氨-水儲能系統及方法
【專利摘要】一種氨?水儲能系統及方法，屬于能源存儲領域。該系統主要包括精餾塔（1）、冷凝器（2）、再沸器（3）、增壓泵（4）、液氨儲罐（5）、預熱器（6）、膨脹機（7）、吸收冷凝器（8）和稀氨水儲罐（14）。其特征在于：主要借助采用氨水混合工質（13）精餾過程吸收外界熱源熱量，并將其儲存在液氨（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），可將存儲的熱能通過膨脹機（7）做功轉化為電能輸出，滿足熱源不穩定的系統實現儲能和連續供能。該系統特別適合對地熱、太陽光熱等具有間歇性和不穩定性特點的低品位熱能，進行儲能和連續供能。
【專利說明】
氨-水儲能系統及方法
技術領域
[0001]本發明設計一種氨-水儲能系統及方法，屬于能源存儲領域。技術背景
[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定的特征，因此，發展相應的儲能技術已成為實現能源可持續供給的有效方法之一。
[0003]目前對這類具有間歇性及不穩定的低品位熱源，如太陽光熱及部分非連續生產過程副產的低品位熱能，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， 利用蒸發換熱器，通過熱力循環對這種儲存的相對穩定的低品位熱能進行連續利用。
[0004]根據熱力學第二定律分析方法，上述存儲低品位熱能以及常規熱力循環對存儲的低品位熱能進行利用的過程，由于受到多次傳熱溫差，使得這種儲能及用能方法存在明顯的有用能損失。因此，開發新型的儲能及熱力循環方法，降低低品位熱能儲存及儲能回收利用過程有用能的損失，是提高此類能源應用價值的關鍵。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有儲能和用能技術存在多次傳熱溫差、有用能損失大的缺點，提出一種氨一水儲能系統及方法，利用非共沸介質氨水混合物精餾過程吸收并存儲低品位熱源熱量，并利用高溫高壓氨氣膨脹做功輸出電能，可用于存儲地熱、太陽光熱等具有間歇性和不穩定性的低品位熱量，滿足儲能和連續供能的需求。
[0006]—種氨-水儲能系統，其特征在于:該系統包括精餾塔、冷凝器、再沸器、增壓栗、液氨儲罐、預熱器、膨脹機、吸收冷凝器、 稀氨水儲罐、稀氨水控制閥和液氨控制閥；精餾塔包括進料入口、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；冷凝器包括熱側入口、熱側出口、冷側入口和冷側出口；再沸器包括熱側入口、熱側出口、冷側入口和冷側出口；預熱器包括熱側入口、熱側出口、冷側入口和冷側出口；吸收冷凝器包括熱側入口、熱側出口、冷側入口和冷側出口。
[0007]初始氨水溶液與精餾塔進料入口相連；精餾塔塔頂輕組分出口與冷凝器熱側入口相連，冷凝器熱側出口分為兩路: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罐入口相連，液氨儲罐出口通過液氨控制閥與預熱器冷側入口相連，預熱器冷側出口與膨脹機入口相連， 膨脹機出口與吸收冷凝器入口相連;冷卻水分為兩路:一路從冷凝器冷側入口進入并從其冷側出口排出；另一路從吸收冷凝器冷側入口進入并從其冷側出口排出；精餾塔塔底重組分出口分為兩路:一路與再沸器冷側入口相連，再沸器冷側出口與塔底再沸液入口相連；另一路與稀氨水儲罐入口相連，稀氨水儲罐出口通過稀氨水控制閥與預熱器熱側入口相連，預熱器熱側出口與吸收冷凝器熱側入口相連，吸收冷凝器熱側出口與精餾塔進料入口相連;高壓蒸汽與再沸器熱側入口進入并從其熱側出口排出；本發明提出的氨一水儲能系統有如下兩種工作方法，其特征在于:該系統包括儲能和釋能兩種工作t吳式:一、儲能模式:關閉稀氨水控制閥，關閉液氨控制閥；初始氨一水溶液進入精餾塔精餾分離:精餾塔塔頂輕組分出口氣態氨進入冷凝器熱側向其冷側冷卻水釋放熱量后冷凝為低壓液態氨，低壓液態氨分為兩路:一路作為塔頂回流液進入精餾塔;另一路通過增壓栗增壓后送入液氨儲罐;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吸收其熱側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在稀氨水儲罐中；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入預熱器熱側向其冷側液氨釋放熱量后，進入吸收冷凝器熱側入口；高壓液氨進入預熱器冷側被其熱側高溫稀氨水溶液加熱，變成高溫高壓的氨氣，然后通過膨脹機脹做功，膨脹機出口乏汽送入吸收冷凝熱側入口；吸收冷凝器中稀氨水溶液吸收氨乏汽，產生的熱量被冷卻水帶走后變為初始氨一水溶液；該循環采用了氨-水精餾系統，僅采用了一次換熱方式，將低品位熱能存儲在液態氮和稀氨水溶液中；在無外熱源或者外熱源不穩定的條件下，通過打開稀氨水控制閥和液氨控制閥，可將存儲的熱能通過膨脹機做功轉化為電能輸出。與常規通過多次換熱器，借助熱力循環利用低品位熱能的方法相比，該系統對低品位熱能的利用效率更高。該系統特別適合對地熱、太陽光熱等具有間歇性和不穩定性特點的低品位熱能，進行儲能和連續供能。【附圖說明】
