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杨晓西等 著

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• 蓄热技术
• 相变蓄热
• 显热蓄热
• 高温蓄热
• 中温蓄热
• 储能
• 能源
• 热能利用
• 节能
• 工业应用

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030408488

版次：1

商品编码：11493915

包装：精装

丛书名： 21世纪新能源丛书“十二五”国家重点图书出版规划项目

开本：16开

出版时间：2014-07-01

用纸：胶版纸

页数：323

字数：407000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：能源利用领域的科研和工程技术人员、高等学校的教师和研究生、本科生
中高温蓄热技术及应用的编写对于工业生产过程以及可再生能源和新能源利用领域，例如化工、冶金、热动、核工业等领域热能储存与转换技术的工业化应用，具有较好的指导意义和实用价值，可供从事能源利用领域的科研和工程技术人员、高等学校的教师和研究生、本科生作为专业参考资料或教材使用。

内容简介

　　世界经济的快速发展需要更多的能源，而化石能源的短缺促使世界各国将开发可再生能源作为战略性新兴产业置于优先发展的地位。储能作为能源利用的重要环节，对工业节能和可再生能源利用具有特别重要的作用。规模化可再生能源热利用是未来我国能源的发展重点，但由于可再生能源具有间歇性和不能稳定供应的缺陷，不能满足工业化大规模连续供能的要求，而工业用能是我国大的终端用能消费部门，占全国能源消费总量的比重一直维持在70%左右。一次能源利用率大大低于先进国家，主要原因之一是间歇式高品质余热没有得到有效利用，因此必须发展高效蓄热技术，以提高能源利用效率。《中高温蓄热技术及应用》从可再生能源规模化利用和工业节能技术领域中选择中高温蓄热技术作为基础研究的工程背景，结合《中高温蓄热技术及应用》合著者及研究团队多年从事太阳能热利用、传递强化与节能技术研究的实践整理而成。

