申请/专利权人：华南理工大学

申请日：2019-04-16

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN110030049B

主分类号：F01K11/02

分类号：F01K11/02;F01K25/10;F01D15/10;F24S60/20;C01C1/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2019.08.13#实质审查的生效;2019.07.19#公开

摘要：本发明涉及太阳能利用技术领域，公开了一种氨基太阳能热化学循环发电系统，包括分解单元、储能单元、放热单元和发电单元；所述储能单元包括高压储存罐、氨原料罐和给氨泵；所述氨原料罐通过给氨泵与高压储存罐的液氨进口连接，所述高压储存罐的液氨出口和进气口均与分解单元连接；所述高压储存罐的排气口和回料口均与放热单元连接；分解单元中发生分解反应反应生成的混合气体进入高压储存罐中，当需要电能时，高压储存罐中的混合气体进入合成反应器中，发生合成反应生成高温高压气体从而驱动发电单元发电。本发明还公开了一种氨基太阳能热化学循环发电系统的工作方法。其有益效果在于：本系统高效环保，反应产物无腐蚀性无污染。

主权项：1.一种氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：包括分解单元、储能单元、放热单元和发电单元；所述储能单元包括高压储存罐、氨原料罐和给氨泵；所述高压储存罐具有液氨进口、液氨出口、进气口、排气口和回料口；所述氨原料罐通过给氨泵与高压储存罐的液氨进口连接，所述高压储存罐的液氨出口和进气口均与分解单元连接；所述高压储存罐的排气口和回料口均与放热单元连接；所述分解单元包括碟式聚光镜、分解反应器和第一逆流换热器；所述碟式聚光镜的聚光中心与分解反应器连接，所述分解反应器的出料端与第一逆流换热器的热端进口连接，所述第一逆流换热器的热端出口与高压储存罐的进气口连接，所述高压储存罐的液氨出口与第一逆流换热器的冷端进口连接，所述第一逆流换热器的冷端出口与分解反应器的进料端连接；所述放热单元包括压缩机、第二逆流换热器、合成反应器和透平机；所述高压储存罐的排气口通过压缩机与第二逆流换热器的冷端进口连接，所述第二逆流换热器的冷端出口与合成反应器的进料端连接，所述合成反应器的出料端与透平机的输入端连接，所述透平机的输出端和第二逆流换热器的热端进口均与发电单元连接，所述第二逆流换热器的热端出口与高压储存罐的回料口连接；所述储能单元还包括阀体，所述第一逆流换热器的热端出口与高压储存罐的进气口之间和所述高压储存罐的液氨出口与第一逆流换热器的冷端进口之间均安装有阀体。

全文数据：一种氨基太阳能热化学循环发电系统及其工作方法技术领域本发明涉及太阳能利用技术领域，具体涉及一种氨基太阳能热化学循环发电系统及其工作方法。背景技术21世纪，人类行为导致的温室效应等环境问题已成为如今人类共同面对的难题。太阳能是一种非常有潜力的清洁能源，人们对于太阳能储能和运用的探索早在上个世纪就已开始。太阳能储能可分为显热、潜热、热化学三种方式，目前显热储能运用最为广泛，而热化学储能因为其独到的优势一直倍受关注。太阳能热化学储能是利用太阳能热推动可逆化学反应进行，进而实现能量的储存与利用。相比于另外两种储能方式，热化学储能无需绝热保温，具有更高的能量密度并且方便输送的显著优点。目前，太阳能热化学储能发电还远远没有达到大规模商用规模，但各方技术的不断发展使其发电成本不断下降，而氨基太阳能发电能够借助已十分成熟的合成氨工业，具有广阔的应用前景。因此设计出一种经济效益高且高效环保氨基太阳能发热化学发电系统对大规模商用具有相当重要的意义。发明内容本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，高效环保的氨基太阳能热化学循环发电系统。本发明的另一目的在于提供一种氨基太阳能热化学循环发电系统的工作方法。