本發(fā)明涉及一種用于中高溫傳熱蓄熱的混合熔鹽的配方，屬于高新技術(shù)中物理傳熱儲能技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源是人類生存和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和繁榮的最重要的因素。在世界能源消費(fèi)急劇增長而化石資源消耗迅速、環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻的今天，發(fā)展節(jié)能與清潔能源技術(shù)刻不容緩。

由于規(guī)?；稍偕茉创嬖陂g歇性和不能穩(wěn)定供應(yīng)等缺陷，能源的供應(yīng)和需求之間，往往存在數(shù)量上、形態(tài)上和空間上的差異，不能滿足工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)功能的要求。儲能作為能源利用的重要環(huán)節(jié)，對工業(yè)節(jié)能和可再生能源利用具有特別重要的作用。已有儲能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、蓄熱、飛輪儲能、超導(dǎo)磁儲能、鉛酸電池儲能等，而除前3種物理儲能技術(shù)的單機(jī)容量可以達(dá)到或超過100mw規(guī)模外，其它儲能技術(shù)均在10mw甚至1mw規(guī)模以下，且這三種物理儲能技術(shù)具有運(yùn)行費(fèi)用低(不超過100$/kwh)、規(guī)模大、循環(huán)奉命長及已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，其中，蓄熱是僅次于抽水蓄能得到大規(guī)模應(yīng)用的儲能技術(shù)，具有很好的發(fā)展前景。

工業(yè)是我國最大的終端用能消費(fèi)部門，是當(dāng)前節(jié)能潛力最大的領(lǐng)域。我國的工業(yè)窯爐的熱效率相當(dāng)?shù)拖拢话銥?0％～30％，工業(yè)各種余熱的平均回收利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外先進(jìn)水平，主要原因之一是間歇式高品質(zhì)余熱沒有得到有效利用。工業(yè)過程間斷性余熱由于其產(chǎn)生過程的不連續(xù)未被很好的利用，而節(jié)能降耗的有效方法之一就是采用高溫蓄熱技術(shù)來存儲間歇高溫余能并穩(wěn)定使用，不僅可以有效提高能源使用效率，還使系統(tǒng)和設(shè)備的體積大大減小。

核電是目前現(xiàn)實(shí)有效、可大規(guī)模替代化石能源的優(yōu)質(zhì)、高效能源，它不僅溫室氣體和污染物排放非常小，而且具有成本優(yōu)勢。核電的發(fā)展，對于天然鈾的需求將持續(xù)增加，有預(yù)測表明未來十年全球天然鈾的供需缺口仍將存在。為了確保核能長期應(yīng)用，需開發(fā)能夠代替鈾且儲量充足的核原料。因此，在確保安全利用核能的同時，也需要積極努力地研究開發(fā)新的核能技術(shù)，使得反應(yīng)堆的固有安全性更高，燃料處理更加安全。21世紀(jì)初，國際上提出了面向未來的第四代反應(yīng)堆的開發(fā)計(jì)劃，并成立了第四代國際核能論壇(gif)，進(jìn)行合作研究開發(fā)第四代核能系統(tǒng)。在第四代反應(yīng)堆中，以熔鹽作為燃料劑和冷卻劑的熔鹽堆改變了堆芯物理設(shè)計(jì)的思路，是唯一采用液態(tài)燃料的反應(yīng)堆。

聚光型太陽能熱發(fā)電(csp)是最有可能跟風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電一樣產(chǎn)生能與化石燃料經(jīng)濟(jì)上相競爭的大量電能，被認(rèn)為是可再生能源發(fā)電中最有前途的發(fā)電方式，有可能成為將來的主力能源。太陽能熱發(fā)電結(jié)合大規(guī)模蓄熱成為電網(wǎng)大規(guī)模提供靈活電力供應(yīng)和服務(wù)的第一選擇。蓄熱系統(tǒng)的工作溫度直接決定了發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，因此，降低蓄熱系統(tǒng)造價(jià)和提高儲熱材料性能是實(shí)現(xiàn)高效、規(guī)?；?、低成本太陽能熱發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵。而采用適宜的熔融鹽作為傳熱蓄熱介質(zhì)，可以有效提升太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的性能。它既能作為儲熱材料，也可以直接作為傳熱流體，簡化了換熱環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)傳熱儲熱一體化。因此，熔融鹽技術(shù)成為當(dāng)前探索提高太陽能熱發(fā)電效率、降低發(fā)電成本的一個重要研究方向。

