一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，属于储能技术领域。本发明包括化学提质子系统和吸收式提质子系统，可实现低温余热的串联存储，两个子系统同时提升低温余热品位并存储，构成了分级并列的储热‑提质‑储热的运行模式，将几种不同能量品位的热能存储于系统内；在释能放热阶段，有三种不同品味的热能释放，满足了不同热能需求的场合，扩大了原本低温余热的应用范围。与传统的储热方式相比，具有储热密度高，热损失小，系统热效率高，经济效益好，能量品位多样的特点。
1.一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于包含化学提质子系统和吸收式提质子系统，两个子系统并联连接，从而实现低品位热能到高品位热能的分级并列提质存储；其中所述化学提质子系统包括中低温余热存储单元、化学热泵提质单元、中高温蓄热单元；所述吸收式提质子系统包括低温余热存储单元、吸收式热泵提质单元、中温蓄热单元；
所述化学提质子系统与吸收式提质子系统的连接方式为并联，低品位热能存储利用方式为串联，即载余热介质依次通过所述化学提质子系统与吸收式提质子系统，从而完成对载余热介质热能的存储并提质；
所述两个并列的化学提质子系统与吸收式提质子系统分别完成各自的储热‑提质‑储热过程；所述吸收式提质子系统的低温余热存储单元和所述化学提质子系统的中低温余热存储单元分别完成低温余热存储过程和中低温余热存储过程；所述吸收式提质子系统的吸收式热泵提质单元和所述化学提质子系统的化学热泵提质单元分别完成化学提质过程；所述吸收式提质子系统的中温蓄热单元和所述化学提质子系统的中高温蓄热单元分别完成中温蓄热过程和中高温蓄热过程，从而实现低品位热能转变为高品位热能并存储；
所述化学提质子系统中的中低温余热存储单元，包括中低温余热化学存储装置(1)、中低温储热装置(2)、中低温生成物储罐(3)和吸热反应装置(4)和压气机G、K；所述化学提质子系统中的化学热泵提质单元，包括吸热反应装置(4)、精馏塔(5)、分离装置(6)、回热器(7)和中高温热能化学存储装置(8)；所述化学提质子系统的中高温蓄热单元，包括中高温热能化学存储装置(8)、中高温储热装置(9)、中高温生成物储罐(10)和压气机H；所述吸收式提质子系统的低温余热存储单元，包括低温余热存储装置(11)、低温生成物储罐(12)、蒸发器(13)和发生器(17)；所述吸收式提质子系统的吸收式热泵提质单元，包括蒸发器(13)、冷凝器(14)、溶液换热器(15)、吸收器(16)和发生器(17)；所述吸收式提质子系统的中温蓄热单元，包括传热介质储罐(18)、中温余热存储装置(19)、中温蓄热装置(20)、中温生成物储罐(21)和压气机J；
所述中低温余热存储单元的中低温余热化学存储装置(1)的内部换热器I出口通过管道与低温余热存储单元的低温余热化学存储装置(11)的内部换热器A入口连接；所述中低温余热化学存储装置(1)的反应产物出口通过管道经吸热反应装置(4)的内部换热器II、中低温储热装置(2)及压气机G与中低温生成物储罐(3)的入口连接；所述中低温生成物储罐(3)的出口通过管道、阀门一经中低温储热装置(2)与中低温余热化学存储装置(1)的反应产物入口连接；
所述化学热泵提质单元的吸热反应装置(4)的反应原料‑反应产物出口通过管道经精馏塔(5)的反应原料‑反应产物通道与分离装置(6)的反应原料‑反应产物入口连接；所述分离装置(6)的反应产物出口通过管道经回热器(7)的反应产物通道与中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道入口连接；所述中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道出口通过管道经回热器(7)的反应原料通道与吸热反应装置(4)的反应原料入口连接；所述分离装置(6)的反应原料出口通过管道与精馏塔(5)的反应原料入口连接；所述精馏塔(5)的反应原料出口通过管道与吸热反应装置(4)的反应原料入口连接；
所述中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置(8)的反应产物出口通过管道经中高温储热装置(9)的反应产物通道、压气机H与中高温生成物储罐(10)的入口连接；所述中高温生成物储罐(10)的出口通过管道、阀门二经中高温储热装置(9)的反应产物通道与中高温热能化学存储装置(8)的反应产物入口连接；
所述低温余热存储单元的低温余热存储装置(11)中的反应产物离开低温余热存储装置(11)，分别与蒸发器(13)内部换热器C和发生器(17)内部换热器D换热后进入低温生成物储罐(12)；
所述吸收式热泵提质单元的发生器(17)的溶液出口(17c)通过管道经溶液泵一、溶液换热器(15)与吸收器(16)的溶液入口(16d)连接，发生器(17)的水蒸汽出口(17a)通过管道与冷凝器(4)的水蒸汽入口(14d)连接；所述冷凝器(14)的冷凝水出口(14c)通过管道经溶液泵二与蒸发器(13)的冷凝水入口连接；所述蒸发器(13)的水蒸汽出口通过管道与吸收器(16)的水蒸汽入口(16a)连接；所述吸收器(16)的溶液出口(16e)通过管道、溶液换热器(15)与发生器(17)的溶液入口(17b)连接，吸收器(16)的热源入口(16c)通过管道与传热介质储罐(18)的出口(18b)连接，吸收器(16)的热源出口(16b)通过管道与中温余热存储装置(19)的内部换热器E连接；
所述中温蓄热单元的中温余热存储装置(19)的反应产物出口通过管道经中温蓄热装置(20)的反应产物通道、压气机J与中温生成物储罐(21)的入口连接；所述中温生成物储罐(21)的出口通过管道经中温蓄热装置(20)的反应产物通道与中温余热存储装置(19)的反应产物入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于包括储热和释热两种运行模式：
