太阳能热发电用高温熔盐的熵产及腐蚀性研究

发布时间：2020-07-22 02:35

【摘要】：太阳能作为一种免费、清洁且易获得的可再生能源,被认为有很大潜力在将来取代传统化石能源进行大规模发电。太阳能热发电技术能源利用率高,并且可以储备热量从而实现连续供电。然而,阻碍太阳能热电站大规模应用的主要原因之一就是高温传热流体。高温传热流体是太阳能热电站的重要组成部分。运行一个太阳能热电站需要大量的高温传热流体,因此选择合适的高温传热流体可以最大限度地减小成本和用量,从而实现最高的循环效率。熔盐的工作范围广,而且蒸气压低、粘度低,因此经常被用作高温传热流体。熵产对应有用功的下降,因此,高温传热流体的熵产越小说明其品质因数越好。文中推导了熵产的数学模型,比较了9种熔盐共晶盐混合物在50 MW电站容量下作为高温传热流体的熵产和卡诺循环效率,同时对100 MW至400 MW之间的电站容量也进行了对比。此模型针对太阳能热电站提供了一种基础有效的方法来评估不同高温传热流体的性能。高温传热流体对于合金材料的腐蚀性也是很重要的研究方向。用于存储高温传热流体的容器和管道大部分都是合金,而且盐类在高温下对于合金会有较高的腐蚀。本文研究了氯化盐混合物、碳酸盐混合物和碳氟盐混合物在700℃的高温下对四种耐腐蚀合金的腐蚀情况,并且对腐蚀以后的合金样品进行了SEM、EDS和XRD分析。研究发现,在氯化盐中所有的合金都有较高的腐蚀,合金SS316、C276和In718在碳酸盐中的抗腐蚀性较好,此外合金SS316和In718在碳氟盐中的抗腐蚀性较好。针对太阳能热电站用高温传热流体所面临的问题,本文研究了熔融共晶盐混合物作为高温传热流体使用的性能比较以及其与合金材料的兼容性这两方面的研究内容。通过使用本文中所推导出来的熵产公式对不同工作条件下的熵产进行计算,并以熵产作为统一的品质因数来进行比较,即可以对各种共晶盐混合物作为高温传热流体使用的性能进行合理的排序。通过本文的重量法实验对不同共晶盐混合物和合金的兼容性进行测量,可以揭示不同合金被不同共晶盐混合物所腐蚀的机理,以及确定合金中最容易受到每种共晶盐混合物影响的金属成分。本文的研究内容对于太阳能热电站的发展和应用具有重要的实用性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O645.4
【图文】：

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文实验对不同共晶盐混合物和合金的兼容性进行测量，可以揭示不同合金被不晶盐混合物所腐蚀的机理，以及确定合金中最容易受到每种共晶盐混合物影金属成分。获得的研究成果不仅具有重要的科学意义，而且对于推动高温传体在 CSP 热电站中的应用有很大的实用价值。1.3 国内外相关研究现状及分析.3.1 太阳能热电站工作原理太阳能热发电站将太阳能转换成热能，再在换热器处通过热功转换过程来发电。如图 1-1 所示，太阳能热电站由如下四部分组成。

太阳能热发电,技术分类

图 1-2 太阳能热发电技术分类[9]太阳能热发电系统，主要由定日镜阵列、中心接收塔换器、能量储存系统、控制系统和汽轮机发电机组等镜将太阳能反射到位于中心接收塔上的吸热器，通过介质，再由蒸汽发生器产生过热蒸汽，或直接加热吸从而驱动蒸汽轮机发电机组发电。太阳能热发电系统，主要由槽式反光镜光场、中高温架、对日跟踪系统、柔性过渡管、热交换器和汽轮机理为槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦到位于抛物线焦热管上，从而加热集热管内的导热油或者其他传热介热蒸汽来实现发电。太阳能热发电系统，由聚光器、接收器、热机、支架工作原理为聚光器跟踪太阳，将太阳光反射并聚焦到质流经接收器并吸收由太阳能转换成的热能，使工作并带动发电机发电。

蓄热介质,使用温度,范围,熔盐

热性能好、蒸气压小、成本较低 1-3 所示为各种传热蓄热介质使用温度范围。熔盐热稳定性和化学量传递速率高，受到人们的广泛关注。使用熔盐作为太阳能热发电热介质有以下优点[18-20]：1）使用温度范围广。通常的熔盐使用温度在 300~1000 ℃，可以将作温度由导热油的 393 ℃提高硝酸盐的 450 到 500 ℃，对应的朗肯导热油的 37.6 %提高到熔盐的 40 %以上；2）与导热油相比，熔盐价格低、使用寿命高、压力较低、污染较小好；3）在发电量不变的情况下，使用熔盐提高了吸热器的温度，从而可统的体积和重量；4）熔盐与金属材料的兼容性也比较好；盐传热蓄热技术对于降低太阳能热电站的发电成本有着重要的意义阳能热发电系统高温传热蓄热介质的优先选择，高温熔盐在太阳能越来越被重视。

【参考文献】