本發(fā)明涉及的是一種蓄熱領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置及應(yīng)用該蓄熱裝置的蓄熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
大多數(shù)可再生能源和余熱資源均存在周期性波動，供給和需求難以匹配，限制了可再生能源的發(fā)展。蓄熱技術(shù)應(yīng)用于可再生能源和余熱資源中，可以避免熱源的波動，保持供需平衡。在諸多蓄熱方式中，化學(xué)蓄熱具有儲能密度大、可工作溫度范圍廣的優(yōu)點。在化學(xué)蓄熱技術(shù)中通常采用粉末狀蓄熱材料以及間壁式傳熱技術(shù)，但是粉末狀蓄熱材料易凝聚、固化，導(dǎo)致材料內(nèi)部的傳熱性能較差。實際應(yīng)用中需要通過各種手段強化材料內(nèi)部的傳熱，此外傳熱介質(zhì)與反應(yīng)床之間也存在較大的溫差，熱效率不高。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN103542752A，公開(公告)日2014.01.29，公開了一種化學(xué)蓄熱裝置。該裝置設(shè)有化學(xué)蓄熱材料收納部，在蓄熱材料收納部的內(nèi)部至少設(shè)有一個用于加熱化學(xué)蓄熱材料的導(dǎo)熱部，以便高效地加熱化學(xué)蓄熱材料，并利用驅(qū)動部使蓄熱材料收納部旋轉(zhuǎn)來攪拌化學(xué)蓄熱材料，防止化學(xué)蓄熱材料凝聚、固化。但是該發(fā)明蓄熱材料內(nèi)部、蓄熱材料和傳熱流體間存在較大的溫差，蓄放熱功率的提高受到限制。中國專利文獻號CN101644548A，公開(公告)日2010.02.10，公開了一種高溫化學(xué)蓄熱元件及基于高溫化學(xué)蓄熱元件的蓄熱器，該蓄熱器以CaO/Ca(OH)2作為蓄熱材料填充在螺旋形翅片間實現(xiàn)化學(xué)蓄熱。但是該發(fā)明加工過程復(fù)雜，單位體積蓄熱材料需要大量金屬材質(zhì)換熱面，熱效率不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出了一種傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置及應(yīng)用該蓄熱裝置的蓄熱系統(tǒng)，通過直接接觸式傳熱，傳熱介質(zhì)作為反應(yīng)介質(zhì)直接與固體反應(yīng)物接觸進行可逆反應(yīng)，解決了粉末狀蓄熱材料內(nèi)部傳熱性能差，以及傳熱介質(zhì)在蓄放熱反應(yīng)前后存在較大的溫差，熱效率不高的問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明涉及一種傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置，包括：若干個蓄熱單元及與蓄熱單元的氣體入口端和氣體出口端分別相連的第一氣體緩沖罐和第二氣體緩沖罐；所述的蓄熱單元包括：布風(fēng)板、不銹鋼絲網(wǎng)、蓄熱介質(zhì)和支架，其中：蓄熱介質(zhì)由不銹鋼絲網(wǎng)包裹固定，不銹鋼絲網(wǎng)通過支架固定在蓄熱單元內(nèi)部，氣體入口端和蓄熱介質(zhì)之間設(shè)置有布風(fēng)板。所述的蓄熱介質(zhì)為金屬氫氧化物、金屬氧化物或金屬碳酸鹽等化學(xué)蓄熱材料。優(yōu)選地，所述的金屬氫氧化物為Mg(OH)2或Ca(OH)2。優(yōu)選地，所述的金屬氧化物為Mn2O3或Co3O4。優(yōu)選地，所述的金屬碳酸鹽為CaCO3。