氨-水儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種氨?水儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法，屬于能源存儲(chǔ)領(lǐng)域。該系統(tǒng)主要包括精餾塔（1）、冷凝器（2）、再沸器（3）、增壓泵（4）、液氨儲(chǔ)罐（5）、預(yù)熱器（6）、膨脹機(jī)（7）、吸收冷凝器（8）和稀氨水儲(chǔ)罐（14）。其特征在于：主要借助采用氨水混合工質(zhì)（13）精餾過程吸收外界熱源熱量，并將其儲(chǔ)存在液氨（16）和稀氨水（17）溶液中；在無外熱源的條件下，通過打開稀氨水控制閥（10）和液氨控制閥（11），可將存儲(chǔ)的熱能通過膨脹機(jī)（7）做功轉(zhuǎn)化為電能輸出，滿足熱源不穩(wěn)定的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和連續(xù)供能。該系統(tǒng)特別適合對地?zé)帷⑻柟鉄岬染哂虚g歇性和不穩(wěn)定性特點(diǎn)的低品位熱能，進(jìn)行儲(chǔ)能和連續(xù)供能。
【專利說明】
氨-水儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種氨-水儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法，屬于能源存儲(chǔ)領(lǐng)域。技術(shù)背景
[0002]隨著人類能耗需求增加與化石能源日益枯竭之間矛盾的加深，太陽光熱以及化石能源利用后的廢熱等低品位熱能尚具有大的開發(fā)潛力。然而這類低品位熱能受到自然條件和來源的限制，一般具有間歇性和不穩(wěn)定的特征，因此，發(fā)展相應(yīng)的儲(chǔ)能技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)供給的有效方法之一。
[0003]目前對這類具有間歇性及不穩(wěn)定的低品位熱源，如太陽光熱及部分非連續(xù)生產(chǎn)過程副產(chǎn)的低品位熱能，一般主要采用的方法是，在一定傳熱溫差條件下，通過換熱器將低品位熱源的熱能直接存儲(chǔ)在一定量的蒸汽、熱水或溶液中，然后再在一定的傳熱溫差條件下， 利用蒸發(fā)換熱器，通過熱力循環(huán)對這種儲(chǔ)存的相對穩(wěn)定的低品位熱能進(jìn)行連續(xù)利用。
[0004]根據(jù)熱力學(xué)第二定律分析方法，上述存儲(chǔ)低品位熱能以及常規(guī)熱力循環(huán)對存儲(chǔ)的低品位熱能進(jìn)行利用的過程，由于受到多次傳熱溫差，使得這種儲(chǔ)能及用能方法存在明顯的有用能損失。因此，開發(fā)新型的儲(chǔ)能及熱力循環(huán)方法，降低低品位熱能儲(chǔ)存及儲(chǔ)能回收利用過程有用能的損失，是提高此類能源應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有儲(chǔ)能和用能技術(shù)存在多次傳熱溫差、有用能損失大的缺點(diǎn)，提出一種氨一水儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法，利用非共沸介質(zhì)氨水混合物精餾過程吸收并存儲(chǔ)低品位熱源熱量，并利用高溫高壓氨氣膨脹做功輸出電能，可用于存儲(chǔ)地?zé)帷⑻柟鉄岬染哂虚g歇性和不穩(wěn)定性的低品位熱量，滿足儲(chǔ)能和連續(xù)供能的需求。
