水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用。本发明专利技术所提供的水玻璃复合三元硝酸混合熔盐传热蓄热介质，其特征在于：它是由三元硝酸熔盐体系与水玻璃复合制成；所述三元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠组成。本发明专利技术制备的熔盐传热蓄热介质既有硝酸熔盐的传热性能，又提高体系的安全工作温度上限至650℃，使用温度范围更宽，热稳定性好；可广泛用于太阳能光热发电技术领域。

【技术实现步骤摘要】
水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用
本专利技术涉及热量储存及传递
，尤其涉及水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用。
技术介绍
在工业蓄能和太阳能光热发电技术中，目前使用的蓄热传热介质主要有空气、水、导热油、熔融盐、钠和铝等金属。熔盐因具有广泛的使用温度范围，低蒸汽压，低粘度，良好的稳定性，低成本等诸多特性已成为太阳能光热发电技术中颇具潜力的传热蓄热介质，成为目前应用较多，较为成熟的传热蓄热介质。高温熔融盐主要有硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氟化物、氯化物、氧化物等。硝酸熔盐体系的突出优点是原料来源广泛、价格低廉、腐蚀性小且一般在500℃以下不会热分解，因此与其他熔盐相比，硝酸熔盐具有很大的优势。目前，国外太阳能光热发电的电站所使用的传热蓄热介质主要为三元硝酸盐体系(40％KNO3-60％NaNO3)和三元硝酸盐体系(KNO3-NaNO3-NaNO2)。三元硝酸盐体系的熔点较低，比较理想，但是上限工作温度偏低，且溶解热较小、热导率较低。为了解决上述问题，中国专利申请00111406.9公开了一种LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2体系，其工作温度范围为250℃-550℃，这个体系的上限工作温度比三元硝酸盐体系KNO3-NaNO3-NaNO2高，达到550℃，但其下限工作温度也被提高，导致云遮时维护成本增大，而且LiNO3的加入使得其腐蚀性增大，成本增高。美国专利US007588694B1公开了一种LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2体系，其熔点低于100℃，上限使用温度高于500℃，但是LiNO3的加入增加了熔盐的腐蚀性和成本。水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，又称泡花碱。根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃，钠水玻璃为硅酸钠水溶液，分子式为Na2O·nSiO2。钾水玻璃为硅酸钾水溶液，分子式为K2O·nSiO2。式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的氧化硅和碱金属氧化物的分子比(或摩尔比)。水玻璃模数是水玻璃的重要参数，一般在1.5-3.5之间。n值越小，二氧化硅含量越少，固体水玻璃的粘度越低，越易溶于水。水玻璃通常采用石英粉SiO2加上纯碱(Na2CO3)，在1300～1400℃的高温下煅烧生成液体硅酸钠，从炉出料口流出、制块或水淬成颗粒。再在高温或高温高压水中溶解，制得溶液状水玻璃产品。目前为止，没有见到将水玻璃加入到三元硝酸熔盐中作为工业蓄能和太阳能光热发电领域的传热蓄热介质的报道。
技术实现思路
根据以上领域存在的缺陷，研究开发一种新的三元硝酸熔盐传热蓄热系统，将具有十分重要的意义。本专利技术在三元硝酸熔盐中加入水玻璃制备复合传热蓄热介质，以期提高三元硝酸熔盐体系上限工作温度。本专利技术的目的在于提供一种水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质的配方及制备工艺，水玻璃的加入降低了三元硝酸熔盐的凝固点，同时该介质的上限温度提高，大大拓宽了三元硝酸熔盐体系的工作温度范围，可广泛用于工业蓄能和太阳能光热发电
为了实现上述目的，本专利技术提供了一种水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质。本专利技术所提供的水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质，它是由三元硝酸熔盐体系与水玻璃复合制成；所述三元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠组成。所述传热蓄热介质由下述质量百分比含量的物质制成：硝酸钾10％-50％、硝酸钠10％-50％、亚硝酸钠10％-30％和水玻璃1％-40％。所述水玻璃的模数为1.5-3.0。所述水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃。所述水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质在工业蓄能和太阳能光电发热中应用也属于本专利技术的保护范围。本专利技术还提供了一种用于制备水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质的方法。