作為“調味之王”的食鹽,在人們飲食生活中的地位不言而喻。而本文將要介紹的“熔鹽”,雖然也叫鹽,但它不能吃,卻可以用于取暖和發電。就讓我們來認識一下現時炙手可熱的熔鹽吧!
熔鹽的“一招鮮”
熔鹽(yan)(yan)是(shi)鹽(yan)(yan)類熔化(hua)形成(cheng)的(de)(de)熔體(ti),是(shi)由陽離(li)子(zi)和陰離(li)子(zi)組成(cheng)的(de)(de)離(li)子(zi)熔體(ti)。我們通常(chang)所(suo)說(shuo)的(de)(de)熔鹽(yan)(yan)是(shi)指無機(ji)鹽(yan)(yan)的(de)(de)熔體(ti),如堿金屬(shu)、堿土金屬(shu)的(de)(de)鹵化(hua)物(wu)以(yi)及硝(xiao)酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)、硫酸(suan)(suan)鹽(yan)(yan)等的(de)(de)熔體(ti)。廣(guang)義的(de)(de)熔鹽(yan)(yan)還包括氧(yang)化(hua)物(wu)熔體(ti)和熔融有機(ji)物(wu)。
熔(rong)鹽(yan)在(zai)標準溫度(du)(du)和大(da)氣(qi)壓(ya)下為固(gu)態,而在(zai)溫度(du)(du)升高(gao)(gao)到一(yi)(yi)(yi)定(ding)程(cheng)度(du)(du)之后轉化為液態。俗話說:“一(yi)(yi)(yi)招(zhao)鮮(xian)(xian),吃(chi)遍天。”那么熔(rong)鹽(yan)有啥“一(yi)(yi)(yi)招(zhao)鮮(xian)(xian)”呢?那就是儲(chu)熱(re)密(mi)度(du)(du)大(da),再(zai)加上黏度(du)(du)低、成(cheng)(cheng)本低、壽命長和效率高(gao)(gao)等方面的性(xing)能優(you)勢,熔(rong)鹽(yan)因此(ci)成(cheng)(cheng)為優(you)異(yi)的傳熱(re)儲(chu)熱(re)介質(zhi)。在(zai)特定(ding)的傳熱(re)儲(chu)熱(re)場合,可以(yi)根(gen)據工(gong)藝技術要求來選取不同類別(bie)的熔(rong)鹽(yan)單體(ti),也可以(yi)按照(zhao)一(yi)(yi)(yi)定(ding)比(bi)例(li)通過(guo)復配方式來制成(cheng)(cheng)性(xing)能穩(wen)定(ding)的混合共晶鹽(yan),以(yi)完成(cheng)(cheng)特定(ding)的傳熱(re)儲(chu)熱(re)任務。
也(ye)許有人會說,熔(rong)鹽(yan)也(ye)不過就是傳熱(re)儲熱(re)嘛(ma),本(ben)身并沒有創造新(xin)的(de)(de)能(neng)(neng)量。是這(zhe)(zhe)樣(yang)的(de)(de),但(dan)儲熱(re)可以提高能(neng)(neng)量的(de)(de)利用(yong)價(jia)值(zhi)。比如,傳統的(de)(de)電(dian)(dian)力具(ju)有“即發即用(yong)”的(de)(de)特殊性,這(zhe)(zhe)就意味著過剩的(de)(de)“低(di)谷(gu)電(dian)(dian)”有可能(neng)(neng)會變為“棄(qi)(qi)能(neng)(neng)”。如果(guo)利用(yong)棄(qi)(qi)風、棄(qi)(qi)光的(de)(de)電(dian)(dian)能(neng)(neng)以及“低(di)谷(gu)電(dian)(dian)”來(lai)(lai)加(jia)熱(re)熔(rong)鹽(yan),從而(er)把(ba)這(zhe)(zhe)些電(dian)(dian)能(neng)(neng)轉變為熱(re)能(neng)(neng)存儲起來(lai)(lai),在用(yong)電(dian)(dian)高峰時再(zai)把(ba)這(zhe)(zhe)些熱(re)能(neng)(neng)利用(yong)起來(lai)(lai),這(zhe)(zhe)樣(yang)就可以通過供熱(re)系統來(lai)(lai)替代燃煤(mei)(或天然氣(qi))鍋爐(lu)進行(xing)供暖(nuan)了。這(zhe)(zhe)樣(yang)既提高了電(dian)(dian)網的(de)(de)穩定性,又(you)改善了大氣(qi)環境,同(tong)時還(huan)可以緩解氣(qi)荒(huang)和降(jiang)低(di)運營成本(ben)。
清潔取暖中的“新星”
