一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台及实验方法技术

本发明专利技术公开了一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台及实验方法，包括氯化盐循环系统、电加热系统、非均匀太阳光源模拟系统、氯化盐吹扫及排出系统、空气隔离系统以及数据采集和控制系统；在565～700℃范围内采用二元氯化盐开展研究不同光照、工况条件下吸热器的光热耦合机理和运行可靠性的实验，在保证耐高温、耐腐蚀和氯化盐不凝固堵塞管路的前提下更加贴近现实，可结合其他种类的熔盐、在多种温度条件下开展不同材质和结构形式的吸热器光热耦合机理的研究，进一步模拟实际塔式太阳能光热电站；运行稳定可靠，避免了气象和环境参数波动对于太阳能实验的影响，大大降低了时间、经济和人工成本，能够推动塔式太阳能光热电站技术的发展。电站技术的发展。电站技术的发展。

【技术实现步骤摘要】
一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台及实验方法


[0001]本专利技术属于太阳能光热转化与利用
，具体涉及一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台及实验方法。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，随着人类社会的高速发展，世界对能源的需求量与日俱增，但是当前绝大多数的能源消耗依旧来自于化石燃料，这种能源结构也相应带来了环境污染与全球变暖等问题。考虑到化石能源将会在可预见的时间内被消耗枯竭，世界各国对于环保和能源消耗问题日益重视，提高现有技术的能源转化效率和开发清洁的可再生能源成为了当今工业和学术界研究的重点课题之一，并进一步衍生出了新型电力系统的概念。在新型电力系统的内涵中，首先需要以确保能源电力安全为基本前提，其次要具有清洁低碳、安全可控等基本特征，最后也是最重要的一点是以新能源为供给主体。按照此发展趋势，风电和太阳能发电的装机容量将大幅提高，逐步成为新型电力系统的主力电源。
[0003]太阳能作为一种清洁、储量丰富的可再生能源，早就得到了重点关注，预计未来将会重点发展并应用。目前的太阳能利用技术主要有太阳能光伏和太阳能光热发电两种，由于光热发电技术具有可储能、可调峰、可连续发电、并网难度低、污染小等突出优点，成为了未来太阳能发展的主要方向。当前的太阳能热发电技术主要有塔式、槽式、线性菲涅尔式和碟式四种类型，相比于其他三种，塔式电站的聚光比和吸热器表面的能流密度较高，根据传热介质的不同，能提供的最高温度范围达到500～1000℃，相应地具有集热效率高、热电转化效率高、成本可降低空间大以及可大规模利用等优势，进而成为了太阳能光热产业未来几十年内大规模利用的主攻方向。
[0004]在当前已经商用的塔式太阳能光热电站中，吸热器的出口温度最高为565℃，与蒸汽朗肯循环结合，发电过程中的最高温度约480～550℃，相应的发电效率仅能达到约38～44％，较低的效率导致塔式电站的发电成本居高不下。为了进一步通过改善动力循环提升光电转化效率进而降低发电成本，世界各国的主要研究机构均建议将超临界二氧化碳布雷度循环与塔式太阳能系统结合，通过提升吸热器的出口温度提高动力循环的运行温度至700℃以上，与之相应的发电效率即可达到50％以上，最终可大幅降低塔式太阳能光热电站的发电成本。但是温度的提升也带来了诸多的问题，其中比较具有代表性的有：(1)更高的温度需要更高的能流密度，相应地会带来能流密度非均匀性增大，若制造吸热器的金属耐高温性能不足或吸热器结构不合理，则可能导致吸热管断裂和吸热器热损失增加等问题；(2)目前作为电站中传热流体的二元硝酸盐NaNO3‑
KNO3(mole:60
‑
40％)使用温度最高仅为600℃，超过此温度后即会发生分解，考虑到氯化盐具有优良的热稳定性和价格低廉等优点，研究人员提出将其作为替代工质，但氯化盐对于与之直接接触的金属的腐蚀性较强，且由于熔点较高易凝固堵塞管道，在实际使用氯化盐的过程中，需要对电站中设备和仪器的选材和结构设计、调控策略以及防护措施等方面进行改进，以在保证耐高温、耐腐蚀和防凝固堵塞的前提下实现电站的安全运行。
[0005]经过调研发现，目前以高温氯化盐为循环工质的塔式电站为研究对象且模拟整个聚光集热循环过程的实验平台较少，仅有的一些系统也相对简单，均以电加热方式模拟吸热器表面非均匀的能流分布，且吸热器的出口温度难以突破现有的565℃，很少有针对下一代吸热器、出口温度达到565～700℃之间的太阳辐射聚光非均匀能流特性进行室内实验，且与不同运行工况下的光热耦合机理结合起来的研究，不能完全、准确地反映吸热器受热过程中的光热耦合机理，缺少对于下一代塔式太阳能光热电站技术发展的指导。