内页插图

目录

目录
《21世纪新能源丛书》序
前言
主要符号表
第1章 绪论 1
1.1 蓄热技术概述 1
1.1.1 蓄热方式 2
1.1.2 传热蓄热材料 5
1.2 蓄热性能的评价方法 13
1.2.1 蓄热系统的蓄热量 13
1.2.2 蓄热系统的熵产 14
1.2.3 基于斜温层厚度定义的蓄热效率 15
1.2.4 斜温层稳定性判据 15
参考文献 21
第2章 熔融盐显热蓄热过程传热特性 25
2.1 基本原理 25
2.2 熔融盐球形填充床显热蓄热过程数值分析 27
2.2.1 蓄热模型 27
2.2.2 蓄热材料密度的影响 29
2.2.3 蓄热材料导热系数的影响 31
2.2.4 空隙率对蓄热性能的影响 34
2.2.5 颗粒直径对蓄热性能的影响 37
2.2.6 熔盐密度对蓄热性能的影响 39
2.2.7 熔盐进口流速对蓄热性能的影响 42
2.2.8 熔盐进口温度对蓄热性能的影响 45
2.3 熔融盐球形填充床显热蓄热过程实验分析 47
2.3.1 实验装置 47
2.3.2 蓄热罐预热温度 49
2.3.3 熔盐的温度分布 50
参考文献 52
第3章 熔融盐相变蓄热过程流动与传递规律 54
3.1 基本原理 54
3.2 相变蓄热传热分析 58
3.2.1 精确解分析 59
3.2.2 数值求解分析 61
3.2.3 相变蓄热过程传热强化理论与途径 63
3.3 熔融盐球形填充床潜热蓄热过程数值模拟 64
3.3.1 蓄热模型 64
3.3.2 相变蓄热罐的蓄热性能 68
3.3.3 初始温度对蓄热性能的影响 69
3.3.4 导热油进口温度对蓄热性能的影响 71
3.3.5 导热油进口流速的影响 73
3.3.6 不同导热油比热的影响 75
3.3.7 相变球颗粒直径的影响 77
3.3.8 熔融盐相变材料潜热的影响 78
3.4 熔融盐球形填充床相变蓄热实验研究 80
3.4.1 熔盐球型填充床相变蓄热罐 80
3.4.2 相变蓄热罐预热温度 81
3.4.3 熔盐的进口温度 81
3.4.4 相变温度的影响 81
3.4.5 熔盐湿度变化 82
3.4.6 球内相变材料自然冷却降温 83
参考文献 84
第4章 熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性 88
4.1 熔融盐高温斜温层混合蓄热方法 88
4.1.1 系统组成 88
4.1.2 工作原理 90
4.2 熔融盐单相流体斜温层蓄热的数值模拟 92
4.2.1 计算模型 92
4.2.2 控制方程 95
4.2.3 数值计算方法 95
4.2.4 瞬态传热与流动特性 96
4.2.5 斜温层厚度随熔融盐流体进口速度的变化 99
4.2.6 斜温层厚度随长径比的变化 99
4.3 多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热的热特性 100
4.3.1 局部热平衡模型与局部非热平衡模型的适用性 100
4.3.2 多孔介质局部热平衡模型 101
4.3.3 多孔介质特性参数对传热与流动性能的影响 103
4.3.4 瞬态传热与流动特性 108
4.3.5 操作参数对熔融盐高温斜温层蓄热性能的影响 109
4.4 基于局部非热平衡的熔融盐斜温层蓄热的数值模拟 113
4.4.1 计算模型 113
4.4.2 数值计算方法 114
4.4.3 局部非热平衡模型的模拟结果 114
4.5 高温熔融盐壳管式相变换热器的传热特性 118
4.5.1 研究装置 118
4.5.2 数值模型 119
4.5.3 数值计算方法 119
4.5.4 自然对流对液相率分布的影响 120
4.5.5 液相率随熔化时间的变化 120
4.5.6 管内流体的流动方向对液相率的影响 122
4.5.7 壳管式相变换热器完全熔化的判据 122
4.6 高温熔融盐蓄热器的实验测试 123
4.6.1 蓄热单罐实验件的结构设计 123
4.6.2 实验研究内容与方法 126
4.6.3 熔融盐单相流体斜温层蓄热单罐的蓄热特性 127
4.6.4 多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热单罐的蓄热特性 129
4.6.5 熔融盐壳管式相变换热器的蓄热特性 131
参考文献 134
第5章 甲烷重整热化学储能过程特性 137
5.1 热化学储能技术 137
5.1.1 热化学储能体系 137
5.1.2 常见热化学反应储能体系 138
5.1.3 甲烷重整体系 140
5.2 二氧化碳甲烷重整反应热力学分析 143
5.3 铂-钌双金属催化剂制备及稳定性和积炭分析 145
5.3.1 二氧化碳甲烷重整催化剂 145
5.3.2 催化剂制备 147
5.3.3 催化剂性能评价 148
5.3.4 催化剂的性能和稳定性 149
5.3.5 催化剂稳定性的机理分析 153
5.3.6 表面积炭的理论分析 158
5.3.7 表面积炭实验分析 160
5.4 管壳式催化重整反应器的数值模拟 165
5.4.1 催化重整反应的数值模拟 165
5.4.2 数理模型及数值方法 166
5.4.3 化学动力学模型 169
5.4.4 动力学结果与讨论 170
5.4.5 模型验证 172
5.4.6 反应器结构对C02/CH4催化重整反应的影响 176
5.4.7 重整反应条件对C02/CH4催化重整反应的影响 178
5.5 管内有序堆积填充床重整反应的数值模拟 183
5.5.1 数理模型及数值方法 184
5.5.2 模型验证 187
5.5.3 模拟结果与讨论 190
参考文献 197
第6章 蓄热系统设计与控制 203
6.1 熔融盐蓄热系统设计 203
6.1.1 蓄热系统构成 203
6.1.2 熔盐流体传递回路与吸热器、蓄热容器之问的连接 205
6.1.3 传热蓄热回路的加热和保温 205
6.1.4 熔盐长轴泵 219
6.1.5 故障工况的研究与预防 221
6.2 蓄热系统测试与控制 223
6.2.1 测试与控制环节 224
6.2.2 温度测试 226
6.2.3 压力测试 244
6.2.4 流量测量 254
6.2.5 液位测量 262
6.2.6 流量控制（高温阀门） 270
6.2.7 蓄热系统的自动控制 281
6.2.8 测试和控制案例 285
参考文献 287
第7章 中高温蓄热技术的应用 289
7.1 可再生能源领域 289
7.1.1 高温显热蓄热系统 292
7.1.2 高温相变应用 304
7.2 工业过程的余热利用 306
7.2.1 蓄热式换热器 306
7.2.2 熔融盐蓄热应用 307
7.3 新型蓄热技术及发展趋势 309
7.3.1 新型中高温蓄热技术 309
7.3.2 中高温蓄热发展趋势 318
参考文献 320