本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种氨基太阳能热化学循环发电系统，包括分解单元、储能单元、放热单元和发电单元；所述储能单元包括高压储存罐、氨原料罐和给氨泵；所述高压储存罐具有液氨进口、液氨出口、进气口、排气口和回料口；所述氨原料罐通过给氨泵与高压储存罐的液氨进口连接，所述高压储存罐的液氨出口和进气口均与分解单元连接；所述高压储存罐的排气口和回料口均与放热单元连接；所述分解单元包括碟式聚光镜、分解反应器和第一逆流换热器；所述碟式聚光镜的聚光中心与分解反应器连接，所述分解反应器的出料端与第一逆流换热器的热端进口连接，所述第一逆流换热器的热端出口与高压储存罐的进气口连接，所述高压储存罐的液氨出口与第一逆流换热器的冷端进口连接，所述第一逆流换热器的冷端出口与分解反应器的进料端连接；所述放热单元包括压缩机、第二逆流换热器、合成反应器和透平机；所述高压储存罐的排气口通过压缩机与第二逆流换热器的冷端进口连接，所述第二逆流换热器的冷端出口与合成反应器的进料端连接，所述合成反应器的出料端与透平机的输入端连接，所述透平机的输出端和第二逆流换热器的热端进口均与发电单元连接，所述第二逆流换热器的热端出口与高压储存罐的回料口连接。进一步地，所述发电单元包括余热锅炉、给水泵、蒸汽轮机、第一发电机和第二发电机；所述透平机的输出端分别与第一发电机和余热锅炉的热量进口连接，所述余热锅炉的余热出口与第二逆流换热器的热端进口连接，所述给水泵与余热锅炉的进水口连接，所述余热锅炉的出水口与蒸汽轮机的输入端连接，所述蒸汽轮机的输出端与第二发电机连接。进一步地，所述储能单元还包括变压罐和扩充泵，所述高压储存罐还具有增压口，所述变压罐通过扩充泵与高压储存罐的增压口连接。进一步地，所述储能单元还包括阀体，所述第一逆流换热器的热端出口与高压储存罐的进气口之间和所述高压储存罐的液氨出口与第一逆流换热器的冷端进口之间均安装有阀体。进一步地，所述液氨进口和液氨出口均位于高压储存罐的底端，所述进气口、排气口、回料口和增压口均位于液压进口和液氨出口的上方，所述增压口与排气口相对设置。进一步地，所述分解反应器包括进口管道、入射窗、出口管道、螺旋盘管、保温层和中空壳体；所述螺旋盘管沿中空壳体的长度方向盘绕于中空壳体中，所述螺旋盘管的进口端通过进口管道与第一逆流换热器的冷端出口连接，所述螺旋盘管的出口端通过出口管道与第一逆流换热器的热端进口连接，所述入射窗设置于中空壳体的一端面，且螺旋盘管的出口端靠近此端面，所述碟式聚光镜的聚光中心与入射窗连接，所述保温层包裹于进口管道、出口管道和中空壳体的外表面。进一步地，还包括固定支架，所述固定支架沿中空壳体的长度方向设置于中空壳体的内腔中，且靠近中空壳体的内壁，所述螺旋盘管盘绕于固定支架。进一步地，所述中空壳体包括相连通的第一壳体和第二壳体；所述第一壳体和第二壳体均呈圆台型，所述第一壳体的长度小于第二壳体，所述第一壳体的底面与第二壳体的圆台面连通，所述螺旋盘管沿第二壳体的长度方向盘绕在第二壳体中，所述入射窗安装于第一壳体的圆台面，所述进口管道穿过第二壳体与螺旋盘管的进口端连接，所述出口管道穿过第二壳体与螺旋盘管的出口端连接。进一步地，所述合成反应器包括底座、流体反应段和流体输出段；所述底座安装于流体反应段的一端，所述第二逆流换热器的冷端出口与底座连接，所述流体反应段的另一端与流体输出段的一端连接，所述流体输出段的另一端与透平机连接。进一步地，所述流体反应段包括第一圆环壳体、第二圆环壳体、隔热层和若干条反应管；所述第二圆环壳体设置于第一圆环壳体的内腔中，若干条所述反应管均匀分布于第一圆环壳体和第二圆环壳体之间，所述第一圆环壳体和第二圆环壳体的一端均与底座连接，若干条所述反应管的一端均与底座连通，所述第一圆环壳体和第二圆环壳体的另一端均与流体输出段连接，若干条所述反应管的另一端均与流体输出段连通，所述隔热层填充于第一圆环壳体和第二圆环壳体之间。