[发明专利]一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统

权利要求书

1.一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于包含化学提质子系统和吸收式提质子系统，两个子系统并联连接，从而实现低品位热能到高品位热能的分级并列提质存储；其中所述化学提质子系统包括中低温余热存储单元、化学热泵提质单元、中高温蓄热单元；所述吸收式提质子系统包括低温余热存储单元、吸收式热泵提质单元、中温蓄热单元；

所述化学提质子系统与吸收式提质子系统的连接方式为并联，低品位热能存储利用方式为串联，即载余热介质依次通过所述化学提质子系统与吸收式提质子系统，从而完成对载余热介质热能的存储并提质；

所述两个并列的化学提质子系统与吸收式提质子系统分别完成各自的储热-提质-储热过程；所述吸收式提质子系统的低温余热存储单元和所述化学提质子系统的中低温余热存储单元分别完成低温余热存储过程和中低温余热存储过程；所述吸收式提质子系统的吸收式热泵提质单元和所述化学提质子系统的化学热泵提质单元分别完成化学提质过程；所述吸收式提质子系统的中温蓄热单元和所述化学提质子系统的中高温蓄热单元分别完成中温蓄热过程和中高温蓄热过程，从而实现低品位热能转变为高品位热能并存储；

所述化学提质子系统中的中低温余热存储单元，包括中低温余热化学存储装置(1)、中低温储热装置(2)、中低温生成物储罐(3)和吸热反应装置(4)和压气机G、K；所述化学提质子系统中的化学热泵提质单元，包括吸热反应装置(4)、精馏塔(5)、分离装置(6)、回热器(7)和中高温热能化学存储装置(8)；所述化学提质子系统的中高温蓄热单元，包括中高温热能化学存储装置(8)、中高温储热装置(9)、中高温生成物储罐(10)和压气机H；所述吸收式提质子系统的低温余热存储单元，包括低温余热存储装置(11)、低温生成物储罐(12)、蒸发器(13)和发生器(17)；所述吸收式提质子系统的吸收式热泵提质单元，包括蒸发器(13)、冷凝器(14)、溶液换热器(15)、吸收器(16)和发生器(17)；所述吸收式提质子系统的中温蓄热单元，包括传热介质储罐(18)、中温余热存储装置(19)、中温蓄热装置(20)、中温生成物储罐(21)和压气机J；

所述中低温余热存储单元的中低温余热化学存储装置(1)的内部换热器I出口通过管道与低温余热存储单元的低温余热化学存储装置(11)的内部换热器A入口连接；所述中低温余热化学存储装置(1)的反应产物出口通过管道经吸热反应装置(4)的内部换热器II、中低温储热装置(2)及压气机G与中低温生成物储罐(3)的入口连接；所述中低温生成物储罐(3)的出口通过管道、阀门一经中低温储热装置(2)与中低温余热化学存储装置(1)的反应产物入口连接；

所述化学热泵提质单元的吸热反应装置(4)的反应原料-反应产物出口通过管道经精馏塔(5)的反应原料-反应产物通道与分离装置(6)的反应原料-反应产物入口连接；所述分离装置(6)的反应产物出口通过管道经回热器(7)的反应产物通道与中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道入口连接；所述中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道出口通过管道经回热器(7)的反应原料通道与吸热反应装置(4)的反应原料入口连接；所述分离装置(6)的反应原料出口通过管道与精馏塔(5)的反应原料入口连接；所述精馏塔(5)的反应原料出口通过管道与吸热反应装置(4)的反应原料入口连接；

所述中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置(8)的反应产物出口通过管道经中高温储热装置(9)的反应产物通道、压气机H与中高温生成物储罐(10)的入口连接；所述中高温生成物储罐(10)的出口通过管道、阀门二经中高温储热装置(9)的反应产物通道与中高温热能化学存储装置(8)的反应产物入口连接；

所述低温余热存储单元的低温余热存储装置(11)中的反应产物离开低温余热存储装置(11)，分别与蒸发器(13)内部换热器C和发生器(17)内部换热器D换热后进入低温生成物储罐(12)；

