多元混合熔融盐的制备及其性能研究.pdf

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1、万方数据第30卷第12期2009年12月太阳能学报AcrAENERG【AESOLARISSINICAV01．30．No．12Dec．，2009文章编号：0254-0096{2009}12-1621．06多元混合熔融盐的制备及其性能研究彭强1，魏小兰2，丁静1，杨建平2，杨晓西1(I．中山大学工学院，广州510006；2．华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州510640)摘要：采用静态高温混合熔融法制备以硝酸钾、亚硝酸钠、硝酸钠为三元基元和添加剂构成多元混合熔盐。通过热稳定性、放热实验以

2、及X．射线衍射(XaD)相分析和DSC热分析等表征技术，确定在三元熔盐中加入5％添加剂addifiveA时，多元混合熔盐比三元熔盐的高温热稳定性好。在不提高熔盐固体析出温度的前提下，可以使其最佳操作温度由原来400．500℃提高到约550℃。从多元混合熔盐中N昕含量变化和相变潜热损失方面可以发现添加剂adttiveA的加入可以降低多元熔盐劣化程度，提高混合熔盐的蓄热效率。关键词：高温熔盐；硝酸熔盐；添加剂；热稳定性中图分类号：TKl23；0631文献标识码：A0引言太阳能热发电是太阳能规模化高温热利用的一种形式，既

3、可以减少化石燃料的使用，又可以达到减少温室气体排放和降低大气污染的目的，是一种正在迅速崛起的新兴产业⋯，但是太阳能的供能方式具有“间歇性”的特征，太阳能热发电易受到阴天、夜晚等气象变化的影响，故需要利用蓄热技术来提高太阳能利用效率。由此，低成本高性能蓄热介质的研发就成了太阳能热发电的关键技术之一。作为太阳能热发电用的传热蓄热介质，使用时必须满足以下条件：熔点低，沸点高，导热性好，比热容大，粘度较低，热稳定性好；腐蚀性小，安全易得，而且价格低廉等。相对而言，碱金属硝酸盐体系基本能满足上述要求，混合硝酸盐有较低的熔点，

4、在较高的温度下热稳定性好，对容器和管路材料腐蚀性小，特别适合于中高温传热蓄热介质。目前，在国外太阳能热发电站中作为传热和蓄热介质使用的是40％KN03，60％NaN03组成的二元熔盐和53％KN03，40％NaN02和7％NaN03组成的三元混合硝酸熔盐。其中对含NaNO：的三元混合硝酸熔盐研究较多。AlexanderJJr等怛1和KirstWE等【3J研究得到，在454．40C以下熔盐热化学稳定性很好；SilvermanMD【41等研究发现，熔盐上限温度为450℃；KearneyD等bo还得出熔盐上限温度为535

5、℃。国内在熔盐炉中所使用的三元体系(53％KNq，7％NaNq和40％NAN02)工作温度范围为180～500℃。当温度高于500℃时，由于熔融盐在空气中的氧化导致亚硝酸盐组分含量降低，使得熔盐的熔点上升出现劣化现象，引起各种运行故障16“¨。于建国等[12]发明了一种四元熔盐，即在此三元熔盐基础上加入LiN03，其最佳使用温度范围为250—550℃。但由于LiN03的加入使得熔盐和容器、管路系统成本提高，在工业应用中受到一定限制。为此，本文通过静态混合熔融的方法u3’141制备硝酸钾、亚硝酸钠、硝酸钠为三元基元和

6、添加剂additiveA构成的多元复合熔盐，通过热稳定性、放热实验和x．射线衍射(Ⅺm)相分析以及DSC热分析等技术手段研究了这种多元复合熔盐的高温热稳定性性能。1实验部分实验用硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和添加剂为分析纯试剂。将添加剂、三元熔盐和多元熔盐材料经过干燥、机械混合、静态加热熔融、自然冷却以及机械粉碎等步骤制备。三元和多元熔盐材料DSC分析利用美国强公司Q600SDT型热重分析仪；XRD相分析利用日本理学公司D／MAX-3AX型x．射线粉末衍射仪，Cu靶。熔盐热稳定性实验利用镍坩锅放在SX2温控收稿日期：2

7、008．舾．24基金项目：国家自然科学基金(90610023)；国家高技术研究发展计划(863)项目(2006AA∞0103)通讯作者：丁静(1963一)，女，博士、博士生导师，主要从事传热蓄热技术方面的研究。eejdmg@刚t．edu．∞万方数据1622太阳能学报30卷炉中；采用高锰酸钾滴定法测定N昕含量变化确定熔盐劣化曲线；电位连续滴定法测定熔盐中Cl一含量；称重法测定质量损失曲线；质量测定利用德国Sartofi。US$201型电子分析天平(精度0．0019)。2结果与讨论2．1熔融盐热稳定性研究熔融盐热稳定性

8、研究主要是利用三元硝酸熔盐分别和5％、10％、15％添加剂additiveA混合，按照上述方法配置成混合熔融盐。在不同温度条件下，通过测定不同时间段试样的重量来直接反映混合熔盐的氧化和分解程度。同时，为了更好了解混和熔盐内部变化状况，采用高锰酸钾标准溶液滴定分析方法分析混合熔盐中NO一含量。实验首先研究三元熔盐的热稳定性，其次探讨添加剂additiveA加入