在储热模式下，所述中低温余热存储单元中，具有一定温度的载余热介质进入中低温余热化学存储装置(1)的内部换热器I进行换热，换热后的载余热介质进入低温余热存储装置(11)进一步释放热量；中低温余热化学存储装置(1)内部存储的反应原料通过内部换热器I吸收来自载余热介质的热量，反应原料吸热升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物中包含有固态、气态或液态的生成物，随后根据生成物相态及密度的不同，将生成物分离，密度大的固态生成物留在中低温余热化学存储装置(1)中；具有一定温度且密度小的气态或液态生成物在压气机K的作用下进入吸热反应装置(4)的内部换热器II进行换热，换热后具有一定温度且密度小的气态或液态生成物温度降低并进入中低温储热装置(2)进一步释放热量，随后经压气机G送入中低温生成物储罐(3)进行储存，从而完成中低温余热存储过程；
在储热模式下，所述化学热泵提质单元中，吸热反应装置(4)内部的反应原料通过内部换热器II吸收来自具有一定温度且密度小的气态或液态生成物的热量，反应原料吸热升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物与部分未反应的反应原料被输送至精馏塔(5)；在所述精馏塔(5)中，根据反应产物和反应原料沸点的不同，将反应产物与反应原料进行分离，沸点较高的大部分反应原料留在精馏塔(5)中，随后被排回至吸热反应装置(4)；经分离得到的具有一定温度且沸点较低的反应产物和少量反应原料温度降低并进入分离装置(6)；在所述分离装置(6)中，将反应原料和反应产物进行进一步分离，得到高纯度反应产物，被分离出的反应原料回到精馏塔(5)；高纯度反应产物进入回热器(7)；在所述回热器(7)中，高纯度反应产物吸热升温，随后进入中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道；在所述中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道中，高纯度反应产物在合适的温度及压力下发生逆向放热反应，放出的热量被中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收，同时逆向放热反应生成的具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物排回至回热器(7)；在所述回热器(7)中，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物与来自分离装置(6)的高纯度反应产物进行换热，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物放热降温并排回至吸热反应装置(4)；来自分离装置(6)的高纯度反应产物吸热升温并进入中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道，从而完成化学热泵提质的过程；
在储热模式下，所述中高温蓄热单元中，中高温热能化学存储装置(8)的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收热量后升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物中包含固态、气态或液态的生产物，随后根据生成物相态及密度的不同，将生成物分离，密度大的固态生成物留在中高温热能化学存储装置(8)中；具有一定温度且密度小的气态或液态的生成物进入中高温储热装置(9)进行换热，换热后具有一定温度且密度小的气态或液态生成物温度降低并经压气机H送入中高温生成物储罐(10)进行储存，从而完成中高温蓄热过程；
在储热模式下，所述低温余热存储单元中，低温余热存储装置(11)内部的反应原料通过内部换热器A吸收来自中低温余热化学存储装置(1)的内部换热器I换热后的载余热介质的热量，在合适的温度及压力环境中发生正向吸热反应，生成相态与密度不同的反应产物；
密度大的固态反应产物留在低温余热存储装置(11)中，而带有一定温度且密度小的气态或液态的反应产物则排出低温余热存储装置(11)；所述低温余热存储装置(11)排出的反应产物分别经过蒸发器(13)的内部换热器C和发生器(17)的内部换热器D换热降温后，进入低温生成物储罐(12)中储存，从而完成低温余热的存储过程；
在储热模式下，所述吸收式热泵提质单元中，发生器(17)内部的浓溶液被溶液泵一增压，经溶液换热器(15)进入吸收器(16)；在所述吸收器(16)中，浓溶液吸收来自蒸发器(13)的水蒸汽，变为稀溶液，然后稀溶液经溶液换热器(15)回到发生器(17)；所述发生器(17)中，稀溶液通过内部换热器D吸收低温余热存储装置(11)排出的反应产物的热量，稀溶液中部分的水受热蒸发为水蒸汽并进入冷凝器(14)，发生器(17)中溶液变为浓溶液；所述冷凝器(14)中，在冷却水的作用下，水蒸汽被冷凝成液态水，然后经溶液泵二加压进入蒸发器(13)；所述蒸发器(13)中，液态水通过内部换热器C吸收低温余热存储装置(11)排出的反应产物的热量汽化成水蒸汽，然后进入吸收器(16)；所述吸收器(16)中，浓溶液吸收水蒸汽，释放出热量并被传热介质储罐(18)中的传热介质吸收，传热介质吸热后升温，从而完成吸收式热泵提质的过程；
在储热模式下，所述中温蓄热单元中，中温余热存储装置(19)内部填充的反应原料通过内部换热器E吸收传热介质的热量，在合适的温度及压力环境中发生正向吸热反应，生成相态与密度不同的反应产物，密度大的反应产物留在中温余热存储装置(19)中，具有一定温度且密度小的气态或液态的反应产物进入中温蓄热装置(20)换热；所述中温蓄热装置(20)中反应产物换热完成后温度降低，经压气机J送入中温生成物储罐(21)进行储存，从而完成中温蓄热过程；
