一种基于太阳能钙基热化学储热的布风式移动床反应器

本发明属于太阳能热化学储热领域，具体涉及一种基于太阳能钙基热化学储热的布风式移动床反应器。

背景技术：

1、太阳能作为主要的可再生能源之一，因其清洁、无限等特点而被广泛研究和应用。然而，太阳能具有间歇性和不稳定性等缺点，导致基于太阳能的发电系统无法保证持续稳定的能源供应。因此，储能技术的开发和应用成为解决这一问题的关键。

2、太阳能热化学储热技术作为一种新型的储能技术，它可以通过太阳能驱动载能体颗粒的可逆化学转化过程，实现热能的有效储存和释放。该技术不仅可以实现较高的储能密度和储热温度，还具备储热周期长、运输距离远等优势，为解决太阳能的间歇性和不稳定性问题提供了一种有效途径。

3、在各种太阳能热化学储热技术中，基于caco3/cao可逆反应的钙基热化学储热技术因其原材料来源广泛、经济成本低廉等优势，以及与聚光太阳能发电(csp)技术的温度操作范围相匹配的特性，展现出了良好的应用前景和发展潜力。该技术在储热反应器内部进行caco3的吸热煅烧过程，将caco3分解为cao和co2，煅烧反应所需热量来源于太阳辐射，从而实现太阳能的存储。cao的放热碳酸化过程在吸热反应器内部进行，该过程可以将cao重新转变为caco3，并释放出大量的热能。钙基载能体颗粒在反应器内部的流动行为和反应行为将严重影响整个储能系统的性能和效率。

4、尽管钙基热化学储热技术具有显著的优势，但在其实际应用过程中，现有的太阳能热化学储热反应器设计仍面临着一系列亟待解决的技术挑战。这些挑战包括床层载能体颗粒流动状态不均匀、反应器内部传热传质性能较差、储热反应速率较慢、颗粒间的高温团聚和烧结现象以及床层颗粒流速难以调控等问题。这些问题严重影响了储热系统的储热性能和效率，限制了太阳能钙基热化学储热技术的进一步发展和广泛应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种基于太阳能钙基热化学储热的布风式移动床反应器，提高储热反应的转化率，缓解载能体颗粒的高温烧结。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于太阳能钙基热化学储热的布风式移动床反应器，包括载能体供给装置、斜板反应装置、辐射调控装置、载能体收集装置、排气处理装置；

4、所述载能体供给装置用于给斜板反应装置提供载能体颗粒；

5、所述斜板反应装置包括多孔斜板、气体分流单元和供气气瓶组以及相关管路；所述多孔斜板倾斜设置位于供给仓的下方用于给载能体颗粒提供反应场所，气体分流单元与供气气瓶组连接设置于多孔斜板下方，为反应器提供反应所需气体；所述多孔斜板上开设有若干列小孔，沿载能体颗粒流动方向上的同一列小孔的孔径大小一致，垂直于颗粒流动方向上多孔斜板中间区域的小孔孔径较大，两侧区域的小孔孔径较小；斜板反应装置中的载能体颗粒在重力的作用下沿多孔斜板向下输送，并在多孔斜板上受到集中太阳辐射的直接加热发生化学反应；

6、所述辐射调控装置设置在斜板反应装置上方，用于调节太阳辐射穿透面积，控制反应器内部的辐射能量输入，调控多孔斜板上载能体颗粒的温度；

7、所述载能体收集装置位于多孔斜板的下方一侧，用于送收集和储存沿多孔斜板下来的完成储热反应后的载能体颗粒；

8、所述排气处理装置位于载能体收集装置一侧，用于排出反应器内部的混合气体并储存。

9、进一步，所述多孔斜板前端与载能体供给装置底部铰接连接，多孔斜板末端设置有一个能够调节多孔斜板倾斜角度的调节支柱，通过调节支柱调整多孔斜板上载能体颗粒的流速；所述多孔斜板的末端设置有用于监测多孔斜板末端载能体颗粒的流动速度流速检测仪和用于测量多孔斜板末端载能体颗粒的温耐高温测温热电偶。

10、进一步，所述多孔斜板由若干块具有均匀小孔的窄斜板拼接组成，各窄斜板上规则地开设若干孔径相同的小孔。

11、进一步，所述斜板反应装置还包括气体预热单元，所述气体预热单元设置在多孔斜板下方，所述气体分流单元与供气气瓶组相连，气体预热单元分别与气体分流单元出口和多孔斜板底部相连；气体预热单元与气体分流单元的连接管路上设置有质量流量计，通过质量流量计调控多孔斜板不同区域载能体颗粒的流动状态。

