太阳能高温熔盐优选及腐蚀特性实验研究

【摘要】： 为了改善自然环境和满足人类对能源的需求的不断增长,开发和利用太阳能是解决以上两个问题的重要方向和选择。高温太阳能传热蓄热技术是太阳能高温热利用的关键技术,在其中传热蓄热介质对于系统的效率提高和成本降低起这很大作用。 首先,本文对熔盐的物理性质规律和结构特性进行了简要介绍,讨论熔盐在共晶条件下其物理性质,包括相变潜热和熔点等的变化规律。混合共晶盐比单晶盐具有较低的熔点,同时相变潜热和比热也会同时发生变化。 为了选择适当的本实验室提出的氯化盐混合熔盐的配比,本文对整个范围内36种不同比例的熔点、相变潜热和比热进行了DSC分析,从经济性和传热蓄热性能方面对不同材料进行了评价。得出了三种不同比例混合共晶盐的熔点基本分布在400℃和460℃两个温度附近,相变潜热是无水氯化镁、氯化钠和氯化钾的质量比例为2:5:3的情况下相变潜热值最大,其值为279.1J/g,在质量比例为2:7:1的情况下经济型和比热的综合性能最好。 利用硝酸钠和硝酸钾的混合盐作为显热蓄热材料,和无水氯化镁、氯化钠和氯化钾混合盐作为潜热蓄热材料,分别计算了不同功率下蓄热三个小时的平均蓄热成本,对比了各种情况下的平均蓄热成本。相变蓄热比显热蓄热平均蓄热成本低。 最后,对于优选的比热和经济性最好的混合氯化盐和304、316L、321、和2520四种不锈钢在静态下进行了腐蚀实验分析,指出了在氯盐环境下腐蚀的机理,验证与不锈钢的相容性,另外与Solar Two所使用的混合熔盐与不锈钢的腐蚀性进行了对比分析。本文所测试的氯化盐对不锈钢的腐蚀较为严重,需要找到更好的抗氯盐腐蚀的容器材料,或者涂层,防止在高温熔融氯盐环境下腐蚀。 【关键词】：太阳能 蓄热 传热 腐蚀 熔融盐
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK513;TG172
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 物理量名称和符号表6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 太阳能热发电及其传热蓄热系统介绍10
• 1.3 国内外太阳能高温蓄热的研究现状10-15
• 1.3.1 太阳能热发电中蓄热和传热系统的重要性10-11
• 1.3.2 太阳能高温蓄热的三种方式11
• 1.3.3 国内外蓄热技术利用现状11-14
• 1.3.4 传热蓄热介质的热物性研究现状14-15
• 1.4 本课题的主要研究内容15-17
• 第2章 熔融盐的结构和物性17-25
• 2.1 引言17-18
• 2.2 熔融盐的特性18-19
• 2.3 熔融盐的结构19-20
• 2.4 盐的熔点与结构特点的关系20-22
• 2.5 熔融盐的密度22-23
• 2.6 本章小结23-25
• 第3章 太阳能高温熔融盐的优选25-39
• 3.1 实验仪器及设备25-30
• 3.1.1 差示扫描量热仪的测量原理25-26
• 3.1.2 DSC 的温度和灵敏度校正26-27
• 3.1.3 影响DSC 曲线的因素27-30
• 3.2 实验药品制备30
• 3.3 高温混合盐的熔点优选30-32
• 3.3.1 实验过程和步骤30-31
• 3.3.2 混合盐的熔点测试31
• 3.3.3 测试结果及分析31-32
• 3.4 高温混合盐的比热优选32-35
• 3.4.1 实验原理32-34
• 3.4.2 测试过程及分析34-35
• 3.5 混合熔融盐的相变潜热35-36
• 3.6 高温混合盐的综合优选36-39
• 第4章 不同蓄热系统及其成本比较分析39-53
• 4.1 高温罐显热蓄热系统39-40
• 4.1.1 工作原理及特点39-40
• 4.2 熔盐-水换热器设计40-46
• 4.2.1 设计要求40
• 4.2.2 设计原则40
• 4.2.3 热力计算40-46
• 4.3 潜热蓄热系统46-49
• 4.3.1 工作原理及特点46-47
• 4.3.2 设计计算原则47-49
• 4.4 两种蓄热方式的成本分析49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 不锈钢在混合熔融盐中的腐蚀特性研究53-65
• 5.1 试验件的选取53-54
• 5.2 实验过程54
• 5.3 结果分析54-63
• 5.3.1 氯化盐腐蚀机理分析54-57
• 5.3.2 腐蚀形貌对比57-59
• 5.3.3 腐蚀动力学59-61
• 5.3.4 与硝酸盐对不锈钢腐蚀对比61-63
• 5.4 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-73
• 致谢73

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