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在环境污染和能源形势日趋严峻的背景下,开发太阳能等可再生能源具有广阔的发展前景。由于太阳能具有间歇性和不能稳定供应的缺点,很难满足大型工业化连续用能的要求。为了有效地解决太阳能的转换、储存及运输问题,必须发展高效传热蓄热技术。传热蓄热材料是一类具有广泛应用前景的新能源材料,在这一前瞻性、战略性太阳能中高温热利用技术中成为不可替代的关键材料,对该技术的发展起着至关重要的作用。熔融盐作为传热介质既可以达到较高的工作温度,又具有蓄热功能,可以克服由于云遮带来的蒸汽参数不稳定等问题,是目前应用较多、较为成熟的传热蓄热材料。
针对太阳能高温热利用工作温度范围为400~900℃的技术要求,本文根据碳酸盐的相图、阳离子极化、组分盐热物理性质等,选取了BaCO3、SrCO3、AXn、BYn、Czn作为添加剂,对现有(Na2CO3-K2CO3)二元熔盐体系进行改性,采用静态熔融法制备了混合碳酸熔盐。利用热重差热联用分析仪(TG-DSC)、DSC法、阿基米德法和回转振荡法对所制备熔盐材料的熔点、相变潜热、热分解温度、高温密度和粘度等物性参数进行了表征,分析了DSC测试气氛、升温速率、坩埚种类、添加剂种类和用量等对熔盐的熔点、相变潜热、热分解温度等热物性的影响;研究了高温静态和蓄/放热循环下熔盐的热稳定性;探悉了熔盐高温时对金属材料的腐蚀性。
研究结果表明:采用静态熔融法制备碳酸熔融盐材料,添加剂既强化了碳酸熔盐的传热性能,又扩大了熔融盐的工作温度范围(从710~800℃扩大到450~800℃);且加入的添加剂为高相变潜热、低熔点的无机盐,有效地降低了熔盐体系的熔点(从699℃降低到396℃或567℃),并提高了熔盐的蓄热能力(相变潜热从50J/g增大到160J/或103J/g)。此熔盐体系对310S和321不锈钢仍具有较大的腐蚀性(分别为0.7mm/a或1.8mm/a),,应选择高强度耐腐蚀的金属管道和容器材料。这种新型的传热蓄热介质相变潜热大、熔点低、比热大、密度大和粘度小,降低了系统的尺寸和维护能耗,太阳能的利用率高,节能效果好,实现了对低成本高性能熔融盐制备工艺的理论预测,为工程应用在基础参数方面提供指导。