【摘 要】
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基于CaCO3/CaO循环的热化学储能具有储能密度高、储能材料廉价易得、反应条件易于实现、反应产物易于储存且与聚光太阳能发电具有良好的耦合性等优点,是一种非常有前景的太阳能储能技术。但钙基吸收剂的活性降低的问题制约着该技术的发展。目前,国内外对各种不同天然钙基材料以及混合钙基材料在不同工况下的储热性能进行了大量的研究,同时对CSP-CaL集成系统也进行了大量研究。但由于钙基材料储热性能的研究大多在
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基于CaCO3/CaO循环的热化学储能具有储能密度高、储能材料廉价易得、反应条件易于实现、反应产物易于储存且与聚光太阳能发电具有良好的耦合性等优点,是一种非常有前景的太阳能储能技术。但钙基吸收剂的活性降低的问题制约着该技术的发展。目前,国内外对各种不同天然钙基材料以及混合钙基材料在不同工况下的储热性能进行了大量的研究,同时对CSP-CaL集成系统也进行了大量研究。但由于钙基材料储热性能的研究大多在常压碳酸化条件下进行,而且CSP-CaL集成系统研究表明加压碳酸化条件下更具有优势,因此研究钙基材料在加压碳酸化条件下的储热性能更有意义。本文采用固定床反应器,在加压碳酸化条件下对天然钙基材料(石灰石和白云石)的循环储热性能进行了研究。石灰石和白云石的储热性能都随着碳酸化压力的升高而提高,当碳酸化压力为7bar时,石灰石在10次循环后的有效转化率是32.7%,比反应压力在1bar下高出9.92%;白云石在10次循环后的有效转化率是40.47%,比反应压力在1bar下仅高出1.56%;虽然石灰石在第1次循环表现出比白云石更好的储热性能,但之后的循环都不如白云石,白云石表现出更加稳定的储热性能。从SEM图和孔分布特性得出,碳酸化压力的提高能够减少石灰石和白云石在煅烧过程中的烧结现象,拥有较大的比表面积和孔容积;同时,不同压力下,白云石的比表面积跟孔容积均高于石灰石。从环保角度来看,白云石是一种比石灰石更有应用前景的钙基储热材料。本文从碳酸化反应器的能量平衡出发,以Chacartegui等人的闭式CO2布雷顿循环为基础,提出了新的集成换热方式,建立了基于新的集成换热方式的闭式CO2循环基准系统,并对基准系统进行了优化研究。模拟结果表明,反应条件在875℃,3.2bar,最小换热温差15℃时,优化方案3的效率最高,可达44.02%。并分析了关键参数(系统运行压力、温度以及压比)对系统性能的影响,在考虑碳酸化反应器中热损失为10%,换热器温差为5℃的情况下,在875℃,压比为1.8的条件下,发电效率可以达到49.26%。
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