[发明专利]一种低熔点纳米熔盐传热蓄热介质及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于中高温传热蓄热的混合熔盐的配方，属于高新技术中物理传热储能技术领域。

背景技术

由于太阳能热发电可与低成本大规模的蓄热技术结合，可提供稳定的高品质电能，克服了风力和光伏电站由于无法大规模使用蓄电池而造成输电品质差，对电网冲击大的缺陷，被认为是可再生能源发电中最有前途的发电方式之一，有可能成为将来的主力能源。

目前，在技术成熟的槽式太阳能热发电领域，商业化电站均采用导热油作为传热介质，这导致电站大规模化装机成本高、工作温度低、系统压力大、可靠性低、导热油寿命短、成本高，最终只能达到14％的年平均发电效率。

塔式太阳能热发电系统一般采用水蒸气或空气作为传热工质。水蒸气和空气高温下传热系数低且不均匀、系统压力非常高等缺点，这很大程度上降低了系统的可靠性，提高了系统投资和后期维护成本。

熔盐具有使用温度范围大，系统压力低，单位成本低，热性能优良等诸多优点，因此采用适宜的熔融盐作为传热蓄热介质，可以有效提升太阳能热发电系统的性能。具体体现在：首先，熔融盐工作温度较导热油等介质高出100℃左右，使得系统发电效率得以提高；其次，由于熔融盐的工作压力(约2个大气压左右)远低于导热油等介质的压力(10-20大气压)，使得太阳能热发电系统的可靠性得到提高；第三，采用熔融盐作为传热蓄热介质，同高温导热油相比，全寿命可由2年左右提高到20年以上，价格可由2-3万元/吨降至1万元/吨以下；第四，熔融盐蓄热是解决太阳能热发电蓄热问题的主要手段。

熔盐作为传热蓄热介质已经在太阳能热发电系统中得到了应用。现用熔盐的主要缺点是熔点较高(130-230℃)、比热小、热导率低。目前，已开发出KNO₃-NaNO₃-LiNO₃-Ca(NO₃)₂熔盐体系，其熔点在90℃左右，解决了熔盐熔点较高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高低熔点混合熔盐的比热，从而增强系统蓄热能力和传热效率，降低太阳能热发电及工业蓄热成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型低熔点纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于：它是由低熔点混合熔盐与纳米粒子复合制成；所述低熔点混合熔盐主要由硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙和硝酸锂组成；所述纳米粒子为金属氧化物或非金属氧化物的纳米粒子。

所述低熔点混合熔盐，各成分的质量百分比含量分别为：18-20wt％硝酸钙，50-55wt％硝酸钾，9-10wt％硝酸钠，18-20wt％硝酸锂。

所述纳米粒子种类为SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、MgO纳米粒子中的一种或几种，粒径为5-60nm。

所述纳米粒子为所述新型低熔点纳米熔盐总质量的0.5％-5％。

本发明还提供了新型低熔点纳米熔盐传热蓄热介质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将低熔点混合熔盐放入马弗炉中加热至熔融状态；

(2)将纳米粒子按比例加入到熔融的低熔点混合熔盐中，搅拌均匀后自然冷却得到新型低熔点纳米熔盐。

所述的低熔点混合熔盐主要由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂和硝酸钙组成；所述纳米粒子为金属或非金属氧化物的纳米粒子。

所述低熔点混合熔盐体系中,各成分的质量百分比含量分别为：18-20wt％硝酸钙，50-55wt％硝酸钾，9-10wt％硝酸钠，18-20wt％硝酸锂。

所述纳米粒子种类为SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、MgO纳米粒子，粒径为5-60nm。

所述步骤(2)中纳米粒子按低熔点纳米熔盐总重量的0.5％-5％的比例加入；

所述步骤(2)中所述磁力搅拌50-70min，转速为300-600r/min。

本本发明的低熔点纳米熔盐在工业蓄能和太阳能光热发电中应用。

本发明的有益效果在于：

1、本发明技术方案制备的新型低熔点纳米熔盐熔点较低(熔点范围为：80—130℃)，分解温度较高(分解温度范围：570—690℃)，其应用在太阳能热发电系统中，将大大降低传热蓄热系统的成本，简化系统初始运行程序，不需要特殊的加热设备来防止熔盐的冻堵，增加了整个系统的安全稳定性。