專(zhuān)利名稱(chēng)：一種太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儲(chǔ)熱材料的制備，特別是涉及一種太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)熱方案設(shè)計(jì)是太陽(yáng)能蒸汽發(fā)電中的重要技術(shù)，儲(chǔ)熱材料的性能及成本是決定大型太陽(yáng)能電廠的建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)行成本的主要因素之一。用于太陽(yáng)能發(fā)電中的儲(chǔ)熱材料應(yīng)滿足如下要求儲(chǔ)熱材料應(yīng)有高的能量密度；儲(chǔ)熱材料與熱交換液體應(yīng)有良好的熱傳導(dǎo)；儲(chǔ)熱材料應(yīng)有良好的化學(xué)和力學(xué)穩(wěn)定性；儲(chǔ)熱材料與熱交換器及熱交換液體之間有良好的化學(xué)相容性；在儲(chǔ)熱及放熱循環(huán)過(guò)程中應(yīng)完全可逆；低成本。
目前用作太陽(yáng)能蒸汽發(fā)電中的儲(chǔ)熱材料主要有熔鹽(KNO3、NaNO3或兩者的混合物)，鐵礦石。但熔鹽存在著一個(gè)非常明顯的缺陷是其較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)熱交換管道及其它附屬設(shè)施具有非常強(qiáng)的腐蝕行為，由此增加了電廠的運(yùn)行成本，亦降低了系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能。鐵礦石則由于呈松散堆積狀態(tài)，不利于儲(chǔ)熱和放熱過(guò)程，影響系統(tǒng)的效率?；炷羶?chǔ)熱材料由于具有性能穩(wěn)定、成本低、儲(chǔ)熱能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，是用于太陽(yáng)能蒸汽發(fā)電的理想候選儲(chǔ)熱材料之一。文獻(xiàn)(1)報(bào)道了日本學(xué)者的美國(guó)專(zhuān)利，其中以硫酸鈉、氯化銨、溴化鈉以及硫酸銨為主要原料組成的儲(chǔ)熱材料。文獻(xiàn)(2)的專(zhuān)利則報(bào)道了用于太陽(yáng)能儲(chǔ)熱材料，主要的成分是氯化鈉。文獻(xiàn)(3-5)報(bào)道了低溫度下，在建筑房屋使用的脂肪酸類(lèi)相變儲(chǔ)熱材料。文獻(xiàn)(6-7)則報(bào)道了以石蠟和膨脹石墨組成的相變儲(chǔ)熱材料。但以上文獻(xiàn)中報(bào)道的儲(chǔ)熱材料，要么是成本太高，要么只能在低溫度下使用，而作為太陽(yáng)能用的儲(chǔ)熱材料，必須要在低成本的前提下，考慮其使用的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法，該方法從選材著手，對(duì)材料的組成及制備工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而能夠低成本地生產(chǎn)出一種新型太陽(yáng)能發(fā)電用儲(chǔ)熱材料，該材料的綜合性能得到大幅度提高。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括選材、配料和制備步驟，其以玄武巖、鋼渣或銅渣為骨料，添加硅微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和納米尺度凹凸棒微粉為原料，制備太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料。
(1)原料組成及成分范圍原料組成的重量比和粒度為玄武巖骨料25～50％，粒度10～30mm；鋼渣或銅渣骨料20～38％，粒度1～10mm；500目鋁酸鹽水泥3～10％；500目礦渣粉5～20％；500目硅微粉1～5％；凹凸棒1～5％，粒度100～500nm；外加高效減水劑0.2～1％。
(2)制備將上述原料經(jīng)干混均勻后，加4～6％的水，再混合均勻，然后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20～25℃溫度下置于水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)，最后在100～120℃溫度下烘烤24小時(shí)，即得到所述太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料。
本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于采用微粉技術(shù)，同時(shí)利用納米顆粒的增強(qiáng)效應(yīng)，采用高效減水劑及低摻量鋁酸鹽水泥作為膠結(jié)劑，既大幅降低儲(chǔ)熱材料中水泥的用量(就降低了原料的生產(chǎn)能耗)和拌和用水量，又大幅提高儲(chǔ)熱材料在工作溫度下(350～600℃)的穩(wěn)定性及使用壽命；選用鋼渣、銅礦渣等熱容大、熱導(dǎo)率較高、熱穩(wěn)定較好的工業(yè)廢渣作為集料，既解決了工業(yè)廢渣的環(huán)境污染又使改性混凝土的體積熱容及熱導(dǎo)率得到明顯提高；摻加天然凹凸棒石(Attopulgite)顆粒(我國(guó)安徽省有大量資源)，納米尺度凹凸棒石填充在混凝土中孔隙中提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度；并由于凹凸棒石具有優(yōu)異吸熱、儲(chǔ)熱等性能，進(jìn)一步提高儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)熱、放熱效率；同時(shí)根據(jù)傳熱學(xué)原理合理配置鋼絲網(wǎng)格并摻入部分石墨使新型混凝土儲(chǔ)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)得到明顯提高；選用新型高效復(fù)合減水劑降低拌和用水量，改善混凝土工作性并提高其密實(shí)度和強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及新型太陽(yáng)能發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備，特別提供了一種以玄武巖、鋼渣或銅渣為骨料，添加硅微粉，礦渣粉，鋁酸鹽水泥，納米尺度凹凸棒等微粉制備儲(chǔ)熱材料的方法。該方法制備的儲(chǔ)熱材料的工作溫度可在600-900℃。
