：

1.本發(fā)明涉及一種用于高溫傳熱蓄熱的混合熔鹽的配方，屬于高新技術(shù)中物理傳熱儲能技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

：

2.由于太陽能熱發(fā)電可與低成本大規(guī)模的蓄熱技術(shù)結(jié)合，可提供穩(wěn)定的高品質(zhì)電能，克服了風(fēng)力和光伏電站由于無法大規(guī)模使用蓄電池而造成輸電品質(zhì)差，對電網(wǎng)沖擊大的缺陷，被認(rèn)為是可再生能源發(fā)電中最有前途的發(fā)電方式之一，有可能成為將來的主力能源。

3.目前，在技術(shù)成熟的槽式太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，商業(yè)化電站均采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，這導(dǎo)致電站大規(guī)模化裝機(jī)成本高、工作溫度低、系統(tǒng)壓力大、可靠性低、導(dǎo)熱油壽命短、成本高，最終只能達(dá)到14％的年平均發(fā)電效率。

4.塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)一般采用水蒸氣或空氣作為傳熱工質(zhì)。水蒸氣和空氣高溫下傳熱系數(shù)低且不均勻、系統(tǒng)壓力非常高等缺點(diǎn)，這很大程度上降低了系統(tǒng)的可靠性，提高了系統(tǒng)投資和后期維護(hù)成本。

5.熔融鹽作為傳熱蓄熱材料已廣泛應(yīng)用于能源、動(dòng)力、石化、冶金、材料等行業(yè)。但單一組分的熔融鹽熔點(diǎn)太高，無法滿足傳熱工質(zhì)對低熔點(diǎn)的需求，通過科學(xué)混合各類組分的方式，可以形成共晶混合熔融鹽，且共晶混合熔融鹽的熔點(diǎn)顯著降低，能夠在較寬的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)保持組分穩(wěn)定、熱物性均勻。因此采用適宜的熔融鹽作為傳熱蓄熱介質(zhì)，可以有效提升太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的性能。具體體現(xiàn)在：首先，熔融鹽工作溫度較導(dǎo)熱油等介質(zhì)高出100℃左右，使得系統(tǒng)發(fā)電效率得以提高；其次，由于熔融鹽的工作壓力(約2個(gè)大氣壓左右)遠(yuǎn)低于導(dǎo)熱油等介質(zhì)的壓力(10

?

20大氣壓)，使得太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的可靠性得到提高；第三，采用熔融鹽作為傳熱蓄熱介質(zhì)，同高溫導(dǎo)熱油相比，全壽命可由2年左右提高到20年以上，價(jià)格可由2

?

3萬元/噸降至1萬元/噸以下；第四，熔融鹽蓄熱是解決太陽能熱發(fā)電蓄熱問題的主要手段。

6.目前，熔鹽作為傳熱蓄熱介質(zhì)已經(jīng)在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。例如美國加利福尼亞州的solar two和西班牙的andasol太陽能電站均采用solar salt(60wt％nano3+40 wt％kno3)作為傳熱蓄熱介質(zhì)。該種混合熔鹽具有良好的熱穩(wěn)定性和低廉的成本，但是它的熔點(diǎn)高達(dá)220℃，這對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性提出了考驗(yàn)。具有較低熔點(diǎn)(143℃)的hitec 鹽(7wt％nano3+53wt％kno3+40wt％nano2)被應(yīng)用在工業(yè)傳熱中。該種混合熔鹽在 454℃以下具有熱穩(wěn)定性，可以短時(shí)間運(yùn)行到538℃，但是必須使用氮?dú)獗Ｗo(hù)來防止亞硝酸鹽組分的緩慢氧化。已開發(fā)出的kno3?

nano3?

lino3?

ca(no3)2熔鹽體系隨著市面上硝酸鋰價(jià)格的大幅度上漲，成本大大提高。相對于熔點(diǎn)為13℃的導(dǎo)熱油，現(xiàn)用熔鹽的主要缺點(diǎn)是其相對較高的熔點(diǎn)，當(dāng)熔鹽應(yīng)用在太陽能傳熱蓄熱系統(tǒng)中時(shí)，必須采取保護(hù)措施防止熔鹽發(fā)生凍結(jié)。當(dāng)前可用的熔鹽配方還因?yàn)楹匈F金屬鹽(鋰)，使其成本相對較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

7.本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是不含貴金屬鹽，提高混合熔鹽的使用溫度的同時(shí)及降低太陽能熱發(fā)電及工業(yè)蓄熱成本，盡可能提高其熱穩(wěn)定性。且與之前不同的是采用陽離子相同陰離子不相同的制備方法。可應(yīng)用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中。

8.為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種混合熔鹽的配方。

9.鈉基二元熔鹽高溫傳熱蓄熱工質(zhì)，其特征在于：包括質(zhì)量百分比5～30％碳酸鈉， 70～95％硝酸鈉。優(yōu)選10％碳酸鈉，90％硝酸鈉。

10.本發(fā)明的有益效果在于：

11.1本發(fā)明技術(shù)方案制備的混合熔鹽最高使用溫度有所提高，剛好在碳酸鹽與硝酸鹽之間，其應(yīng)用在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，將大大降低傳熱蓄熱系統(tǒng)的成本，簡化系統(tǒng)初始運(yùn)行程序，增加了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