精彩书摘

第1章绪论〖1〗
1��1蓄热技术概述
规模化可再生能源是未来能源的发展重点，但由于其间歇性和不能稳定供应的缺陷，能源的供应和需求之间，往往存在数量上、形态上和空间上的差异，不能满足工业化大规模连续供能的要求。为了克服或弥补这种差异，常采取能量储存和释放的技术手段即为储能技术。工业是我国最大的终端用能消费部门，占全国能源消费总量的比重一直维持在70%左右，工业能耗由2000年的9��5亿吨标煤增加到2009年的21��9亿吨标煤，占能源总消费量的比例由2000年的68��5%上升到2009年的71��5%；同时我国工业中的高能耗行业占比高，其能源消费量约占工业能源消费总量的80%，而主要高耗能工业产品能耗指标比国外同类产品的先进水平平均高出约40%，这是我国能源利用效率比国际先进水平低约10个百分点的重要原因，因此工业节能对提高能源利用效率和保障能源安全具有重要的战略意义。目前，我国煤炭、天然气、冶金、化工、水泥等领域仍存在着大量的低品位或间歇性的余压余热未加以利用，工业余热资源总量达8亿吨标煤，且大规模工业的整个工艺过程中余热平均回收利用率远低于国际先进水平，直接导致工业能源利用效率偏低。在钢铁工业，按照我国高炉�擦陡知苍�钢的工业流程测算，生产过程能源利用率为27%，其余73%的热能表现为生产过程的余热。我国钢铁工业各种余热的平均回收利用率仅为25��8%，而国外先进水平高达50%以上，主要原因之一就是间歇式高品质余热没有得到有效利用。因此必须积极开展能源的综合梯级利用，发展高效储能技术，以提高能源利用效率［1��3］。
按照蓄存能量的形态不同，储能技术常分为机械物理储能、蓄热（thermal energy storage，TES）、化学储能与电磁储能。以热能形式提供的能量占了能源相当大的比例，从这种意义上说，能源的开发和利用就是热能的利用，因此，蓄热技术作为热能利用中的一个重要环节，更受到广泛关注。蓄热技术是合理有效利用现有能源、优化使用可再生能源和提高能源效率的重要技术，主要应用于以下三个方面：①在能源的生产与消费之间提供时间延迟以及保障有效使用；②提供热惰性与热保护（包括温度控制）；③保障能源供应安全。热利用及蓄热按照工作温度，通常可以划分为三个区段：①低温：100℃以下，主要用于废热回收、太阳能低温热利用以及供暖和空调系统；②中温：100～250℃，一般为工业用热；③高温：250～1000℃，常用于高温余热回收利用、热机、太阳能热发电站、太阳能热解制氢、磁流体发电以及人造卫星。自20世纪70年代石油危机后，蓄热技术在可再生能源与新能源以及工业节能领域的应用日益受到重视。本书主要讨论中高温蓄热技术及其应用。
蓄热技术的性能和成本，取决于传热蓄热介质材料性能以及蓄/放热过程设计和控制两方面，其主要发展思路是开发高蓄热密度、高使用温度、高蓄/放热速率、低成本、环境友好的蓄热介质材料，发展过程可控的蓄热方式，研究高性能工质的传输及蓄热机理。根据热能储存方式不同，中高温蓄热技术可分为显热蓄热、潜热（相变）蓄热和化学反应蓄热三种方式。
1��1��1蓄热方式〖*2〗
1�� 显热蓄热
显热蓄热是利用蓄热材料的热容量，通过温度升高或降低而实现热量的储存或释放过程，这种蓄热方式由于原理简单、技术成熟、材料来源丰富、成本低廉而广泛应用于太阳能热发电等高温蓄热场合。根据蓄热介质的不同，显热蓄热又可分为液体显热蓄热、固体显热蓄热、液�补塘�合显热蓄热（斜温层蓄热）三种，常用的蓄热介质有砂�彩��部笪镉汀⒒炷�土、导热油、液态金属和熔融盐等。其中由于液体可以方便地传输热量，液体显热蓄热方式在中高温热利用中应用最为普遍，蓄热装置通常采用双罐布置形式。上述的液体工质中除导热油和熔融盐外，均只能作为蓄热介质而不能作为传热介质直接从吸热器吸收热量，因此应用时均必须采用双工质蓄热，即蓄热工质和传热工质分别采用不同的介质，这就存在换热环节多、效率低等缺陷。而采用单工质蓄热，即同一种工质承担传热和蓄热的双重作用，则可解决上述的问题，熔融盐就是一种非常好的选择，熔融盐蓄热在Solar Two太阳能热发电站中的成功应用已充分显示其优势［4］。最近研究又发现一种新的蓄热介质——离子性液体，这是一种低熔点的盐，可在400℃以下作为传热蓄热介质，具有很好的应用前景，但目前成本较高，尚未有实际应用［5］。
