【摘 要】
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在全球能源危机、环境污染的大背景下,寻找可持续发展的替代能源迫在眉睫,世界各国竞相开展太阳能、风能、生物质能等可再生能源的开发与利用研究。太阳能热发电是解决当前能源环境问题的重要途径之一,但其不稳定不连续的本质严重制约其大规模应用。因此,蓄热系统的研究对太阳能热利用的发展至关重要。但储热材料成本高,性能欠佳一直是难以解决的问题。本文针对储热材料这一关键环节开展探究,将熔融氯化物作为研究对象,通过寻
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在全球能源危机、环境污染的大背景下,寻找可持续发展的替代能源迫在眉睫,世界各国竞相开展太阳能、风能、生物质能等可再生能源的开发与利用研究。太阳能热发电是解决当前能源环境问题的重要途径之一,但其不稳定不连续的本质严重制约其大规模应用。因此,蓄热系统的研究对太阳能热利用的发展至关重要。但储热材料成本高,性能欠佳一直是难以解决的问题。本文针对储热材料这一关键环节开展探究,将熔融氯化物作为研究对象,通过寻求、筛选性能最佳的氯盐储热材料,达到降低蓄热系统成本的目标。以氯化物的价格及性能作为筛选条件,选定来源广泛、价格低廉、热物性良好的NaCl、KCl、MgCl2和CaCl2四元熔盐体系开展深入研究。在完善的二元相图基础上,应用修正的准化学溶液模型进行计算并完成相图绘制。依据计算结果预测低共熔点组分及温度,并与己有文献数据进行对比,验证方法的准确性。在二元氯化物熔盐体系相图优化计算中,得到了 NaCl-KCl、NaCl-MgCl2、NaCl-CaCl2、KCl-MgCl2、KCl-CaCl2和 MgCl2-CaCl2二元系相图,并与文献中实验数据进行对比分析。对于NaCl-KCl二元系,计算得到的共晶温度为929.34K,共晶组成为50.02mol%KCl;对于NaCl-CaCl2二元系,计算得到的共晶温度为776.66K,共晶组成为52.14mol%CaCl2;对于KCl-MgCl2二元系,计算得到的共晶温度为695.85K,共晶组成为30.12mol%MgCl2;对于KCl-CaCl2二元系,计算得到的共晶温度为873.33K,共晶组成为24.97mol%CaCl2;对于MgCl2-CaCl2二元系,计算得到的共晶温度为890.56K,共晶组成为47.37mol%CaCl2;对于NaCl-MgCl2二元系,计算得到的共晶温度为723.3K,共晶组成为42.97mol%MgCl2,上述结论均与实验测量值误差在3%以内。计算结果表明:液相线计算值与实验数据吻合良好,确定了最佳熔盐配比,并获得了一套可靠详实的热力学模型参数,为构建氯化物相图数据库奠定了部分基础。三元氯化物熔盐体系相图计算中,优化计算得到了 NaCl-MgCl2-CaCl2、NaCl-KCl-MgCl2、CaCl2-KCl-NaCl 和 KCl-MgCl2-CaCl2三元系相图。对于NaCl-MgCl2-CaCl2三元系,计算得到的共晶温度为421.45℃,共晶组成为50.99mol%NaCl、22.78mol%MgCl2 和 26.23mol%CaCl2;对于 NaCl-KCl-MgCl2三元系,计算得到的共晶温度为387 ℃,共晶组成为21.09mol%NaCl、52.57mol%KCl 和 26.34mol%MgCl2;对于 CaCl2-KCl-NaCl 三元系,计算得到的共晶温度为 476.88℃,共晶组成为 50.95mol%CaCl2、8.38mol%KCl 和40.67mol%NaCl;对于KCl-MgCl2-CaCl2三元系,计算得到的共晶温度为415.72℃,共晶组成为 69.37mol%KCl、27.74mol%MgCl2和 2.89mol%CaCl2。结果表明:基于修正的准化学溶液模型,采用非对称方法Toop模型,计算得到的相图中液相线与实验数据吻合良好,进一步验证了修正的准化学溶液模型应用于液相,根据二元和三元子系统的优化参数,可以高精度地预测多组元液体溶液的热力学性质。该氯化物的熔点较低,沸点在800℃以上,且组分成本低,热物性良好,有望成为太阳能热发电系统中主要的高温传热储热材料。
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