[0006]—種氨-水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括精餾塔、冷凝器、再沸器、增壓栗、液氨儲(chǔ)罐、預(yù)熱器、膨脹機(jī)、吸收冷凝器、 稀氨水儲(chǔ)罐、稀氨水控制閥和液氨控制閥；精餾塔包括進(jìn)料入口、塔頂輕組分出口、塔頂回流液入口、塔底重組分出口和塔底再沸液入口；冷凝器包括熱側(cè)入口、熱側(cè)出口、冷側(cè)入口和冷側(cè)出口；再沸器包括熱側(cè)入口、熱側(cè)出口、冷側(cè)入口和冷側(cè)出口；預(yù)熱器包括熱側(cè)入口、熱側(cè)出口、冷側(cè)入口和冷側(cè)出口；吸收冷凝器包括熱側(cè)入口、熱側(cè)出口、冷側(cè)入口和冷側(cè)出口。
[0007]初始氨水溶液與精餾塔進(jìn)料入口相連；精餾塔塔頂輕組分出口與冷凝器熱側(cè)入口相連，冷凝器熱側(cè)出口分為兩路:一路與精餾塔塔頂回流液入口相連;另一路與增壓栗入口相連，增壓栗出口與液氨儲(chǔ)罐入口相連，液氨儲(chǔ)罐出口通過液氨控制閥與預(yù)熱器冷側(cè)入口相連，預(yù)熱器冷側(cè)出口與膨脹機(jī)入口相連， 膨脹機(jī)出口與吸收冷凝器入口相連;冷卻水分為兩路:一路從冷凝器冷側(cè)入口進(jìn)入并從其冷側(cè)出口排出；另一路從吸收冷凝器冷側(cè)入口進(jìn)入并從其冷側(cè)出口排出；精餾塔塔底重組分出口分為兩路:一路與再沸器冷側(cè)入口相連，再沸器冷側(cè)出口與塔底再沸液入口相連；另一路與稀氨水儲(chǔ)罐入口相連，稀氨水儲(chǔ)罐出口通過稀氨水控制閥與預(yù)熱器熱側(cè)入口相連，預(yù)熱器熱側(cè)出口與吸收冷凝器熱側(cè)入口相連，吸收冷凝器熱側(cè)出口與精餾塔進(jìn)料入口相連;高壓蒸汽與再沸器熱側(cè)入口進(jìn)入并從其熱側(cè)出口排出；本發(fā)明提出的氨一水儲(chǔ)能系統(tǒng)有如下兩種工作方法，其特征在于:該系統(tǒng)包括儲(chǔ)能和釋能兩種工作t吳式:一、儲(chǔ)能模式:關(guān)閉稀氨水控制閥，關(guān)閉液氨控制閥；初始氨一水溶液進(jìn)入精餾塔精餾分離:精餾塔塔頂輕組分出口氣態(tài)氨進(jìn)入冷凝器熱側(cè)向其冷側(cè)冷卻水釋放熱量后冷凝為低壓液態(tài)氨，低壓液態(tài)氨分為兩路:一路作為塔頂回流液進(jìn)入精餾塔;另一路通過增壓栗增壓后送入液氨儲(chǔ)罐;精餾塔塔底重組分出口高溫稀氨水溶液分為兩路:一路通過再沸器冷側(cè)吸收其熱側(cè)高壓蒸汽的熱量升溫后，再通過精餾塔塔底再沸液入口返回精餾塔;另一路高溫稀氨水溶液存儲(chǔ)在稀氨水儲(chǔ)罐中；二、釋能模式:打開稀氨水控制閥，打開液氨控制閥；高溫稀氨水溶液通過稀氨水控制閥進(jìn)入預(yù)熱器熱側(cè)向其冷側(cè)液氨釋放熱量后，進(jìn)入吸收冷凝器熱側(cè)入口；高壓液氨進(jìn)入預(yù)熱器冷側(cè)被其熱側(cè)高溫稀氨水溶液加熱，變成高溫高壓的氨氣，然后通過膨脹機(jī)脹做功，膨脹機(jī)出口乏汽送入吸收冷凝熱側(cè)入口；吸收冷凝器中稀氨水溶液吸收氨乏汽，產(chǎn)生的熱量被冷卻水帶走后變?yōu)槌跏及币凰芤海辉撗h(huán)采用了氨-水精餾系統(tǒng)，僅采用了一次換熱方式，將低品位熱能存儲(chǔ)在液態(tài)氮和稀氨水溶液中；在無外熱源或者外熱源不穩(wěn)定的條件下，通過打開稀氨水控制閥和液氨控制閥，可將存儲(chǔ)的熱能通過膨脹機(jī)做功轉(zhuǎn)化為電能輸出。與常規(guī)通過多次換熱器，借助熱力循環(huán)利用低品位熱能的方法相比，該系統(tǒng)對低品位熱能的利用效率更高。該系統(tǒng)特別適合對地?zé)?、太陽光熱等具有間歇性和不穩(wěn)定性特點(diǎn)的低品位熱能，進(jìn)行儲(chǔ)能和連續(xù)供能?！靖綀D說明】