进一步地，所述流体输出段包括若干条多孔圆柱管和若干个空心圆柱壳体；所述多孔圆柱管与空心圆柱壳体一一对应，且所述多孔圆柱管设置于空心圆柱壳体的内腔中，各个所述空心圆柱壳体的一端均与流体反应段连接，且所述流体反应段通过多孔圆柱管与空心圆柱壳体连通，各个所述空心圆柱壳体的另一端均与透平机连接。进一步地，所述底座包括进气管、分流室和送气管；所述分流室具有一个进口和若干个出口，所述第二逆流换热器的冷端出口通过进气管与分流室的进口连接，所述分流室的出口与送气管的一端一一对应连接，所述送气管的另一端与反应管一一对应连接。一种氨基太阳能热化学循环发电系统的工作方法，包括如下步骤，日照充足时，碟式聚光镜聚集太阳光，为分解反应器提供500-700℃高温环境，高压储存罐中的液态氨输送至第一逆流换热器中，经预热后进入分解反应器中，分解反应器中发生分解反应：2NH3+ΔH→N2+3H2，实现太阳能-化学能的转换，反应产物经第一逆流换热器为即将进入分解反应器中的液态氨预热后，输送至高压储罐储存，实现太阳能的储存；需要进行能量供应时，启动压缩机，高压储存罐中的H2，N2被压至高压后进入第二逆流换热器预热，随后进入合成反应器，进行合成反应：3H2+N2→2NH3+ΔH，反应产生的高温高压气态NH3直接进入透平机中做功，驱动第一发电机发电，即直接推动Brayton循环实现化学能-机械能转化，做功完毕的反应产物进入余热锅炉，反应产物的余热与给水泵的水进行换热，产生热蒸汽推动蒸汽轮机做功，通过蒸汽轮机驱动第二发电机发电，完成一个次级的Rankine循环，最后的反应产物经过第二逆流换热器为即将进入合成反应器中的H2，N2预热后，以接近环境的温度回到高压储罐中，完成闭式循环。本发明的原理为：本发明中的合成反应自身是一个放热反应，合成反应器可以作为Brayton循环中的燃烧室，即直接利用高温的反应产物进入透平机做功进而实现发电，氨合成反应的高压也为直接输出模式提供了便利。完成Brayton循环后，反应物通过余热锅炉与水换热产生过热蒸汽，推动次级Rankine循环进行发电，二者组成联合循环实现了能量梯级利用，提高了整个系统的效率。直接输出模式和传统的Rankine模式相比具有更高的效率，同时有着更低的发电成本，此外，采用氨作为反应体系将Brayton循环产生的余热作进一步利用于次级Rankine循环，通过余热锅炉与水换热产生过热蒸汽，推动蒸汽轮机再一次实现发电，组成双轴联合循环，提高了整个系统的效率。本发明相对于现有技术具有如下优点：1、本发明中采用氨基热化学储能系统，其具有以下优点：1反应可逆性好；2可以参考合成氨工业已有的丰富经验；3由于自动相分离性质免去了额外的分离设备；4没有腐蚀性，无污染输出模式效率更优；本发明中的碟式抛物面聚光镜的聚光比能达到1000以上，有聚焦温度高，适合分布应用的优点，能与氨基太阳能发电系统很好地结合在一起，高效地推动氨分解反应的发生；本储能系统中的直接输出模式相比于传统模式，能多产生50％以上的电力，同时将余热用于推动次级的Rankine循环，二者组成多轴联合循环系统实现能量梯级利用，提高了整个系统的效率，整个反应的产物无腐蚀性无污染，对减少温室气体排放具有显著的意义。2、本发明中的分解反应器和合成反应器的均采用腔体设计，节约了材料成本；其中，分解反应器采用两个相连通的空心圆台，不但节约生产成本，还大大提高了太阳能的利用效率，加快反应进程；合成反应器具有若干条反应管，反应管的半径小不但可以节省反应壁的材料成本，同时更多的反应管数加大了反应接触面积，在反应管横截面不变的情况下，压力降与反应管的长度成正比，多条反应管道相对单条管道具有更好的增压性能。