槽式太阳能聚光集热器热力学分析及聚光集热系统动态特性仿真

槽式太阳能聚光集热器是槽式集热系统关键部件之一,因此对其热力学性能分析至关重要。利用分布参数法构建了集热器的一维稳态模型,分别研究了熔盐进口流量、日照辐射量、环形空间压力等因素对集热器的火积耗散率、熵产率、(火用)损失率以及热损失率的影响。结果发现火积耗散率和熵产率均随熔盐进口流量、发射率的增大而减小,随日照辐射量增大而增大。当日照辐射量增大67%时,火积耗散率和熵产率分别增大191.4%和177.7%;(火用)损失率随各个参数的变化趋势与熵产率基本相同;热损失率随熔盐进口流量、环境温度的增大而减小,随日照辐射量、环形空间压力、环境风速、发射率的增大而增大,并且发射率影响最大,当发射率增大28.6%时,热损失率增大18.9%。同时为探究集热系统的动态特性,构建了双罐集热系统和单罐集热系统的动态仿真模型并进行仿真计算,结果发现双罐系统的动态响应时间要明显长于单罐系统;熔盐罐的数量和位置仅会对初始阶段系统的动态响应造成影响,不会对稳定时系统各部件工质出口温度造成影响。从火积耗散率和熵产率2个角度对系统进行了分析,结果表明:换热器的火积耗散率与熵产率均随时间先增大后保持不变,集热器以及熔盐罐的火积耗散率与熵产率均随时间先减小后保持不变。

电阻式熔盐加热器内部传热特性研究

高温熔盐电加热器是储热系统中实现电热转换的核心设备,掌握内部温度分布特性是推动其结构优化的关键。文章建立了传统电阻式熔盐加热器计算模型,采用CFD软件,通过求解三维N-S方程和能量方程,研究了加热器内部温度分布特点,得到了电加热器内部温度分布在不同工况下的变化规律。结果表明:沿流动方向上熔盐和管壁温差逐渐增加,而多组串联布置能够有效降低传热温差,在加热器连接处二者温差可从27℃降低至2℃;同时,由于内部加热管密集程度不一致,横截面内中心位置熔盐、电阻丝、填充材料温度明显高于边缘位置,且伴随着负荷的增加温度梯度也逐渐增加,当平均热流密度从5.71 W/cm^(2)增加至28.57 W/cm^(2)时,截面熔盐温差从49℃升高至68℃,可以看出,合理分配电加热管排布是降低截面温差、减小热应力的关键。

铜冶炼烟气与熔盐储换热系统换热分析

采用熔盐储换热方案并结合分时电价、电力交易等多能协同控制技术,进行了烟气熔盐储换热系统回收铜冶炼高温烟气余热研究。分析了换热过程中的热量流和物质流,估算出10h储热熔盐用量和熔盐储罐尺寸,此规模熔盐储换热系统固定投资约为925万元,以熔盐储换热系统替代余热锅炉,资本回收年限约为5.7a。在峰平谷电价时,熔盐储换热系统发电效益优于余热锅炉,且适应烟气波动、减小耗电工艺对电网冲击负荷。讨论了烟气温度、流量、SO_(2)含量对熔盐流量、蒸汽产量以及发电量的影响。结果表明,随着烟气温度、流量、SO_(2)含量的增加,系统熔盐流量、蒸汽产量以及发电量呈现正相关。

不同填充介质对储能换热器传热强化影响的数值模拟

本文以含熔融盐颗粒储能胶囊的换热器为对象,采用数值模拟方法探究了填充介质在换热器内部的强化换热传热过程,分析了其物性对传热过程的影响。研究结果表明,石蜡等介质的填充显著提升了胶囊的传热速率。本研究为储能换热器优化提供了范例。

废硫酸再生装置导热盐管线开裂原因分析及修复方法

熔盐具有良好的热稳定性和较高的热传导系数,在废硫酸再生装置中用作高温热载体。某废硫酸再生装置熔盐系统运行期间,搭载熔盐介质的导热盐夹套管线多次发生泄漏,影响装置正常运行。对导热盐管线泄漏区域管道裂纹进行了理化检验检测,制定了以更换管道材质及改进伴热方式为主要内容的修复方案。方案实施后效果良好,用相同方法完成了剩余导热盐管线的优化改进,有效保障了导热盐管线的安全稳定运行。

导热油和熔盐作为加热媒介的探讨分析

工业生产中加热媒介的选择需要考虑可控性、经济性和安全性,其中导热油和熔盐作为优异的加热媒介,如何选择则需要根据具体工艺条件确定。本文主要从可控性、经济性和安全性三个方面对导热油和熔盐进行对比分析,确定各自作为加热媒介的适用性。

