■ 杜江泳邵方知杜煒張后雷*劉心志(.南京理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院;.南京南瑞太陽能科技有限公司)
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高溫熔鹽換熱器及應(yīng)用綜述
■ 杜江泳1邵方知2杜煒2張后雷1*劉心志1(1.南京理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院;2.南京南瑞太陽能科技有限公司)
摘 要:介紹了高溫熔鹽在流道中的流動(dòng)與換熱特性及熔鹽換熱器研究發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)熔鹽換熱器在能源生產(chǎn)系統(tǒng)(如太陽能熱利用)和工業(yè)加熱系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了述評(píng),分析表明熔鹽換熱器可應(yīng)用的領(lǐng)域眾多,應(yīng)用潛力巨大。簡要介紹了熔鹽槳葉換熱器的工作過程及初步的研究工作,數(shù)值模擬表明轉(zhuǎn)動(dòng)換熱面導(dǎo)致流動(dòng)與換熱存在明顯的不對(duì)稱性。
關(guān)鍵詞:高溫熔鹽;換熱器;太陽能熱利用;過程加熱
熔鹽一般是指無機(jī)鹽或其混合物的熔融態(tài)液體。常見的熔鹽有硝酸鹽、氯化鹽、氟化鹽、碳酸鹽和硫酸鹽等。熔鹽具有使用溫度范圍廣、蒸汽壓低、熱容量大、高溫粘度小、熱穩(wěn)定性高,以及價(jià)廉易得等優(yōu)點(diǎn),是一種優(yōu)良的傳熱蓄熱介質(zhì)??刹捎萌埯}作工質(zhì)形成近常壓高溫熔鹽換熱系統(tǒng),在能源領(lǐng)域(包括可再生能源)和高溫加熱領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力[1-4]。
常見的熔鹽換熱裝置由熔鹽鍋爐(含熔鹽罐)、熔鹽泵、熔鹽換熱器、熔鹽管路和測試控制系統(tǒng)組成,其中熔鹽換熱器的作用是利用熔鹽從高溫?zé)嵩次諢崃炕驅(qū)⑷埯}攜帶的熱量傳遞給用熱戶,是熔鹽換熱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。本文以熔鹽換熱器為中心內(nèi)容,對(duì)相關(guān)的熔鹽流動(dòng)與換熱特性、換熱器研究與應(yīng)用現(xiàn)狀等作簡單介紹,為后續(xù)深入研究提供參考。
熔鹽的性質(zhì)涉及內(nèi)容很多,本節(jié)只介紹與換熱器設(shè)計(jì)有關(guān)的部分性質(zhì),特別是工作溫區(qū)問題。與普通換熱器使用的流體工質(zhì)不同,熔鹽在常溫下是固態(tài),因此用作傳熱工質(zhì)時(shí),其溫度必須在熔點(diǎn)Tm以上??紤]到很多熔鹽在高溫下會(huì)分解,因此熔鹽的理論工作溫度范圍是在熔點(diǎn)Tm到熱分解溫度Td之間,目前在120~1200 ℃范圍內(nèi)均可找到合適的熔鹽工質(zhì),由于在300 ℃以內(nèi)可采用導(dǎo)熱油作工質(zhì),因此熔鹽一般用于300~1200 ℃區(qū)間。
硝酸鹽具有熔點(diǎn)低、熱容量大、熱穩(wěn)定性高、腐蝕性相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于300~600 ℃溫區(qū)的各種換熱過程,是目前研究較多的熔鹽工質(zhì),也是本文討論的主要對(duì)象。表1給出了幾種常見硝酸鹽的性質(zhì)[1]。
氯化鹽種類眾多,如KCl-MgCl2-NaCl(物質(zhì)的量濃度22%-51%-27%,熔點(diǎn)401 ℃)、MgCl2(熔點(diǎn)714 ℃)、KCl(熔點(diǎn)770 ℃)和NaCl(熔點(diǎn)802 ℃),傳熱蓄熱能力強(qiáng)、價(jià)廉易得,可用于600~1000 ℃溫區(qū)。