固体显热蓄热方式通常采用单位体积比热容高、成本低与耐高温的固体材料（例如混凝土、铸造陶瓷等）作为蓄热介质，采用空气、水/水蒸气、合成油或熔融盐等作为传热介质。影响固体蓄热能力的主要参数是体积蓄热密度，体积蓄热密度越大，所使用的蓄热装置的体积就越小，相应的初期投资成本就越少，另外还要求固体蓄热材料具有较高的导热率、价格便宜等特点。Laing等［6］采用混凝土对太阳能热进行储存，设计温度为400℃，传热介质为导热油，蓄/放热时间均为6h，蓄热模块由管道系统与蓄热混凝土组成，蓄热能力为0��66kWh·m-3·K-1，蓄热效率为67%。经过多次的蓄/放热循环，证实了混凝土蓄热技术在显热蓄热方面的可行性。混凝土蓄热材料的主要缺点是热导率低，朱教群等［7］以铝酸盐水泥作为胶凝剂，选用玄武岩及工业废渣铜矿渣等热容大的材料作为集料，同时掺入高导热系数的石墨，并选用性能优异的复合高效减水剂，制备出新型高温混凝土蓄热材料，其热导率可达2��3W·m-1·K-1，相比于Laing制备的蓄热混凝土材料提高了一倍多，正常使用温度不低于550℃，体积热容大于120kWh·m-3，可以满足太阳能热发电应用要求。
热流体与冷流体之间由于密度的不同，会产生自然热力分层现象，因此利用这一特性可以在蓄热时从蓄热容器上部的热流体取热，放热时则相反。为了避免冷热流体的混合，可以采用分层设备或填料来确保进入蓄热系统中的流体维持温度梯度分层，即液�补塘�合显热蓄热（斜温层蓄热）方式，从而综合利用了液体良好的热传输性能与固体蓄热的低成本优点，通常采用单罐布置，本书针对该种蓄热方式进行了重点介绍。
2�� 潜热蓄热
潜热蓄热是利用物质在相变过程中需要吸收或放出相变潜热的原理进行蓄热，所以又称为相变蓄热，具有储能密度高、放热过程温度波动范围小等优点。相变过程主要有固�惨骸⒐酞补獭⒐酞财�和液�财�相变4种类型，其中常被利用的是固�惨骸⒐酞补滔啾淞街帧＞」芄酞财�和液�财�相变可以储存较多热量，但由于相变过程体积变化过大，一般不用于蓄热。固�惨合啾涫峭ü�相变材料的熔化过程进行蓄热，通过相变材料的凝固过程来放出热量；而固�补滔啾湓蚴峭ü�相变材料的晶体结构发生改变或者固体结构进行有序�参扌虻淖�变而可逆地进行蓄/放热。根据相变温度高低，潜热蓄热可分为低温和高温两大类。低温潜热蓄热主要用于废热回收、太阳能储存以及供暖和空调系统；高温潜热蓄热可用于热机、太阳能热发电站、磁流体发电以及人造卫星等方面，高温相变材料主要采用高温熔融盐类、混合盐类、金属及合金等。
1988年，在美国太阳能研究所（SERI）的倡议下，美国、德国等国家开始研究应用于太阳能热发电站的高温潜热蓄热技术。Dinter等在报告中指出，采用相变材料作为高温蓄热介质，具有较大的体积比热容和最低的成本。Hunold设计了一种直立式的管壳式换热器，采用NaNO3作为蓄热材料，证实了潜热蓄热在技术上是可行的，不过他的实验研究只限于一种换热器和蓄热材料［8］。Michels［9］则设计了三种不同的换热器，并将其串联使用，同时采用KNO3、KNO3/KCl和NaNO3作为相变蓄热材料，证实了采用串联结构可以获得较高的热利用系数。国内太阳能高温潜热蓄热技术的研究主要集中在空间站热动力发电系统中高温吸热/蓄热器上，崔海亭、袁修干等［10］采用80��5LiF��19��5CaF2（摩尔比）共晶盐作为空间站热动力发电系统蓄热器的相变材料，在数值模拟和实验研究方面对其相变传热过程进行了大量的工作。张仁元等［11］将NaNO2�睳aNO3、Na2SO4、Na�睟aCO3等无机盐嵌入多孔陶瓷体内的微米级多孔网络中，制备出新型显热和潜热复合储能材料。这种材料具有蓄热量大的特点，相变潜热可达92��67kJ·kg-1，100℃换热温差条件下的蓄热密度为240kJ·kg-1；并且可以制成各种形状的元件，以填充床形式堆积构成蓄热系统，在运行中同时利用无机盐的潜热和复合材料的显热储存热能。这种潜热/显热复合系统既保持着潜热储能密度大且能量输出稳定以及显热储能介质可与换热流体直接接触换热的优点，又克服了潜热储能系统需要耗费大量金属容器、管材以及存在熔融盐腐蚀的缺点，可用于工业炉的蓄热器、炼铁热风炉以及聚焦式太阳能热发电的蓄热子系统。
尽管潜热蓄热具有储能密度高、蓄热体积相对小等诸多优点，但在实际应用中还存在着很多问题，譬如相变材料（PCMs）的热导率低、持续循环后的密度变化、相变分离问题及稳定性下降等。增强相变换热蓄热过程的方法主要有以下几种：①采用不同形状的翅片管增强导热；②在PCMs 中加入金属基；③添加高导热率的颗粒；④PCMs 微胶囊封装。
3�� 化学反应蓄热
在化学工程中，存在这样一类吸热和放热的可逆化学反应，可表示为