12.2本發(fā)明技術(shù)方案制備的混合熔鹽成本相比于常見蓄熱材料碳酸鹽、硝酸鹽，相同陽離子鹽的成本較低，導(dǎo)熱系數(shù)在碳酸鹽與硝酸鹽之間，粘度和密度無很大差距。

附圖說明

13.圖1為鉀基二元熔鹽的dsc曲線。

14.圖2為3種鈉基二元熔鹽的dsc升溫曲線。

15.圖3為3種鈉基二元熔鹽的dsc降溫曲線。

16.圖4為3種鈉基二元熔鹽的密度曲線。

17.圖5為3種鈉基二元熔鹽的熱擴(kuò)散系數(shù)圖

18.圖6為3種鈉基二元熔鹽的比熱曲線

19.圖7為3種鈉基二元熔鹽的導(dǎo)熱曲線。

20.圖8為1號鈉基二元鹽的粘度曲線；

21.圖9為2號鈉基二元鹽的粘度曲線；

22.圖10為3號鈉基二元鹽的粘度曲線。

具體實(shí)施方式

23.下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

24.本發(fā)明提供一種用做太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中傳熱蓄熱介質(zhì)的混合熔鹽配方，該配方主要含有碳酸鈉，硝酸鈉。該種混合熔鹽熔點(diǎn)約為301.2℃左右，分解溫度約為652.3℃，平均比熱約為1.5644j/(g

·

k)，潛熱蓄熱成本約為50.03元/(kw

·

h)，顯熱蓄熱成本為20.76元 /(kw

·

h)。，導(dǎo)熱系數(shù)約為0.7905w/(m

·

k)。

25.該技術(shù)降低混合熔鹽熔點(diǎn)的機(jī)理主要是：單一組分熔鹽熔點(diǎn)過高，而將幾種熔鹽混合起來形成共晶混合熔鹽后能夠顯著降低共晶熔鹽混合物的熔點(diǎn)，共晶混合熔鹽能夠在較寬的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)確保相和組分穩(wěn)定、均勻的熱物性。混合熔鹽的成分和比例不同，其熱物性也不同。因此，在配制混合熔鹽中，應(yīng)權(quán)衡各方需求，慎重選擇混合熔鹽的組分種類和配比。

26.該系列相同陽離子鹽優(yōu)選的具體實(shí)施方式為：

27.首先，分別對相同陽離子鹽na2co3，nano3按照不同質(zhì)量比例配比，得到了9種不同

組分比例的混合熔鹽，具體操作方法為：采用高精度分析天平稱量好以上兩種組分，將其充分混合研磨；然后放置在干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定加熱溫度為150℃，加熱時(shí)間為96小時(shí)，使混合物中含有的水分溢出，將干燥好的熔鹽放置在馬弗爐中加熱至550℃，加熱時(shí)間為12小時(shí)，以使混合物完全融化并混合均勻，此即為靜態(tài)熔融法；待混合熔鹽冷卻后，將其取出。由于熔鹽經(jīng)熔融處理冷卻以后會形成堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)晶鹽，本發(fā)明采用超微粉碎機(jī)將混合物進(jìn)行粉碎，樣品細(xì)度可達(dá)到20～200目，在保證細(xì)度的同時(shí)也使混合物充分混合，從而保證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；最后再將粉碎好的熔鹽放在干燥箱中恒溫干燥處理，以備實(shí)驗(yàn)時(shí)使用。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)分析，最終優(yōu)選出一種配方的熔鹽。

28.實(shí)施例1

29.該種混合熔鹽由碳酸鈉，硝酸鈉組成(其比例見表1)。

30.表1相同鈉離子鹽的質(zhì)量比(na2co3:nano3)、(k2co3:kno3)

[0031][0032]

首先，分別對相同陽離子鹽k2co3:kno3/na2co3，nano3按照不同質(zhì)量比例配比，得到了18種不同組分比例的混合熔鹽，具體操作方法為：采用高精度分析天平稱量好以上兩種組分，將其充分混合研磨；然后放置在干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定加熱溫度為150℃，加熱時(shí)間為96小時(shí)，使混合物中含有的水分溢出，將干燥好的熔鹽放置在馬弗爐中加熱至550℃，加熱時(shí)間為12小時(shí)，以使混合物完全融化并混合均勻，此即為靜態(tài)熔融法；待混合熔鹽冷卻后，將其取出。由于熔鹽經(jīng)熔融處理冷卻以后會形成堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)晶鹽，本發(fā)明采用超微粉碎機(jī)將混合物進(jìn)行粉碎，樣品細(xì)度可達(dá)到20～200目，在保證細(xì)度的同時(shí)也使混合物充分混合，從而保證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；最后再將粉碎好的熔鹽放在干燥箱中恒溫干燥處理，以備實(shí)驗(yàn)時(shí)使用。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)分析，最終優(yōu)選出一種配方的熔鹽。

[0033]