單組分氟化鹽的熔點(diǎn)較高,如LiF和KF的熔點(diǎn)分別為848 ℃和856 ℃,一般用于900 ~1200℃溫區(qū)。碳酸鹽熔點(diǎn)也較高,典型的如Na2CO3-K2CO3(物質(zhì)的量濃度50%-50%,熔點(diǎn)700 ℃)、Li2CO3(熔點(diǎn)723 ℃)、Na2CO3(熔點(diǎn)858 ℃)和K2CO3(熔點(diǎn)898 ℃)等,一般用于800~1200 ℃溫區(qū)。典型的硫酸鹽熔點(diǎn)一般在800 ℃以上,其工作溫區(qū)與氟化鹽和碳酸鹽接近。
由于熔鹽在常溫下是固相,因此,熔鹽換熱設(shè)計(jì)和運(yùn)行必須考慮動(dòng)態(tài)特性,例如冷啟動(dòng)過程等。熔鹽在高溫下工作時(shí),設(shè)備受熱會(huì)產(chǎn)生較大的熱變形,必須考慮由此帶來的設(shè)計(jì)問題。此外,許多熔鹽具有不同程度的腐蝕性,在換熱器選材及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面需加以考慮。熔鹽長期使用后還可能出現(xiàn)性能衰減現(xiàn)象,在換熱器運(yùn)行時(shí)亦需給予重視。
熔鹽在通道內(nèi)的流動(dòng)與換熱特性是熔鹽換熱器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。國內(nèi)外學(xué)者在此方面開展了一些研究工作。
自20世紀(jì)50年代起,就有學(xué)者開始研究熔鹽對(duì)流換熱。例如,Hoffman先后與Lones[5]和Cohen[6]分別研究了氟化鹽和硝酸鹽在圓管內(nèi)的換熱特性。1973年,Cooke等[7]發(fā)表了MSBR熔鹽(LiF-BeF2-ThF4-UF4,物質(zhì)的量濃度67.5%-20.0%-12.0%-0.5%) 在光滑水平圓管內(nèi)對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。葉猛等[8]搭建了高溫熔鹽傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái),實(shí)測了LiNO3熔鹽與導(dǎo)熱油對(duì)流換熱過程的總傳流換熱系數(shù)。劉斌等[9]進(jìn)一步測量了LiNO3熔鹽在圓管內(nèi)的湍流對(duì)流換熱系數(shù),其結(jié)論認(rèn)為傳統(tǒng)的Sieder-Tate關(guān)聯(lián)式、Petukhov關(guān)聯(lián)式、Hausen關(guān)聯(lián)式或Gnielinski關(guān)聯(lián)式等可用于熔鹽對(duì)流換熱計(jì)算。Wu等[10]實(shí)測了Hitec熔鹽在圓管內(nèi)的對(duì)流換熱特性(層流、過渡流和湍流),其結(jié)論也表明現(xiàn)有的通用對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式也適用于熔鹽。
Ferng等[11]采用CFD方法模擬了FLiNaK熔鹽在圓管內(nèi)的對(duì)流換熱特性,其雷諾數(shù)范圍為104~105,其數(shù)值模擬表明,充分發(fā)展流動(dòng)時(shí)阻力系數(shù)與 Blassius預(yù)測結(jié)果一致,努塞爾特?cái)?shù)與Gnilinski關(guān)聯(lián)式預(yù)測結(jié)果一致。Srivastava等[12]采用CFD方法模擬了FLiNaK熔鹽在圓管內(nèi)的對(duì)流換熱特性,其流動(dòng)涵蓋了層流和湍流,其雷諾數(shù)范圍為4×102~1×105,并對(duì)比了數(shù)值模擬結(jié)果和已有關(guān)聯(lián)式的預(yù)測結(jié)果。無論從實(shí)驗(yàn)還是數(shù)值模擬結(jié)果來看,熔鹽在圓管內(nèi)的對(duì)流換熱均可采用已有的高質(zhì)量通用關(guān)聯(lián)式。