[0008]圖1是氨一水儲能系統；圖中標號名稱:1、精餾塔，2、冷凝器，3、再沸器，4、增壓栗，5、液氨儲罐，6、預熱器，7、膨脹機，8、吸收冷凝器，9、稀氨水儲罐，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]具體實施方法圖1是本發明提出的氨一水儲能系統，下面參照圖1說明該儲能系統的工作過程。該系統可回收利用非連續的低品位熱源，具有包括儲能和釋能兩種工作模式:儲能模式:關閉稀氨水控制閥10，關閉液氨控制閥11;初始濃度的氨一水溶液13進入精餾塔1精餾分離:精餾塔1塔頂輕組分出口的氣態純氨14進入冷凝器2熱側向其冷側冷卻水 18釋放熱量后冷凝為低壓液態氨15,其中一部分低壓液態氨15作為塔頂回流液進入精餾塔，另一部分通過增壓栗4增壓后送入高壓液氨儲罐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冷側吸收其熱側高壓蒸汽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存儲在稀氨水儲罐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進入預熱器6熱側向其冷側液氨釋放熱量后，進入吸收冷凝器8熱側入口；高壓液氨16進入預熱器6冷側被其熱側高溫稀氨水溶液17加熱后變成高溫高壓的氨氣，然后通過膨脹機7膨脹做功，膨脹機7出口乏汽送入吸收冷凝8熱側入口；吸收冷凝器8中稀氨水溶液17吸收氨乏汽，產生的熱量被冷卻水18帶走后變為初始濃度的氨一水溶液13,然后可以進行下一輪儲能。
【主權項】
1.一種氨-水儲能系統，其特征在于:該系統包括精餾塔(1)、冷凝器(2)、再沸器(3)、增壓栗(4)、液氨儲罐(5)、預熱器(6)、 膨脹機(7)、吸收冷凝器(8)、稀氨水儲罐(9)、稀氨水控制閥(10)和液氨控制閥(11);精餾塔(1)包括進料入口、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)包括熱側入口、熱側出口、冷側入口和冷側出口；再沸器(3)包括熱 側入口、熱側出口、冷側入口和冷側出口；預熱器(6)包括熱側入口、熱側出口、冷側入口和 冷側出口；吸收冷凝器(8)包括熱側入口、熱側出口、冷側入口和冷側出口；吸收冷凝器(8)熱側出口與精餾塔(1)進料入口相連；精餾塔(1)塔頂輕組分出口與冷凝器(2)熱側入口相連，冷凝器(2)熱側出口分為兩路: 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 氨儲罐(5)入口相連，液氨儲罐(5)出口通過液氨控制閥(11)與預熱器(6)冷側入口相連，預 熱器(6 )冷側出口與膨脹機(7 )入口相連，膨脹機(7 )出口與吸收冷凝器(8 )熱側入口相連； 冷卻水(18)分為兩路:一路從冷凝器(2)冷側入口進入并從其冷側出口排出；另一路從吸收 冷凝器(8)冷側入口進入并從其冷側出口排出；精餾塔(1)塔底重組分出口分為兩路:一路與再沸器(3)冷側入口相連，再沸器(3)冷側 出口與塔底再沸液入口相連；另一路與稀氨水儲罐(9)入口相連，稀氨水儲罐(9)出口通過 稀氨水控制閥(10)與預熱器(6)熱側入口相連，預熱器(6)熱側出口與吸收冷凝器(8)熱側 入口相連，吸收冷凝器(8)熱側出口與精餾塔(1)進料入口相連;高壓蒸汽(12)從再沸器(3) 熱側入口進入并從其熱側出口排出。2.根據權利要求1所述的氨一水儲能系統的工作方法，其特征在于:該系統包括儲能和釋能兩種工作t吳式:一、儲能模式:關閉稀氨水控制閥(10)，關閉液氨控制閥(11);初始氨一水溶液(13)進入精餾塔(1)精餾分離:精餾塔(1)塔頂輕組分出口氣態氨(14) 進入冷凝器(2)熱側向其冷側冷卻水(18)釋放熱量后冷凝為低壓液態氨(15)，低壓液態氨 (15)分為兩路:一路作為塔頂回流液從塔頂回流液入口進入精餾塔(1);另一路通過增壓栗 (4)增壓后送入液氨儲罐(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)冷側吸收其熱側高壓蒸汽(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)存儲在稀氨水儲罐(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)進入預熱器(6)熱側向其冷側液氨(16)釋 放熱量后，進入吸收冷凝器(8)熱側入口；高壓液氨(16)進入預熱器(6)冷側被其熱側的高 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(7)膨脹做功，膨脹機(7)出 口乏汽送入吸收冷凝器(8)熱側入口；吸收冷凝器(8)中稀氨水溶液吸收氨乏汽，產生的熱 量被冷卻水(18)帶走后變為初始氨一水溶液(13)。
【文檔編號】F03G7/06GK105952598SQ201610391183
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】夏君君, 韓東, 彭濤, 岳晨, 何緯峰
【申請人】江蘇樂科節能科技股份有限公司