一种二元混合熔盐传热蓄热介质制造技术

一种二元混合熔盐传热蓄热介质，属于高新技术中物理传热储能技术领域。低熔点混合熔盐传热蓄热介质组分比例如下：47wt％四水合硝酸钙，53wt％硝酸钾，该种混合熔盐熔点约为116.9℃左右，具有较宽的使用温度范围。并且相比于常见蓄热材料,其平均比热为1.484J/(g·K)，显热蓄热成本为35.76元/(kW·h)，该二元混合熔盐成本相对可观。其热扩散系数约为0.192mm2/s，导热系数约为0.553W/(m·K)，导热系数值较高，导热性能较好。其粘性活化能为7309J/mol·K，粘度和密度相对于已有蓄热介质无很大差距。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种用于中高温传热蓄热的混合熔盐的配方，属于高新技术中物理传热储能

技术介绍
：由于太阳能热发电可与低成本大规模的蓄热技术结合，可提供稳定的高品质电能，克服了风力和光伏电站由于无法大规模使用蓄电池而造成输电品质差，对电网冲击大的缺陷，被认为是可再生能源发电中最有前途的发电方式之一，有可能成为将来的主力能源。目前，在技术成熟的槽式太阳能热发电领域，商业化电站均采用导热油作为传热介质，这导致电站大规模化装机成本高、工作温度低、系统压力大、可靠性低、导热油寿命短、成本高，最终只能达到14％的年平均发电效率。塔式太阳能热发电系统一般采用水蒸气或空气作为传热工质。水蒸气和空气高温下传热系数低且不均匀、系统压力非常高等缺点，这很大程度上降低了系统的可靠性，提高了系统投资和后期维护成本。熔盐具有使用温度高，系统压力低，单位成本低，热性能优良等诸多优点，因此采用适宜的熔融盐作为传热蓄热介质，可以有效提升太阳能热发电系统的性能。具体体现在：首先，熔融盐工作温度较导热油等介质高出100℃左右，使得系统发电效率得以提高；其次，由于熔融盐的工作压力(约2个大气压左右)远低于导热油等介质的压力(10-20大气压)，使得太阳能热发电系统的可靠性得到提高；第三，采用熔融盐作为传热蓄热介质，同高温导热油相比，全寿命可由2年左右提高到20年以上，价格可由2-3万元/吨降至1万元/吨以下；第四，熔融盐蓄热是解决太阳能热发电蓄热问题的主要手段。目前，熔盐作为传热蓄热介质已经在太阳能热发电系统中得到了应用。美国加利福尼亚州的solartwo和西班牙的Andasol太阳能电站均采用solarsalt(60wt％NaNO3+40wt％KNO3)作为传热蓄热介质。该种混合熔盐具有良好的热稳定性和低廉的成本，但是它的熔点高达220℃，这对系统的安全稳定性提出了考验。具有较低熔点(143℃)的Hitec盐(7wt％NaNO3+53wt％KNO3+40wt％NaNO2)被应用在工业传热中。该种混合熔盐在454℃以下具有热稳定性，可以短时间运行到538℃，但是必须使用氮气保护来防止亚硝酸盐组分的缓慢氧化。已开发出的KNO3-NaNO3-LiNO3-Ca(NO3)2熔盐体系随着市面上硝酸锂价格的大幅度上涨，成本大大提高。相对于熔点为13℃的导热油，现用熔盐的主要缺点是其相对较高的熔点，当熔盐应用在太阳能传热蓄热系统中时，必须采取保护措施防止熔盐发生冻结。当前可用的熔盐配方还因为含有锂盐，使其成本相对较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是不含成本高的盐，降低混合熔盐的熔点的同时及降低太阳能热发电及工业蓄热成本，尽可能提高其热稳定性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种混合熔盐的配方。低熔点低成本二元混合熔盐传热蓄热介质，其特征在于：包括47wt％四水合硝酸钙，53wt％硝酸钾。本专利技术的有益效果在于：1本专利技术技术方案制备的混合熔盐熔点大大降低(熔点范围为：110-140℃)，其应用在太阳能热发电系统中，将大大降低传热蓄热系统的成本，简化系统初始运行程序，增加了整个系统的安全稳定性。2本专利技术技术方案制备的混合熔盐成本相比于常见蓄热材料Solarsalt和Hitec盐，KNO3-Ca(NO3)2·4H2O二元混合熔盐的成本较低，导热系数较高，粘度和密度无很大差距。附图说明图1混合熔盐的DSC曲线。(质量比为Ca(NO3)2·4H2O：KNO3＝0.47：0.53)图2混合熔盐的TG曲线。