除了圓管外,一些學(xué)者研究了強(qiáng)化管或特殊流道內(nèi)熔鹽對(duì)流換熱特性。丁靜等[13-16]對(duì)硝酸鹽在螺旋槽管和橫紋管內(nèi)的對(duì)流換熱過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,分析了溫度、熱流密度對(duì)橫紋管傳熱性能的影響,以及不同幾何參數(shù)對(duì)螺旋槽管內(nèi)的傳熱特性的影響,并利用CFD軟件對(duì)高溫熔鹽管殼式相變換熱器和高溫熔鹽吸熱管進(jìn)行了數(shù)值模擬。楊敏林等[17]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高溫高熱流密度下熔鹽吸熱管的傳熱性能主要取決于熔鹽流速,且高熱流密度對(duì)傳熱過程中的溫度影響非常顯著。Lu等[18]研究了Hitec鹽在垂直環(huán)狀流道
表1 典型硝酸鹽的基本性質(zhì)
中的對(duì)流換熱特性,研究表明其換熱規(guī)律(如努塞爾特關(guān)聯(lián)式)與圓管流并不一致。
熔鹽空心槳葉換熱器是一種用于加熱顆粒或膏體等物料的高溫?fù)Q熱器,熔鹽在旋轉(zhuǎn)的空心軸和與之聯(lián)通的空心葉片中流動(dòng)放熱,流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜,目前尚缺乏相關(guān)研究。杜江泳等采用CFD方法對(duì)該過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,模型對(duì)象為額定換熱面積為3 m2的雙軸槳葉換熱器中的一根軸(簡稱槳葉軸),軸上具有23組空心葉片。圖1為槳葉軸外形示意圖,熔鹽自一端流入,另一端流出。假設(shè)采用Hitec熔鹽,入口流速為1 m/s,入口溫度300 ℃,軸轉(zhuǎn)速50 rpm,外側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)100 W/(m2?K),外側(cè)溫度150 ℃。圖2為一組空心葉片內(nèi)部流線圖,圖3為相應(yīng)的槳葉軸外表面溫度分布圖。由圖2和圖3可知,當(dāng)轉(zhuǎn)速為50 rpm時(shí),左右兩側(cè)的空心葉片內(nèi)流線呈現(xiàn)明顯的不對(duì)稱性;由于旋轉(zhuǎn)作用,外表面溫度呈不對(duì)稱分布。
3.1 高溫熔鹽吸熱器
吸熱器是太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。吸熱器是一種一側(cè)接收太陽輻射的特殊換熱器。熔鹽吸熱器工作時(shí),通過太陽能聚光裝置(塔式、槽式或碟式等)吸收太陽輻射熱量至吸熱器一側(cè)表面,傳遞給另一側(cè)流動(dòng)的熔鹽(循環(huán)工質(zhì))。吸熱后的高溫熔鹽,一路進(jìn)入蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽,供給熱用戶或驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電;另一路進(jìn)入蓄熱器將熱量儲(chǔ)存起來,在吸熱器不工作時(shí)(如夜間)使用。
美國Solar Two項(xiàng)目[19]對(duì)采用硝酸鹽作工質(zhì)的吸熱器特性進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。該吸熱器為圓柱形,熔鹽進(jìn)口溫度為285 ℃,出口溫度為565 ℃,理論熱負(fù)荷43 MW。由于吸熱器進(jìn)出口溫差較大,吸熱器占地面積較大。吸熱器吸熱側(cè)面向環(huán)境,因此在環(huán)境溫度較低時(shí),存在熔鹽遇冷凝固和換熱表面結(jié)晶問題,需要在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行合理控制。