在释热模式下，所述中低温余热存储单元中，中低温生成物储罐(3)中的气态或液态的生成物进入中低温储热装置(2)进行换热，被预热至一定温度后进入中低温余热化学存储装置(1)，在合适的温度及压力下与中低温余热化学存储装置(1)中原有的固态生成物发生逆向放热反应，外部循环工质通过中低温余热化学存储装置(1)的内部换热器III吸收化学反应放出的热量，然后用于日常加热供暖及部分工业用热环节；同时，所述中高温蓄热单元中，中高温生成物储罐(10)中的气态或液态的生成物进入中高温储热装置(9)进行换热，被预热至一定温度后进入中高温热能化学存储装置(8)，在合适的温度及压力下与中高温热能化学存储装置(8)中原有的固态生成物发生逆向放热反应，外部循环工质通过中高温热能化学存储装置(8)的内部换热器IV吸收化学反应放出的热量，然后用于工业用热环节；
在释热模式下，所述低温余热存储单元中，低温生成物储罐(12)中的气态或液态的反应产物排出，经过中温储热装置(20)换热后进入低温余热存储装置(11)，在合适的温度及压力环境中与低温余热存储装置(11)中原有的反应产物发生逆向放热反应，释放出热量通过内部换热器B被外部循环工质吸收，用于日常加热供暖；同时，所述中温余热存储单元中，中温生成物储罐(21)中的气态或液态的反应产物排出，经过中温储热装置(20)换热后进入中温余热存储装置(19)，在合适的温度及压力环境中与中温余热存储装置(19)中原有的反应产物发生逆向放热反应，释放出热量通过内部换热器F被外部循环工质吸收，用于日常加热供暖及部分工业用热环节。
一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，属于储能技术领域。
背景技术
[0002] 随着煤炭、石油以及天然气等一次能源的快速消耗以及由此带来的严重环境污染等问题，可再生能源诸如风力发电、光伏发电以及地热发电等快速发展，但是由于受到天气以及地理位置原因，可再生能源发电存在间歇性以及不稳定性两大固有缺陷，这给可再生能源的进一步发展造成了很大的挑战，并造成了严重的弃风、弃光现象。储能系统可在用能低谷期将生产过剩的能量储存起来，在用能高峰期再将这部分能量直接释放或转化成其他形式的能量，因此发展合适的储能技术和储能系统越来越重要。
[0003] 现如今常见的储热方式有显热储热、潜热储热和化学储热。相较于化学储热，显热储热和潜热储热的技术比较成熟，应用较为广泛。但是显热储热和潜热储热应用时具有一定的局限性。例如，显热储热：放热不恒温、储热密度小以及储热装置庞大等；潜热储热即相变储热，其受到材料相变温度的影响较大而且技术难度大。除此之外，它们都受到换热温差以及换热器面积的限制，因而在储热过程中会使热能品位降低，并且热能长期储存会产生较大的热量损失，从而导致储热效率下降。化学储热不同于显热储热和潜热储热，化学储热利用一对正逆吸/放热的化学反应，将热能以化学能的形式储存起来，并且可以使用催化剂或者反应物对反应过程进行控制，将热量长期储存起来，还可以减小在储存热量时的损失。在工业能源的损失中占据最大份额的是低温余热的损失，储热技术的广泛应用可以将低温余热进行存储，但由于传统的储热方式存在传热温差，会导致热存储时的温度小于输入热能的温度，再加上利用环节与传输环节的传热温差，最终会使得最后所能利用的热能品位相比较于最初输入的热能品位会降低许多。
发明内容
[0004] 本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统。本发明所述系统包括两类低温余热存储‑提质‑高温余热存储子系统，两类子系统以并联方式连接、运行，构成了分级并列的储热‑提质‑储热的运行模式。该模式第一类子系统进行中低温余热存储、化学热泵提质以及中高温蓄热；第二类子系统进行低温余热存储、吸收式热泵提质以及中温蓄热。本发明所述系统基于化学提质蓄热原理，将化学储热与化学热提质相结合，在储热的同时，同步提升了低温余热的品位；在放热阶段，本发明所述系统又可释放利用不同品位的热能，满足了不同热能需求的场合，扩大了热能的应用范围，且与传统的储热方式相比，具有热能密度高，热损失小，热效率高，能量品位多样，经济效益好的特点。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于：本发明所述系统包括两类子系统，分别为第一类子系统和第二类子系统。按照相关功能实现方式，第一类子系统又称之为化学提质子系统，第二类子系统还可称之为吸收式提质子系统。所述化学提质子系统包括中低温余热存储单元、化学热泵提质单元、中高温蓄热单元；所述吸收式提质子系统包括低温余热存储单元、吸收式热泵提质单元、中温蓄热单元。
[0007] 一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于：所述化学提质子系统与吸收式提质子系统的连接方式为并联，低品位热能存储利用方式为串联，即载余热介质依次通过所述化学提质子系统与吸收式提质子系统，从而完成对载余热介质热能的存储并提质。本发明所述系统可实现外部低温余热存储，并对部分已储存的低温余热分别进行吸收式热泵提质和化学热泵提质，最后将提质后的中温热能和中高温热能存储于系统内，从而将低品位的余热转变为高品位热能并储存；在热能利用阶段，本发明所述系统可同时释放利用低温热能、中低温热能、中温热能以及中高温热能几种不同能量品位的热能。
[0008] 一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于：由所述两个并列的化学提质子系统与吸收式提质子系统分别完成各自的储热‑提质‑储热过程。首先，由所述吸收式提质子系统的低温余热存储单元和所述化学提质子系统的中低温余热存储单元分别完成低温余热存储过程和中低温余热存储过程；然后，由所述吸收式提质子系统的吸收式热泵提质单元和所述化学提质子系统的化学热泵提质单元分别完成化学提质过程；最后，由所述吸收式提质子系统的中温蓄热单元和所述化学提质子系统的中高温蓄热单元分别完成中温蓄热过程和中高温蓄热过程。