因在混合熔融鹽的制備時(shí)，初始熔化溫度升到550℃時(shí)有些比例的樣品沒有達(dá)到共晶。鉀基二元熔融鹽的dsc曲線有兩個(gè)熔融峰見圖1，且曲線不規(guī)則，一般不作為熔鹽。

[0034]

因此優(yōu)選出1號、2號、3號鈉基二元熔鹽，進(jìn)行熔點(diǎn)，初晶點(diǎn)，分解溫度，比熱，密度，熱擴(kuò)散系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)及粘度等物性的測量。

[0035][0036]

其中圖2和圖3為3種鈉基二元鹽dsc升溫和降溫曲線。

[0037]

1號樣品的熔點(diǎn)301.2℃，初晶點(diǎn)286.5℃，熔化潛熱為200.7j/g

[0038]

2號樣品的熔點(diǎn)302.0℃，初晶點(diǎn)281.7℃，熔化潛熱為160.6j/g

[0039]

3號樣品的熔點(diǎn)300.7℃，初晶點(diǎn)285.2℃，熔化潛熱為142.1j/g

[0040]

表2為3種鈉基二元鹽的分解溫度

[0041]

序號tg/℃1號鹽652.32號鹽662.53號鹽676.8

[0042]

1號樣品的分解溫度652.3℃，

[0043]

2號樣品的分解溫度662.5℃，

[0044]

3號樣品的分解溫度676.8℃。

[0045]

圖4

?

圖10為3種鈉基二元熔鹽的密度曲線、熱擴(kuò)散系數(shù)圖、比熱曲線、導(dǎo)熱曲線、粘度曲線。

[0046]

其中因2號、3號鈉基二元鹽的可使用粘度范圍較窄，1號鈉基二元鹽相對于三元混合碳酸鹽，該配方的熔點(diǎn)降低了近100℃，相對于硝酸鹽，該配方的分解溫度提高了近50℃，分解溫度高達(dá)650℃以上，使用溫度范圍剛好在碳酸鹽與硝酸鹽之間。相比于常見蓄熱材料,其平均比熱為1.5644j/(g

·

k)，顯熱蓄熱成本為20.76元/(kw

·

h)該相同陽離子鹽成本相對可觀。其熱擴(kuò)散系數(shù)約為0.2826mm2/s，導(dǎo)熱系數(shù)約為0.7905w/(m

·

k)，導(dǎo)熱系數(shù)值較高，導(dǎo)熱性能較好，粘度和密度相對于已有蓄熱介質(zhì)無很大差距。

[0047]

本發(fā)明的熔鹽導(dǎo)熱系數(shù)值較高，導(dǎo)熱性能較好，粘度和密度相對于已有蓄熱介質(zhì)無很大差距。

[0048]

本發(fā)明保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)原理所做的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種鈉基二元熔鹽高溫傳熱蓄熱工質(zhì)，其特征在于：包括質(zhì)量百分比10～30％碳酸鈉，70～90％硝酸鈉。2.按照權(quán)利要求1所述的一種鈉基二元熔鹽高溫傳熱蓄熱工質(zhì)，其特征在于：10％碳酸鈉，90％硝酸鈉。3.權(quán)利要求1或2所述的一種鈉基二元熔鹽高溫傳熱蓄熱工質(zhì)的制備方法，其特征在于，采用高精度分析天平稱量好以上兩種組分，將其充分混合研磨；然后放置在干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定加熱溫度為150℃，加熱時(shí)間為96小時(shí)，使混合物中含有的水分溢出，將干燥好的熔鹽放置在馬弗爐中加熱至550℃，加熱時(shí)間為12小時(shí)，以使混合物完全融化并混合均勻，此即為靜態(tài)熔融法；待混合熔鹽冷卻后，將其取出。由于熔鹽經(jīng)熔融處理冷卻以后會形成堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)晶鹽，本發(fā)明采用超微粉碎機(jī)將混合物進(jìn)行粉碎，樣品細(xì)度達(dá)到20～200目。4.權(quán)利要求1或2所述的一種鈉基二元熔鹽高溫傳熱蓄熱工質(zhì)的應(yīng)用，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中。

技術(shù)總結(jié)

鈉基二元熔鹽高溫傳熱蓄熱工質(zhì)，屬于高新技術(shù)中物理傳熱儲能技術(shù)領(lǐng)域。所述鈉基二元熔鹽高溫傳熱蓄熱介質(zhì)主要由碳酸鈉和硝酸鈉組成。鈉基二元熔鹽高溫高溫傳熱蓄熱介質(zhì)組分比例如下：碳酸鹽占質(zhì)量百分比為10％～30％，硝酸鹽占質(zhì)量百分比為70％～90％。該種混合熔鹽熔點(diǎn)約為300℃左右，相對于碳酸鹽其熔點(diǎn)降低了約100℃，其熱分解溫度達(dá)到了650℃以上；平均熱擴(kuò)散系數(shù)為0.2826mm2/s，平均導(dǎo)熱系數(shù)為0.7905W/(m

技術(shù)研發(fā)人員：吳玉庭 明蘇布道 張燦燦 鹿院衛(wèi)

受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.03.11

技術(shù)公布日：2021/6/24