2019年6月,由國務院國資委主辦的(de)中央企(qi)業熠星創新創意大賽(sai)在北(bei)京(jing)落下帷幕(mu),京(jing)能(neng)北(bei)京(jing)熱力申報的(de)“新型熔(rong)(rong)鹽蓄(xu)熱清潔供(gong)熱/供(gong)蒸(zheng)汽”項(xiang)目榮獲大賽(sai)最高獎項(xiang)一(yi)等獎。該項(xiang)目的(de)技術依托的(de)就是熔(rong)(rong)鹽蓄(xu)熱供(gong)熱技術,既可(ke)以(yi)供(gong)熱也(ye)可(ke)以(yi)供(gong)蒸(zheng)汽。其中,與我們(men)生活(huo)密切相關的(de)應用就要數清潔供(gong)暖了。
傳(chuan)統的(de)(de)燃(ran)煤取(qu)暖方式最大的(de)(de)問題就是污染(ran)(ran)嚴重。燃(ran)燒1噸標準煤將會產生2.62噸二(er)氧(yang)化(hua)碳、8.5千克(ke)二(er)氧(yang)化(hua)硫、7.4千克(ke)氮氧(yang)化(hua)物……這些污染(ran)(ran)物的(de)(de)排(pai)放直(zhi)接(jie)導致了空氣質(zhi)量(liang)的(de)(de)惡化(hua),并加劇了霧(wu)霾的(de)(de)形(xing)成(cheng)。伴隨(sui)著(zhu)“煤改氣”“煤改電(dian)”的(de)(de)推進(jin),清潔供暖開始走進(jin)百姓(xing)的(de)(de)生活。“用鹽取(qu)暖”就是在這樣的(de)(de)背景下應運(yun)而生的(de)(de),它能降(jiang)低“煤改電(dian)”的(de)(de)運(yun)營(ying)成(cheng)本(ben),同時也為(wei)清潔供暖提供了一個新的(de)(de)途(tu)徑。
“用鹽(yan)(yan)(yan)(yan)取暖(nuan)(nuan)”實質上就是一種熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)蓄熱(re)(re)集中(zhong)(zhong)供(gong)暖(nuan)(nuan)的技(ji)術(shu)。在(zai)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)蓄熱(re)(re)集中(zhong)(zhong)供(gong)暖(nuan)(nuan)系(xi)統循環(huan)(huan)中(zhong)(zhong),經過(guo)電加(jia)(jia)熱(re)(re)的高溫(wen)(wen)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)進入到高溫(wen)(wen)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)罐中(zhong)(zhong)儲存(cun)。高溫(wen)(wen)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)通過(guo)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)泵進入到換熱(re)(re)系(xi)統,把給水加(jia)(jia)熱(re)(re)為蒸汽。這些蒸汽被送(song)往用戶側,通過(guo)加(jia)(jia)熱(re)(re)循環(huan)(huan)水回水進行(xing)供(gong)暖(nuan)(nuan)。放(fang)熱(re)(re)后的熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)進入到低溫(wen)(wen)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)罐中(zhong)(zhong)進行(xing)儲存(cun),并(bing)參與下(xia)一個(ge)加(jia)(jia)熱(re)(re)和放(fang)熱(re)(re)循環(huan)(huan)。熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)蓄熱(re)(re)集中(zhong)(zhong)供(gong)熱(re)(re)系(xi)統不需要整體伴(ban)熱(re)(re)系(xi)統,運行(xing)過(guo)程安(an)全(quan)可靠,并(bing)且(qie)無凍堵風險。
熔鹽蓄熱供(gong)熱技(ji)術充分利用(yong)低谷(gu)電、棄(qi)風和棄(qi)光電、火電廠高(gao)溫蒸(zheng)汽、太陽能以及工業余熱等清(qing)潔能源,不僅可以替代燃(ran)煤(或燃(ran)氣)鍋爐,減少污(wu)染物的排放,而且還可以作為(wei)應急(ji)熱源,保障臨時(shi)停(ting)熱用(yong)戶的生活熱水需求,因(yin)此(ci)具有很好的經濟、社會和生態效益。
點亮夜晚的“太陽能”
在甘肅(su)省河(he)西走(zou)廊最(zui)西端的(de)(de)戈壁大漠上,一(yi)個占地面積800公頃(qing)的(de)(de)超(chao)級景觀(guan)格外引人注目。“葵花(hua)”繞塔轉,“煙囪”不冒煙……這正是敦煌百兆瓦熔鹽塔式光熱電站風(feng)貌的(de)(de)真實體現。