綜上所述，電網(wǎng)儲能、工業(yè)余熱利用、核電、以及太陽能熱發(fā)電等領(lǐng)域均需要高溫傳熱蓄熱工質(zhì)。由于熔融鹽具有廣泛的使用溫度范圍、低蒸汽壓、低粘度及成本低等優(yōu)勢，且具有較多的傳熱蓄熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，其儼然已成為蓄熱系統(tǒng)中高溫傳熱蓄熱工質(zhì)的良好選擇。然而，在實(shí)際應(yīng)用時，單一組分熔鹽由于熔點(diǎn)高，引起能耗多而不適合單獨(dú)使用，經(jīng)常使用的是混合熔鹽以達(dá)到降低熔點(diǎn)的目的?；旌先埯}不受組分和比例的限制，在研究其結(jié)構(gòu)和物性特征時，共晶鹽是優(yōu)先被選用的，而不同共晶混合熔鹽的成分和比例具有不同的熱物性。此外，熔鹽蓄熱目前主要基于顯熱蓄熱技術(shù)，其顯熱儲能密度與儲能材料的比熱容、溫度變化成正比。儲能密度是影響熔鹽大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)，它在減小蓄熱體積，提高蓄熱性能、降低運(yùn)行成本等方面發(fā)揮著重要作用。因此，對使用溫度范圍寬、高比熱熔的新型混合熔鹽的制備和熱物性的深入研究具有重大的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提高低熔點(diǎn)混合熔鹽的比熱，從而提高系統(tǒng)蓄能密度、增強(qiáng)系統(tǒng)蓄熱能力和傳熱效率，降低太陽能熱發(fā)電及工業(yè)蓄熱成本。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體，其特征在于：它是由低成本、低熔點(diǎn)二元混合熔鹽與納米粒子復(fù)合制成；所述低熔點(diǎn)混合熔鹽主要由硝酸鉀和硝酸鈣組成；所述納米粒子為金屬氧化物或非金屬氧化物的納米粒子。

所述低熔點(diǎn)二元混合熔鹽，各成分的質(zhì)量百分比含量分別為：40～50wt％硝酸鈣，50-60wt％硝酸鉀。

所述納米粒子種類為sio2、al2o3、tio2、mgo納米粒子中的一種或幾種，粒徑為10～60nm。

所述納米粒子添加比例為所述低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體總質(zhì)量的0.25％～2％。

本發(fā)明的新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體在工業(yè)蓄能和太陽能光熱發(fā)電中應(yīng)用。

新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體的具體制備步驟如下：

按各成分的質(zhì)量百分比含量制備由硝酸鉀和硝酸鈣組成的低成本、低熔點(diǎn)二元混合熔鹽，加熱攪拌均勻放入馬弗爐中加熱至熔融狀態(tài)；將納米粒子按比例加入到熔融的低成本、低熔點(diǎn)二元混合熔鹽中，攪拌該熔融混合物50～70min，攪拌均勻后自然冷卻，得到均勻穩(wěn)定新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體。

發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明技術(shù)方案制備的新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體的熔點(diǎn)較低(熔點(diǎn)范圍為：120～130℃)，分解溫度較高(分解溫度范圍：560～600℃)，其應(yīng)用在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，將大大降低傳熱蓄熱系統(tǒng)的成本，簡化系統(tǒng)初始運(yùn)行程序，不需要特殊的加熱設(shè)備來防止熔鹽的凍堵，增加了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明技術(shù)方案制備的新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體，比熱、導(dǎo)熱系數(shù)有明顯提高，傳熱蓄熱能力好，可廣泛應(yīng)用于傳熱蓄熱技術(shù)領(lǐng)域。

3、本發(fā)明技術(shù)方案制備的新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體，粘度有明顯降低，有利于降低太陽能熱發(fā)電熔鹽傳熱管路系統(tǒng)的阻力和成本。

附圖說明

圖1sio2低熔點(diǎn)熔鹽納米流體的dsc曲線。

(低熔點(diǎn)二元混合熔鹽：sio2納米粒子＝99wt％:1wt％)

