，实现物料在底板中区的均匀分布；水滴状凸起装置上端呈圆锥形，下端呈圆形，经排布后，流道入口侧间距大于流道出口侧间距，储能材料可顺利进入流道，避免流道堵塞。三种装置均为中间紧密，两侧稀疏的排布方式，使得物料可以向中区两侧移动，底板中区的两侧呈圆弧状，使得板面的面积更大，物料分布更加均匀，减少流动死区，实现物料的充分反应。

27、本发明底板后区形状为圆弧状，物料在底板后区移动速度加快，由于离心力和出料口设置的挡板，反应生成的产物cao与未反应完全的caco3分离，落入储料单元不同的储料仓内。反应单元底板后区与储料单元实现了充分反应产物cao与未完全反应反应物caco3的分离，未完全反应反应物caco3可再次进行反应，实现物料的充分反应。