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太阳能热发电是可再生能源发电中最有前途的发电方式之一,目前已引起世界许多国家的关注。传热蓄热技术是太阳能热发电的关键技术,熔盐传热蓄热技术被认为是一种非常有前途的传热蓄热技术。尽管国外已经在太阳能热发电试验和商业化电站中大规模使用熔盐,但缺乏对混合熔盐热性能的系统研究。
本文采用静态熔融和直接混合两种方法分别配制了二元混合硝酸盐,分别从配制熔盐中随机抽取四份随机样品,进行了配制熔盐的热重和DSC测试,试验结果表明,两种配制方法均能配制出均匀的共晶熔盐,两种方法配制熔盐的熔点、分解点等均有很好的一致性。进一步对直接混合法配制的熔盐进行了6次重复性加热试验,分别测得了6次重复加热后混合熔盐的热重和DSC曲线,结果表明,二元混合熔盐在一定的加热温度范围内具有较高的稳定性,其熔点和分解点均无变化。稳定性和均匀性测试结果表明采用直接混合法进就可配制出稳定均匀的共晶熔盐,这为太阳能热发电大规模应用混合硝酸盐提供了成本低、可靠性高的配制方案。
本文配制了九种不同比例的二元混合硝酸熔盐,测得了九种混合硝酸熔盐的热重曲线和DSC曲线,筛选得到了四种不同混合比例的低熔点共晶熔盐,证明了四种二元共晶混合硝酸熔盐均在600℃左右分解,进一步对DSC曲线进行分析处理获得了相应的比热-温度曲线,进行拟合后获得了比热试验关联式,为混合硝酸盐传热蓄热系统的性能设计及研究提供了基础数据和计算方法。
本文对碳酸钾、碳酸锂、碳酸钠按照不同比例进行混合,配制了36种混合熔盐,得到了熔盐的热重和DSC曲线,获得了36种熔盐的熔点、分解温度、比热、熔化潜热和使用温度范围,结果表明多数三元混合碳酸盐具有比较接近的熔点,均在400℃左右;多数三元碳酸盐具有基本一致的分解温度点,基本在800~850℃分解,具有较高的应用温度,且其应用温度范围由硝酸盐的228~580℃提高至碳酸盐的400~850℃,更适合应用于高温太阳能热发电;三元混合碳酸盐的比热在同温度范围内通常远大于二元混合硝酸盐。无论潜热蓄热还是显热蓄热,三元碳酸盐均具有更大优势,其最大的缺点是熔点相对来说比较高,需要更高的初始运行成本。
最后,根据36种三元碳酸熔盐的熔点、熔化潜热和比热结果,考虑熔盐的经济成本,得到了不同熔盐的显热和潜热蓄热成本,并分别推荐了显热和潜热蓄热的优选熔盐配方。