低熔点混合碳酸盐的开发与热物性测量 蔡萌.docVIP

中国工程热物理学会 学科类别 学术会议论文 编号：143558 低熔点混合碳酸盐的开发与热物性测量 蔡萌，桑丽霞，赵阳博，吴玉庭，马重芳 （北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室 及传热与能源利用北京市重点实验室，北京 100124） Tel E-mail：sanglixia@bjut.edu.cn 摘要：为了开发用于太阳能高温热发电的熔点更低和热物性能更好的混合熔盐，本文在三元混合碳酸盐的基础上加入添加剂LiOH 、KOH、 Ca(OH)2 、CaO 和CaCO3对其进行改良和优化。采用差示扫描量热法和热重法测量了混合盐的熔点、初晶点、分解温度。实验结果表明，加入LiOH后混合熔盐具有单一典型熔融峰，且其熔点降低较为显著，可降至366℃；所优选的混合盐具有降低的初晶点，其分解温度基本在800℃左右。 关键词：混合熔盐；熔点；初晶点；分解温度 0 前言 太阳能作为一种开发潜力巨大的绿色新能源和可再生能源，具有普遍性、无限性、经济性和清洁性等优点，并以这些优势而成为了人们关注的焦点。太阳能发电是太阳能利用的重要应用项目，目前主要有两种基本途径，分别是太阳能光伏发电系统和太阳能热发电系统。太阳能热发电技术，是指利用聚光器捕获并聚集太阳辐射能，将太阳辐射能转化为热能，然后再按某种发电方式将热能转化为电能的一门综合性高新技术，被认为是可再生能源发电中最有前途的发电方式之一[1]。 太阳能传热蓄热技术是太阳能热发电的关键技术。由于太阳辐射强度时刻在变化, 太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠储存的能量维持系统正常运行, 为了保证太阳能热发电系统相对稳定, 必须采取蓄热措施, 这是太阳能热发电系统所不可缺少的部分。且采取蓄热措施具有以下优势：(l)增加太阳能份额；(2)减少部分负荷的运行；(3)增加每年的运行小时数；(4)降低电价[2]。 熔融盐因具有广泛的使用温度范围，低蒸汽压，大热容量，低粘度，良好的稳定性等诸多特性而受到人们的广泛关注[3]。在熔融盐中，混合硝酸盐最为常见，如Solar Salt和Hitec等混合硝酸盐已经应用于太阳能热发电商业和试验电站中[4-7]。与硝酸盐相比，碳酸盐与硝酸盐最相似，其阴离子结构类似。而混合碳酸盐可以满足太阳能高温热发电对传热蓄热介质的需求。本课题已经对三元混合碳酸盐进行了详细研究，得出其熔点约在400℃，分解温度可达850℃[8]。为了进一步降低成本，提高效率，需开发熔点更低应用温度更宽的混合熔融盐。本文在三元碳酸盐的基础上通过添加LiOH、KOH、Ca(OH)2、 基金项目：北京市教育委员会科技计划项目（KM201210005006）；国家重点基础研究发展计划项目（2009CB220006,2010CB2271） CaO和CaCO3添加剂，配制得到5种混合熔盐，并对其进行了熔点、初晶点和分解温度分析。 1 实验 实验过程中所使用的实验材料有碳酸钾、碳酸锂、碳酸钠、氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙和碳酸钙。其中碳酸盐均为无水碳酸盐，氢氧化物均为无水氢氧化物，级别均为分析纯，其详细的基本相关物性参数见表1。 表1 实验中所用主要试剂及其相关参数 试剂名称 熔点（） 沸点（） 含量（%） 碳酸钾（K2CO3） 898 - ≥99.0% 碳酸锂（Li2CO3） 720 1300 ≥97.0% 碳酸钠（Na2CO3） 852 - ≥99.8% 氢氧化锂（LiOH） 471 925 ≥90.0 氢氧化钾（KOH） 360 1320 ≥82.0 氢氧化钙（Ca(OH)2） 580脱水 - ≥95.0 氧化钙（CaO） 2572 2850 ≥98.0 碳酸钙（CaCO3） 825分解 - ≥99.0 表 混合熔融盐比例 质量比 1 K2CO3:Li2CO3:Na2CO3: LiOH=4:4:2:1 2 K2CO3:Li2CO3:Na2CO3: KOH=4:4:2:1 3 K2CO3:Li2CO3:Na2CO3: Ca(OH)2=4:4:2:1 4 K2CO3:Li2CO3:Na2CO3: CaO=4:4:2:1 5 K2CO3:Li2CO3:Na2CO3: CaCO3=4:4:2:1 称量过程中，使用瑞士梅特勒-托利多仪器公司生产的精密天平来称量，其精度为1mg。称量完成后，使用高速粉碎机粉碎，样品细度可达到20～200目，在保证细度的同时也使混合物充分混合。再