含熔融氯化物盐的太阳能塔系统技术方案

公开了一种太阳能塔系统，其中传热介质是温度高于650℃的熔融盐。承载或容纳熔融盐的部件由海恩斯国际制造并且以名称

Solar tower system with molten chloride

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含熔融氯化物盐的太阳能塔系统相关申请的交叉引用本申请要求2017年10月13日提交的美国临时专利申请序列号62/572,059的优先权，通过引用将其内容并入本文。专利技术背景1.专利
本专利技术涉及太阳能电池塔，该太阳能电池塔从阳光吸收热量并将该热量传输用于发电，利用熔融盐作为传热流体。2.相关技术的描述当暴露在阳光下持续一段时间时，许多材料的表面将会被加热。本领域已经开发出捕获这种热量用于发电或用于加热建筑物和其它环境的系统。被称为太阳能塔系统的一种系统具有一系列吸热管或接受器，这些吸热管或接受器暴露于阳光并被该阳光加热。吸热管包含传热介质，该传热介质从吸热管导向热交换器。系统中存在储罐，该储罐容纳有传热介质。在这种太阳能塔系统中，熔融的钠-钾硝酸盐被用作传热介质。在那些系统中，钠-钾硝酸盐被加热到约565℃。美国专利US5,862,800公开了一种太阳能塔系统，该系统包含温度为约565℃的钠-钾硝酸盐。该专利教导在该系统中应使用625合金，因为该合金在605℃的温度下具有：对于来自钠-钾硝酸盐的腐蚀的优异耐受性，对于因熔融盐中的杂质或者来自气氛或热绝缘体的外来氯化物所致的氯化物应力腐蚀开裂的高耐受性，低的热膨胀系数，良好的导热性，优异的蠕变强度和屈服强度，以及出色的机械和热疲劳抵抗性。304和316奥氏体不锈钢以及800镍-铁-铬合金也已用于钠-钾硝酸盐太阳能塔系统中的接受器。这些合金具有高的热膨胀系数，低的屈服强度和蠕变强度，低的热导率，低的热疲劳性能，但是易受氯化物应力腐蚀开裂的影响。用于太阳能塔系统的合金应当耐受熔融盐的强腐蚀性，耐受氯化物应力腐蚀开裂，制造经济，可焊接，符合ASME锅炉和压力容器规范，并能够承受由贯穿壁和跨直径的温度梯度引起的严重热应变。这些应变与材料的热膨胀系数成正比，其通过将吸收的阳光通量限制为如下值来设定接受器的尺寸：对于在接受器寿命内每天的太阳和云覆盖循环的作用次数，通过材料的容许疲劳应变水平所确定的值。当前需要能够在650℃到高达1000℃的较高温度下工作的太阳能塔系统。这种系统必须具有在这些高温下处于熔融状态的盐介质。在这样的系统中，吸收管、热交换器和储罐必须由如下材料(优选为金属合金)制成，该材料对650℃到1000℃温度下的熔融盐具有耐腐蚀性。在这些高温下，所述合金还必须具有高的热膨胀系数，低的屈服强度和蠕变强度，低的热导率和低的热疲劳。尽管钠-钾硝酸盐已用于工作在约565℃温度下的太阳能塔系统中，但这些盐不适合在更高的温度下使用，特别是高达800℃到1000℃的温度。对于这些应用，需要凝固温度比钠-钾硝酸盐高得多的盐。尽管存在出售用于高温应用的若干已知合金，但是当这些合金暴露于650℃到高达1000℃的较高温度下的熔融盐时，其耐腐蚀性却鲜为人知。尽管本领域的技术人员可能预期已经用于约565℃的其它高温应用中的任何合金可以用于工作在650℃到高达1000℃温度下的熔融盐太阳能塔系统中，但我们发现情况并非如此。它们中的许多不具备工作在650℃到高达1000℃温度下的熔融盐太阳能塔系统所需的耐腐蚀性和力学性能。仅有本文公开的某些合金组成适用于此类系统。专利技术概述我们提供了一种太阳能塔系统，其中传热介质是温度高于650℃的熔融盐，并且承载或容纳该熔融盐的部件由海恩斯国际(HaynesInternational)制造并以名称合金、合金和233TM合金销售的市售合金制成。下面提供这些Haynes合金的技术规范内的名义合金组成。这些合金具有期望的耐腐蚀性和力学性能，并且可用于这些吸收管、热交换器和储罐中的一些或全部。优选地，所述熔融盐是MgCl2-KCl熔融盐。在熔融盐被加热到高于800℃的温度的替代实施方案中，合金仅用于储罐，而合金或233TM合金用于接受器和承载熔融盐的其它部件。由合金或233TM合金制成的部件可以涂覆以锆或镁，以改善耐腐蚀性。我们可向熔融盐中添加镁，因为镁将充当腐蚀抑制剂。优选使用1.15摩尔％的镁。从附图中所示的某些当前优选实施方案的描述，该太阳能电池系统的其它目的和优点将变得明显。