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1示出了根据本发明的氨基太阳能热化学循环发电系统的结构示意图；图2示出了根据本发明的分解反应器的结构示意图；图3示出了根据本发明的合成反应器的结构示意图；图4示出了根据本发明的合成反应器中底座与流体反应段连接的结构示意图；图5示出了根据本发明的流体反应段的轴侧图；图6示出了根据本发明的流体反应段的截面图；图中，1为高压储存罐；2为氨原料罐；3为给氨泵；4为碟式聚光镜；5为分解反应器；6为第一逆流换热器；7为压缩机；8为第二逆流换热器；9为合成反应器；10为透平机；11为余热锅炉；12为给水泵；13为蒸汽轮机；14为第一发电机；15为第二发电机；16为变压罐；17为扩充泵；18为阀体；19为入射窗；20为进口管道；21为出口管道；22为螺旋盘管；23为中空壳体；24为保温层；25为第一壳体；26为第二壳体；27为底座；28为流体反应段；29为流体输出段；30为第一圆环壳体；31为第二圆环壳体；32为隔热层；33为反应管；34为多孔圆柱管；35为空心圆柱壳体；36为进气管；37为分流室；38为送气管；39为固定支架；40为法兰盘。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示的氨基太阳能热化学循环发电系统，包括分解单元、储能单元、放热单元和发电单元；所述储能单元包括高压储存罐1、氨原料罐2和给氨泵3；所述高压储存罐1具有液氨进口、液氨出口、进气口、排气口和回料口；所述氨原料罐2通过给氨泵3与高压储存罐1的液氨进口连接，所述高压储存罐1的液氨出口和进气口均与分解单元连接；所述高压储存罐1的排气口和回料口均与放热单元连接。高压储存罐1中储存气液两相反应物，由于气液自动分离的性质而无需额外分离装置。给氨泵3将氨原料罐2中的液氨输送到系统中，调节整个系统中液氨的比例。还包括变压罐16和扩充泵17，所述高压储存罐1还具有增压口，所述变压罐16通过扩充泵17与高压储存罐1的增压口连接。变压罐16通过扩充泵17连接高压储存罐1，维持高压储存罐1压力的稳定。还包括阀体18，所述第一逆流换热器6的热端出口与高压储存罐1的进气口之间和所述高压储存罐1的液氨出口与第一逆流换热器6的冷端进口之间均安装有阀体18，通过阀体18开关实现高压储存罐1中流体的运输并控制反应进程。因高压储存罐1中存储液氨、氮气和氢气，液氨、氮气和氢气因自身密度气液自动分离。液氨进口和液氨出口均位于高压储存罐1的底端，此设置便于液氨的输送，所述进气口、排气口、回料口和增压口均位于液压进口和液氨出口的上方，所述增压口与排气口相对设置，此设置便于气体的输送，提高系统的工作效率。所述分解单元包括碟式聚光镜4、分解反应器5和第一逆流换热器6；所述碟式聚光镜4的聚光中心与分解反应器5连接，所述分解反应器5的出料端与第一逆流换热器6的热端进口连接，所述第一逆流换热器6的热端出口与高压储存罐1的进气口连接，所述高压储存罐1的液氨出口与第一逆流换热器6的冷端进口连接，所述第一逆流换热器6的冷端出口与分解反应器5的进料端连接。分解反应器5中常存有液氨，以保证反应可随时进行。碟式聚光镜4为液氨的分解反应提供500～700℃的高温环境。液态氨在分解反应器5中吸收太阳能热发生分解反应：2NH3→3H2+N2+ΔH，反应产物含有大量的热，当反应产物流经第一逆流换热器6时为即将进入分解反应器5中的液氨预热。所述放热单元包括压缩机7、第二逆流换热器8、合成反应器9和透平机10；所述高压储存罐1的排气口通过压缩机7与第二逆流换热器8的冷端进口连接，所述第二逆流换热器8的冷端出口与合成反应器9的进料端连接，所述合成反应器9的出料端与透平机10的输入端连接，所述透平机10的输出端和第二逆流换热器8的热端进口均与发电单元连接，所述第二逆流换热器8的热端出口与高压储存罐1的回料口连接。所述发电单元包括余热锅炉11、给水泵12、蒸汽轮机13、第一发电机14和第二发电机15；所述透平机10的输出端分别与第一发电机14和余热锅炉11的热量进口连接，所述余热锅炉11的余热出口与第二逆流换热器8的热端进口连接，所述给水泵12与余热锅炉11的进水口连接，所述余热锅炉11的出水口与蒸汽轮机13的输入端连接，所述蒸汽轮机13的输出端与第二发电机15连接。