[0009] 其中，所述化学提质子系统中的中低温余热存储单元包括中低温余热化学存储装置、中低温储热装置、中低温生成物储罐、吸热反应装置和压气机；所述中低温余热化学存储装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0010] 其中，所述化学提质子系统中的化学热泵提质单元包括吸热反应装置、精馏塔、分离装置、回热器和中高温热能化学存储装置，所述吸热反应装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可在低温环境中发生正向吸热反应(在高温环境中发生逆向反应，该逆向反应为放热反应)。
[0011] 其中，所述化学提质子系统中的中高温蓄热单元，包括中高温热能化学存储装置、中高温储热装置、中高温生成物储罐和压气机，所述中高温热能化学存储装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0012] 其中，所述吸收式提质子系统中的低温余热存储单元包括低温余热存储装置、低温生成物储罐、蒸发器和发生器，所述低温余热存储装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0013] 其中，所述吸收式提质子系统中的吸收式热泵提质单元包括蒸发器、冷凝器、吸收器、溶液换热器和发生器，所述发生器内部填充实现吸收式热泵提质的高浓度的溶液，该溶液在稀释过程中可放出热量。
[0014] 其中，所述吸收式提质子系统中的中温蓄热单元包括传热介质储罐、中温余热存储装置、中温蓄热装置、中温生成物储罐和压气机，所述中温余热存储装置内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0015] 其中，所述化学提质子系统中的中低温余热存储单元的中低温余热化学存储装置和吸收式提质子系统中的低温余热存储单元的低温余热存储装置的低品位热源通道的连接方式为串联连接，即载余热介质依次通过中低温余热化学存储装置和低温余热存储装置。
[0016] 其中，所述化学提质子系统中的中低温余热存储单元的中低温余热化学存储装置的内部换热器出口通过管道与吸收式提质子系统中的低温余热存储单元的低温余热化学存储装置的内部换热器入口连接；所述中低温余热化学存储装置的反应产物出口通过管道经吸热反应装置的内部换热器、中低温储热装置及压气机与中低温生成物储罐的入口连接；所述中低温生成物储罐的出口通过管道、阀门经中低温储热装置与中低温余热化学存储装置的反应产物入口连接。
[0017] 其中，所述化学提质子系统中的化学热泵提质单元的吸热反应装置的反应原料‑反应产物出口通过管道经精馏塔的反应原料‑反应产物通道与分离装置的反应原料‑反应产物入口连接；所述分离装置的反应产物出口通过管道经回热器的反应产物通道与中高温热能化学存储装置的内部反应器管道入口连接；所述中高温热能化学存储装置的内部反应器管道出口通过管道经回热器的反应原料通道与吸热反应装置的反应原料入口连接；所述分离装置的反应原料出口通过管道与精馏塔的反应原料入口连接；所述精馏塔的反应原料出口通过管道与吸热反应装置的反应原料入口连接。
[0018] 其中，所述化学提质子系统中的中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置的反应产物出口通过管道经中高温储热装置的反应产物通道、压气机与中高温生成物储罐的入口连接；所述中高温生成物储罐的出口通过管道、阀门经中高温储热装置的反应产物通道与中高温热能化学存储装置的反应产物入口连接。
[0019] 其中，所述吸收式提质子系统中的低温余热存储单元的低温余热存储装置中的反应产物离开低温余热存储装置，分别与蒸发器内部换热器和发生器内部换热器换热后进入低温生成物储罐。
[0020] 其中，所述吸收式提质子系统中的吸收式热泵提质单元的发生器的溶液出口通过管道经溶液泵、溶液换热器与吸收器的溶液入口连接，发生器的水蒸汽出口通过管道与冷凝器的水蒸汽入口连接；所述冷凝器的冷凝水出口通过管道经溶液泵与蒸发器的冷凝水入口连接；所述蒸发器的水蒸汽出口通过管道与吸收器的水蒸汽入口连接；所述吸收器的溶液出口通过管道、溶液换热器与发生器的溶液入口连接，吸收器的热源入口通过管道与传热介质储罐的出口连接，吸收器的热源出口通过管道与中温余热存储装置的内部换热器连接。
[0021] 其中，所述吸收式提质子系统中的中温蓄热单元的中温余热存储装置的反应产物出口通过管道经中温蓄热装置的反应产物通道、压气机与中温生成物储罐的入口连接；所述中温生成物储罐的出口通过管道经中温蓄热装置的反应产物通道与中温余热存储装置的反应产物入口连接。
[0022] 其中，所述吸收式提质子系统中的低温生成物储罐的出口与中温蓄热装置的低温反应产物入口连接；所述中温蓄热装置的低温反应产物出口与低温余热存储装置的反应产物入口连接。
[0023] 一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于包括储热和释热两种运行模式：
[0024] 在储热模式下，所述化学提质子系统中的中低温余热存储单元、化学热泵提质单元、以及中高温蓄热单元分别完成对中低温余热的中低温余热存储、化学热泵提质过程和中高温蓄热过程；所述吸收式提质子系统中的低温余热存储单元、吸收式热泵提质单元和中温蓄热单元分别完成对低温余热的低温余热存储、吸收式热泵提质过程以及中温余热的存储过程。
[0025] 在储热模式下，所述中低温余热存储单元中，具有一定温度的载余热介质进入中低温余热化学存储装置的内部换热器进行换热，换热后的载余热介质进入低温余热存储装置进一步释放热量。中低温余热化学存储装置内部存储的反应原料通过内部换热器吸收来自载余热介质的热量，反应原料吸热升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物中包含有固态、气态或液态的生成物，随后根据生成物相态及密度的不同，将生成物分离，密度大的固态生成物留在中低温余热化学存储装置中；具有一定温度且密度小的气态或液态生成物在压气机的作用下进入吸热反应装置的内部换热器进行换热，换热后具有一定温度且密度小的气态或液态生成物温度降低并进入中低温储热装置进一步释放热量，随后经压气机送入中低温生成物储罐进行储存，从而完成中低温余热存储过程。