熔盐电加热储热技术在园区供热中的应用

熔盐具有使用温度高、热稳定性强、高比热容和低饱和蒸汽压等优点,是优良的传热储能介质。工业园区通过大容量熔盐储能与供热/发电系统耦合,构建分布式储能-灵活供热供电系统,不仅可解决新能源电力大幅并网后的消纳问题,还为园区供热提供了新的发展方向。该文通过对某园区熔盐低碳供热示范项目分析,探究熔盐电加热、熔盐储能及蒸汽发生系统相关技术方案,为园区熔盐供热技术提供借鉴。

一种以熔盐为移热介质的氨合成塔及氨合成工艺

合成氨除用于生产化肥、化工产品,作为脱硝剂和制冷剂使用外,还可作为氢载体用于氢能储存,是未来清洁低碳燃料的重要形式。氨合成反应是一个可逆的放热反应,受反应平衡的限制,原料氢、氮气不能一次全部转化为氨产品,需要通过循环反应以提高产品收率。合成氨节能的关键在于在较低反应压力条件下提高反应单程转化率,现有氨合成塔可实现的单程转化率低、装置运行能耗高。以熔盐为移热介质的变温氨合成塔,可以实现不同床层高度的催化剂均总体处于最佳反应温度下操作。合成塔入口端高反应物浓度时高温,以提高反应速率;合成塔出口端高产物浓度时低温,以提高化学反应平衡转化率。以熔盐为移热介质的变温氨合成塔单程转化率高、节能降耗和经济效益显著,值得工程研究及推广。

高温熔盐吸热器的传热研究和系统设计

本文对非均匀辐射热流密度太阳能熔盐吸热器传热过程进行了模拟研究,得到了熔盐吸热器内部的温度、传热性能等特征参数。结果表明在轴向和径向上熔盐流体温度和管壁的温度都非常不均匀,同时其综合传热性能要高于按照Sieder-Tate公式的计算值。并对10 MW塔式太阳能热发电的熔盐吸热器进行了设计和分析。

高温熔盐的制备及实验研究

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,分析了工业应用的高温热载体,制备了NaCl、KCl和无水MgCl2形成的新型高温熔盐,采用差示扫描量热法对混合熔盐热力学性质进行了测量,实验结果表明,高温熔盐具有较好的热稳定性,是一种理想的高温热载体．

高温碳酸熔盐的制备及传热蓄热性质

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,根据碳酸盐的相图数据,利用静态熔融的方法制备了碳酸钠-碳酸钾新型熔盐,并对熔盐添加氯化钠、氯化钾、碳酸锂等高熔点物质进行改性,采用差式扫描量热法(DSC)、重量法、电位滴定法和热循环法对混合熔盐的熔点、相变潜热、离子变化、热稳定性等热力学性质进行了表征。实验结果表明,碳酸锂改性后的碳酸熔盐熔点和相变潜热数据较氯化钠、氯化钾改性的优越,但价格较贵,不适合作为太阳能高温传热介质;价格较低的氯化钠改性后的碳酸熔盐具有熔点比二元碳酸熔盐低133℃、相变潜热增加为二元碳酸熔盐的1.9倍和在850℃以下热稳定性好的特点,是一种比较理想的高温热载体。

硝酸熔盐体系在能源利用中的研究进展

硝酸熔盐具有优良的传热和流体流动及易溶解无机物等特性,在熔盐传热蓄热、反应介质、熔盐电解液、废热利用、金属合金制造和高温燃料电池等方面得到广泛应用。介绍了硝酸熔盐在一般工业应用、太阳能热发电和太阳能制氢等方面的应用情况,指出随着对熔融硝酸盐性能深入研究和改进,硝酸熔盐在能源开发利用及环境保护等方面将会发挥更重要的作用。

硝酸熔盐储热材料在太阳能利用中的研究进展

随着全球经济的快速发展,能源危机日渐凸显,太阳能作为可再生能源的一种,越来越受到人们的重视。因此,如何高效利用太阳能资源值得深究。熔盐具有良好的蓄热特性,在石化、电池及冶金行业中发挥着很大的作用,尤其可以作为传热蓄热介质应用于太阳能热发电和太阳能制氢中。其中硝酸盐的特性较为适合用于熔盐储热材料。主要针对硝酸熔融盐体系,一是介绍了硝酸熔融盐体系在太阳能方面的应用,二是介绍了国内外学者对此体系的物化性质研究,如工作温度范围、热力学性质及热稳定性等。通过对比,总结了不同混合熔融盐各项性能的异同。指出了硝酸熔融盐性能深入研究的方向,为硝酸熔盐在能源开发利用和环境保护等方面发挥更重要的作用提供了重要参考。

