高温氯化物熔盐材料的制备及其性能研究

摘要

由于太阳能具有间歇性和不能稳定供应的缺点，不能满足大规模工业化连续供能的要求。为了有效地解决能源转换、储存与输运问题，必须发展高效传热蓄热技术。在太阳能高温热利用技术中，常用传热蓄热介质有空气、混合油、水/蒸汽、液态钠和铝等金属、熔融盐等，其中熔融盐作为传热介质既可以应用于较高的温度下，同时又具有蓄热功能，可以克服云遮带来的系统运行参数不稳定的问题。熔融盐以其高热容量和宽温度使用范围的优势成为高温传热蓄热介质的首选材料之一。
　　 针对太阳能高温热利用温度范围(500～800℃)的技术要求，本文通过相图分析，按照原料经济性、低共晶盐熔点以及弱腐蚀性的标准，选取了氯化物熔盐体系。采用静态熔融法制备了氯化物熔盐材料，利用热重差热联用分析仪(TG-DSC)、阿基米德法和回转振荡式-高温熔体粘度仪等对氯化物熔盐材料的熔点、相变潜热、比热容、密度和粘度等参数进行了表征，研究了高温恒温和温度交变工况下氯化物熔盐的热稳定性，探讨了氯化物熔盐在高温下对321、310S、304和316L不锈钢材料的腐蚀性。
　　 结果表明：采用静态熔融法制备的氯化物熔盐材料的熔点为497.67℃，相变潜热为86.85J/g。固态比热容变化缓慢，随着熔盐逐渐熔化，液态比热容随着温度的增加而增加，比热值为2.08951～2.5668J·k-1·g-1，这对液相熔盐用作传热介质十分有利；熔盐的密度随温度增加而降低，密度值为1.6～2.1g·cm-3；当温度高于熔点时，熔盐的粘度随着温度的增加而逐渐降低，粘度为2.20～3.57Cp，较小的粘度能大大降低流阻，减少输运设备能耗。XRD图谱分析表明氯化物熔盐在高温恒温和温度交变工况下都具有良好的化学稳定性。从腐蚀动力学曲线得知，不锈钢材料在氯化物熔盐中的耐蚀性基本随Cr含量的增加而得以明显改善。310S抗650℃的氯化物熔盐腐蚀较好，25小时后其失重速率明显变小，质量损失为1.121mg·cm-2；对321不锈钢的表面腐蚀形貌及元素分析，不锈钢基体表面遭到破坏，未检测到氯元素，而氧的含量较高，这种腐蚀与由氯化物沉积盐引起的活化氧化相差甚远。本文所制备的氯化物熔盐作为高温传热蓄热介质的最佳工作温度范围是550～800℃，其具有相变潜热大、熔点低、比热大、密度大和粘度小的特点，能满足太阳能高温热利用技术的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2传热蓄热材料

1.3熔融盐传热蓄热材料

1.4氯化物熔盐材料的选取

1.5氯化物熔盐材料的研究现状

1.6本文主要研究目的及内容

第2章 氯化物熔盐材料的制备与筛选

2.1引言

2.2相图分析

2.3蓄热经济性分析

2.4实验部分

2.5结果分析与讨论

2.6本章小结

第3章 氯化物熔盐材料的热稳定性研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果分析与讨论

3.4本章小结

第4章 氯化物熔盐材料热物性参数的测试与估算

4.1引言

4.2实验方法

4.3结果分析与讨论

4.4本章小结

第5章 氯化物熔盐材料对金属腐蚀性研究

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果分析与讨论

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