一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台及实验方法与流程

技术特征：
1.一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台，其特征在于，包括高温氯化盐试验系统、储能系统、电加热系统和太阳光模拟系统；所述高温氯化盐试验系统包括第一储盐罐(76)、第一熔盐泵(26)和氯化盐输入通道(33)，所述第一储盐罐(76)上安装有第一熔盐泵(26)，所述第一熔盐泵(26)的输入端伸入第一储盐罐(76)中，输出端与氯化盐输入通道(33)第一端连接，氯化盐输入通道(33)第二端与第二储盐罐(81)连接，氯化盐输入通道(33)上安装有吸热器(46)；所述储能系统包括第二储盐罐(81)第二熔盐泵59和氯化盐输回通道78，所述氯化盐输回通道(78)上安装有中间换热器(84)，用于将来自第二储盐罐(81)的高温氯化盐与超临界二氧化碳进行热交换；所述第二储盐罐(81)上安装有第二熔盐泵(59)，所述第二熔盐泵(59)的输入端伸入第二储盐罐(81)中，输出端与氯化盐输回通道(78)第一端连接，氯化盐输回通道(78)第二端与第一储盐罐(76)的入口端连接；所述氯化盐输入通道(33)上安装有节流件(43)和第一差压传感器(38)，第一差压传感器(38)通过第一差压检测通道(42)与节流件(43)的出入口两端相连，用于测量节流件(43)两端的差压；所述电加热系统包括布置在第一储盐罐(76)、第二储盐罐(81)外的加热元件(75)，以及设置于氯化盐输入通道(33)、氯化盐输回通道(78)外的伴热设备(11)；所述太阳光模拟系统包括太阳能模拟器(73)、能流计(85)、摄像机(89)和lambertian靶(72)，所述能流计(85)位于lambertian靶(72)的中心位置，太阳能模拟器正对lambertian靶(72)，摄像机(89)置于太阳能模拟器一侧并朝向lambertian靶(72)；所述lambertian靶(72)和太阳能模拟器(73)均设置在吸热器(46)正面，所述摄像机(89)用于拍摄lambertian靶(72)上的光照强度分布照片。2.根据权利要求1所述的一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台，其特征在于，所述第一储盐罐(76)与氯化盐回流通道(30)第一端连接，所述氯化盐回流通道(30)第二端与氯化盐输入通道(33)第一端连接，所述吸热器(46)上部设置有吸热器压力释放段(14)，所述吸热器压力释放段(14)通过第一氩气吹扫通道一支路(7)和第一氩气吹扫通道二支路(8)与第一氩气吹扫通道(5)的出气口连接，第一氩气吹扫通道(5)的进气口与第一氩气瓶(17)连接；吸热器(46)下端通过氯化盐排出通道(71)与第二储盐罐(81)连接。3.根据权利要求2所述的一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台，其特征在于，所述第一储盐罐(76)和第二储盐罐(81)外周包覆有保温材料(74)，所述氯化盐输入通道(33)、氯化盐输回通道(78)、氯化盐回流通道(30)、氯化盐排出通道(71)外设置有硅酸铝管。4.根据权利要求2所述的一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台，其特征在于，第一储盐罐(76)、第二储盐罐(81)、氯化盐输入通道(33)、氯化盐输回通道(78)、氯化盐回流通道(30)和氯化盐排出通道(71)由haynes(230)合金材料制成。5.根据权利要求1所述的一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台，其特征在于，还包括储罐空气隔离系统，所述储罐空气隔离系统包括第二氩气瓶(62)和第三氩气瓶(63)；所述第二氩气瓶(62)出口端与第二氩气吹扫通道(19)第一端连接，第二氩气吹扫通道(19)第二端通过第二三通接头(20)与第二氩气吹扫通道一支路(24)、第二氩气吹扫通道二
支路(21)的首端相连；第二氩气吹扫通道一支路(24)的末端与第一储盐罐(76)的入口端相连；所述第三氩气瓶(63)的出口端与第三氩气吹扫通道(64)第一端直接相连，第三氩气吹扫通道(64)第二端通过第六三通接头(65)与第二氩气吹扫通道一支路(66)、第三氩气吹扫通道二支路(67)相连。6.根据权利要求1所述的一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台，其特征在于，所述第一差压检测通道(42)上依次设置有第一高温隔膜法兰(35)、第一降温翅片(36)、第一中低温隔膜法兰(37)、第一差压传感器(38)、第二中低温隔膜法兰(39)、第二降温翅片(40)和第二高温隔膜法兰(41)。7.根据权利要求1所述的一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台，其特征在于，所述第一储盐罐(79)上开设有注盐口(85)，所述注盐口(85)通过注盐通道(92)与注盐罐(102)连通，所述注盐罐(102)通过第四氩气吹扫通道(100)与第四氩气瓶(101)连通，所述注盐罐(102)与稳压通道(97)第一端连接，所述稳压通道(97)第二端与真空泵(98)的出口连接；所述注盐罐(102)顶部盖板上开设有进盐口(94)。8.