固体吸附蓄热技术的研究与开发

    吸附是一种广泛存在的物理化学现象,可分为物理吸附和化学吸附,是许多重要的化工过程的基础.吸附技术在化工领域中已经得到了长期而广泛的应用,主要用于混合物的分离、干燥,制备高纯度的气体及水的净化等方面.将吸附技术应用于能量储存是吸附现象的新应用.

    吸附式蓄热的原理是采用吸附工质对在吸附P解吸循环过程中伴随发生的热效应来进行热量储存和转化,将低谷时期电、太阳能、废热和余热等用来加热吸附剂以便 解吸被吸附的吸附质,同时实现能量储存;在需要的时候(如电网高峰时段)利用吸附过程中的吸附热来释放能量,从而有效利用低谷期电力、太阳能及工业废热、 余热等廉价能源,并在电网负荷高峰时段释放使用.

    1吸附蓄热技术研究慨况

    在吸附剂吸附P解吸吸附质的过程中,伴随着大量的热效应,可以实现制冷、制热、升温等多种目的.吸附现象在能源方面应用的研究最早的是1848年 Faraday发现氯化银吸附氨产生的制冷现象,即吸附式制冷.近20年来,国内外陆续开展了利用吸附过程进行制冷的研究工作,国外的吸附制冷研究已经不 少,典型的如英国的Critoph[1],意大利的Cacciola[2],美国的Shelton[3],白俄罗斯的Vasililiev[4]等人;国 内这方面的研究相对起步较晚,华南理工大学的谭盈科等[5]和南京大学的严爱珍等[6]在20世纪80年代开始对吸附制冷进行研究,其后朱东生[7]、王 如竹[8]、林贵平[9]、陈砺[10]、李定宇[11]等人做了大量的工作.

    Tahat[12]对SiO₂对水的吸附性能进行了试验研究,理论上探讨了将其用于蓄热或蓄冷的可行 性.Mugnier等[13]从理论上分析了几种吸附工质对用于储能时的蓄冷量,对吸收式蓄冷、吸附式蓄冷和相变材料蓄冷进行了比较,认为化学吸附式蓄冷 具有最大的蓄冷量.王如竹[14]等对这种吸附式蓄冷方式进行了热力学分析,以沸石-水作为吸附工质对研究了影响吸附式蓄冷的蓄冷量和放冷过程的因素,并 对绝热放冷和冷却放冷进行了计算模拟及实验研究,计算模拟单位质量沸石的最大蓄冷量为652 kJPkg(蒸发温度为0℃时),测试结果与计算结果一致,而显热蓄冷中水蓄冷在水温每变化1℃的蓄冷量为4.2 kJPkg,利用水的相变潜热蓄冷量为334 kJPkg,因此吸附蓄冷的蓄冷量比利用显热蓄冷的蓄冷量要大得多.

    吸附式蓄热是吸附现象在能源利用方面一个新的研究领域,文献报道不多.吸附蓄热技术能否得到广泛应用取决于两个方面的因素:吸附蓄热工质对的研究和蓄热床的传热传质强化.

    2吸附蓄热工质对的研究

    吸附蓄热工质对的选择是关系到系统性能的重要因素之一.吸附式蓄热是利用固体吸附剂交替吸附、解吸吸附质来实现的,通过优化选择吸附剂-吸附质工质对,可 以增大单位质量工质的蓄热量,提高系统性能系数.通常要求吸附质满足:单位体积蒸发潜热大;良好的热稳定性;工作压力适中;无毒,无污染,价格便宜等.对 吸附剂要求:比表面积大;对相应的吸附质的吸附循环量大和吸附速度快;传热传质性能好;价格便宜和能反复使用等.