本發(fā)明涉及應(yīng)用上述蓄熱裝置的蓄熱系統(tǒng)，包括：太陽能集熱裝置、傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置、蒸汽換熱器、循環(huán)泵、水蒸氣補充裝置和水蒸氣冷卻裝置，其中：太陽能集熱裝置、傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置、蒸汽換熱器和循環(huán)泵依次串聯(lián)連接，水蒸氣補充裝置和水蒸氣冷卻裝置的輸入端和輸出端分別與循環(huán)泵、太陽能集熱裝置相連。技術(shù)效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中傳熱介質(zhì)與蓄熱材料持續(xù)直接接觸，反應(yīng)床層內(nèi)溫度均勻，保證了蓄熱單元中出口氣體的溫度能夠處于反應(yīng)平衡溫度，熱效率高，且通過改變系統(tǒng)中水蒸氣分壓可以控制蓄放熱反應(yīng)的進行。附圖說明圖1為本發(fā)明中蓄熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中蓄熱單元結(jié)構(gòu)示意圖，其中：(a)為剖視圖，(b)為B-B視圖，(c)為A-A視圖；圖3為本發(fā)明中蓄熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為蓄熱介質(zhì)Mg(OH)2分解為MgO的反應(yīng)比例及反應(yīng)焓圖；圖5為Mg(OH)2/MgO材料的反應(yīng)循環(huán)穩(wěn)定性；圖6為蓄熱單元的放熱過程示意圖；圖中：第一氣體緩沖罐1、蓄熱單元2、氣體入口端21、布風(fēng)板22、不銹鋼絲網(wǎng)23、蓄熱介質(zhì)24、支架25、氣體出口端26、第二氣體緩沖罐3、太陽能集熱裝置4、蒸汽換熱器5、循環(huán)泵6、水蒸氣補充裝置7、水蒸氣冷卻裝置8、傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置9。具體實施方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1如圖1所示，本實施例涉及一種傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置9，包括：蓄熱單元2及與蓄熱單元2的氣體入口端21和氣體出口端26分別相連的第一氣體緩沖罐1、第二氣體緩沖罐3；如圖2所示，所述的蓄熱單元2包括：布風(fēng)板22、不銹鋼絲網(wǎng)23、蓄熱介質(zhì)24和支架25，其中：蓄熱介質(zhì)24由不銹鋼絲網(wǎng)23包裹固定，不銹鋼絲網(wǎng)23通過支架25固定在蓄熱單元2內(nèi)部，氣體入口端21和蓄熱介質(zhì)24之間設(shè)置有布風(fēng)板22。所述的蓄熱介質(zhì)24優(yōu)選為Mg(OH)2，為阿拉丁化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的純度95％的化學(xué)純Mg(OH)2。所述的布風(fēng)板22固定于支架25上并設(shè)置有均勻分布的布風(fēng)孔，保證氣體均勻流入，與蓄熱介質(zhì)24進行充分反應(yīng)。所述的不銹鋼絲網(wǎng)23通過卡箍和螺紋結(jié)構(gòu)緊固在支架25上。所述的第一氣體緩沖罐1和第二氣體緩沖罐3提供反應(yīng)所需保護氣和反應(yīng)氣體，同時保證進、出口氣體壓力穩(wěn)定，有利于多個蓄熱單元2并聯(lián)運行；所述的蓄熱單元2與第一氣體緩沖罐1、第二氣體緩沖罐3之間均設(shè)有開閉閥門，便于根據(jù)太陽輻射的強度和時間控制蓄熱，提高蓄放熱效率。