[0026] 在储热模式下，所述化学热泵提质单元中，吸热反应装置内部的反应原料通过内部换热器吸收来自具有一定温度且密度小的气态或液态生成物的热量，反应原料吸热升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物与部分未反应的反应原料被输送至精馏塔。在所述精馏塔中，根据反应产物和反应原料沸点的不同，将反应产物与反应原料进行分离，沸点较高的大部分反应原料留在精馏塔中，随后被排回至吸热反应装置；经分离得到的具有一定温度且沸点较低的反应产物和少量反应原料温度降低并进入分离装置。在所述分离装置中，将反应原料和反应产物进行进一步分离，得到高纯度反应产物，被分离出的反应原料回到精馏塔；高纯度反应产物进入回热器。在所述回热器中，高纯度反应产物吸热升温，随后进入中高温热能化学存储装置的内部反应器管道。在所述中高温热能化学存储装置的内部反应器管道中，高纯度反应产物在合适的温度及压力下发生逆向放热反应，放出的热量被中高温热能化学存储装置的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收，同时逆向放热反应生成的具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物排回至回热器。在所述回热器中，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物与来自分离装置的高纯度反应产物进行换热，具有一定温度的反应原料以及未反应的反应产物放热降温并排回至吸热反应装置；来自分离装置的高纯度反应产物吸热升温并进入中高温热能化学存储装置的内部反应器管道，从而完成化学热泵提质的过程。
[0027] 在储热模式下，所述中高温蓄热单元中，中高温热能化学存储装置的内部反应器管道外部填充的反应原料吸收热量后升温，在合适的温度及压力下发生正向吸热反应，反应产物中包含固态、气态或液态的生产物，随后根据生成物相态及密度的不同，将生成物分离，密度大的固态生成物留在中高温热能化学存储装置中；具有一定温度且密度小的气态或液态的生成物进入中高温储热装置进行换热，换热后具有一定温度且密度小的气态或液态生成物温度降低并经压气机送入中高温生成物储罐进行储存，从而完成中高温蓄热过程。
[0028] 在储热模式下，所述低温余热存储单元中，低温余热存储装置内部的反应原料通过换热器吸收来自中低温余热化学存储装置的内部换热器换热后的载余热介质的热量，在合适的温度及压力环境中发生正向吸热反应，生成相态与密度不同的反应产物。密度大的固态反应产物留在低温余热存储装置中，而带有一定温度且密度小的气态或液态的反应产物则排出低温余热存储装置；所述低温余热存储装置排出的反应产物分别经过蒸发器的内部换热器和发生器的内部换热器换热降温后，进入低温生成物储罐中储存，从而完成低温余热的存储过程。
[0029] 在储热模式下，所述吸收式热泵提质单元中，发生器内部的浓溶液被溶液泵增压，经溶液换热器进入吸收器；在所述吸收器中，浓溶液吸收来自蒸发器的水蒸汽，变为稀溶液，然后稀溶液经溶液换热器回到发生器；所述发生器中，稀溶液通过内部换热器吸收低温余热存储装置排出的反应产物的热量，稀溶液中部分的水受热蒸发为水蒸汽并进入冷凝器，发生器中溶液变为浓溶液；所述冷凝器中，在冷却水的作用下，水蒸汽被冷凝成液态水，然后经溶液泵加压进入蒸发器；所述蒸发器中，液态水通过内部换热器吸收低温余热存储装置排出的反应产物的热量汽化成水蒸汽，然后进入吸收器；所述吸收器中，浓溶液吸收水蒸汽，释放出热量并被传热介质储罐中的传热介质吸收，传热介质吸热后升温，从而完成吸收式热泵提质的过程。
[0030] 在储热模式下，所述中温蓄热单元中，中温余热存储装置内部填充的反应原料通过换热器吸收传热介质的热量，在合适的温度及压力环境中发生正向吸热反应，生成相态与密度不同的反应产物，密度大的反应产物留在中温余热存储装置中，具有一定温度且密度小的气态或液态的反应产物进入中温蓄热装置换热；所述中温蓄热装置中反应产物换热完成后温度降低，经压气机送入中温生成物储罐进行储存，从而完成中温蓄热过程。
[0031] 在释热模式下，所述化学提质子系统中的中低温余热存储单元完成中低温热能的释放利用；所述化学提质子系统中的中高温蓄热单元完成中高温热能的释放利用；所述吸收式提质子系统中的低温余热存储单元完成低温热能的释放利用；所述吸收式提质子系统中的中温余热存储单元完成中温热能的释放利用。
[0032] 在释热模式下，所述中低温余热存储单元中，中低温生成物储罐中的气态或液态的生成物进入中低温储热装置进行换热，被预热至一定温度后进入中低温余热化学存储装置，在合适的温度及压力下与中低温余热化学存储装置中原有的固态生成物发生逆向放热反应，外部循环工质通过中低温余热化学存储装置的内部换热器吸收化学反应放出的热量，然后用于日常加热供暖及部分工业用热环节；同时，所述中高温蓄热单元中，中高温生成物储罐中的气态或液态的生成物进入中高温储热装置进行换热，被预热至一定温度后进入中高温热能化学存储装置，在合适的温度及压力下与中高温热能化学存储装置中原有的固态生成物发生逆向放热反应，外部循环工质通过中高温热能化学存储装置的内部换热器吸收化学反应放出的热量，然后用于工业用热环节。