技术实现思路

[0006]为了验证氯化盐在塔式电站中实际应用的可能性，着重解决实际使用过程中氯化盐高温、腐蚀性强和易凝固堵塞管道的问题，以及更好地开展565～700℃下吸热器在太阳辐射所能提供的真实能流条件下的光热耦合机理的研究，本专利技术提供了一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台及实验方法，首先从选材、结构设计、实验系统优化和实验方法合理化等方面保证实验平台的正常运行，其次结合非均匀太阳光源模拟系统，以在实验室内开展非均匀热流条件下、出口温度为565～700℃高温氯化盐吸热器的光热耦合机理和运行可靠性验证等方面的研究。可长期稳定开展针对不同工况、模拟不同天气情况、不同能流分布、不同吸热器结构形式和材料等的光热耦合机理的实验研究过程，不受天气情况的影响，大幅降低时间成本，为下一代塔式电站研究提供指导。
[0007]一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台，包括氯化盐循环系统、电加热系统和非均匀太阳光源模拟系统；氯化盐循环系统用于实现氯化盐的循环流动，所述电加热系统用于对二元氯化盐进行预热和保温，所述非均匀太阳光源模拟系统用于模拟太阳光以加热氯化盐循环系统中的吸热器；氯化盐循环系统包括通过管道相连的氯化盐输送泵、氯化盐储罐、氯化盐循环管道、氯化盐回流管道、吸热器、第一差压测量段和第二差压测量段；氯化盐输送泵与氯化盐储罐连通，氯化盐储罐的出口与氯化盐循环管道相连，氯化盐循环管道与第一差压测量段第一端以及吸热器的进口连接，第一差压测量段第二端与吸热器的出口以及孔板的入口相连，孔板的下端开口与第二差压测量段相连，孔板的出口连接至氯化盐储罐；吸热器的进口和出口管道上分别通过安装有第一K型热电偶和第二K型热电偶；电加热系统包括安装在氯化盐储罐内的电加热器，以及缠绕于氯化盐循环管道、氯化盐回流管道、第一差压测量段、第二差压测量段管道外的管道伴热带；非均匀太阳光源模拟系统包括Lambertian靶、太阳能模拟器、能流计和相机，所述Lambertian靶和太阳能模拟器均设置在吸热器正面，所述能流计安装在Lambertian靶上，所述相机用于拍摄拍摄能流计表面照片。
[0008]进一步的，还包括氯化盐吹扫及排出系统，所述氯化盐吹扫及排出系统包括通过管道相连的第二氩气瓶、第二氩气吹扫段、第一氩气吹扫段支路、第二氩气吹扫段支路、吸热器泄压段和氯化盐排出段；第二氩气瓶的出口与第二氩气吹扫段一端连接，第二氩气吹扫段另一端分两路进入第一氩气吹扫段支路和第二氩气吹扫段支路；第一氩气吹扫段支路与吸热器连接，第二氩气吹扫段支路与吸热器以及吸热器泄压段连接，吸热器泄压段通过管道与氯化盐储罐相通；吸热器下部与氯化盐排出段相连通。
[0009]进一步的，氯化盐储罐上安装有空气隔离系统，所述空气隔离系统包括第一氩气瓶、呼吸阀、氩气泄出阀、空气排出阀和第一氩气吹扫段；所述第一氩气瓶的出口分两路分
别与第一氩气吹扫段第一端和氩气通入阀连接，氩气通入阀通过管道与氯化盐储罐连接，第一氩气吹扫段的第二端连接至氯化盐储罐，呼吸阀通过管道安装在氯化盐储罐上部，所述氩气泄出阀和空气排出阀通过并联形式与氯化盐储罐连接。
[0010]进一步的，第一差压测量段与吸热器的进口之间的管道上依次安装有第一高温隔膜法兰、第一降温翅片、第一中低温隔膜法兰、第一差压传感器、第二中低温隔膜法兰、第二降温翅片和第二高温隔膜法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台，其特征在于，包括氯化盐循环系统、电加热系统和非均匀太阳光源模拟系统；所述氯化盐循环系统用于实现氯化盐的循环流动，所述电加热系统用于对二元氯化盐进行预热和保温，所述非均匀太阳光源模拟系统用于模拟太阳光以加热氯化盐循环系统中的吸热器；所述氯化盐循环系统包括通过管道相连的氯化盐输送泵(8)、氯化盐储罐(12)、氯化盐循环管道(17)、氯化盐回流管道(21)、吸热器(25)、第一差压测量段(28)和第二差压测量段(38)；氯化盐输送泵(8)与氯化盐储罐(12)连通，氯化盐储罐(12)的出口与氯化盐循环管道(17)相连，氯化盐循环管道(17)与第一差压测量段(28)第一端以及吸热器(25)的进口连接，第一差压测量段(28)第二端与吸热器(25)的出口以及孔板(37)的入口相连，孔板(37)的下端开口与第二差压