[0008]圖1是氨一水儲(chǔ)能系統(tǒng)；圖中標(biāo)號(hào)名稱:1、精餾塔，2、冷凝器，3、再沸器，4、增壓栗，5、液氨儲(chǔ)罐，6、預(yù)熱器，7、膨脹機(jī)，8、吸收冷凝器，9、稀氨水儲(chǔ)罐，10、稀氨水控制閥，11、液氨控制閥，12、高壓蒸汽，13、 初始氨水溶液，14、氣態(tài)氨，15、低壓液氨，16、高壓液氨，17、稀氨水溶液，18、冷卻水。
[0009]具體實(shí)施方法圖1是本發(fā)明提出的氨一水儲(chǔ)能系統(tǒng)，下面參照圖1說明該儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作過程。該系統(tǒng)可回收利用非連續(xù)的低品位熱源，具有包括儲(chǔ)能和釋能兩種工作模式:儲(chǔ)能模式:關(guān)閉稀氨水控制閥10，關(guān)閉液氨控制閥11;初始濃度的氨一水溶液13進(jìn)入精餾塔1精餾分離:精餾塔1塔頂輕組分出口的氣態(tài)純氨14進(jìn)入冷凝器2熱側(cè)向其冷側(cè)冷卻水 18釋放熱量后冷凝為低壓液態(tài)氨15,其中一部分低壓液態(tài)氨15作為塔頂回流液進(jìn)入精餾塔，另一部分通過增壓栗4增壓后送入高壓液氨儲(chǔ)罐5;精餾塔1塔底重組分出口的高溫稀氨水溶液17—部分通過再沸器3冷側(cè)吸收其熱側(cè)高壓蒸汽12的熱量升溫后，通過精餾塔1塔底再沸液入口返回精餾塔1，另一部分高溫稀氨水溶液17存儲(chǔ)在稀氨水儲(chǔ)罐9中。
[0010]釋能模式:打開稀氨水控制閥10，打開液氨控制閥11;高溫稀氨水溶液17通過稀氨水控制閥10進(jìn)入預(yù)熱器6熱側(cè)向其冷側(cè)液氨釋放熱量后，進(jìn)入吸收冷凝器8熱側(cè)入口；高壓液氨16進(jìn)入預(yù)熱器6冷側(cè)被其熱側(cè)高溫稀氨水溶液17加熱后變成高溫高壓的氨氣，然后通過膨脹機(jī)7膨脹做功，膨脹機(jī)7出口乏汽送入吸收冷凝8熱側(cè)入口；吸收冷凝器8中稀氨水溶液17吸收氨乏汽，產(chǎn)生的熱量被冷卻水18帶走后變?yōu)槌跏紳舛鹊陌币凰芤?3,然后可以進(jìn)行下一輪儲(chǔ)能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氨-水儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括精餾塔(1)、冷凝器(2)、再沸器(3)、增壓栗(4)、液氨儲(chǔ)罐(5)、預(yù)熱器(6)、 膨脹機(jī)(7)、吸收冷凝器(8)、稀氨水儲(chǔ)罐(9)、稀氨水控制閥(10)和液氨控制閥(11);精餾塔(1)包括進(jìn)料入口、塔頂輕組分出口、塔頂回流液入口、塔底重組分出口和塔底 再沸液入口；冷凝器(2)包括熱側(cè)入口、熱側(cè)出口、冷側(cè)入口和冷側(cè)出口；再沸器(3)包括熱 側(cè)入口、熱側(cè)出口、冷側(cè)入口和冷側(cè)出口；預(yù)熱器(6)包括熱側(cè)入口、熱側(cè)出口、冷側(cè)入口和 