附图简述图1是现有技术中已知的太阳能塔系统的透视图，可以根据本专利技术对该系统进行修改，以便将在650℃到高达800℃到1000℃温度下的熔融盐用作传热介质。图2是典型的熔融盐、太阳能吸收板的等轴视图。图3是其中可以使用太阳能塔系统的加热系统的框图。图4是在NaCl-KCl-MgCl2盐组合物中在850℃测试100小时的合金和233TM合金的腐蚀速率的坐标图。图5是在NaCl-KCl-MgCl2盐组合物中在850℃测试100小时的合金、合金、合金和合金的腐蚀速率的与图4相似的坐标图。图6是在NaCl-KCl-MgCl2盐组合物中在850℃测试100小时的合金、233TM合金和合金的腐蚀速率的与图4相似的坐标图。优选实施方案的描述参照图1和图3，在美国专利US5,862,800中公开的类型的太阳能电池系统具有太阳能中心柱状接受器1，其被定日镜2的场域包围。接受器1安装在塔架3上以提供最有效的焦点高度。接受器1由熔融盐太阳吸收板10构成。太阳50提供照射定日镜2的太阳光线51。太阳光线51被定日镜2反射到太阳中心柱状接受器1。熔融盐日光吸收板10被太阳光线加热。面板管4内部的热熔融盐将热量传输到热交换器，该热交换器可以使用热能来处理热量或发电。图2所示的典型熔融盐太阳能吸收板10具有吸收管4，其可以是无缝的、焊接的或焊接并拉拔的结构和集管5。熔融盐流从导管9穿过其集管5进入太阳能吸收板10或者离开太阳能吸收板10穿过集管5进入导管9。在图1所示的实施方案中，接受器1由布置在两个回路中的多个板10构成，每个回路具有八个板，所述板具有蜿蜒的流动路径并且形成多面的柱形表面。在我们的太阳能塔系统中，熔融盐传热介质被加热到高于650℃到高达1000℃的温度。参照图3，加热的熔融盐从接受器10中的吸收管4传输到热交换器12，然后通过导管9返回到接受器19。在系统中提供用于熔融盐的储罐14。我们已发现，熔融氯化物盐是适用于在从650℃到高达1000℃温度下工作的熔融盐太阳能塔系统中的更好备选物。特别地，我们优选提供MgCl2-KCl熔融盐。其它合适的盐可包括由LiCl、NaCl、KCl、MgCl2或CaCl2构成的卤化物，作为单独实体，或作为二元、三元、四元或五元混合物，它们在300℃-1000℃的温度范围内至少部分熔融。也可以使用由LiBr、NaBr、KBr、MgBr2或CaBr2构成的熔融卤化物，作为单独实体，或作为二元、三元、四元或五元混合物，它们在300℃-1000℃的温度范围内至少部分熔融。另一种合适的盐可以是由LiX、NaX、KX、MgX2或CaX2(其中X可以是Cl或Br)构成的熔融卤化物，作为单独实体或作为混合物，它们在300℃-1000℃的温度范围内至少部分熔融。也可以使用由LiF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进的太阳能塔系统，其为具有吸收管、储罐和热交换器的类型，所述吸收管、储罐和热交换器全部包含温度高于650℃的熔融盐传热介质，其中改进包括：所述吸收管、储罐和热交换器中的至少一种由按重量百分比包含如下成分的合金制成：25％到45％镍，12％到32％铬，0.1％到2.0％铌，至多4.0％钽，至多1.0％钒，至多2.0％锰，至多1.0％铝，至多5％钼，至多5％钨，至多0.2％钛，至多2％锆，至多5％钴，至多0.1％钇，至多0.1％镧，至多0.1％铯，至多0.1％的其它稀土金属，至多约0.20％碳，至多3％硅，约0.05％到0.50％氮，至多0.02％硼，并且余量为铁加杂质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171013 US 62/572,0591.一种改进的太阳能塔系统，其为具有吸收管、储罐和热交换器的类型，所述吸收管、储罐和热交换器全部包含温度高于650℃的熔融盐传热介质，其中改进包括：所述吸收管、储罐和热交换器中的至少一种由按重量百分比包含如下成分的合金制成：25％到45％镍，12％到32％铬，0.1％到2.0％铌，至多4.0％钽，至多1.0％钒，至多2.0％锰，至多1.0％铝，至多5％钼，至多5％钨，至多0.2％钛，至多2％锆，至多5％钴，至多0.1％钇，至多0.1％镧，至多0.1％铯，至多0.1％的其它稀土金属，至多约0.20％碳，至多3％硅，约0.05％到0.50％氮，至多0.02％硼，并且余量为铁加杂质。


