论文部分内容阅读
热能储存技术能有效提高可再生能源的利用效率,解决太阳能间歇不稳定的缺陷,减少化石原料燃烧带来的环境问题,为热能的存储和持续稳定供应提供了方法。热能能以三种方式存储:显热储能、潜热储能、热化学储能。热化学储能体系的储能密度大、存储时间长等优点,可广泛应用到废热回收、能量传输等体系。几十种热化学储能体系中,Ca(OH)2/CaO体系原材料廉价易得、安全无毒、储能密度等优点,是目前具有发展潜力的中高温热化学储能体系之一。本文通过搭建固定床反应器,制备复合材料CE和CEL,探究复合材料在脱水和水合过程中的反应性能。在Ca(OH)2中掺杂膨胀石墨制备复合材料CE。探究复合材料CE吸热/放热反应过程中的床层温度、反应摩尔分数、能量存储变化以及不同脱水温度和水合压力对其反应影响。在吸热反应过程中,床层温度先增加后趋于稳定。随着膨胀石墨质量混合比的增加,反应速率增加,w=0.25的复合材料CE在脱水进行75 min,床层温度趋于稳定;而纯氢氧化钙在反应140 min后床层温度在494℃保持稳定。另外,复合材料CE的储热容量比纯Ca(OH)2要高,纯氢氧化钙在脱水过程中吸收了801.1 k J/kg的热能,而w=0.25的复合材料CE吸收能量为983.8 k J/kg。在放热过程中,水蒸气进入反应床与氧化钙发生反应,床层温度迅速上升。随着EG质量混合比的增加,床层温度的最高值增加,水合反应速率增加。当w=0和0.25时,释热容量分别占纯Ca(OH)2/CaO理论焓变所对应的最大储能容量的80.8%、85.8%。在复合材料CE中掺杂LiBr制备复合材料CEL。观察复合材料CEL在脱水-水合-脱水循环反应过程的传质传热性能和循环稳定性。结果表明:在复合材料CE中添加LiBr对吸热反应过程中反应床层温度和摩尔反应分数没有很大的影响。在水合反应过程中,随着LiBr摩尔混合比的增加,水合摩尔分数增加,释能容量增加。n=0.100的CEL水合结束时的摩尔反应分数比纯Ca(OH)2高0.1118。纯Ca(OH)2、CE、LiBr摩尔混合比为0.100的CEL的释热容量分别为1132.8 k J/kg、1191.8 k J/kg、1298.6 k J/kg。不论是纯Ca(OH)2、CE复合材料还是CEL复合材料,在脱水过程中,随着脱水温度的增加,反应速率增加;在水合过程中,随着水合压力的增加,水合反应速率增加;随着循环次数的增加,反应物的粒径增加,但是摩尔反应分数在小范围内波动,具有良好的循环稳定性。在数值模拟方面,采用Gambit软件建立间接传热反应床模型,导入FLUENT软件中进行数值计算,分别探究Ca(OH)2的脱水性能和CaO的水合性能。研究表明:在脱水过程中数值模拟与实验结果相差不大。但是在水合过程中,数值模拟中增加了间接传热流体,随着HTF流速的增加,水合反应速率增加。水蒸气的分压影响着水合反应速率,随着水合压力的增大,床层温度的最大值越大。反应床孔隙率越低,水合反应时间越长,储能密度越大。