“葵花”指的就是盜取太(tai)(tai)陽(yang)(yang)天火的“神(shen)器”—定(ding)日鏡(jing)群,1.2萬面(mian)定(ding)日鏡(jing)能實現對太(tai)(tai)陽(yang)(yang)光的反(fan)射聚焦,并自動跟(gen)蹤(zong)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)保(bao)持(chi)同步。定(ding)日鏡(jing)群所圍繞的“煙囪”壓根(gen)就不是什(shen)么煙囪,而是塔(ta)式光熱電站的核心裝置—吸熱塔(ta)。
如今,被稱為“超級(ji)鏡子發電(dian)站”的敦煌百兆瓦(wa)熔(rong)鹽塔式光(guang)熱(re)(re)電(dian)站已經正式并(bing)網發電(dian),這是我國(guo)已建成(cheng)的裝(zhuang)機規模最大的熔(rong)鹽塔式光(guang)熱(re)(re)電(dian)站,也是全(quan)球(qiu)聚光(guang)規模最大、吸熱(re)(re)塔最高的熔(rong)鹽塔式電(dian)站,標志(zhi)著我國(guo)成(cheng)為世界上少數(shu)掌握百兆瓦(wa)級(ji)熔(rong)鹽塔式光(guang)熱(re)(re)電(dian)站技(ji)術的國(guo)家。
260米高(gao)的(de)吸(xi)熱(re)(re)(re)(re)塔(ta)簡直就(jiu)是一(yi)個巨(ju)大的(de)“鍋爐”,在其(qi)內流(liu)動著巨(ju)量的(de)熔(rong)鹽蓄熱(re)(re)(re)(re)介(jie)質。素有(you)熾熱(re)(re)(re)(re)的(de)“大肚漢(han)”之(zhi)稱的(de)熔(rong)鹽,把(ba)超級鏡(jing)場(chang)集聚的(de)光熱(re)(re)(re)(re)能量盡收囊中(zhong)。這些(xie)熔(rong)鹽能把(ba)高(gao)熱(re)(re)(re)(re)流(liu)密度的(de)輻射能轉化(hua)為(wei)熱(re)(re)(re)(re)能,從(cong)而使低溫熔(rong)鹽在瞬間升(sheng)至幾百攝氏度的(de)高(gao)溫。其(qi)中(zhong)一(yi)部分熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽進入蒸(zheng)汽(qi)發(fa)(fa)生器系(xi)統(tong)產生過(guo)熱(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)汽(qi),驅動汽(qi)輪發(fa)(fa)電(dian)機組發(fa)(fa)電(dian);還(huan)有(you)部分熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽被存儲(chu)在熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽罐中(zhong),為(wei)日落后滿負荷發(fa)(fa)電(dian)儲(chu)存“太(tai)陽(yang)能”。
光熱發(fa)電離不開(kai)熔(rong)鹽(yan)這個(ge)“功臣”,正是通過熔(rong)鹽(yan)的(de)(de)吸(xi)熱、儲熱和換熱,才讓千家萬(wan)戶在晚上用上了(le)清潔能源“太陽(yang)能”。對(dui)于光熱發(fa)電來說,應(ying)用較多的(de)(de)為二元熔(rong)鹽(yan)。常用的(de)(de)二元熔(rong)鹽(yan)為60%的(de)(de)硝酸鈉和40%的(de)(de)硝酸鉀的(de)(de)混(hun)合物。
在我國首批(pi)20個(ge)光(guang)熱(re)發電示范(fan)項目(mu)中,有18個(ge)采用(yong)了(le)熔鹽儲(chu)熱(re)。其中敦煌百兆瓦熔鹽塔式光(guang)熱(re)電站就是一個(ge)典(dian)范(fan)。敦煌“超(chao)級鏡子發電站”的年發電能(neng)力為3.9億度,使用(yong)的熔鹽數(shu)量大約有3萬噸,儲(chu)熱(re)時間大約為11個(ge)小(xiao)時。
熔(rong)鹽(yan)以其獨特(te)的儲(chu)(chu)能優勢,迅速成為新能源發展中(zhong)的一顆新星(xing)。“用(yong)(yong)鹽(yan)取暖”方(fang)興(xing)未艾,“用(yong)(yong)鹽(yan)發電”已成為塔(ta)式光熱電站(zhan)的標準配(pei)置。熔(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)熱還可用(yong)(yong)于海水淡化、稠油開采、電網移峰(feng)填谷(gu)、分布式能源等(deng)多個(ge)領域,具有廣闊(kuo)的發展前景。