圖2sio2低熔點(diǎn)熔鹽納米流體的tg曲線。

圖3sio2低熔點(diǎn)熔鹽納米流體的比熱曲線。

圖4sio2低熔點(diǎn)熔鹽納米流體的密度曲線。

圖5sio2低熔點(diǎn)熔鹽納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)曲線。

圖6sio2低熔點(diǎn)熔鹽納米流體的粘度曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一系列用做傳熱蓄熱系統(tǒng)中低熔點(diǎn)熔鹽納米流體配方，該配方主要是由低成本、低熔點(diǎn)二元混合熔鹽與納米粒子復(fù)合制成，其中低成本、低熔點(diǎn)二元混合熔鹽主要由硝酸鉀和硝酸鈣組成；所述低熔點(diǎn)混合熔鹽，各成分的質(zhì)量百分比含量分別為：47wt％硝酸鈣，53wt％硝酸鉀。所述納米粒子種類為sio2，粒徑為10～60nm。所述納米粒子添加比例為所述新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體總質(zhì)量的0.25％～2％。低熔點(diǎn)混合熔鹽的熔點(diǎn)為116.9℃，分解溫度為569.7℃，其在液態(tài)時比熱為1.4～1.6j/(g·k)左右。在低熔點(diǎn)混合熔鹽中添加納米粒子后，其熔點(diǎn)與分解溫度變化較小，但比熱和導(dǎo)熱系數(shù)會有較大提高，粘度有所降低。

新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體的具體制備步驟如下：

按各成分的質(zhì)量百分比含量制備由硝酸鉀和硝酸鈣組成的低成本、低熔點(diǎn)二元混合熔鹽，加熱攪拌均勻放入馬弗爐中加熱至熔融狀態(tài)。

將納米粒子按比例加入熔融的新型低成本、低熔點(diǎn)二元混合熔鹽中，使用磁力攪拌器攪拌該熔融混合物50～70min，攪拌均勻后自然冷卻，得到均勻穩(wěn)定新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體。

實(shí)施例1

該種新型低熔點(diǎn)二元硝酸混合熔鹽納米流體由99wt％低熔點(diǎn)二元熔鹽及1wt％sio2納米粒子組成，其中該低熔點(diǎn)二元熔鹽由53wt％硝酸鉀和47wt％硝酸鈣組成，sio2納米粒子粒徑為20nm。采用dsc(差示掃描量熱技術(shù))測試分析新型低成本、低熔點(diǎn)熔鹽納米流體的熔點(diǎn)，通過tg(熱重)分析其分解溫度，采用din51007標(biāo)準(zhǔn)方法分析其比熱。結(jié)果顯示，其熔點(diǎn)為127.4℃，分解溫度為574.2℃，該配方低熔點(diǎn)熔鹽納米流體液態(tài)時比熱約為1.73～1.91j/(g·k)，其顯熱蓄熱成本約為23.23元/(kw·h)，其平均導(dǎo)熱系數(shù)約為0.664w/(m·k)，其密度在1.834～2.047g/cm³范圍內(nèi)變化，其粘度值在1.43～2.53mpa·s范圍內(nèi)變化。圖1為該樣品的dsc曲線。圖2為該樣品的tg曲線。圖3為該樣品的比熱測試結(jié)果。圖4為該樣品的密度曲線。圖5為該樣品的導(dǎo)熱系數(shù)曲線。圖6該樣品的粘度曲線。

與純低熔點(diǎn)二元混合熔鹽相比，該配方低熔點(diǎn)熔鹽納米流體的熔點(diǎn)提高約10℃，分解溫度未發(fā)生較大變化，具有較寬的使用溫度范圍。

純低熔點(diǎn)二元混合熔鹽在液態(tài)時，比熱約為1.4～1.6j/(g·k)，該配方低熔點(diǎn)熔鹽納米流體相對于純低熔點(diǎn)二元混合熔鹽，比熱平均提高率為17.8％。

新型熔鹽納米流體的密度隨溫度升高而降低，在1.834～2.047g/cm³范圍內(nèi)變化。在低熔點(diǎn)二元鹽中加入納米粒子后，其密度明顯升高。

新型熔鹽納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)主要在0.5～0.75w/(m·k)范圍內(nèi)波動，且明顯高于基鹽的導(dǎo)熱系數(shù)。新型熔鹽納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)提升率在20％以上，可見納米粒子可顯著提高熔鹽的導(dǎo)熱系數(shù)。

新型熔鹽納米流體的粘度值在1.43～2.53mpa·s范圍內(nèi)變化，且隨著溫度的升高呈降低趨勢。

本發(fā)明保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)原理所做的技術(shù)變形均落入本發(fā)明的保護(hù)范疇。