NaNO3-KNO3基熔盐高温传蓄热特性及其强化研究

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太阳能热发电中主要采用NaNO3-KNO3(60-40wt%,Solar salt)和NaNO3-KNO3-NaNO2(7-53-40wt%,Hitec)熔盐作为常用的传蓄热介质,其中熔盐传蓄热特性是电站能长期稳定运行的重要指标。当前,太阳能热电站的实际运行年限较短,对于高温运行一定时间后熔盐的传蓄热特性鲜有研究,关于其寿命的预测更是未见报道。另一方面,硝酸盐的比热容和导热系数较小,这在一定程度上也限制了其在太阳能热发电中的广泛应用。本文以Solar salt和Hitec熔盐为研究对象,研究了不同预加热温度对两种熔盐在工况条件下的比热、密度、导热、热失重、粘度等产生的影响。针对硝酸盐比热容较小的特性,通过添加不同粒径、不同添加量的纳米颗粒来强化其传蓄热特性,并分析了纳米粒子对熔盐的比热、导热、热重等传蓄热特性强化的变化规律。通过向这两种硝酸盐添加Li NO3设计了一种新型传蓄热熔盐,并对其比热、导热、热失重等特性进行了探究,以便为太阳能光热电站提供候选熔盐体系,进一步促进太阳能光热电站的快速发展。研究结果如下:1)在空气气氛下,Solar salt熔盐于25℃、300℃、565℃和600℃分别预先加热处理240h,对于不同温度处理之后的Solar salt熔盐在250℃-480℃区间进行传蓄热特性测试,发现:随着预加热处理温度的升高,其比热、密度、导热系数和热失重呈现减小的趋势,粘度呈现增大的趋势,硝酸根离子浓度呈现减小趋势,亚硝酸根离子浓度呈现增大趋势。在空气气氛下,Hitec熔盐于25℃、400℃、450℃、500℃分别预先加热处理240h,对于不同温度处理之后的Hitec熔盐在200℃-400℃区间进行传蓄热特性测试,发现:随着预加热处理温度的升高,其比热、密度、导热系数和热失重呈现增大的趋势,粘度呈现减小的趋势。硝酸根离子呈现增大的趋势,亚硝酸根离子浓度呈现减小的趋势。2)Solar salt和Hitec熔盐中分别添加了不同添加量(0.0625wt%,0.5wt%和1wt%))和不同粒径(25 nm,40 nm和100 nm)的纳米TiO2颗粒,研究表明:当添加的纳米TiO2粒径为25 nm,其增强Solar salt和Hitec熔盐比热和导热系数幅度最大。其中Solar salt熔盐比热增强8.6%,分解温度提高16℃,Hitec熔盐比热增强9%,分解温度提高18℃。当纳米TiO2添加量为0.0625wt%时,其对Solar salt和Hitec熔盐的比热和导热系数增强效果最好。其中Solar salt熔盐比热增强11.7%,分解温度提高10℃,Hitec熔盐比热增强12%,分解温度提高23℃。通过物相和晶格结构分析,发现熔盐中添加纳米颗粒所制成的复合材料之中,存在纳米TiO2颗粒同时无其他新物质生成。3)基于Solar salt和Hitec熔盐,向两种熔盐添加LiNO3,配制了NaNO3-KNO3-LiNO3和NaNO3-NaNO2-KNO3-LiNO3两种新型硝酸盐。在250℃下,三元硝酸盐NaNO3-KNO3-LiNO3与Solar salt熔盐相比,导热系数增强了21.5%,四元硝酸盐NaNO3-NaNO2-KNO3-LiNO3与Hitec熔盐相比,导热系数增强了32.0%。
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