测量段(28)相连，孔板(37)的出口连接至氯化盐储罐(12)；吸热器(25)的进口和出口管道上分别通过安装有第一K型热电偶(24)和第二K型热电偶(27)；电加热系统包括安装在氯化盐储罐(12)内的电加热器(13)，以及缠绕于氯化盐循环管道(17)、氯化盐回流管道(21)、第一差压测量段(28)、第二差压测量段(38)管道外的管道伴热带(18)；所述非均匀太阳光源模拟系统包括Lambertian靶(58)、太阳能模拟器(59)、能流计(65)和相机(70)，所述Lambertian靶(58)和太阳能模拟器(59)均设置在吸热器(25)正面，所述能流计(65)安装在Lambertian靶(58)上，所述相机用于拍摄拍摄能流计表面照片。2.根据权利要求1所述的一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台，其特征在于，还包括氯化盐吹扫及排出系统，所述氯化盐吹扫及排出系统包括通过管道相连的第二氩气瓶(48)、第二氩气吹扫段(49)、第一氩气吹扫段支路(51)、第二氩气吹扫段支路(53)、吸热器泄压段(56)和氯化盐排出段(46)；所述第二氩气瓶(48)的出口与第二氩气吹扫段(49)一端连接，第二氩气吹扫段(49)另一端分两路进入第一氩气吹扫段支路(51)和第二氩气吹扫段支路(53)；第一氩气吹扫段支路(51)与吸热器(25)连接，第二氩气吹扫段支路(53)与吸热器(25)以及吸热器泄压段(56)连接，吸热器泄压段(56)通过管道与氯化盐储罐(12)相通；吸热器(25)下部与氯化盐排出段(46)相连通。3.根据权利要求1所述的一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台，其特征在于，所述氯化盐储罐(12)上安装有空气隔离系统，所述空气隔离系统包括第一氩气瓶(1)、呼吸阀(7)、氩气泄出阀(9)、空气排出阀(10)和第一氩气吹扫段(11)；所述第一氩气瓶(1)的出口分两路分别与第一氩气吹扫段(11)第一端和氩气通入阀(4)连接，氩气通入阀(4)通过管道与氯化盐储罐(12)连接，第一氩气吹扫段(11)的第二端连接至氯化盐储罐(12)，呼吸阀(7)通过管道安装在氯化盐储罐(12)上部，所述氩气泄出阀(9)和空气排出阀(10)通过并联形式与氯化盐储罐(12)连接。4.根据权利要求1所述的一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台，其特征在于，所述第一差压测量段(28)与吸热器(25)的进口之间的管道上依次安装有第一高温隔膜法兰(29)、第一降温翅片(30)、第一中低温隔膜法兰(31)、第一差压传感器(32)、第二中低温隔膜法兰(33)、第二降温翅片(34)和第二高温隔膜法兰(35)；
所述第二差压测量段(38)上依次安装有第三高温隔膜法兰(39)、第三降温翅片(40)、第三中低温隔膜法兰(41)、第二差压传感器(42)、第四中低温隔膜法兰(43)、第四降温翅片(44)和第四高温隔膜法兰(45)。5.根据权利要求1所述的一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台，其特征在于，所述氯化盐储罐置于储罐垫板上，两者共同放置于氯化盐储槽中。6.根据权利要求1所述的一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台，其特征在于，所述氩气通入阀(4)的两端分别安装有第一压力传感器和第二压力传感器。7.根据权利要求1所述的一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台，其特征在于，所述氯化盐储罐(12)上通过管道安装有雷达料位计(6)，所述雷达料位计(6)和氯化盐储罐(12)连接的管道上安装石英玻璃。8.基于权利要求1所述的一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、排出实验平台中的空气后，将氯化盐注入到氯化盐储罐(12)中；步骤2、打开太阳能模拟器(59)，将Lambertian...

【专利技术属性】
技术研发人员：程泽东，杨思远，何雅玲，张杰，王文奇，冷亚坤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：