[0033] 在释热模式下，所述低温余热存储单元中，低温生成物储罐中的气态或液态的反应产物排出，经过中温储热装置换热后进入低温余热存储装置，在合适的温度及压力环境中与低温余热存储装置中原有的反应产物发生逆向放热反应，释放出热量通过内部换热器被外部循环工质吸收，用于日常加热供暖；同时，所述中温余热存储单元中，中温生成物储罐中的气态或液态的反应产物排出，经过中温储热装置换热后进入中温余热存储装置，在合适的温度及压力环境中与中温余热存储装置中原有的反应产物发生逆向放热反应，释放出热量通过内部换热器被外部循环工质吸收，用于日常加热供暖及部分工业用热环节。
[0034] 本发明具有以下优点及突出性技术效果：
[0035] 1.本发明所述系统基于化学储热原理，可以实现热量长期存储且几乎没有损失，其储热密度也比显热储热和潜热储热要高。
[0036] 2.本发明所述系统基于化学储热原理，利用化学反应过程中的吸收和放热，对部分已存储的低品位余热进行提质，热能品位得到提高，扩大了热能的应用范围，提高了储热效率。
[0037] 3.本发明所述系统利用吸收式提质子系统和化学提质子系统对低品位余热进行分级同时提质，分别进行低温余热存储和中低温余热存储、吸收式热泵提质和化学热泵提质、中温蓄热和中高温蓄热，热能品位得到提升，并将提质后的中温热能和中高温热能进行储存，扩大了热能的应用范围。
[0038] 4.本发明所述系统实现了对低品位热能的串联梯级存储，释能阶段增加了能量品位的多样性，适合更广泛的应用场合。
附图说明
[0039] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040] 附图为本发明的提供的一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统的原理结构示意图。
[0041] 图中各标号清单为：1‑中低温余热化学存储装置；2‑中低温储热装置；3‑中低温生成物储罐；4‑吸热反应装置；5‑精馏塔；6‑分离装置；7‑回热器；8‑中高温热能化学存储装置；9‑中高温储热装置；10‑中高温生成物储罐；11‑低温余热存储装置；12‑低温生成物储罐；13‑蒸发器；14‑冷凝器；15‑溶液换热器；16‑吸收器；17‑发生器；18‑传热介质储罐；19‑中温余热存储装置；20‑中温蓄热装置；21‑中温生成物储罐；①，②，③，④，⑤‑阀门；⑥，⑦‑溶液泵；A，B，C，D，E，F‑内部换热器；I，II，III，IV‑换热器；G，H，J，K‑压气机。
具体实施方式
[0042] 下面结合附图对本发明的原理和具体实施作进一步的说明。
[0043] 附图为本发明提供的一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统的原理结构示意图。本发明所述系统组成实现及连接方式如下：本发明所述系统包括化学提质子系统和吸收式提质子系统两部分，两个子系统并联连接，从而实现低品位热能到高品位热能的两次提质存储。化学提质子系统包括中低温余热存储单元、化学热泵提质单元和中高温蓄热单元；吸收式提质子系统包括低温余热存储单元、吸收式热泵提质单元、中温蓄热单元。载余热介质依次通过中低温余热化学存储装置和低温余热存储装置，从而实现外部低品位热能的串联梯级利用。
[0044] 其中，所述中低温余热存储单元，包括中低温余热化学存储装置1、中低温储热装置2、中低温生成物储罐3和吸热反应装置4和压气机G、K，所述中低温余热化学存储装置1内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0045] 其中，所述化学热泵提质单元，包括吸热反应装置4、精馏塔5、分离装置6、回热器7和中高温热能化学存储装置8，所述吸热反应装置4内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可在低温环境中发生正向吸热反应(在高温环境中发生逆向反应，该逆向反应为放热反应)。
[0046] 其中，所述中高温蓄热单元，包括中高温热能化学存储装置8、中高温储热装置9、中高温生成物储罐10和压气机H，所述中高温热能化学存储装置8内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0047] 其中，所述低温余热存储单元，包括低温余热存储装置11、低温生成物储罐12、蒸发器13和发生器17，所述低温余热存储装置11内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0048] 其中，所述吸收式热泵提质单元，包括蒸发器13、冷凝器14、溶液换热器15、吸收器16和发生器17，所述发生器17内部填充基于吸收式热泵提质的高浓度溶液，该溶液在稀释过程中可放出热量。
[0049] 其中，所述中温蓄热单元，包括传热介质储罐18、中温余热存储装置19、中温蓄热装置20、中温生成物储罐21和压气机J，所述中温余热存储装置19内部填充基于化学储热原理的反应原料，该反应原料可发生正向吸热反应(其逆向反应为放热反应)。
[0050] 其中，所述中低温余热存储单元的中低温余热化学存储装置1的内部换热器I的出口通过管道与低温余热存储单元的低温余热存储装置11的内部换热器A的入口连接；所述中低温余热化学存储装置1的反应产物出口通过管道与吸热反应装置4的内部换热器II的入口连接；所述吸热反应装置4的内部换热器II的出口通过管道与中低温储热装置2的反应产物热源入口2a连接；所述中低温储热装置2的反应产物热源出口2b通过管道与压气机G的入口连接；所述压气机G的出口通过管道与中低温生成物储罐3的入口连接；所述中低温生成物储罐3的出口通过管道、阀门④与中低温储热装置2的反应产物冷源入口2c连接；所述中低温储热装置2的反应产物冷源出口2d通过管道与中低温余热化学存储装置1的反应产物入口连接。