合成反应器9中发生合成反应：3H2+N2→2NH3。余热锅炉11的余热出口排出的反应产物还具有少量热量，其流经第二逆流换热器8时为即将进入合成反应器9的H2，N2预热。本系统中将工作流体直接输出用于推动Brayton循环，接着与一个次级的Rankine循环联合实现循环发电。具体工作时，碟式聚光镜4聚集太阳光使分解反应器5达到700℃高温，分解反应器5中的液态氨在高温及催化剂的作用下分解产生H2和N2，分解产物经第一逆流换热器6与即将进入分解反应器5中的液态氨换热，随后以接近环境的温度输送至高压储存罐1中；需要发电时，高压储存罐1中的H2和N2经压缩机7压至高压，在第二逆流换热器8中预热后进入合成反应器9，在合成反应器9中催化剂的作用下发生合成反应，生成高温气态氨，高温气态氨直接进入透平机10做功直接推动Brayton循环，驱动第一发电机发电；随后损失一部分热量的高温气态氨进入余热锅炉11，与水换热后产出过热蒸汽，推动蒸汽轮机13完成一个次级的Rankine循环，驱动第二发电机发电，二者完成双轴联合循环；最后的气态氨经第二逆流换热器8与即将进入合成反应器9的H2和N2换热后回到高压储存罐1中，完成闭式循环。本系统实现了直接输出模式与联合循环模式在氨基太阳能发电领域的应用，采用直接推动Brayton循环的模式相比传统Rankine循环模式输出效率更高，Brayton循环-Rankine循环组成的联合循环更加有效地利用余热，进一步提高整个系统效率，在太阳能热发电的运用中有着广阔的前景。其中Brayton循环指勃朗登循环，Rankine循环指朗肯循环如图2所示，所述分解反应器5包括进口管道20、入射窗19、出口管道21、螺旋盘管22、保温层24和中空壳体23；所述螺旋盘管22沿中空壳体23的长度方向盘绕于中空壳体23中，所述螺旋盘管22的进口端通过进口管道20与第一逆流换热器6的冷端出口连接，所述螺旋盘管22的出口端通过出口管道21与第一逆流换热器6的热端进口连接，所述入射窗设置于中空壳体23的一端面，且螺旋盘管22的出口端靠近此端面，所述碟式聚光镜4的聚光中心与入射窗19连接，所述保温层24包裹于进口管道20、出口管道21和中空壳体23的外表面。保温层24采用保温材料以减少进口管道20、出口管道21和中空壳体23的热损失。液氨通过进口管道20进入螺旋盘管22，螺旋盘管22中具有推动反应的催化剂，如氧化铝等，液态氨在高温及催化剂作用下发生分解反应：2NH3→N2+3H2，反应产物从出口管道21进入高压储存罐1中存储起来。通过螺旋盘管实现了螺旋进料的方式，研究表明螺旋结构可改善反应介质的流动和传热行为，同时发现辐射传热为分解反应器内传热的主要形式，采用螺旋管道能够进一步提高太阳能-化学能转化效率。还包括固定支架39，所述固定支架39沿中空壳体23的长度方向设置于中空壳体23的内腔中，并靠近中空壳体23的内壁，所述螺旋盘管22盘绕在固定支架39上。所述中空壳体23包括相连通的第一壳体25和第二壳体26；所述第一壳体25和第二壳体26均呈圆台型，且所述第一壳体25的长度小于第二壳体26，所述第一壳体25的底面与第二壳体26的圆台面连通，所述固定支架39设置在第二壳体26中，通过固定支架39，螺旋盘管22沿第二壳体26长度方向盘旋安装于第二壳体中并贴近第二壳体26的内壁，螺旋盘管22也可进入第一壳体25中，所述入射窗19安装于第一壳体25的圆台面，所述螺旋盘管22的出口端靠近第二壳体26的圆台面，所述螺旋盘管22的进口端靠近第二壳体26的底面，所述进口管道20穿过第二壳体26与螺旋盘管22的进口端连接，所述出口管道21穿过第二壳体26与螺旋盘管22的出口端连接。其中第二壳体26的长度、圆台面直径和底面直径均大于第一壳体25，此设置是为了第二壳体26的内腔中能够安装更多的螺旋盘管22，以使液态氨的分解反应更充分，提高整个系统的反应效率。第一壳体25的底面直径与第二壳体26的圆台面直径相等，第一壳体25的圆台面直径与入射窗19的尺寸匹配，此设置使得分解反应器5的结构紧凑，便于入射窗19、进口管道20、出口管道21和保温层的24安装。