AB+QA+B（1��1）

式中，AB为化合物；Q为促使化合物AB分解为A和B所需外加的热量，称为反应热。该化学反应是可逆的，当A和B化合成AB时，释放出相同数值的热量Q。这就为人们提供了一种新的热储存方法，利用可逆的吸热和放热化学反应储存热量，称为化学反应蓄热。其基本原理是：利用热化学可逆反应，将太阳热能、地热、暂时不用的高温热能、余热或废热等转换成化学能，并储存于反应介质中；需要使用时，再通过逆向热化学反应方法将化学能逆转成热并释放出来。化学反应蓄热是通过“热能—化学能—热能”这一能量转换利用概念，来解决因时间或空间上供热与用热不匹配和不均匀性所导致的能源利用率低的问题，可最大限度地利用加热过程中的热能或余热，提高整个系统的热效率。化学反应蓄热是一种具有发展前途的高温储能方式，其蓄热密度高，反应温度及速率在热能储存（释放）过程中均可控制。同时，通过催化剂或将产物分离等方式，在常温下可以长期贮存分解物，从而减少抗腐蚀性及保温方面的投资，易于长距离运输，特别是对液体或气体，甚至可采用管道输送［12］。

美国太阳能研究中心（SERI）指出，化学反应蓄热是一种非常有潜力的高温蓄热方式，而且成本有可能降到相对较低的水平。在美国能源部的支持下，美国太平洋西北国家实验室（PNNL）开始了这方面的研究，利用氢氧化钙分解成氧化钙和水的逆反应来储存太阳能。Brown等［13］在报告中指出，化学反应蓄热方式在理论上可以满足太阳能热发电的要求。不过，他们的研究只是基于理论分析和基础实验研究，对于能否满足太阳能热发电蓄热系统的动力要求，以及如何与发电系统结合的问题尚未解决。澳大利亚国立大学（ANU）［14］提出了由太阳能驱动的基于闭环的氨基热化学储能系统，并建立了一套1kW（可放大到15kW）的太阳能发电实验系统，在热反应器中氨吸收太阳能分解成氢气与氮气，太阳能转化为化学能，通过氢氮合成再释放出热量用于发电。目前化学反应蓄热系统还存在约束条件苛刻、价格偏贵的缺点，应用技术和工艺都非常复杂，存在着许多不确定性，大多停留在实验研究阶段。为了有效地利用化学反应蓄热，就必须考虑热量损失及热力学不可逆度等因素的影响，加强化学反应蓄热系统的化学反应动力学、传热传质速率、反应器的压力和温度梯度设计等方面的研究，以提高整体转化效率。
4�� 常见蓄热方式比较
在目前间歇性能源的能量储存以及工业余热回收利用中，技术最成熟、成本最低、应用最多的是显热蓄热。相变潜热蓄热也是当今世界上流行的研究趋势，其蓄热密度约比显热高一个数量级，而且能以恒定的温度供热，但其蓄热介质一般具有蓄/放热速率低、相分离和导热系数较小、易老化、不利于反复循环等缺点。相比较而言，化学反应蓄热在蓄热容量、蓄热效率、保温隔热成本等方面都具有较明显的优点，尤其正、逆反应可以在高温（500～1000℃）下进行，从而可以得到高品质的能量，满足特定的要求。三种蓄热方式的比较如表1��1所示。

表1��1三种蓄热方式的比较［15］


特性显热蓄热潜热蓄热化学反应蓄热

蓄热容量小较小大

复原特性在可变温度下固定温度下在可变温度下

隔热措施需要需要不需要

能量损失长期贮存时较大长期贮存时相当大低

工作温度低低高

运输情况适合短距离适合短距离适合长距离