LNK碳酸熔盐热物性能研究

简述了碳酸熔盐在热化学催化反应、清洁燃烧、燃料电池、太阳能制氢中的应用研究,指出碳酸熔盐能够满足太阳能高温传热蓄热的要求。采用热分析技术TG-DSC、重量法、阿基米德法、回转振荡法等对(Li-Na-K)_2CO_3熔盐(LNK碳酸熔盐)的熔点、比热、相变潜热、密度、黏度和热稳定性等性质进行了表征。实验结果表明:LNK碳酸熔盐具有熔点低(404.89℃)、比热容(500℃,2.70kJ/(kg·K))和相变潜热(159.7kJ/kg)高、密度大(2g/cm^3)、黏度小(4C_p)以及在800℃下热稳定性好的特点,是一种比较理想的高温热载体。

高温熔盐在螺旋槽管内传热特性的试验研究

以熔盐为传热介质对不同几何参数的螺旋槽管内的传热特性进行了试验研究,结果表明,与光管相比,螺旋槽管可以有效提高管内传热系数,且槽深的增加有利于强化传热。工作温度较高时,熔盐粘度低而流动阻力小,螺旋槽管的强化传热效果更为突出。通过多元线性回归法得到高粘度和低粘度熔盐在螺旋槽管内努塞尔数的准则方程式,为吸热器的工程设计提供了理论依据。

高温熔盐在层流区的传热特性

高温熔盐在熔盐堆和太阳能储能等领域有广泛的应用前景,为研究熔盐堆乏燃料后处理的氟化挥发过程中熔盐的传热特性,本文基于三元硝酸盐与导热油的对流传热实验装置,对熔盐在层流区的传热特性进行了研究。根据实验数据对努塞尔数Nu计算关联式进行了评价,并在Sieder-Tate关联式基础上,利用实验数据进行拟合得到了新的计算关联式。通过Fluent6.3平台对新Nu关联式进行验算。与换热器内的温度场分布对比,发现新Nu计算关联式能较准确地预测熔盐在层流区的传热特性。

轴向非均匀热流下熔盐吸热管的传热特性

以熔盐为传热工质,对轴向非均匀热流下吸热管内传热进行了数值模拟。结果表明:吸热管顺流和逆流加热时,吸热管内高热流侧流速均大于对应位置的低热流侧流速,轴向热流突变处的管内流速变化率较大。吸热管逆流加热的管外壁最高温度及高温区平均温度明显低于顺流加热,逆流加热的管壁的热应力大大减小,高温区的辐射热损失也减小。

高温高热流密度熔盐吸热管传热试验研究

以三元熔盐为传热介质，在熔盐吸热传热实验平台上进行高温高热流密度下316L不锈钢熔盐吸热管传热特性试验。吸热管外径为20mm，实验流体温度控制在250-500℃，热流密度为180-470kW／m^2。实验揭示了不同温度及不同热流密度下熔盐吸热管内对流换热的Nu—Re关系，Nu随Re增加显著增大，实验Nu数普遍高于按sieder-Tate关联式计算的值。分析了温度及热流密度对熔盐吸热管传热特性的影响，发现熔盐平均温度相同时，低热流密度下的Nu数大于高热流密度下的Nu数，同时实验结果显示高温高热流密度下熔盐吸热管的传热性能主要取决于熔盐流速，且高热流密度对传热过程中的温度影响非常显著。

熔融盐(LiNO_3)强制对流换热实验

由于熔融盐使用温度高、热稳定性和传热性能好,被认为是太阳能塔式发电系统和新一代槽式发电系统中最有前途的传热蓄热介质之一。本文通过搭建高温熔融盐传热试验台,成功实现了LiNO_3熔融盐与导热油的强制对流换热试验循环,得到了总的对流换热系数,初步得到了在旺盛紊流区熔融LiNO_3在不同雷诺数下对应的努塞尔数。

周向不均匀加热圆管内熔盐传热特性数值研究

建立周向不均匀加热圆管物理模型，采用标准k—ε模型，在熔盐入口温度200℃～400℃．速度0．6～3．0m／s，加热面热流密度200—400kW／m^2参数范围内，对内径16mm，壁厚2mm的集热管内熔盐传热特性进行数值模拟。分析集热管出口截面温度分布规律和集热管传热性能，对比不同参数管内壁周向温度不均习分布特性。研究结果表明：集热管出口截面管壁温度差异较大，熔盐存在温度梯度；熔盐入口温度越低，换热效果越好；不同热流密度对Nu影响很小。Re相同时Nu相同；集热管内壁周向温度分布不均匀，增加入口速度和降低热流密度有助于改善温度周向不均匀性。