中空壳体由两个相连通的中空圆台组成能有效提高阳光的入射率，第一壳体25相当于一个聚光孔，将太阳光的能量聚集到第二壳体26中，从而加快螺旋盘管22中的反应速率。第一壳体25和第二壳体26均为空心圆台，此设计不但节约了材料成本，还提高了太阳能的利用率，加快螺旋盘管22中的分解反应进程。如图3-图6所示，所述合成反应器9包括底座27、流体反应段28和流体输出段29；所述底座27安装于流体反应段28的一端，所述第二逆流换热器8的冷端出口与底座27连接，所述流体反应段28的另一端与流体输出段29的一端连接，所述流体输出段29的另一端与透平机10连接。流体反应段28、流体输出段29和透平机10位于同一轴线上，且流体反应段28与流体输出段29之间和流体输出段29与透平机之间均采用法兰盘40连接，采用法兰盘便于拆卸，提高了后期维护的工作效率。所述流体反应段28包括第一圆环壳体30、第二圆环壳体31、隔热层32和十二条反应管33；所述第二圆环壳体31设置于第一圆环壳体30的内腔中，十二条反应管33均匀分布于第一圆环壳体30和第二圆环壳体31之间，所述第一圆环壳体30和第二圆环壳体31的一端均通过法兰盘40与底座27连接，十二条所述反应管33的一端分别与底座27中的送气管38对应连通，所述第一圆环壳体30和第二圆环壳体31的另一端均通过法兰盘40与流体输出段29连接，十二条所述反应管33的另一端分别与流体输出段29的多孔圆柱管34连通，所述隔热层32填充于第一圆环壳体30和第二圆环壳体31之间。十二条反应管均被包裹在隔热层内，以减少热损失。采用十二条反应管不但可节约材料成本，还提高了混合气体与反应管内催化床的接触面积，有效提高反应效率，同时，在反应管横截面不变的情况下，压力降与反应管的长度成正比，多条反应管道相对单条管道具有更好的增压性能，使得反应生成高温高压的气态氨，有助于提高透平机的做功效率。所述流体输出段29包括十二条多孔圆柱管34和十二条空心圆柱壳体35；所述多孔圆柱管34与空心圆柱壳体35一一对应，且所述多孔圆柱管34设置于空心圆柱壳体35的内腔中，各个所述空心圆柱壳体35的一端通过法兰盘40与第一圆环壳体30和第二圆环壳体31连接，且所述反应管33通过多孔圆柱管34与空心圆柱壳体35连通，各个所述空心圆柱壳体35的另一端均与透平机10连接。反应管33中生成的高温高压气态氨通过多孔圆柱管34进入到空心圆柱壳体35中，采用多孔圆柱管34可增大出气口的面积，提高高温高压气态氨的流速，提高透平机10的做功效率。所述底座27包括进气管36、分流室37和十二条送气管38；所述分流室37具有一个进口和十二个出口，所述第二逆流换热器8的冷端出口通过进气管36与分流室37的进口连接，所述分流室37的出口与送气管38的一端一一对应连接，所述送气管38的另一端与反应管33一一对应连接。反应管33内具有催化床催化床中的催化剂为镍、氧化铁等，经底座27的送气管38进入反应管33中的H2和N2在催化剂的作用下发生合成反应并放出大量的热，反应温度可迅速达到650℃左右，反应生成的高温高压气态氨经多孔圆柱管34的气孔排至空心圆柱壳体35中，并进入透平机10中做功。一种氨基太阳能热化学循环发电系统的工作方法，包括如下步骤，日照充足时，碟式聚光镜4聚集太阳光，为分解反应器5提供700℃高温环境，高压储存罐1中的液态氨经第一逆流换热器8预热后输送至分解反应器5中，分解反应器5中发生分解反应：2NH3+ΔH→N2+3H2，理论上每摩尔NH3可以吸收66.7KJ能量，实现太阳能-化学能的转换，反应产物经第一逆流换热器6为即将进入分解反应器5中的液态氨预热后，输送至高压储存罐1储存，实现太阳能的储存；需要进行能量供应时，启动压缩机7，高压储存罐1中的H2，N2被压至高压后进入第二逆流换热器8预热，随后进入合成反应器9中合成反应器9兼具了Brayton循环的燃烧室功能，发生合成反应：3H2+N2→2NH3+ΔH，理论上每合成1molNH3释放66.7KJ能量，反应产生的高温高压气态氨直接进入透平机10中做功，驱动第一发电机14发电，即直接推动Brayton循环实现化学能-机械能转化，做功完毕的反应产物进入余热锅炉11，反应产物的余热与水进行换热，产生热蒸汽推动蒸汽轮机13做功，通过蒸汽轮机13驱动第二发电机15发电，完成一个次级的Rankine循环，最后的反应产物经过第二逆流换热器8为即将进入合成反应器中的H2，N2预热后，以接近环境的温度回到高压储存罐1中，完成闭式循环。