12、进一步，所述气体预热器单元为石英玻璃围成的腔体，利用太阳能将储热反应中所需气体提前预热至反应温度。

13、进一步，所述载能体供给装置包括供给仓和可调挡板，所述供给仓位于斜板反应装置上方一侧，可调挡板位于供给仓与斜板反应装置的连接通道内，载能体颗粒通过供给仓与斜板反应装置之间的夹缝进入斜板反应装置中，通过可调挡板调控进入斜板反应装置中的载能体颗粒流量。

14、进一步，所述辐射调控装置包括与多孔斜板平行设置的密封盖板、石英玻璃窗以及一个平行于密封盖板且能够调节角度的遮光板，密封盖板将多孔斜板正对的反应器顶部封闭，所述石英玻璃窗设于密封盖板中间，所述遮光板通过密封盖板两侧固定支柱固定于石英玻璃窗的正上方。

15、进一步，所述载能体收集装置包括连接漏斗和收集仓，所述连接漏斗与多孔斜板末端相连，连接漏斗用于将载能体颗粒集中到较小的阀口，所述收集仓位于连接漏斗的正下方。

16、进一步，所述排气处理装置包括排气口、气体分离器和气体储罐组，所述排气口与连接漏斗一侧连通，所述气体分离器分别与排气口和气体储罐组相连，气体分离器用于对排气口排出的混合气体进行分离，所述气体储罐组用于储存经气体分离器分离之后的气体。

17、与现有储热反应器相比，本发明具有如下的优点：

18、1、本发明中多孔斜板上开设有若干列小孔，移动床反应器通过在斜板上打孔的方式来调控斜板上摩擦力的大小。沿载能体颗粒流动方向上的同一列小孔的孔径大小一致，垂直于载能体颗粒流动方向上多孔斜板中间区域的小孔孔径较大，两侧区域的小孔孔径较小，从而解决了载能体颗粒在床层中间流速快、两侧流速慢的问题。

19、2、本发明所述的移动床反应器，多孔斜板由若干块具有均匀小孔的窄斜板拼接组成，各窄斜板上规则地开设若干孔径相同的小孔，可以通过不同的组合方式拼接多孔斜板，以满足不同的应用需求。此外，还可以通过设置多孔斜板上的孔径分布及其大小来调控多孔斜板上的摩擦系数以使其匹配各种尺寸的载能体颗粒。

20、3、本发明所述的移动床反应器气体分流单元与供气气瓶组连接设置于多孔斜板下方，为反应器提供反应所需气体；通过对多孔斜板上的小孔通入气体来提高床层的传热传质效率。通入气体可以强化床层内部的能量传递和物质输运过程，加快反应速率并提高反应转化率，从而使得整个反应器的性能和效率得到提升。

21、4、本发明所述的移动床反应器可以通过对多孔斜板上的小孔通入气体来促进储热反应生成气体的排出。及时排出反应生成的气体有利于降低储热反应生成物的浓度，从而提高储热反应的转化率。

22、5、本发明所述的移动床反应器可以通过对多孔斜板上的小孔通入气体来改善载能体颗粒的流动状态。对床层载能体颗粒的流动状态产生扰动，会缓解高温状态下颗粒之间的团聚和粘结现象，避免颗粒流动状态产生恶化。

23、6、本发明所述的移动床反应器可以通过对多孔斜板上的小孔通入气体来保证载能体颗粒在多孔斜板上的温度分布均匀且均达到反应温度。通入气体可以将临近多孔斜板表面的载能体颗粒吹到床层表面，使其直接接受太阳辐射的加热。

24、7、本发明所述的移动床反应器可以通过调整多孔斜板末端的调节支柱来调整多孔斜板的倾斜角度，从而控制多孔斜板上载能体颗粒的流速。

25、8、本发明所述的移动床反应器不仅可以对多孔斜板上不同区域载能体颗粒的流动状态进行调控，还可以通过设置气体预热单元来进一步利用太阳能预加热反应所需气体，从而进一步提高储热反应的反应性能和反应器的太阳能利用效率。

26、9、本发明所述的移动床反应器可以通过调整密封盖板上部的遮光板控制整个反应器内的辐射能量输入，从而调控多孔斜板上载能体颗粒的温度，缓解颗粒温度过高而引发的烧结问题。