蓄热技术的研究进展与应用

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1、蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术,可用于解决热能供给与需求失配的矛盾,在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景,目前已成为世界范围内的研究热点。在化工生产和许多工业过程排放的废热是不连续的,要充分利用这些不稳定的能源,就需要采用蓄热技术,将这些热量暂时储存起来,在需要的时候再释放出去。这样既可以降低企业能耗,又可以减少由一次能源转变为二次能源时产生各种有害物质对环境的污染。1.蓄热方式目前主要的蓄热方法有显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热三种。显热蓄热是利用物质

2、的温度升高来存储热量的。这种蓄热方式在各类蓄热方式中是最简单和最成熟的,应用也最广泛,可用于供暖和发电。潜热蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中,都要吸收或放出相变潜热的原理。根据相变温度高低,潜热蓄热又分为低温和高温两部分。低温潜热蓄热主要用于废热回收、太阳能储存以及供暖和空调系统。高温潜热蓄热可用于热机、太阳能电站、磁流体发电以及人造卫星等方面。高温相变材料主要采用高温熔化盐类、混合盐类和金属及合金等。高温熔化盐类主要是氟化盐、氯化物、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐类物质。混合盐类温度范围宽广,熔化潜热大,

3、但盐类腐蚀性严重,会在容器表面结壳或结晶迟缓。化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。发生化学反应时,可以有催化剂,也可以没有催化剂,这些反应包括气相催化反应、气固反应、气液反应、液液反应等等。2.　蓄热技术的应用蓄热技术作为缓解人类能源危机的一个重要手段,主要有以下几个方面的应用。2.1　太阳能热储存太阳能是巨大的能源宝库,具有清洁无污染、取用方便的特点,特别是在一些高山地区,如我国的甘肃、青海、西藏等地,太阳辐射强度大,而其他能源短缺,故太阳能的利用就更为普遍。但到达地球表面的太阳辐射,能量密度却很低,而且受地理、昼夜和季节等

4、规律性变化的影响,以及阴晴云雨等随机因素的制约,其辐射强度也不断发生变化,具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性。为了保持供热或供电装置稳定不间断地运行,就需要蓄热装置把太阳能储存起来,在太阳能不足时再释放出来,从而满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。几乎所有用于采暖、供应热水、生产过程用热等的太阳能装置都需要储存热能。即使在外层空间,在地球轨道上运行的航天器由于受到地球阴影的遮挡,对太阳能的接收也存在不连续、间断的特点,因此空间发电系统也需要蓄热系统来维持连续稳定的运行。太阳能蓄热技术包括低温和高温两种。水是低温太阳能蓄热系统普遍使用的蓄

5、热介质,石蜡以及无机水合盐也比较常用;高温太阳能蓄热系统大多使用高温熔化盐类、混合盐类、金属或合金作为蓄热介质。2.2　电力调峰及电热余热储存电力资源的短缺是人类长期面临的问题,但是电力资源的浪费却非常严重,如我国的葛洲坝水利枢纽工程,其高峰与低谷的发电输出功率分别为220万kW和80万kW,用电低谷发不出的电能只有通过放水解决。若能把这部分能源回收,则可大大缓解能源紧张状况。蓄热技术仍是目前回收未并网的小水电、风力发电的一个重要手段。在电厂中采用蓄热装置可以经济地解决高峰负荷,填平需求低谷,以缓冲蓄热方式调节机组负荷更方便。采用蓄热装置可

6、以节约燃料,降低电厂的初投资和燃料费用,提高机组的运行效率和改善机组的运行条件,从而提高电厂的运行效益和改善电厂的利用率,降低排气污染,改善环境。在太阳能电站中,当负荷降低时,利用蓄热装置可以把热能暂时储存起来。由于太阳能自身不可避免的非连续性,蓄热器的放热不仅仅是由于高峰负荷的需要,也可由于供能的不足(日照少或为零),或兼而有之;蓄热器的储热不仅仅是由于负荷降低,也可由于供能过多(日照过多),或兼而有之。因此,蓄热不仅削峰,而且填平了低谷。蓄热技术在核电站中具有更大的吸引力。采用蓄热技术可使反应堆的运行最安全和最经济。对高峰负荷采用核电机

7、组与蓄能相结合的形式可以减少单独的高峰负荷机组的需要量,同样还可减少低效率高峰机组使用的优质燃料(如轻油、煤油、天然气等)。这样核电站可以按基本负荷运行,燃料的温度交变降到最低限度,对燃料元件的损害就可以降到最低。采用蓄热技术,也使得核电站相当大的初投资得到充分的利用。2.3　工业热能储存目前工业热能储存采用的是再生式加热炉和废热蓄能锅炉等蓄能装置。采用蓄热技术来回收储存碱性氧气转炉或电炉的烟气余热以及干法熄焦中的废热,既节约了能源,又减少了空气污染以及冷却、淬火过程中水的消耗量。在造纸和制浆工业中,燃烧废木料的锅炉适应负荷的能力较差,采用

8、蓄热装置后,可以提高其负荷适应能力。在食品工业的洗涤、蒸煮和杀菌等过程中,由于负荷经常发生波动,采用蓄热装置后就能很好地适应这种波动。纺织工业的漂白和染色工艺过程也可采用蓄热装置