Yang等[20]研究了螺旋槽管熔鹽吸熱器的強(qiáng)化傳熱性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與光管相比,其努塞爾特?cái)?shù)提高到約3倍,對(duì)流與輻射熱損失也大幅度下降。
Zhang等[21]研制了一臺(tái)室內(nèi)空穴型100 kW硝酸鹽熔鹽吸熱器系統(tǒng),實(shí)測了其性能,并分析了吸熱器功率和熔鹽流量的影響;同時(shí)建立了一個(gè)非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型,分析了典型條件下的動(dòng)態(tài)特性。
3.2 高溫熔鹽蒸汽發(fā)生器
目前,較為常見的高溫熔鹽蒸汽發(fā)生器是高溫熔鹽/水蒸氣發(fā)生器,面臨的主要問題是熔鹽凍堵和換熱溫差過大。
Solar Two系統(tǒng)[19]的蒸汽發(fā)生器采用Kettle型蒸發(fā)器,包括預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過熱器在內(nèi),總的熱負(fù)荷為35 MW,過熱器出口蒸汽參數(shù)為512 ℃/6.8 MPa。
圖1 槳葉軸外形示意圖
圖2 槳葉內(nèi)部熔鹽流線(垂直于軸截面)
圖3 槳葉軸熱軸外壁面溫度分布云圖
何石泉等[22]通過實(shí)驗(yàn)研究了高溫熔鹽/水管殼式蒸汽發(fā)生器的傳熱特性,其結(jié)構(gòu)如圖4所示,低溫水從底部進(jìn)入管程,通過換熱管產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入蒸汽包,當(dāng)蒸汽包內(nèi)汽氣壓達(dá)到設(shè)定壓力后輸出蒸汽。
3.3 高溫熔鹽換熱器-蓄熱器復(fù)合裝置
高溫熔鹽管殼式相變換熱器是同時(shí)具有儲(chǔ)能和換熱特性的設(shè)備。左志遠(yuǎn)等[23]提出了一種熔鹽斜溫層混合蓄熱單罐系統(tǒng),如圖5所示,該單罐的中段為斜溫層顯熱蓄熱,上部為高溫相變換熱器,下部為低溫相變換熱器。兩端相變蓄熱換熱器均采用蜂窩結(jié)構(gòu),類似扁平立式殼管式換熱器,管側(cè)可流過熔鹽,而殼側(cè)灌裝熔鹽相變材料(PCM)。
圖5 單罐斜溫層混合蓄熱系統(tǒng)
3.4 熔鹽-單相流體換熱器
熔鹽-單相流體換熱器包括熔鹽-液體換熱器和熔鹽-氣(汽)體換熱器,目前仍以管殼式為主。Solar Two系統(tǒng)[19]蒸汽發(fā)生器前給水預(yù)熱器為熔鹽-液體換熱器,蒸汽發(fā)生器前過熱器為熔鹽-氣體換熱器,預(yù)熱器和過熱器均采用U型管殼式結(jié)構(gòu)。
劉國敏等[24]采用高溫熔鹽-導(dǎo)熱油-水換熱方式,通過導(dǎo)熱油作為中間熱媒,用于解決熔鹽和水換熱溫差過大的問題。敖炳林[25]提到了一種高溫熔鹽U型管換熱器,并提出了延長其使用壽命的方法。除了直管或U型管外,一些學(xué)者也研究采用螺旋管熔鹽管殼式換熱器[26]。對(duì)于熔鹽-氣體換熱器,為了增加擴(kuò)展表面,可采用翅片管式結(jié)構(gòu),這方面的研究工作還較少。
3.5 熔鹽熱管
熱管是一種高效傳熱原件,是熱管換熱器的組成單位,在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用廣泛。孟強(qiáng)等[27]設(shè)計(jì)制作了一種采用混合硝酸鹽作為工質(zhì)的重力熱管,實(shí)驗(yàn)研究了其啟動(dòng)特性。研究結(jié)果初步證明了混合硝酸鹽重力熱管的可行性。
3.6 熔鹽槳葉換熱器
劉心志等研制了一種新型的熔鹽槳葉換熱器[28],該換熱器工作溫區(qū)為300~600 ℃,與常規(guī)流體-流體換熱器不同,該換熱器為流體-顆粒(或膏體)換熱器,換熱表面旋轉(zhuǎn),且具有推進(jìn)顆?;蚋囿w流動(dòng)的功能。圖6為熔鹽槳葉換熱器實(shí)物照片,熱流體采用Hitec熔鹽,冷側(cè)為被加熱的物料。
圖6 熔鹽槳葉換熱器
3.7 熔鹽換熱器的高溫腐蝕問題