本发明中利用合成反应的产物直接推动Brayton循环，再将余热用于Rankine循环，二者组成联合循环。压缩机7将N2，H2压至高压，再经过第二逆流换热器8预热后进入合成反应器9，合成反应器9利用了合成反应迅速释放大量热的性质替代了Brayton循环中燃烧室的职能，生成的高温高压气态NH3直接进入透平机10中做功完成Brayton循环，驱动第一发电机14发电；反应产物再通过余热锅炉11与水换热产生过热蒸汽，推动蒸汽轮机13完成Rankine循环，驱动第二发电机15发电，最后产物流经第二逆流换热器8以接近环境的温度回到高压储存罐1中完成闭式循环。经过实验表明，本发明所采用直接输出系统不仅有着可观的储能密度，在成本和反应效率方面也更优于传统的单依靠Rankine循环进行输出的系统。整个反应过程易控制，无污染无腐蚀性，同时反应设备设计可以借鉴成熟的合成氨工业。上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：包括分解单元、储能单元、放热单元和发电单元；所述储能单元包括高压储存罐、氨原料罐和给氨泵；所述高压储存罐具有液氨进口、液氨出口、进气口、排气口和回料口；所述氨原料罐通过给氨泵与高压储存罐的液氨进口连接，所述高压储存罐的液氨出口和进气口均与分解单元连接；所述高压储存罐的排气口和回料口均与放热单元连接；所述分解单元包括碟式聚光镜、分解反应器和第一逆流换热器；所述碟式聚光镜的聚光中心与分解反应器连接，所述分解反应器的出料端与第一逆流换热器的热端进口连接，所述第一逆流换热器的热端出口与高压储存罐的进气口连接，所述高压储存罐的液氨出口与第一逆流换热器的冷端进口连接，所述第一逆流换热器的冷端出口与分解反应器的进料端连接；所述放热单元包括压缩机、第二逆流换热器、合成反应器和透平机；所述高压储存罐的排气口通过压缩机与第二逆流换热器的冷端进口连接，所述第二逆流换热器的冷端出口与合成反应器的进料端连接，所述合成反应器的出料端与透平机的输入端连接，所述透平机的输出端和第二逆流换热器的热端进口均与发电单元连接，所述第二逆流换热器的热端出口与高压储存罐的回料口连接。2.根据权利要求1所述的氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：所述发电单元包括余热锅炉、给水泵、蒸汽轮机、第一发电机和第二发电机；所述透平机的输出端分别与第一发电机和余热锅炉的热量进口连接，所述余热锅炉的余热出口与第二逆流换热器的热端进口连接，所述给水泵与余热锅炉的进水口连接，所述余热锅炉的出水口与蒸汽轮机的输入端连接，所述蒸汽轮机的输出端与第二发电机连接。3.根据权利要求1所述的氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：所述储能单元还包括变压罐和扩充泵，所述高压储存罐还具有增压口，所述变压罐通过扩充泵与高压储存罐的增压口连接。4.根据权利要求1所述的氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：所述分解反应器包括入射窗、进口管道、出口管道、螺旋盘管、保温层和中空壳体；所述螺旋盘管沿中空壳体的长度方向盘绕于中空壳体中，所述螺旋盘管的进口端通过进口管道与第一逆流换热器的冷端出口连接，所述螺旋盘管的出口端通过出口管道与第一逆流换热器的热端进口连接，所述入射窗设置于中空壳体的一端面，所述碟式聚光镜的聚光中心与入射窗连接，所述保温层包裹于进口管道、出口管道和中空壳体的外表面。