[0051] 其中，所述化学热泵提质单元的吸热反应装置4的反应原料‑反应产物出口4a通过管道与精馏塔5的反应原料‑反应产物入口5a连接；所述精馏塔5的反应原料出口5b通过管道与吸热反应装置4的反应原料入口4b连接，精馏塔5的反应原料‑反应产物出口5c通过管道与分离装置6的反应原料‑反应产物入口6a连接；所述分离装置6的反应产物出口6b通过管道与回热器7的反应产物入口7a连接，分离装置6的反应原料出口6c通过管道与精馏塔5的反应原料入口5d连接；所述回热器7的反应原料出口7d通过管道与吸热反应装置4的反应原料入口4c连接，回热器7的反应产物出口7b通过管道与中高温热能化学存储装置8的内部反应器管道入口8a连接；所述中高温热能化学存储装置8的内部反应器管道出口8b通过管道与回热器7的反应原料入口7c连接。
[0052] 其中，所述中高温蓄热单元的中高温热能化学存储装置8的反应产物出口8c通过管道与中高温储热装置9的热源入口9a连接；所述中高温储热装置9的热源出口9b通过管道与压气机H的入口连接；所述压气机H的出口通过管道与中高温生成物储罐10的入口连接；所述中高温生成物储罐10的出口通过管道、阀门⑤与中高温储热装置9的冷源入口9c连接；
所述中高温储热装置9的冷源出口9d通过管道与中高温热能化学存储装置8的反应产物入口8d连接。
[0053] 其中，所述低温余热存储单元的低温余热存储装置11的反应产物出口分为两路，通过管道分别与蒸发器13内部换热器C的入口和发生器17内部换热器D的入口连接；所述蒸发器13内部换热器C的出口和发生器17内部换热器D的出口通过管道与低温生成物储罐12的入口连接。
[0054] 其中，所述吸收式热泵提质单元的发生器17的溶液出口17c通过管道经溶液泵⑥、溶液换热器15与吸收器16的溶液入口16d连接，发生器17的水蒸汽出口17a通过管道与冷凝器4的水蒸汽入口.14d连接；所述冷凝器14的冷凝水出口14c通过管道经溶液泵⑦与蒸发器13的冷凝水入口连接；所述蒸发器13的水蒸汽出口通过管道与吸收器16的水蒸汽入口16a连接；所述吸收器16的溶液出口16e通过管道、溶液换热器15与发生器17的溶液入口17b连接，吸收器16的热源入口16c通过管道与传热介质储罐18的出口18b连接，吸收器16的热源出口16b通过管道与中温余热存储装置19的内部换热器E连接。
[0055] 其中，所述中温蓄热单元的中温余热存储装置19的出口通过管道与中温蓄热装置20的热源入口20c连接；所述中温蓄热装置20的热源出口20d通过管道经压气机J与中温生成物储罐21的入口连接；所述中温生成物储罐21的出口通过管道与中温蓄热装置20的入口
20b连接；所述中温蓄热装置20的出口20a通过管道与中温余热存储装置19的入口连接。
[0056] 其中，所述低温生成物储罐12的出口通过管道与中温蓄热装置20的低温反应产物入口20e连接；所述中温蓄热装置20的低温反应产物出口20f通过管道与低温余热存储装置11的反应产物入口连接。
[0057] 一种基于化学提质蓄热的多级并联储热系统，其特征在于包括储热和释热两种运行模式：
[0058] 在储热模式下，所述中低温余热存储单元中，110℃‑120℃的载余热介质(如水、烟气等)进入中低温余热化学存储装置1的内部换热器I进行换热，换热后的载余热介质温度降低并进入低温余热存储单元的低温余热存储装置11的内部换热器A。中低温余热化学存储装置1内部存储的化学储热介质(储氢合金NaAlH4)通过内部换热器I吸收来自载余热介质的热量，储氢合金NaAlH4在105℃的温度下发生正向吸热分解反应，反应公式为：
[0059]
[0060] 反应生成105℃左右的氢气，随后氢气在压气机K的作用下进入吸热反应装置4的内部换热器II进行换热，换热后氢气温度降低并进入中低温储热装置2进一步释放热量，随后经压气机G送入中低温生成物储罐3进行储存，从而完成中低温余热存储过程。
[0061] 在储热模式下，所述化学热泵提质单元中，吸热反应装置4中的化学储热介质(液态异丙醇)通过内部换热器II吸收来自氢气的热量，液态异丙醇吸热升温蒸发，在90℃的温度下发生正向吸热分解反应，催化剂为ZnO/CuO复合催化剂，反应公式为：
[0062] (CH3)2CHOH(l)→(CH3)2CHOH(g) ΔH＝45.4kJ/mol
[0063] (CH3)2CHOH(g)→(CH3)2CO(g)+H2(g) ΔH＝55.0kJ/mol
[0064] 反应生成90℃左右的丙酮和氢气，随后，丙酮、氢气的混合气体以及部分未反应的气态异丙醇进入精馏塔5。在所述精馏塔5中，根据丙醇、氢气的混合气体和气态异丙醇沸点的不同，将大部分气态异丙醇冷凝液化从而与丙酮、氢气的混合气体进行分离，经冷凝液化得到的液态异丙醇随后被排回至吸热反应装置4；经分离得到的氢气、丙酮的混合气体以及少量未被冷凝液化的气态异丙醇温度降至80℃左右并进入分离装置6。在所述分离装置6中，剩余气态异丙醇被分离并排回至精馏塔5；同时得到高纯度丙酮、氢气混合气体，随后，高纯度丙酮、氢气混合气体进入回热器7。在所述回热器7中，高纯度丙酮、氢气混合气体吸收热量，升温至200℃左右，随后，进入中高温热能化学存储装置8的内部反应器管道。所述中高温热能化学存储装置8的内部反应器管道中填充固体催化剂(雷尼镍)，高纯度丙酮、氢气混合气体通过固体催化剂(雷尼镍)催化，在200℃的温度下发生逆向放热化合反应，反应生成250℃左右的气态异丙醇，反应公式为：
[0065] (CH3)2CO(g)+H2(g)→(CH3)2CHOH(g) ΔH＝‑55.0kJ/mol
[0066] 反应放出的热量被中高温热能化学存储装置8的内部反应器管道外部填充的反应原料(储氢合金Mg2NiH4)吸收，随后气态异丙醇和未反应的氢气、丙酮混合气体排回至回热器7。在所述回热器7中，气态异丙醇和未反应的氢气、丙酮与来自分离装置6的高纯度丙酮、氢气混合气体进行换热，换热后气态异丙醇和未反应的氢气、丙酮混合气体温度降至80℃左右并排回至吸热反应装置4；高纯度氢气、丙酮的混合气体温度升至200℃左右并进入中高温热能化学存储装置8的内部反应器管道，从而完成化学热泵提质过程。
[0067] 在储热模式下，所述中高温蓄热单元中，中高温热能化学存储装置8的内部反应器管道外部填充的反应原料(储氢合金Mg2NiH4)吸收热量后逐渐升温，在240℃的温度下发生正向吸热分解反应，反应公式为：
