然而,这三大传热之王也面临着挑战,特别是在蒸汽压和热能储存(TES)等高温应用中的处理能力方面。
反过来,这也为将沙子等粒状材料作为新兴传热介质的开创性应用打开了大门。
“固体使用批量的愿望来自决斗需要适应较高的温度,同时尽量减少蒸汽压力,简化操作,确保安全,”纳威Jordison,与首席执行官说:索莱克斯能源公司Science是一家新成立的加拿大总部公司,专注于解决太阳能、余热回收和碳捕获等可再生能源解决方案的传热需求。
“以沙子为例。它不具腐蚀性,储量丰富,价格便宜,易于储存——主要是因为它不承受任何压力——而且在重力作用下流动非常顺畅。现在,沙子永远不会取代水或导热油等传热介质。然而,如果客户想变得更热,比如250°C(482°F)以上,那么传统的传热流体就不起作用了。”
在压力下
Jordison强调,水始终是移动床换热器(如立式换热器)的首选传热介质。
然而,水的一个主要缺点是,当温度高于100°C(212°F)时,蒸汽压会随着温度的升高而迅速升高。
例如,在180°C(356°F)下运行的加压水回路的饱和压力约为10 bar(g),工作压力约为15 bar(g)。在220°C(428°F)下,饱和压力几乎为23巴(g),工作压力为34巴(g)。
“这些高压迅速增加了系统的复杂性和成本,”Jordison说。
同时,热油的优点是在给定温度下的蒸汽压比水低得多。但温度限制在300至350°C(572至662°F)之间。高于这些温度,热油将开始分解。
Jordison指出,高温热油在发生泄漏时也存在人员风险,并且是易燃的。
递盐
直到最近,在温度超过300°C的应用中,熔盐一直被视为基准——这主要是因为其蒸汽压几乎可以忽略,甚至接近峰值工作温度。
间接传热应用中最常用的熔盐是硝酸钠和硝酸钾的共晶混合物,最适合于285至565°C(545至1049°F)的温度。同时,氯化物和氟化物盐可以在更高的温度下工作-接近900°C(1652°F)。
“像与工程虽然大多数的东西,的熔盐混合物可能能够适应更高的温度,但附带的是难以置信的腐蚀性,并且通常更难手柄下行 - 特别是氯化物和氟化物的盐在极端温度的应用,” Jordison说。
颗粒化–一种非传统的传热介质
粒状材料,如沙子、陶瓷支撑剂,甚至钢球,在高温下具有化学稳定性。沙子的熔点约为1700°C(3090°F),化学性质稳定,没有蒸汽压。
Jordison说:“沙子可以在很大的温度范围内循环,很少或没有降解,而且更多的是无腐蚀性、廉价和充足。”。
“通过在更高的温度下操作和使用适当的散装固体,我们就可以转换能量转换为可用的热传递流体,如热气体,蒸汽或超临界二氧化碳(SCO2)。这是理想的地方,需要的能量存储,在基于风能或太阳能许多可再生能源项目的要求“。
例如,Jordison指出Solex Energy Science与桑迪亚国家实验室的初始安装。总部位于新墨西哥州阿尔伯克基的研究机构,由美国能源部资助,正在与Solex合作研究固体颗粒到超临界CO2的热交换技术,该技术可用于帮助降低发电成本。
使用聚集的阳光已经加热到大约800的技术收集颗粒℃(1472°F),然后转移间接热量至SCO2通过垂直热交换器工作流体。
该换热器是第一个在温度和压力分别大于700°C和20 MPa的情况下将移动床中颗粒的热量传递到sCO2的换热器。