潜热蓄热和化学反应蓄热具有很多优点，目前已进入工业应用阶段。而针对太阳能等可再生能源利用领域，目前采用的蓄热方法根据不同的温度要求，主要有高温导热油温跃层（斜温层）蓄热、高压饱和水（饱和蒸气）和熔融盐蓄热、高温混凝土蓄热和SiC陶瓷蓄热等［16］。
1��1��2传热蓄热材料
传热蓄热材料就是一种能够将过程余热、废热、太阳能等能量吸收并储存起来，在需要时再将能量释放出来的物质。蓄热材料的种类繁多，按材料的化学组成，可分为无机和有机蓄热材料（包括高分子类）两类；按相变的方式，可分为固�惨合啾浜凸酞补滔啾洳牧希话葱钊确绞剑�可分为显热、潜热及化学反应蓄热材料三种；按蓄热的温度范围，可分为高温（250℃以上）、中温（100～250℃）与低温（100℃以下）蓄热材料等类型［17］。
1�� 常见传热蓄热材料
1） 显热蓄热材料
作为中、高温显热式蓄热介质，无机氧化物具有一系列独特的优点：①高温时蒸气压很低；②不与其他物质发生化学反应；③来源广泛、价格便宜。但无机氧化物的比热容和热导率都比较低，使得蓄热和换热系统变得庞大和复杂。若将蓄热介质制成颗粒状，会增加载体和蓄热介质的接触换热面积，将有助于蓄热、换热设备变得紧凑。
可考虑的高温显热式蓄热介质有花岗岩、氧化镁（MgO）、氧化铝（Al2O3）、氧化硅（SiO2）、铁（Fe）等，文献［18］给出了这些材料的部分热物理性质。这些材料的体积蓄热密度虽不如液体，但若以单位金额蓄存的热量来进行经济性分析则具有一定的优势，特别是氧化硅和花岗岩最便宜。德国航天航空研究中心（DLR）的Tamme等［19］在研究砂石混凝土和玄武岩混凝土的基础上，研究开发出耐高温混凝土和铸造陶瓷等固体蓄热材料，耐高温混凝土的骨料主要是氧化铁，水泥为黏结剂，铸造陶瓷骨料也主要是氧化铁，黏结剂包括氧化铝等，并在西班牙Plataforma Solar de Almeria （PSA）太阳能热发电站进行了测试，最高工作温度为390℃。熔融盐在常温下是固态，但熔化成液态后可利用其显热作为中高温热利用领域中的热载体和蓄热介质，因而也可将液态熔融盐归类为显热蓄热材料。
2） 相变潜热蓄热材料
低温潜热蓄热主要用于废热回收、太阳能低温热利用以及供暖和空调系统。低温相变材料主要包括无机水合盐类和石蜡及脂肪酸等有机物。无机水合盐类多为硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐等的水合盐，熔点低、熔化潜热大、价格便宜。但是，这些物质经过多次吸/放热循环之后，出现固�惨合喾掷搿⒐�冷、老化变质等不利现象。石蜡和脂肪酸以及同类化合物的低共熔体在熔化时吸收大量的热，虽然蓄热密度低于水合盐，但优点在于不产生固�惨悍植悖�能自成核，无过冷，对容器几乎无腐蚀，因而也得到广泛应用。
高温潜热蓄热材料主要用于小功率电站、太阳能热发电、热机、磁流体发电以及人造卫星等方面。若要大量使用这类材料，还有不少问题需要解决，尤其是腐蚀性换热器的传热设计问题。高温相变材料主要采用高温熔盐类、混合盐类和金属及合金等，可分为如下四类［20，21］。
（1） 单纯盐。LiH分子量小而熔化热很大（2840kJ·kg-1），已应用于人造卫星上作为蓄热物质。在太阳能热发电系统中，相变材料主要包括金属及合金、氟盐