[0068] Mg2NiH4(s)→Mg2Ni(s)+2H2(g) ΔH＝65kJ/mol
[0069] 反应生成240℃左右的氢气，随后氢气进入中高温储热装置9进行换热，换热后氢气温度降低并经压气机H送入中高温生成物储罐10进行储存，从而完成中高温蓄热过程。
[0070] 在储热模式下，所述低温余热存储单元中，来自中低温余热化学存储装置1内部换热器I换热后的80℃‑95℃的载余热介质进入低温余热存储装置11的内部换热器A进行换热，换热完成后，所述载余热介质温度降低并被排出；所述80℃‑95℃的载余热介质的热量被低温余热存储装置11中填充的CuSO4·5H2O吸收，CuSO4·5H2O吸收热量后在75℃的环境下发生正向吸热分解反应，反应公式为：
[0071] CuSO4·5H2O(s)→CuSO4·3H2O(s)+2H2O(l) ΔH＝99.64kJ/mol
[0072] CuSO4·5H2O发生脱水反应后，脱出的75℃左右的水排出低温余热存储装置11后，分为两路，一路经过蒸发器13内部换热器C进行换热，另一路经过发生器17内部换热器D换热；换热后的两路脱出水降温至65℃左右进入低温生成物储罐12储存，从而完成低温余热存储过程。热量被发生器17中浓度为54％的溴化锂溶液吸收，54％的溴化锂溶液吸热后蒸发出水蒸汽，浓度变为59％；
[0073] 在储热模式下，所述吸收式热泵提质单元中，发生器17中浓度为54％的溴化锂溶液通过内部换热器D吸收来自低温余热存储装置11脱出的75℃左右的水的热量后，溶液被加热至58℃左右并蒸发出水蒸汽，水蒸汽压力12kPa、温度50℃左右，溴化锂溶液浓度变为59％。
[0074] 温度58℃左右、浓度59％溴化锂溶液被溶液泵⑥增压后，经溶液换热器15预热至92℃进入吸收器16。在所述吸收器16中，浓度为59％溴化锂溶液吸收来自蒸发器13的水蒸汽并放出热量，将溴化锂溶液加热至100℃左右，浓度稀释至54％。随后，浓度为54％溴化锂溶液经液换热器15，节流阀①换热降温至50℃左右，回到发生器17。
[0075] 12kPa、50℃左右的水蒸汽在发生器17中被蒸发出来后进入冷凝器14；在所述冷凝器14中，水蒸汽在12kPa的压力下被冷却为50℃左右的液态水，液态水通过溶液泵⑦排出冷凝器14后，加压后进入蒸发器13。在所述蒸发器13中，液态水通过内部换热器C吸收来自低温余热存储装置11脱出的75℃水的热量后，在20kPa的压力下汽化成60℃左右的水蒸汽，随后60℃左右的水蒸汽进入吸收器16；在所述吸收器16中，水蒸汽被浓度为59％溴化锂溶液吸收，放出热量；放出的热量被传热介质储罐18中通来的热媒水吸收，热媒水吸热后温度升至95℃左右，随后进入中温余热存储装置19的内部换热器E换热，从而完成吸收式热泵提质过程。
[0076] 在储热模式下，所述中温蓄热单元中，中温余热存储装置19中填充储氢合金NaAlH4，吸收95℃左右的热媒水提供的热量后，在90℃的温度下NaAlH4发生正向吸热分解反应，反应公式为：
[0077]
[0078] 反应生成90℃左右的氢气，随后90℃左右的氢气进入中温蓄热装置20；90℃左右的氢气经过中温蓄热装置20进行换热，90℃左右的氢气的热量被储存在中温蓄热装置20中，换热完成后，90℃左右的氢气温度降低，随后经压气机J送入中温生成物储罐21进行储存，从而完成中温蓄热过程。
[0079] 在释热模式下，所述中低温余热存储单元中，中低温生成物储罐3中的氢气进入中低温储热装置2进行换热，换热后氢气被预热至95℃左右并进入中低温余热化学存储装置1，在90℃的温度下与其中原有的固态生成物Na3AlH6、Al发生逆向化合放热反应，反应公式为：
[0080]
[0081] 放热反应释放出的90℃的中低温热能通过中低温余热化学存储装置1的内部换热器III传递给外部循环工质，用于日常加热供暖及部分工业用热环节；所述中高温蓄热单元中，中高温生成物储罐10中的氢气进入中高温储热装置9进行换热，换热后氢气被预热至220℃左右并进入中高温热能化学存储装置8，在210℃的温度下与其中原有的固态生成物Mg2Ni发生逆向化合放热反应，反应公式为：
[0082] Mg2Ni(s)+2H2(g)→Mg2NiH4(s) ΔH＝‑65kJ/mol
[0083] 放热反应释放出的200℃的中高温热能通过中高温热能化学存储装置8的内部换热器IV传递给外部循环工质，用于工业用热环节。
[0084] 在释热模式下，所述低温生成物储罐12中的脱出水进入中温蓄热装置20换热，换热完成后，脱出水被预热至75℃左右并进入低温余热存储装置11，在75℃的温度下被反应产物CuSO4·3H2O吸附，发生逆向化合放热反应，反应公式为：
[0085] CuSO4·3H2O(s)+2H2O(l)→CuSO4·5H2O(s) ΔH＝‑99.64kJ/mol
[0086] 放热反应释放出的75℃的低温热能通过低温余热存储装置11的内部换热器B传递给外部循环工质，用于日常加热供暖；所述中温生成物储罐21中的氢气进入中温蓄热装置20进行换热，完成换热后，氢气被预热至90℃左右并进入中温余热化学存储装置19，在90℃的温度下与其中原有的固态生成物Na3AlH6和Al发生逆向化合放热反应，反应公式为：
[0087]
[0088] 放热反应释放出的90℃的中温热能通过中温余热化学存储装置19的内部换热器F传递给外部循环工质，用于日常加热供暖及部分工业用热环节。
[0089] 在释热模式下，系统可释放三种不同品位的热能，200℃左右的余热可用于工业生产中的干燥物料、制冷、余热发电等，75℃及90℃左右的余热作日常生活用水及供暖加热用途。
[0090] 最后说明的是，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方案及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本发明说明书内容不应理解为对本发明的限制。
