| 中文摘要: | 聚焦太阳能热发电(Concentrated Solar Power,CSP)因其独特的储能优势和规模化应用的潜力已经成为世界各国竞相发展的新能源技术。混合硝酸/亚硝酸熔盐因其良好的热物性能成为了CSP系统中首选的传蓄热材料,其中以HTS(KNO_3-NaNO_3-NaNO_2,53-7-40 wt.%)和Solar Salt(KNO_3-NaNO_3,40-60 wt.%)使用最为广泛,HTS熔盐因其低熔点的优势成为最早的商业化CSP电站用盐。为了降低系统复杂性和减少基建成本,使用熔盐直接吸收太阳光并进行蓄热和传热成为了研究热点之一,熔盐的吸光率直接关系到系统中直接吸热装置的设计,而熔盐的稳定性关系到CSP系统长期、安全和有效地运行。硝酸盐和亚硝酸盐在高温下会产生分解,对其分解机理的研究有助于更深层次地认识分解发生的过程,对于防止熔盐劣化,延长使用周期等方面有重要的参考价值。本课题中,以自主设计的高温原位紫外可见(UV-Vis)和红外(IR)吸收光谱仪为主要研究手段,结合飞行时间质谱(TOF-MS)、电子顺磁共振(EPR)以及差热扫描量热(DSC)等方法对HTS熔盐的吸光率和分解机理进行了研究。研究成果总结如下:1)实验装置研制部分:完成了高温原位UV-Vis和IR吸收光谱装置的研制,并对其准确性和稳定性进行了验证;光谱测量范围为200-25000 nm,样品的温度最高可达到800℃。2)吸光率研究部分:测量得到了400-4000 nm波段内HTS熔盐的吸收光谱,对光谱中的吸收峰进行了归属;结合太阳能热辐射能量分布谱和光谱中的透过率,以计算吸光率的方式来表征一定厚度的熔盐对太阳光的吸收能力;研究了水、温度和添加物NaOH对吸光率的影响,并分析了NaOH浓度增加以后HTS熔盐熔点、比热和吸光率的变化,为HTS熔盐的改性提供参考依据。3)分解机理研究部分:通过原位吸收光谱实验和EPR实验确认了HTS熔盐加热过程中存在中间产物O_2~-;通过TOF-MS实验对真空无氧环境下HTS、NaNO_2和Solar Salt三种体系加热到熔融态以后的气相产物的分析,从而推断出硝酸盐与亚硝酸盐在熔融以后发生的缓慢的热分解反应方程式,并用热力学计算对这些反应发生的难易程度进行了初步评估,从新的角度诠释了硝酸熔盐高温分解反应有可能经历的反应过程。 |