基于权利要求1所述的实验平台的高温氯化盐光热与储能循环实验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将能流计(85)放置于太阳能模拟器(73)的焦点位置，并为lambertian靶(72)和能流计(85)降温；在lambertian靶(72)上绘制测试点的位置坐标，开启并调试太阳能模拟器(73)，使得在lambertian靶(72)上形成的聚焦能流光斑，聚焦能流的中心位于能流计(85)处；拍摄lambertian靶(72)光照强度分布的照片，并记录能流计(85)测得的能流值；关闭太阳能模拟器(73)，移动lambertian靶(72)，使能流计(85)依次位于各测试点空间坐标位置处，开启太阳能模拟器(73)，拍摄lambertian靶(72)光照强度分布的照片，并记录能流计(85)测得的能流值；将各个测试点的能流值及灰度值带入两者之间的函数关系式，求解得到函数关系式中的系数；步骤2、移走lambertian靶(72)，将吸热器(46)置于太阳能模拟器(73)的焦点位置，将第一储盐罐(76)和第二储盐罐(81)内的空气排出，将三元氯化盐mgcl
2-kcl-nacl注入到第一储盐罐(76)中备用，保持第一储盐罐(76)和第二储盐罐(81)为充满氩气的状态，隔绝空气；步骤3、采用逐级加热的方式将第一储盐罐(76)内的氯化盐加热到目标温度；同时将氯化盐循环管道加热至设定温度，所述设定温度大于三元氯化盐的熔点；待氯化盐及管道温度稳定后，启动太阳能模拟器(73)，使吸热器(46)迎光面接受太阳能模拟器(73)的辐射；打开红外热像仪(83)，监测吸热器(46)的表面温度分布；当吸热器(46)的管道外壁面温度达到设定值时，开启第一熔盐泵(26)输送氯化盐，并实时监测氯化盐的流量值，根据流量值的大小调整第一熔盐泵(26)的电机频率，使氯化盐流量达到设定值；步骤4、当整个实验平台处于热平衡状态时，开始每隔设定时间记录吸热器进、出口的氯化盐温度、吸热器迎光面的光照强度信息、吸热器迎光面的温度分布、吸热器背光面的温度分布、氯化盐的体积流量、吸热器进口和出口的压差、第一储盐罐(76)内液位高度、第一
储盐罐(76)内的氯化盐温度和第二储盐罐(81)内的氯化盐温度，记录时间为30～60分钟；步骤5、断开第一熔盐泵(26)的电源，并开启伴热设备(11)，使吸热器(46)中的氯化盐流回到第一储盐罐(76)和第二储盐罐(81)内；关闭太阳能模拟器(73)、伴热设备(11)、电阻丝加热元件(75)；步骤6、根据吸热器迎光面的光照强度信息，以及步骤1中获得的能流值与灰度值之间的函数关系式，计算太阳能模拟器(73)提供给吸热器(46)的入射辐射能；根据记录的吸热器进、出口氯化盐温度和氯化盐的体积流量，计算氯化盐在吸热器中流动时吸收的热量；结合入射辐射能，计算吸热器的热损失和热效率；根据第一储盐罐内的液位高度和氯化盐温度以及第二储盐罐内的氯化盐温度，计算实际塔式电站中超临界二氧化碳经中间换热器作用获得的热量；用吸热器迎光面温度分布、吸热器背光面温度分布进行吸热器的热应力分析。9.根据权利要求8所述的高温氯化盐光热与储能循环实验方法，其特征在于，所述步骤6中，计算吸热器热损失和热效率的方法，包括以下步骤：s1、将吸热器迎光面各点的灰度值带入能流值与灰度值之间的函数关系式中，计算吸热器迎光面各点的能流值，获得整个吸热器迎光面的能流分布情况；s2、计算入射辐射能q
t
：i
j
为单个测试点的能流值；a
j
为单个测试点所占的面积；s3、基于步骤4获得的吸热器进口位置的温度t
in
和出口位置的温度t
out
，计算氯化盐在对应温度下的定压比热容c
p,in
和c
p,out
，根据取节流件和第一差压传感器的测量值，计算相应的氯化盐的质量流量q
m
，然后计算氯化盐在流经吸热器时吸收的热量q
x
，计算公式为：q
x
＝q
m
(c
p,out
·
t
out-c
p,in
·
t
in
)；s4、计算吸热器的热损失q
loss
,计算公式为：q
loss
＝q
t-q
x
；s5、计算吸热器的热效率η，计算公式为：η＝q
x
/q
t
×
100％。10.根据权利要求8所述的高温氯化盐光热与储能循环实验方法，其特征在于，所述步骤6中，计算超临界二氧化碳可获得的热量的方法，包括以下步骤：sa1、基于步骤4获得的第一储盐罐内的液位高度h1，结合第一储盐罐内的初始氯化盐体积v0、第一储盐罐的半径r1，以及管道内的氯化盐体积v1，计算第二储盐罐内的氯化盐体积v2，表示为：v2＝v
0-v
1-π
·
r
12
·
h1；sa2、基于步骤9获得的中间换热器进口和出口的温度t1和t2，计算氯化盐在相应温度下的定容比热容c1和c2，计算超临界二氧化碳可获得的热量q0，计算公式为：q0＝ρv2(c2·
t
2-c1·
t1)。

技术总结
一种高温氯化盐光热与储能循环模拟实验平台，包括高温氯化盐试验系统、储能系统、电加热系统、保温系统、太阳光模拟系统、注盐系统、排盐系统、储罐空气隔离系统和数据采集及控制系统。本发明的目的是验证工作温度为565～700℃时实验平台运行的可靠性，开展不同光照强度、运行工况下吸热器的光热力耦合机理以及氯化盐对不同金属腐蚀性能的研究。设计了储罐空气隔离系统，降低系统运行时氯化盐的腐蚀性；设计了储能系统，研究氯化盐在高温下的储能效果；设计了排盐系统，避免实验结束后氯化盐堵塞管道。本实验平台能够评估下一代太阳能热发电技术所面临的高温氯化盐腐蚀问题，筛选获得不同材质、不同结构的实验设备在下一代太阳能热发电技术中的适用性。热发电技术中的适用性。热发电技术中的适用性。


技术研发人员：程泽东 冷亚坤 杨思远 何雅玲 蒋睿 张杰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2022/2/23