所述吸收式热泵提质单元的发生器(17)的溶液出口(17c)通过管道经溶液泵一、溶液换热器(15)与吸收器(16)的溶液入口(16d)连接，发生器(17)的水蒸汽出口(17a)通过管道与冷凝器(4)的水蒸汽入口(14d)连接；所述冷凝器(14)的冷凝水出口(14c)通过管道经溶液泵二与蒸发器(13)的冷凝水入口连接；所述蒸发器(13)的水蒸汽出口通过管道与吸收器(16)的水蒸汽入口(16a)连接；所述吸收器(16)的溶液出口(16e)通过管道、溶液换热器(15)与发生器(17)的溶液入口(17b)连接，吸收器(16)的热源入口(16c)通过管道与传热介质储罐(18)的出口(18b)连接，吸收器(16)的热源出口(16b)通过管道与中温余热存储装置(19)的内部换热器E连接；

所述中温蓄热单元的中温余热存储装置(19)的反应产物出口通过管道经中温蓄热装置(20)的反应产物通道、压气机J与中温生成物储罐(21)的入口连接；所述中温生成物储罐(21)的出口通过管道经中温蓄热装置(20)的反应产物通道与中温余热存储装置(19)的反应产物入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于包括储热和释热两种运行模式：

在储热模式下，所述中低温余热存储单元中，具有一定温度的载余热介质进入中低温余热化学存储装置(1)的内部换热器I进行换热，换热后的载余热介质进入低温余热存储装置(11)进一步释放热量；中低温余热化学存储装置(1)内部存储的反应原料通过内部换热器I吸收来自载余热介质的热量，反应原料吸热升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物中包含有固态、气态或液态的生成物，随后根据生成物相态及密度的不同，将生成物分离，密度大的固态生成物留在中低温余热化学存储装置(1)中；具有一定温度且密度小的气态或液态生成物在压气机K的作用下进入吸热反应装置(4)的内部换热器II进行换热，换热后具有一定温度且密度小的气态或液态生成物温度降低并进入中低温储热装置(2)进一步释放热量，随后经压气机G送入中低温生成物储罐(3)进行储存，从而完成中低温余热存储过程；

在储热模式下，所述化学热泵提质单元中，吸热反应装置(4)内部的反应原料通过内部换热器II吸收来自具有一定温度且密度小的气态或液态生成物的热量，反应原料吸热升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物与部分未反应的反应原料被输送至精馏塔(5)；在所述精馏塔(5)中，根据反应产物和反应原料沸点的不同，将反应产物与反应原料进行分离，沸点较高的大部分反应原料留在精馏塔(5)中，随后被排回至吸热反应装置(4)；经分离得到的具有一定温度且沸点较低的反应产物和少量反应原料温度降低并进入分离装置(6)；在所述分离装置(6)中，将反应原料和反应产物进行进一步分离，得到高纯度反应产物，被分离出的反应原料回到精馏塔(5)；高纯度反应产物进入回热器(7)；在所述回热器(7)中，高纯度反应产物吸热升温，随后进入中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道；在所述中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道中，高纯度反应产物在合适的温度及压力下发生逆向放热反应，放出的热量被中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收，同时逆向放热反应生成的具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物排回至回热器(7)；在所述回热器(7)中，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物与来自分离装置(6)的高纯度反应产物进行换热，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物放热降温并排回至吸热反应装置(4)；来自分离装置(6)的高纯度反应产物吸热升温并进入中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道，从而完成化学热泵提质的过程；

在储热模式下，所述中高温蓄热单元中，中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收热量后升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物中包含固态、气态或液态的生产物，随后根据生成物相态及密度的不同，将生成物分离，密度大的固态生成物留在中高温热能化学存储装置(8)中；具有一定温度且密度小的气态或液态的生成物进入中高温储热装置(9)进行换热，换热后具有一定温度且密度小的气态或液态生成物温度降低并经压气机H送入中高温生成物储罐(10)进行储存，从而完成中高温蓄热过程；

