新型低熔点混合熔盐的开发和热物性测定

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1、中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号：123541新型低熔点混合熔盐的开发和热物性测定王超任楠吴玉庭马重芳（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：13488698922，E-mail:wc19900409@126.com摘要熔融盐具有良好的热物性能，是太阳能热发电系统中较为理想的传热蓄热介质。本文在SolarSalt的基础上，通过改变质量比例和添加新型添加剂，得到了一种新型低熔点混合熔盐，并测得该混合熔盐的熔点、初晶点、分解温度、热物性能等特性参数

2、。关键词太阳能热发电；混合熔盐；热物性0引言聚光太阳能热发电是一种大规模，具有商业可行性的发电模式，能很好解决目前能源紧张的问题。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，故传热蓄热技术是提高太阳能利用效率的关键技术。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[1,2]。目前，两种常用混合硝酸盐SolarSalt和Hitec已经在

3、太阳能热发电实验和商业化电站中得到大规模使用，但所使用的熔盐熔点较高并缺乏对熔盐热性能的系统研究。为了降低混合硝酸盐的熔点，本文在SolarSalt的基础上，选择添加新型添加剂对物性进行改性和优化，得到一种新型混合熔盐。本文按照不同质量比例配制出8种混合熔盐，对各样品逐一进行实验测定和分析。通过所测得的DSC曲线可以分析得到各样品的熔点、初晶点、分解温度、热稳定性能等热物性数据。通过比对和筛选，初步获得熔盐优化配方。1实验方案和实验设备1.1实验方案在SolarSalt（质量分数为60%NaNO3+40%KNO3）基础上，通过改变组分配比和添

4、加Ca(NO3)2和NaNO2对其进行改变和优化，得到一种新型低熔点混合熔盐。按照质量比例配制混合熔盐，初步获得8种不同比例的混合熔盐，如下表所示：表1新型混合熔盐样品质量比序号质量比Ca(NO3)2：KNO3：NaNO3：NaNO2011：1：7：1021：2：6：1031：3：5：1041：4：4：1051：5：3：1061：6：2：1071：7：1：1082：6：1：1配置完成后，将样品放入干燥箱中（80℃,24小时）进行干燥，去除水分。对各样品进行热物性实验测定，得到样品DSC曲线，通过对结果和数据综合分析，获得优选混合熔盐配方。1.

5、2实验设备本文中测试熔点、分解温度、比热、熔化潜热、热重曲线的仪器是德国耐驰公司的同步热分析仪器，型号为STA-409PC，见图1-1.质量称重系统精度为：0.001mg温度范围：25～1550℃最大温度：1550℃最大工作温度：1500℃图1同步热分析仪本文实验测定原理为差示扫描量热法[3]。差示扫描量热法是在程序控制温度下，测量输给试样和参比物的功率差与温度关系的一种技术，其工作原理见图2。图2差式扫描量热法工作原理如图2所示，试样和参比物分别放在两个相同的坩埚内，而每个坩埚都有独立的加热元件和测温元件，并由两个系统进行监控，其中一个用于

6、控制升温速率，另一个用于补偿试样和惰性参比物之间的温差。试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化，记录保持这些等温条件所需的热量随时间或温度的变化关系，根据DSC（差示扫描量热）曲线中峰出现或消失点可得到所对应的熔点、初晶点等热物性数据[4]。2实验步骤（1）筛选低熔点，低初晶点混合熔盐样本。称量5-10mg熔盐样品，置于铝坩埚内，升温过程设定为20-550℃，降温过程设定为550-20℃。氮气作为保护气，气流速率为30mL/min。利用同步热分析仪测量样品DSC曲

7、线。（2）对各熔盐样品的DSC曲线进行分析，得到熔点、初晶点、分解温度和热稳定性能。进行筛选。（3）对熔盐样品进行热稳定性实验（4）综合分析实验结果，初步获得优选混合熔盐配方3实验测定结果的综合分析通过对8种新型混合熔盐的热物性实验研究可得如下结论：（1）8种新型混合熔盐样品中，04、05、08号3种样品熔融峰杂乱无序，波动大，不存在统一的共融温度点。图3(a)为04号样品的杂乱非典型熔融峰。另外，01、02、03、06、07号5种样品形成共熔，有单一的典型熔融峰，存在共融温度点，图3(b)为06号样品的典型单一熔融峰。其中03、06、07号

8、3种样品的共融温度在150℃以下，熔点相比SolarSalt降低很多，应用在太阳能热发电系统中将大大降低系统初始运行成本。表2为各样品的熔点及熔点变化范围。表2优选