冷側(cè)出口；吸收冷凝器(8)包括熱側(cè)入口、熱側(cè)出口、冷側(cè)入口和冷側(cè)出口；吸收冷凝器(8)熱側(cè)出口與精餾塔(1)進(jìn)料入口相連；精餾塔(1)塔頂輕組分出口與冷凝器(2)熱側(cè)入口相連，冷凝器(2)熱側(cè)出口分為兩路: 一路與精餾塔(1)塔頂回流液入口相連;另一路與增壓栗(4)入口相連，增壓栗(4)出口與液 氨儲(chǔ)罐(5)入口相連，液氨儲(chǔ)罐(5)出口通過液氨控制閥(11)與預(yù)熱器(6)冷側(cè)入口相連，預(yù) 熱器(6 )冷側(cè)出口與膨脹機(jī)(7 )入口相連，膨脹機(jī)(7 )出口與吸收冷凝器(8 )熱側(cè)入口相連； 冷卻水(18)分為兩路:一路從冷凝器(2)冷側(cè)入口進(jìn)入并從其冷側(cè)出口排出；另一路從吸收 冷凝器(8)冷側(cè)入口進(jìn)入并從其冷側(cè)出口排出；精餾塔(1)塔底重組分出口分為兩路:一路與再沸器(3)冷側(cè)入口相連，再沸器(3)冷側(cè) 出口與塔底再沸液入口相連；另一路與稀氨水儲(chǔ)罐(9)入口相連，稀氨水儲(chǔ)罐(9)出口通過 稀氨水控制閥(10)與預(yù)熱器(6)熱側(cè)入口相連，預(yù)熱器(6)熱側(cè)出口與吸收冷凝器(8)熱側(cè) 入口相連，吸收冷凝器(8)熱側(cè)出口與精餾塔(1)進(jìn)料入口相連;高壓蒸汽(12)從再沸器(3) 熱側(cè)入口進(jìn)入并從其熱側(cè)出口排出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨一水儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:該系統(tǒng)包括儲(chǔ)能和釋能兩種工作t吳式:一、儲(chǔ)能模式:關(guān)閉稀氨水控制閥(10)，關(guān)閉液氨控制閥(11);初始氨一水溶液(13)進(jìn)入精餾塔(1)精餾分離:精餾塔(1)塔頂輕組分出口氣態(tài)氨(14) 進(jìn)入冷凝器(2)熱側(cè)向其冷側(cè)冷卻水(18)釋放熱量后冷凝為低壓液態(tài)氨(15)，低壓液態(tài)氨 (15)分為兩路:一路作為塔頂回流液從塔頂回流液入口進(jìn)入精餾塔(1);另一路通過增壓栗 (4)增壓后送入液氨儲(chǔ)罐(5);精餾塔(1)塔底重組分出口的高溫稀氨水溶液(17)分為兩路: 一路通過再沸器(3)冷側(cè)吸收其熱側(cè)高壓蒸汽(12)的熱量升溫后，通過精餾塔(1)塔底再沸 液入口返回精餾塔(1);另一路高溫稀氨水溶液(17)存儲(chǔ)在稀氨水儲(chǔ)罐(9)中；二、釋能模式:打開稀氨水控制閥(10 )，打開液氨控制閥(11);高溫稀氨水溶液(17)通過稀氨水控制閥(10)進(jìn)入預(yù)熱器(6)熱側(cè)向其冷側(cè)液氨(16)釋 放熱量后，進(jìn)入吸收冷凝器(8)熱側(cè)入口；高壓液氨(16)進(jìn)入預(yù)熱器(6)冷側(cè)被其熱側(cè)的高 溫稀氨水溶液(17)加熱，變成高溫高壓的氨氣，然后通過膨脹機(jī)(7)膨脹做功，膨脹機(jī)(7)出 口乏汽送入吸收冷凝器(8)熱側(cè)入口；吸收冷凝器(8)中稀氨水溶液吸收氨乏汽，產(chǎn)生的熱 量被冷卻水(18)帶走后變?yōu)槌跏及币凰芤?13)。
【文檔編號(hào)】F03G7/06GK105952598SQ201610391183
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】夏君君, 韓東, 彭濤, 岳晨, 何緯峰
【申請人】江蘇樂科節(jié)能科技股份有限公司