熔鹽的高溫腐蝕性是熔鹽換熱器設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的重要因素。文獻(xiàn)[29]報(bào)道了NaNO3/KNO3在600 ℃/3000 h條件下對(duì)13種不銹鋼和鎳基合金的腐蝕率數(shù)據(jù),為硝酸鹽熔鹽換熱器選材提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[1]報(bào)道了5種不銹鋼(201、304、310S、316L和321)在500 ℃ SYSU-N1熔鹽中浸泡20天后的腐蝕特性,結(jié)果表明310S和316L不銹鋼表面腐蝕膜更為致密且牢固附著于基底上,失重?cái)?shù)據(jù)也表明310S質(zhì)量損失最小。
硝酸鹽主要用于600 ℃以下溫區(qū),600 ℃以上可選用其他熔鹽,如氟化鹽或碳酸鹽等。在600 ℃以上溫區(qū),特別是面向熔鹽堆的潛在應(yīng)用,一些學(xué)者開展了熔鹽高溫腐蝕性研究。Sridaharan等[30]測試了FLiNaK在850 ℃/500 h條件下對(duì)多種不銹鋼和合金材料的腐蝕特性,為潛在應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
3.8 熔鹽換熱器防凍結(jié)問題
熔鹽換熱器或換熱系統(tǒng)在啟動(dòng)等動(dòng)態(tài)過程或非正常工況下可能出現(xiàn)凍結(jié)問題(熔鹽凝固),因此換熱器或換熱系統(tǒng)在啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)必須考慮防凍措施。Solar Two系統(tǒng)采用MgO電阻輔助加熱系統(tǒng)保證系統(tǒng)壁溫不低于240 ℃,從而有效地避免了凍結(jié)問題。除了電伴熱之外,也可根據(jù)換熱器和換熱系統(tǒng)的具體特點(diǎn)采用熱風(fēng)或蒸汽輔助加熱。
熔鹽換熱器由于高溫工作所引起的熱應(yīng)力和熱變形是設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的重要問題,可借鑒目前高溫設(shè)備的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。此外,動(dòng)態(tài)特性對(duì)熔鹽換熱器來說是運(yùn)行控制的基礎(chǔ),其研究可采用目前的成熟方法,但已有的公開報(bào)道較少,所以仍值得深入研究,為設(shè)備設(shè)計(jì)和系統(tǒng)應(yīng)用提供指導(dǎo)。熔鹽長期使用會(huì)出現(xiàn)性能衰減(或稱為劣化現(xiàn)象)。
總體而言,熔鹽換熱器的結(jié)構(gòu)形式仍然較少,在長期可靠性方面的研究很不充分,需開展進(jìn)一步工作。
4.1 太陽能熱發(fā)電
美國Solar Two系統(tǒng)[19]是典型的采用熔鹽做傳熱蓄熱工質(zhì)的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),其設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)太陽能熱技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用產(chǎn)生了重要影響,示意圖如圖7所示。
與Solar Two系統(tǒng)類似,近期投入商業(yè)運(yùn)行的意大利阿基米德太陽能熱發(fā)電站[31]也采用了雙罐蓄熱系統(tǒng),即儲(chǔ)能用兩個(gè)罐:冷罐高13 m,直徑29 m;熱罐高10 m,直徑24 m。通過調(diào)節(jié)熔鹽流量來實(shí)現(xiàn)晝夜負(fù)荷控制,一方面保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作;另一方面保證循環(huán)工質(zhì)溫度在正常的工作范圍內(nèi),避免出現(xiàn)超限。