實(shí)施例1原料組成的重量比和粒度為玄武巖骨料38％，粒度10～30mm；鋼渣骨料32％，粒度1～10mm；500目鋁酸鹽水泥8％；500目礦渣粉15％；500目硅微粉5％；凹凸棒2％，粒度100～500nm；外加高效減水劑0.3％。
本例和以下實(shí)施例中的礦渣粉可選用工業(yè)廢礦渣，將其烘干磨細(xì)到500目后，添加到材料中。不僅改善了混合材料的流動(dòng)性，同時(shí)對(duì)制備材料的后期強(qiáng)度有較大的貢獻(xiàn)。
原料經(jīng)干混均勻后，加6％的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25℃溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120℃溫度下烘烤24小時(shí)。儲(chǔ)熱材料的密度為2.98g/cm3，在INSTRON-1195萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)得，材料的抗壓強(qiáng)度≥50MPa，抗折強(qiáng)度≥8MPa，綜合熱分析儀上測(cè)得體積熱容145kWh/m3，導(dǎo)熱儀測(cè)得熱導(dǎo)率1.75W/mK，耐火度1000℃。
實(shí)施例2原料組成的重量比和粒度為玄武巖骨料35％，粒度10～30mm；銅渣骨料35％，粒度1～10mm；500目鋁酸鹽水泥6％；500目礦渣粉17％；500目硅微粉4％；凹凸棒3％，粒度100～500nm；外加高效減水劑0.3％。
原料經(jīng)配料干混均勻后，加5.5％的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25℃溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120℃溫度下烘烤24小時(shí)。儲(chǔ)熱材料的密度為2.96g/cm3，在INSTRON-1195萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)得，材料的抗壓強(qiáng)度≥60MPa，抗折強(qiáng)度σb≥12MPa，體積熱容148kWh/m3，熱導(dǎo)率1.77W/mK，耐火度1000℃。
實(shí)施例3原料組成的重量比和粒度為玄武巖骨料25％，粒度10～30mm；鋼渣骨料38％，粒度1～10mm；500目鋁酸鹽水泥10％；500目礦渣粉20％；500目硅微粉5％；凹凸棒2％，粒度100～500nm；高效減水劑0.3％。
原料經(jīng)干混均勻后，加6％的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25℃溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120℃溫度下烘烤24小時(shí)。儲(chǔ)熱材料的密度為2.98g/cm3，在INSTRON-1195萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)得，材料的抗壓強(qiáng)度≥50MPa，抗折強(qiáng)度≥8MPa，綜合熱分析儀上測(cè)得體積熱容145kWh/m3，導(dǎo)熱儀測(cè)得熱導(dǎo)率1.75W/mK，耐火度1000℃。
實(shí)施例4原料組成的重量比和粒度為玄武巖骨料50％，粒度10～30mm；銅渣骨料20％，粒度1～10mm；500目鋁酸鹽水泥10％；500目礦渣粉11.7％；500目硅微粉3％；凹凸棒5％，粒度100～500nm；高效減水劑0.3％。
原料經(jīng)配料干混均勻后，加5.5％的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25℃溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120℃溫度下烘烤24小時(shí)。儲(chǔ)熱材料的密度為2.96g/cm3，在INSTRON-1195萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)得，材料的抗壓強(qiáng)度≥60MPa，抗折強(qiáng)度σb≥12MPa，體積熱容148kWh/m3，熱導(dǎo)率1.77W/mK，耐火度1000℃。
實(shí)施例5原料組成的重量比和粒度為玄武巖骨料38％，粒度10～30mm；銅渣骨料38％，粒度1～10mm；500目鋁酸鹽水泥8.7％；500目礦渣粉5％；500目硅微粉5％；凹凸棒5％，粒度100～500nm；高效減水劑0.3％。
原料經(jīng)配料干混均勻后，加5.5％的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25℃溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120℃溫度下烘烤24小時(shí)。儲(chǔ)熱材料的密度為2.96g/cm3，在INSTRON-1195萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)得，材料的抗壓強(qiáng)度≥60MPa，抗折強(qiáng)度σb≥12MPa，體積熱容148kWh/m3，熱導(dǎo)率1.77W/mK，耐火度1000℃。
實(shí)施例6原料組成的重量比和粒度為玄武巖骨料40％，粒度10～30mm；鋼渣骨料30％，粒度1～10mm；500目鋁酸鹽水泥3％；500目礦渣粉20％；500目硅微粉1％；凹凸棒5％，粒度100～500nm；高效減水劑1％。
原料經(jīng)干混均勻后，加6％的水，混合均勻后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20-25℃溫度下水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，在100-120℃溫度下烘烤24小時(shí)。儲(chǔ)熱材料的密度為2.98g/cm3，在INSTRON-1195萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)得，材料的抗壓強(qiáng)度≥50MPa，抗折強(qiáng)度≥8MPa，綜合熱分析儀上測(cè)得體積熱容145kWh/m3，導(dǎo)熱儀測(cè)得熱導(dǎo)率1.75W/mK，耐火度1000℃。