(质量比为Ca(NO3)2·4H2O：KNO3＝0.47：0.53)图3实例1二元混合熔盐的比热测量结果。图4实例1二元混合熔盐的密度测量结果。图5实例1二元混合熔盐的热扩散系数测量结果。图6实例1二元混合熔盐的导热系数测量结果。图7实例1二元混合熔盐的粘度测量结果。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步详细描述。本专利技术提供一种用做太阳能热发电系统中传热蓄热介质的混合熔盐配方，该配方主要含有硝酸钙，硝酸钾。以上所述混合熔盐配方中含有47wt％四水合硝酸钙，53wt％硝酸钾，该种混合熔盐熔点约为116.9℃左右，分解温度约为569.7℃，平均比热约为1.484J/(g·K)，蓄热成本约为35.76元/(kW·h)，导热系数约为0.553W/(m·K)。该技术降低混合熔盐熔点的机理主要是：单一组分熔盐熔点过高，而将几种熔盐混合起来形成共晶混合熔盐后能够显著降低共晶熔盐混合物的熔点，共晶混合熔盐能够在较宽的运行温度范围内确保相和组分稳定、均匀的热物性。混合熔盐的成分和比例不同，其热物性也不同。因此，在配制混合熔盐中，应权衡各方需求，慎重选择混合熔盐的组分种类和配比。该系列二元混合熔盐优选的具体实施方式为：首先，对二元混合硝酸盐(Ca(NO3)2·4H2O，KNO3)按照不同摩尔比例配比，然后摩尔比例变换成质量比例初步配制得到了19种不同组分比例的混合熔盐，具体操作方法为：采用高精度分析天平称量好以上两种组分，将其充分混合研磨；然后放置在干燥箱中进行恒温干燥，设定加热温度为150℃，加热时间为96小时，使混合物中含有的水分溢出，将干燥好的熔盐放置在马弗炉中加热至300℃，加热时间为12小时，以使混合物中结晶水完全蒸发以防止爬盐，然后调节马弗炉升温程序至450℃恒温2小时，高温完全融化并混合均匀，此即为静态熔融法；待混合熔盐冷却后，将其取出。由于熔盐经熔融处理冷却以后会形成坚硬的固态结晶盐，本专利技术采用超微粉碎机将混合物进行粉碎，样品细度可达到20～200目，在保证细度的同时也使混合物充分混合，从而保证了实验的准确性；最后再将粉碎好的熔盐放在干燥箱中恒温干燥处理，以备实验时使用。经过大量实验分析，最终优选出一种配方的熔盐。实施例1该种混合熔盐由47wt％四水合硝酸钙，53wt％硝酸钾组成，通过DSC(差示扫描量热技术)测试分析，其熔点为116.9℃，通过TG(热重技术)分析，其分解温度为569.7℃。如图1所示为该样品的DSC曲线。图2所示为该样品的TG曲线。图3为该样品的比热测试结果。图4为该样品的密度测量结果。图5为该样品的热扩散系数测量结果。图6为该样品的导热系数测量结果。图7为该样品的粘度测量结果。相对于SolarSalt，该配方的熔点降低了近100℃，相对于Hitec盐，该配方的熔点降低了近25℃，而分解温度则高达560℃以上，具有较宽的使用温度范围。相比于常见蓄热材料,其平均比热为1.484J/(g·K)，显热蓄热成本为35.76元/(kW·h)，该二元混合熔盐成本相对可观。其热扩散系数约为0.192mm2/s，导热系数约为0.553W/(m·K)，导热系数值较高，导热性能较好。其粘性活化能为7309J/mol·K，其粘度值在2.10～5.25mPa·s之间，其密度值在1.8～2.1g/ml之间，其粘度和密度相对于已有蓄热介质无很大差距。本专利技术保护范围不限于上述实施例，凡是依据本专利技术技术原理所做的技术变形，均落入本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
低熔点混合熔盐传热蓄热介质，其特征在于：包括47wt％四水合硝酸钙，53wt％硝酸钾。

【技术特征摘要】
1.低熔点混合熔盐传热蓄热介质，其特征在于：包括47wt％四水合硝酸钙，53wt％硝酸钾。2.权利要求1所述的低熔点混合熔盐传热蓄热介质的制备方法，其特征在于：称量好以上两种组分，将其充分混合研磨；然后放置在干燥箱中进行恒温干燥，设定加热温度为150℃，加热时间为96小时，使混合物中含有的水分溢出，将干燥好的熔盐放置在马弗炉中加热至30...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉庭，李英，马重芳，
申请(专利权)人：北京工业大学，中投亿星红日太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11