4.2 熔鹽反應(yīng)堆
熔鹽反應(yīng)堆(MSR)是4代核反應(yīng)堆中的6大發(fā)展方向之一。圖8給出了先進(jìn)高溫反應(yīng)堆(AHTR)示意圖[32],該系統(tǒng)采用Li2BeF4熔鹽作為中間回路工質(zhì),將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量傳遞給發(fā)電回路產(chǎn)生蒸汽,進(jìn)而用于發(fā)電。此系統(tǒng)中涉及冷卻劑-熔鹽換熱器、熔鹽蒸汽發(fā)生器、預(yù)熱器、過熱器等多種熔鹽換熱器。我國在未來若干年內(nèi)將大力發(fā)展核能,熔鹽換熱技術(shù)作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)將是核能領(lǐng)域的重要研究方向之一。
圖7 Solar Two系統(tǒng)示意圖
圖8 AHTR系統(tǒng)示意圖
4.3 生物質(zhì)能
生物質(zhì)能是一種可再生能源,有多種利用方式,采用高溫?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)化是生物質(zhì)高值化的一種有效手段。主要的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換方式包括燃燒、熱解、氣化和液化等,其目標(biāo)和溫區(qū)均不同。以生物質(zhì)熱解為例,其常用加熱溫區(qū)為380~530 ℃,可采用硝酸鹽作為加熱流體,易于實(shí)驗(yàn)精確的溫度控制[33,34]。劉心志等[35]提出了一種生物質(zhì)熱處理方法,即可采用前文所述的熔鹽-單相流體換熱器為系統(tǒng)提供熱源。
4.4 高溫工業(yè)加熱
除了在能源生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用外,熔鹽換熱器在高溫工業(yè)加熱領(lǐng)域也存在大量應(yīng)用,與電加熱相比,熔鹽加熱控溫精確,安全可靠性高,且為近常壓系統(tǒng)。
文獻(xiàn)[36]報(bào)道了氯堿行業(yè)熔鹽降膜濃縮器的工作過程,其中熔鹽進(jìn)出口溫度為430 ℃/380 ℃,整個(gè)熔鹽換熱系統(tǒng)則采用了電伴熱以避免凍結(jié)問題。除了普遍用作加熱介質(zhì)外,熔鹽也可在高溫系統(tǒng)中用作冷卻介質(zhì)(冷流體)。圖9為濕式煙氣制酸WSA流程示意圖[37],其中的氣體冷卻器采用硝酸鹽作為冷卻劑冷卻高溫氣體,熔鹽進(jìn)出口溫度為277℃/355℃。熔鹽在化工、冶金等領(lǐng)域用作高溫加熱介質(zhì)還有許多應(yīng)用實(shí)例,大都工作于600 ℃以下溫區(qū),換熱器型式和工作過程均類似。
熔鹽作為優(yōu)良的傳熱介質(zhì)在能源生產(chǎn)(如太陽能光熱利用)和過程加熱等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。本文以熔鹽換熱器為核心,對(duì)熔鹽流動(dòng)與換熱、熔鹽換熱器及其應(yīng)用等方面的發(fā)展現(xiàn)狀做了總結(jié)和分析。從目前的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看,熔鹽換熱器的形式還比較少,在面向工程應(yīng)用的熔鹽換熱器和熔鹽換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和制造方面的深入研究工作還不充分,熔鹽換熱器應(yīng)用領(lǐng)域還有待于進(jìn)一步擴(kuò)大。
本文也簡要報(bào)道了作者在熔鹽槳葉換熱器方面的初步研究工作,詳細(xì)的研究成果將于近期陸續(xù)發(fā)表。
參考文獻(xiàn)
[1] 丁靜, 魏小蘭, 彭強(qiáng), 等.中高溫傳熱蓄熱材料 [M].北京:科學(xué)出版社, 2013.