2.根据权利要求1所述的改进的太阳能塔系统，其中所述吸收管、储罐和热交换器中的至少一种由按重量百分比包含如下成分的合金制成：30％到42％镍，20％到32％铬，0.2％到1.0％铌、0.2％到4.0％钽和0.05％到1.0％钒中的至少一种，至多0.2％碳，约0.05％到0.50％氮，0.001％到0.02％硼，至多0.2％钛，并且余量为铁加杂质。


3.根据权利要求1所述的改进的太阳能塔系统，其中所述吸收管、储罐和热交换器中的至少一种由按重量百分比包含如下成分的合金制成：约37％镍，约25％铬，约3％钴，约1％钼，约0.5％钨，约0.7％铌、约0.7％锰，约0.6％硅，约0.2％氮，约0.1％铝，约0.05％碳，约0.004％硼，并且余量为铁加杂质。


4.根据权利要求1所述的改进的太阳能塔系统，其中所述熔融盐传热介质的温度高于650℃。


5.根据权利要求1所述的改进的太阳能塔系统，其中所述吸收管、储罐和热交换器包含温度高于650℃的熔融盐传热介质，其中改进包括所述吸收管、储罐和热交换器中的至少一种在没有抑制剂的熔融氯化物盐中于850℃下的腐蚀速率<60μm。


6.根据权利要求5所述的改进的太阳能塔系统，其中在具有Mg作为抑制剂的熔融氯化物盐中于850℃下所述合金具有<60μm的腐蚀速率。


7.根据权利要求5所述的改进的太阳能塔系统，其中在具有Zr作为抑制剂的熔融氯化物盐中于850℃下所述合金具有<60μm的腐蚀速率。


8.一种改进的太阳能塔系统，其为具有吸收管、储罐和热交换器的类型，所述吸收管、储罐和热交换器全部包含温度高于650℃的熔融盐传热介质，其中改进包括：所述吸收管、储罐和热交换器中的至少一种由按重量百分比包含如下成分的合金制成：20％到24％铬，13％到15％钨，1％到3％钼，至多3％铁，至多5％钴，0.3％到1.0％锰，0.25％到0.75％硅，0.2％到0.5％铝，0.5％到0.15％碳，0.005％到0.05％镧，至多0.1％钛，至多0.5％铌，至多0.015％硼，至多0.03％磷，至多0.015％硫，并且余量为镍加杂质。


9.根据权利要求8所述的改进的太阳能塔系统，其中所述吸收管、储罐和热交换器中的至少一种由按重量百分比包含如下成分的合金制成：约22％铬，约14％钨，约2％钼，至多3％铁，至多5％钴，约0.5％锰，约0.4％硅，至多0.5％铌，约0.3％铝，至多0.1％钛，约0.1％碳，约0...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·德奥德什穆克，R·埃芬贝格尔，
申请(专利权)人：海恩斯国际公司，ICLIP美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US