參考資料[1]Kakiuchi；Hiroyuki；Oka；Masahiro，US patent(No.5567346)[2]Ross；Randy，US patent(No.5685151)[3]Kadir Tuncbilek，Ahmet Sari，Sefa Tarhan et al.Lauric and palmitic acidseutectic mixture as latent heat storage material for low temperature heatingapplications Energy，2005，30(5)677-692[4]Ahmet Sari.Eutectic mixtures of some fatty acids for latent heat storageThermal properties and thermal reliability with respect to thermal cycling，EnergyConversion and Management，2006，47(9-10)1207-1221[5]Atul Sharma，Lee Dong Won，D Buddhi and Jun Un Park.Numerical heat transferstudies of the fatty acids for different heat exchanger materials on the performanceof a latent heat storage system Renewable Energy，2005，30(14)2179-2187[6]Zhengguo Zhang and Xiaoming Fang.Study on paraffin/expanded graphitecomposite phase change thermal energy storage material.Energy Conversion andManagement，2006，47(3)303-310[7]V.Shatikian，G.Ziskind and R.Letan.Numerical investigation of a PCM-basedheat sink with internal fins.International Journal of Heat and Mass Transfer，2005，48(17)3689-370權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法，包括選材、配料和制備步驟，其特征是以玄武巖、鋼渣或銅渣為骨料，添加硅微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和納米尺度凹凸棒微粉為原料，制備太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料，(1)原料組成及成分范圍原料組成的重量比和粒度為玄武巖骨料25～50％，粒度10～30mm；鋼渣或銅渣骨料20～38％，粒度1～10mm；500目鋁酸鹽水泥3～10％；500目礦渣粉5～20％；500目硅微粉1～5％；凹凸棒1～5％，粒度100～500nm；外加高效減水劑0.2～1％。(2)制備將上述原料經(jīng)干混均勻后，加4～6％的水，再混合均勻，然后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20～25℃溫度下置于水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)，最后在100～120℃溫度下烘烤24小時(shí)，即得到所述太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于原料組成的重量比為玄武巖骨料38％，鋼渣骨料32％，鋁酸鹽水泥8％，礦渣粉15％，硅微粉5％，凹凸棒2％，外加高效減水劑0.3％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于原料組成的重量比為玄武巖骨料35％，銅渣骨料35％，鋁酸鹽水泥6％，礦渣粉17％，硅微粉4％，凹凸棒3％，外加高效減水劑0.3％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于礦渣粉選用工業(yè)廢礦渣，將其烘干磨細(xì)到500目后，添加到材料中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法，其特征在于所述的太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料，其技術(shù)參數(shù)為密度2.96g/cm3，抗壓強(qiáng)度≥50MPa，抗折強(qiáng)度≥8MPa，體積熱容145kWh/m3，熱導(dǎo)率1.75W/mK，耐火度1000℃。
全文摘要
本發(fā)明是一種太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料的制備方法，其包括選材、配料和制備步驟，其特征是以玄武巖、鋼渣或銅渣為骨料，添加硅微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和納米尺度凹凸棒微粉為原料，將這些原料經(jīng)干混均勻后，加4～6％的水，再混合均勻，然后置于鋼模模具中，24小時(shí)后脫模，在20～25℃溫度下置于水中養(yǎng)護(hù)72小時(shí)，最后在100～120℃溫度下烘烤24小時(shí)，即得到所述太陽(yáng)能中溫蒸汽發(fā)電用儲(chǔ)熱材料。本發(fā)明從選材著手，對(duì)材料的組成及制備工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而能夠低成本地生產(chǎn)出一種新型太陽(yáng)能發(fā)電用儲(chǔ)熱材料，該材料的包括儲(chǔ)熱、放熱效率等在內(nèi)的綜合性能得到大幅度提高，同時(shí)解決了工業(yè)廢渣的環(huán)境污染。
文檔編號(hào)F03G6/06GK1888005SQ200610019478
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者朱教群, 周衛(wèi)兵, 吳少鵬, 李波, 王金山, 張炳, 湯凱, 周明杰 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)