本专利技术所提供的用于制备所述水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质的方法，其特征在于采用以下熔盐制备设备：所述设备包括热源装置、带夹层的熔盐罐(2)、气流粉碎干燥器(3)、造粒装置(5-1)、冷却装置(5-2)和输出装置；所述热源装置包括热载体承载腔，所述热载体承载腔与所述夹层内腔(13)之间通过热载体管道(20-1)连通；所述熔盐罐(2)、气流粉碎干燥器(3)、造粒装置(5-1)、冷却装置(5-2)和输出装置之间通过熔盐管道相连通，所述熔盐管道由所述夹层内腔(13)的下部伸出并进入气流粉碎干燥器(3)的上端；所述气流粉碎干燥器(3)的下端与热交换器(4)相连；所述热源装置指太阳能集热系统(9)、移动式电伴热(10)或相互独立控制且并联的太阳能集热系统(9)和移动式电伴热(10)；所述太阳能集热系统(9)与所述熔盐罐之间的热载体管道设为相互独立控制的两根，其中一根上设置有高温储存罐(1)；所述高温储存罐(1)与所述带夹层的熔盐罐(2)之间设有热载体泵(16)；所述带夹层的熔盐罐(2)与所述气流粉碎干燥器(3)之间的熔盐管道上设置有熔盐泵(14)；所述带夹层的熔盐罐(2)的夹层内腔底部与所述热交换器(4)之间通过一段热载体管道(20-2)相连通。所述热交换器(4)与所述热源装置之间通过一段热载体管道(20-3)相连通，所述热载体管道(20-3)上设置有低温储存罐(18)，所述低温储存罐(18)两端的热载体管道(20-3)上设置有热载体泵(16)。所述带夹层的熔盐罐(2)还包括搅拌装置(11)和进料口(12)；所述输出装置依次包括料仓(6)、包装装置(7)和/或存储装置(8)；步骤如下：将按比例组成的三元硝酸熔盐体系的原料加入到所述带夹层的熔盐罐(2)中，启动热源装置加热到熔融状态后按比例加入所述水玻璃，继续加热并搅拌至熔盐体系均匀为止；将加热均匀的复合熔盐抽至气流粉碎干燥器(3)中，进行气流粉碎和干燥，再经过造粒和冷却后得到水玻璃复合多元硝酸熔盐传热蓄热介质，最后通过输出装置输出。所述用于制备所述水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质的方法中采用的熔盐制备设备也属于本专利技术的保护范围。本专利技术制备的熔盐传热蓄热介质既有硝酸熔盐的传热性能，又提高体系的安全工作温度上限至650℃，使用温度范围更宽，热稳定性好。本专利技术还提供了用于规模化制备本专利技术的熔盐的制备工艺，其步骤依赖于一套本专利技术提出的设备，该套工艺和设备的创新点及优点如下：工艺如下：1.将熔盐体系的不同组分按照一定的顺序依次加入熔盐罐，在一定的温度和压力条件下，加热到熔盐罐内的熔盐粘度可机械搅拌时，开动机械搅拌一段时间至体系均匀。由热源装置提供加热所需的能量，热源装置可选择移动式电伴热或太阳能集热。如果是在用料现场，比如太阳能光热电站，可直接使用聚集的太阳能，环保节能。2.开启高温熔盐泵，打开出料口，把熔盐罐内均匀的熔盐体系从气流粉碎干燥器上方注入，同时热空气自气流粉碎干燥器的底部鼓入干燥器，二者是逆向的方式。目的：使液相的熔盐混合体系在经过气流粉碎干燥器后直接形成干燥均匀的粉末状，一方面便于包装出售。另外一方面是使用时性能均一稳定。自气流干燥器得到的粉末状熔盐经造粒装置、冷却装置降至室温后放入料仓，包装，储存。3.在热源装置是太阳能集热系统的情况下，可以将熔盐罐夹层中的热载体(高温导热油或熔盐或过热水蒸气)疏导至热交换器中用于加热所需的热空气，充分利用了熔盐罐用过之后的热载体的余热。整体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质，其特征在于：它是由三元硝酸熔盐体系与水玻璃复合制成；所述三元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠组成。

【技术特征摘要】
1.一种水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质，其特征在于：所述水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质是由三元硝酸熔盐体系与水玻璃复合制成；所述三元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠组成；所述水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质由下述质量百分比含量的物质制成：硝酸钾10％-50％、硝酸钠10％-50％、亚硝酸钠10％-30％和水玻璃1％-40％。2.根据权利要求1所述的水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质，其特征在于：所述水玻璃的模数为1.5-3.0。3.根据权利要求2所述的水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质，其特征在于：所述水玻璃为钠水玻璃和/或钾水玻璃。4.权利要求1-3中任一所述的水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质在工业蓄能和太阳能光电发热中应用。5.用于制备权利要求1-3中任一所述水玻璃复合三元硝酸熔盐传热蓄热介质的方法，其特征在于采用以下熔盐制备设备：所述设备包括热源装置、带夹层的熔盐罐(2)、气流粉碎干燥器(3)、造粒装置(5-1)、冷却装置(5-2)和输出装置；所述热源装置包括热载体承载腔，所述热载体承载腔与所述夹层内腔(13)之间通过热载体管道(20-1)连通；所述熔盐罐(2)、气流粉碎干燥器(3)、造粒装置(5-1)、冷却装置(5-2)和输出装置之间通过熔盐管道相连通，所述熔盐管道由所述夹层内腔(13)的下部伸出并进入气流粉碎干燥器(3)的上端；所述气流粉碎干燥器(3)的下...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾智勇，
申请(专利权)人：深圳市爱能森科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44