[2] 沈向陽, 丁靜, 彭強(qiáng), 等. 高溫熔鹽在太陽能熱發(fā)電中的應(yīng)用 [J]. 廣東化工, 2008, 34(11): 49-52.
[3] 崔海亭, 袁修干, 侯欣賓. 高溫熔鹽相變蓄熱材料 [J]. 太陽能, 2003, 1: 27-28.
[4] 楊小平, 楊曉西, 丁靜, 等. 太陽能高溫?zé)岚l(fā)電蓄熱技術(shù)研究進(jìn)展 [J]. 熱能動(dòng)力工程, 2011, 26(1): 1-6.
[5] Hoffman H W, Lones J. Fused salt heat transfer, Part Ⅱ: Forced convection heat transfer in circular tubes containing NaFKF-LiF eutectic [R]. ORNL, 1955.
[6] Hoffman H W, Cohen S I. Fused salt heat transfer, Part Ⅲ: Forced convection heat transfer in circular tubes containing the salt mixture NaNO2-KNO3-NaNO3[R]. ORNL, 1960.
[7] Cooke J W, Cox B W. Forced-convection heat transfer measurements with a molten fluoride salt mixture flowing in a smooth tube [R]. Oak Ridge National Laboratory, TN, 1973.
[8] 葉猛, 劉斌, 吳玉庭, 等. 熔融鹽(LiNO3)強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào), 2008, 29(9):1585-1587.
[9] 劉斌, 吳玉庭, 馬重芳, 等. 圓管內(nèi)熔融鹽強(qiáng)迫對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 工程熱物理學(xué)報(bào), 2010, 31(10): 1739-1742.
[10] Wu Y T, Chen C, Liu B, et al. Investigation on forced convective in heat transfer of molten salts in circular tubes[J]. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2012, 39: 1150-1155.
[11] Ferng Y M, Lin K Y, Chi C W. CFD investigating thermalhydraulic characteristics of FLiNaK salt as a heat exchange fluid [J]. Applied Thermal Engineering, 2012, 37: 235-240.
[12] Srivastava A K, Vaidya A M, Maheshwari N K, et al. Heat transfer and pressure drop characteristics of molten fluoride salt in
圖9 WSA系統(tǒng)示意圖
circular pipe [J]. Applied Thermal Engineering, 2013, 61: 198-205.
[13] 沈向陽, 丁靜, 陸建峰, 等. 高溫熔鹽在螺旋槽管內(nèi)傳熱特性的試驗(yàn)研究 [J]. 石油機(jī)械, 2010, 38(3): 5-8.
[14] Lu J, Shen X, Ding J, et al. Convective heat transfer of high temperature molten salt in transversely grooved tube [J]. Applied Thermal Engineering, 2013, 61: 157-162.
[15] 文玉良, 丁靜, 楊曉西, 等. 高溫熔鹽橫紋管傳熱特性與強(qiáng)化機(jī)理研究 [J]. 工程熱物理學(xué)報(bào), 2010, 31(1): 113-115.
[16] 左遠(yuǎn)志, 楊曉西, 丁靜. 高溫熔融鹽殼管式相變換熱器的傳熱特性 [J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 39(1): 42-47.
[17] 楊敏林, 楊曉西, 楊小平, 等. 高溫高熱流密度熔鹽吸熱管傳熱試驗(yàn)研究 [J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 36(1): 50-52, 58.
[18] Lu J F, He S Q, Ding J , et al. Convective heat transfer of high temperature molten salt in vertical annular duct with cooled wall [J]. Applied Thermal Engineering, 2014, 73(2):1519-1524.