5.根据权利要求4所述的氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：还包括固定支架，所述固定支架沿中空壳体的长度方向设置于中空壳体的内腔中，且靠近中空壳体的内壁，所述螺旋盘管盘绕于固定支架。6.根据权利要求4所述的氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：所述中空壳体包括相连通的第一壳体和第二壳体；所述第一壳体和第二壳体均呈圆台型，所述第一壳体的长度小于第二壳体，所述第一壳体的底面与第二壳体的圆台面连通，所述螺旋盘管沿第二壳体的长度方向盘绕在第二壳体中，所述进口管道穿过第二壳体与螺旋盘管的进口端连接，所述出口管道穿过第二壳体与螺旋盘管的出口端连接，所述入射窗安装于第一壳体的圆台面。7.根据权利要求1所述的氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：所述合成反应器包括底座、流体反应段和流体输出段；所述底座安装于流体反应段的一端，所述第二逆流换热器的冷端出口与底座连接，所述流体反应段的另一端与流体输出段的一端连接，所述流体输出段的另一端与透平机连接。8.根据权利要求7所述的氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：所述流体反应段包括第一圆环壳体、第二圆环壳体、隔热层和若干条反应管；所述第二圆环壳体设置于第一圆环壳体的内腔中，若干条所述反应管均匀分布于第一圆环壳体和第二圆环壳体之间，所述第一圆环壳体和第二圆环壳体的一端均与底座连接，若干条所述反应管的一端均与底座连通，所述第一圆环壳体和第二圆环壳体的另一端均与流体输出段连接，若干条所述反应管的另一端均与流体输出段连通，所述隔热层填充于第一圆环壳体和第二圆环壳体之间。9.根据权利要求7所述的氨基太阳能热化学循环发电系统，其特征在于：所述流体输出段包括若干条多孔圆柱管和若干个空心圆柱壳体；所述多孔圆柱管与空心圆柱壳体一一对应，且所述多孔圆柱管设置于空心圆柱壳体的内腔中，各个所述空心圆柱壳体的一端均与流体反应段连接，且所述流体反应段通过多孔圆柱管与空心圆柱壳体连通，各个所述空心圆柱壳体的另一端均与透平机连接。10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的氨基太阳能热化学循环发电系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：日照充足时，碟式聚光镜聚集太阳光，为分解反应器提供500-700℃高温环境，高压储存罐中的液态氨输送至第一逆流换热器中，经预热后进入分解反应器中，分解反应器中发生分解反应：2NH3+ΔH→N2+3H2，实现太阳能-化学能的转换，反应产物经第一逆流换热器为即将进入分解反应器中的液态氨预热后，输送至高压储罐储存，实现太阳能的储存；需要进行能量供应时，启动压缩机，高压储存罐中的H2，N2被压至高压后进入第二逆流换热器预热，随后进入合成反应器，进行合成反应：3H2+N2→2NH3+ΔH，反应产生的高温高压气态NH3直接进入透平机中做功，驱动第一发电机发电，即直接推动Brayton循环实现化学能-机械能转化，做功完毕的反应产物进入余热锅炉，反应产物的余热与给水泵的水进行换热，产生热蒸汽推动蒸汽轮机做功，通过蒸汽轮机驱动第二发电机发电，完成一个次级的Rankine循环，最后的反应产物经过第二逆流换热器为即将进入合成反应器中的H2，N2预热后，以接近环境的温度回到高压储罐中，完成闭式循环。

百度查询： 华南理工大学 一种氨基太阳能热化学循环发电系统及其工作方法

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