如圖3所示，本實施例涉及應(yīng)用上述蓄熱裝置的蓄熱系統(tǒng)，包括：太陽能集熱裝置4、傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置9、蒸汽換熱器5、循環(huán)泵6、水蒸氣補充裝置7和水蒸氣冷卻裝置8，其中：太陽能集熱裝置4、傳熱增強型化學(xué)蓄熱裝置9、蒸汽換熱器5和循環(huán)泵6依次串聯(lián)連接形成回路，水蒸氣補充裝置7和水蒸氣冷卻裝置8的輸入端和輸出端分別與循環(huán)泵6、太陽能集熱裝置4相連形成水蒸氣補充支路和水蒸氣冷卻支路。所述的蒸汽換熱器5是用高溫水蒸氣的熱量過熱蒸汽，用于汽輪機發(fā)電。所述的水蒸氣補充支路和水蒸氣冷卻支路用于提供混合氣體的流動動力和控制水蒸氣分壓。本實施例涉及的蓄熱系統(tǒng)的工作原理為：蓄熱：白晝、晴天時，太陽能集熱裝置4加熱混合氣體至400℃以上，混合氣體與蓄熱介質(zhì)24反應(yīng)，溫度降至反應(yīng)平衡溫度350℃，混合氣體的熱量一部分儲存于蓄熱單元2內(nèi)，另一部分熱量儲存在產(chǎn)生的水蒸氣中隨著混合氣體帶走，氣體溫度穩(wěn)定在350℃；混合氣體經(jīng)過蒸汽換熱器5過熱蒸汽用于發(fā)電，經(jīng)過循環(huán)泵6，進入水蒸氣冷卻支路，將蓄熱單元2中產(chǎn)生的水蒸氣冷卻，控制回路中水蒸氣的分壓，使蓄熱平衡溫度穩(wěn)定在350℃；放熱：夜間或陰天時，太陽能集熱裝置4出來的低于300℃的混合氣體與蓄熱介質(zhì)24反應(yīng)，將儲存在蓄熱單元2內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來，混合氣體溫度提高到反應(yīng)平衡溫度350℃；混合氣體經(jīng)過蒸汽換熱器5過熱蒸汽用于發(fā)電，經(jīng)過循環(huán)泵6，進入水蒸氣補充支路，補充蓄熱單元2中吸收的水蒸氣，控制回路中的水蒸氣分壓，使放熱平衡溫度穩(wěn)定在350℃。如圖4所示，本實施例所使用的Mg(OH)2在保護氣為氮氣的環(huán)境下分解溫度為350℃，計算得到的反應(yīng)焓為80.1kJ/mol。如圖5所示，本實施例所用的Mg(OH)2/MgO材料循環(huán)反應(yīng)25次并沒有出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)化效率下降問題，表面材料可長期循環(huán)使用而不改變系統(tǒng)效果。如圖6所示，為蓄熱單元2在放熱過程中，當(dāng)控制氣體入口端溫度為90℃，水蒸氣壓力為47.4kPa時，氣體出口端溫度隨時間變化的情況；若控制氣體入口端溫度為160-170℃，水蒸氣壓力為1Mpa，則氣體出口端溫度在350℃左右，該溫度與蓄熱單元2內(nèi)反應(yīng)達到的最高溫度一致，從而能夠提高傳熱效率和放熱功率；而在相似條件下工作的常規(guī)間壁式換熱反應(yīng)器，蓄熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，僅為0.1-0.4W·m-1·K-1，因此傳熱流體的氣體出口端與反應(yīng)器內(nèi)部會存在較大的溫差，傳熱流體的出口溫度會遠低于160℃，且將存儲的熱量完全釋放出去所需的時間也遠大于3小時。本實例中，蓄熱介質(zhì)24除了使用Mg(OH)2以外，也可使用Ca(OH)2固態(tài)蓄熱材料，攜帶水蒸氣的保護氣作為傳熱及反應(yīng)氣體，反應(yīng)溫度在405℃左右；使用Mn2O3固態(tài)蓄熱材料，攜帶氧氣的保護氣作為傳熱及反應(yīng)氣體，反應(yīng)溫度在430℃左右；更高溫區(qū)則可使用Co3O4固態(tài)蓄熱材料，攜帶氧氣的保護氣作為傳熱及反應(yīng)氣體，反應(yīng)溫度在900℃左右；使用CaCO3固態(tài)蓄熱材料，攜帶CO2的保護氣作為傳熱及反應(yīng)氣體，反應(yīng)溫度在850℃左右。