[19] Reilly H E, Kolb G J. An evaluation of molten-salt power towers including results of the solar two project [R]. Report of Sandia National Laboratories, 2001.
[20] Yang M, Yang X, Yang X, et al. Heat transfer enhancement and performance of the molten salt receiver of a solar power tower [J]. Applied Energy, 2010, 87: 2808-2811.
[21] Zhang X, Li X, Chang C, et al. An experimental study: thermal performance of molten salt cavity receivers [J]. Applied Thermal Engineering, 2013, 50: 334-341.
[22] 何石泉, 丁靜, 陸建峰, 等. 管束外部高溫熔鹽的流動(dòng)換熱特性 [A]. 2011年中國工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 [C], 西安, 2011.
[23] 左志遠(yuǎn), 李熙亞. 熔融鹽斜溫層混合蓄熱單罐系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)研究 [J].化工進(jìn)展, 2007, 26(7): 1018-1022.
[24] 劉國敏, 劉平心, 張雷, 等. 太陽能光熱發(fā)電的熔鹽蒸汽發(fā)生裝置及其發(fā)生方法 [P]. 中國:CN201220071316, 2012-2-
29.
[25] 敖炳林. 延長熔鹽U型管換熱器壽命的措施 [J]. 設(shè)備管理與維修, 2001, (10) : 33.
[26] Sabharwall P, Kim E S, Mckellar M, et al. Process heat exchanger options for fluoride salt high temperature reactor [R]. Report of Idaho National Laboratory, 2011.
[27] 孟強(qiáng), 吳玉庭, 熊亞選, 等, 硝酸鹽重力熱管啟動(dòng)特性初步實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 化工學(xué)報(bào), 2014, 65(8):2908-2913.
[28] Du J, Liu X, Zhang H. Design and Analysis of Concentrated Solar-Energy Assisted Paddle Dryers [J]. Defect and Diffusion Forum, 2014, 353: 73-78.
[29] Kruizenga A, Gill D. Material performance of alloys in NaNO3/KNO3at 600℃ [A]. Proceedings of The Electrochemical Society[C], Honolulu, USA, 2012.
[30] Sridaharan K, Anderson M, Corradini M, et al. Molten salt heat transport loop: materials corrosion and heat transfer phenomena [R]. Final Report of NERI, Madison, 2008.
[31] Manenti F, Ravaghi-Ardebili Z. Dynamic simulation of concentrating solar power plant and two-tanks direct thermal energy storage [J]. Energy, 2013, 55: 89-97.
[32] Forsberg C W, Peterson P F, Kochendarfer R A, Design options for the advanced high-temperature reactor [A]. Proceedings of ICAPP[C], Anaheim, CA USA, 2008.
[33] 楊武龍, 姜洪濤, 吳靨汝, 等. 熔鹽在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 過程工程學(xué)報(bào), 2012, 12(5):893-900.
[34] 巴蘇.生物質(zhì)氣化與熱解:實(shí)用設(shè)計(jì)和理論 [M]. 北京:科學(xué)出版社, 2011.
[35] 劉心志, 張后雷, 朱曙光, 等. 一種生物質(zhì)粉粒體連續(xù)熱處理系統(tǒng) [P]. 中國:CN201210240498, 2012-7-12.
[36] 楊偉成, 李寬, 袁強(qiáng), 等. 瑞士伯特拉姆斯公司熔鹽加熱、降膜蒸發(fā)生產(chǎn)片堿技術(shù)應(yīng)用總結(jié) [J]. 中國氯堿, 2007, (4):12-13.
[37] Topsoe Company, WSA-flexible sulfur management [R]. Report of Topsoe Company,2014.
通信作者:張后雷(1971—),男,博士、副教授,主要從事熱能工程、太陽能光熱技術(shù)等方面的研究。zhanghl@njust.edu.cn
基金項(xiàng)目:國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目資助
收稿日期:2014-10-23