在储热模式下，所述低温余热存储单元中，低温余热存储装置(11)内部的反应原料通过内部换热器A吸收来自中低温余热化学存储装置(1)的内部换热器I换热后的载余热介质的热量，在合适的温度及压力环境中发生正向吸热反应，生成相态与密度不同的反应产物；密度大的固态反应产物留在低温余热存储装置(11)中，而带有一定温度且密度小的气态或液态的反应产物则排出低温余热存储装置(11)；所述低温余热存储装置(11)排出的反应产物分别经过蒸发器(13)的内部换热器C和发生器(17)的内部换热器D换热降温后，进入低温生成物储罐(12)中储存，从而完成低温余热的存储过程；

在储热模式下，所述吸收式热泵提质单元中，发生器(17)内部的浓溶液被溶液泵一增压，经溶液换热器(15)进入吸收器(16)；在所述吸收器(16)中，浓溶液吸收来自蒸发器(13)的水蒸汽，变为稀溶液，然后稀溶液经溶液换热器(15)回到发生器(17)；所述发生器(17)中，稀溶液通过内部换热器D吸收低温余热存储装置(11)排出的反应产物的热量，稀溶液中部分的水受热蒸发为水蒸汽并进入冷凝器(14)，发生器(17)中溶液变为浓溶液；所述冷凝器(14)中，在冷却水的作用下，水蒸汽被冷凝成液态水，然后经溶液泵二加压进入蒸发器(13)；所述蒸发器(13)中，液态水通过内部换热器C吸收低温余热存储装置(11)排出的反应产物的热量汽化成水蒸汽，然后进入吸收器(16)；所述吸收器(16)中，浓溶液吸收水蒸汽，释放出热量并被传热介质储罐(18)中的传热介质吸收，传热介质吸热后升温，从而完成吸收式热泵提质的过程；

在储热模式下，所述中温蓄热单元中，中温余热存储装置(19)内部填充的反应原料通过内部换热器E吸收传热介质的热量，在合适的温度及压力环境中发生正向吸热反应，生成相态与密度不同的反应产物，密度大的反应产物留在中温余热存储装置(19)中，具有一定温度且密度小的气态或液态的反应产物进入中温蓄热装置(20)换热；所述中温蓄热装置(20)中反应产物换热完成后温度降低，经压气机J送入中温生成物储罐(21)进行储存，从而完成中温蓄热过程；

在释热模式下，所述中低温余热存储单元中，中低温生成物储罐(3)中的气态或液态的生成物进入中低温储热装置(2)进行换热，被预热至一定温度后进入中低温余热化学存储装置(1)，在合适的温度及压力下与中低温余热化学存储装置(1)中原有的固态生成物发生逆向放热反应，外部循环工质通过中低温余热化学存储装置(1)的内部换热器III吸收化学反应放出的热量，然后用于日常加热供暖及部分工业用热环节；同时，所述中高温蓄热单元中，中高温生成物储罐(10)中的气态或液态的生成物进入中高温储热装置(9)进行换热，被预热至一定温度后进入中高温热能化学存储装置(8)，在合适的温度及压力下与中高温热能化学存储装置(8)中原有的固态生成物发生逆向放热反应，外部循环工质通过中高温热能化学存储装置(8)的内部换热器IV吸收化学反应放出的热量，然后用于工业用热环节；

在释热模式下，所述低温余热存储单元中，低温生成物储罐(12)中的气态或液态的反应产物排出，经过中温储热装置(20)换热后进入低温余热存储装置(11)，在合适的温度及压力环境中与低温余热存储装置(11)中原有的反应产物发生逆向放热反应，释放出热量通过内部换热器B被外部循环工质吸收，用于日常加热供暖；同时，所述中温余热存储单元中，中温生成物储罐(21)中的气态或液态的反应产物排出，经过中温储热装置(20)换热后进入中温余热存储装置(19)，在合适的温度及压力环境中与中温余热存储装置(19)中原有的反应产物发生逆向放热反应，释放出热量通过内部换热器F被外部循环工质吸收，用于日常加热供暖及部分工业用热环节。