前言/序言

《中高温蓄热技术及应用》—— 创新能源解决方案的探索与实践 一、 技术背景与核心理念 在能源转型的大背景下，如何高效、经济地利用和储存能量，特别是解决能源供应与需求之间的波动性，已成为当前能源领域面临的重大挑战。中高温蓄热技术，顾名思义，是指在介于常温与熔融温度之间（通常涵盖100°C至1000°C）的温度范围内，通过特定介质储存和释放热能的一种技术。它旨在克服太阳能、工业余热等间歇性或不规则能源的供应特点，实现能量的灵活调配，提高能源利用效率，降低能源成本，并为减少碳排放提供有力支持。 本书深入探讨了中高温蓄热技术的核心原理，包括热力学基础、传热机理以及蓄热材料的特性。我们聚焦于不同类型的蓄热介质，例如固态材料（如陶瓷、岩石、混凝土）、相变材料（PCM）以及流体介质（如熔盐、导热油）。通过对这些材料的物理化学性质、蓄热密度、循环寿命、成本效益等方面的细致分析，为读者呈现了一幅全面的中高温蓄热材料图谱。 二、 技术关键与创新突破 1. 蓄热材料的选择与优化： 技术的成败很大程度上取决于蓄热材料的性能。本书详细介绍了多种适用于中高温范围的蓄热材料，并重点分析了它们在能量密度、导热性、稳定性、安全性和经济性等方面的优势与劣势。例如，我们讨论了纯相变材料在相变潜热利用上的高效性，以及其在特定温度区间内的应用局限性；固态材料的稳定性和易获取性，以及其相对较低的能量密度问题；熔盐作为一种成熟的高温储热介质，在导热性和高比热容上的突出表现，但同时也需要关注其腐蚀性和安全性问题。此外，本书还涵盖了纳米材料、复合材料等新型蓄热材料的研发进展，旨在突破传统材料的性能瓶颈，实现更高的能量密度和更优的循环稳定性。 2. 蓄热系统的设计与集成： 蓄热技术并非孤立存在，而是需要与能量产生、传输和利用环节紧密结合。本书详细阐述了中高温蓄热系统的设计原则，包括热交换器设计、绝热结构优化、流体动力学分析以及整体系统的热力学匹配。我们探讨了多种系统配置，如紧凑型蓄热罐、模块化蓄热单元，以及如何将蓄热系统集成到现有的能源基础设施中。特别地，书中针对不同应用场景，提出了相应的系统设计方案，例如如何优化太阳能热发电站的蓄热单元，以实现连续稳定的电力输出；如何设计工业余热回收蓄热系统，以提高企业的能源自给率和降低生产成本。 3. 控制策略与智能化管理： 高效的控制系统是发挥蓄热技术优势的关键。本书介绍了中高温蓄热系统的控制策略，包括温度控制、能量平衡、功率调节以及与其他能源系统的协同优化。我们探讨了基于模型预测控制（MPC）、模糊逻辑控制（FLC）等先进控制算法在提高系统响应速度、降低能量损失方面的应用。同时，书中也展望了物联网（IoT）与人工智能（AI）在蓄热系统智能化管理方面的潜力，如实现远程监控、故障诊断、运行优化以及预测性维护。 三、 应用领域与未来展望 中高温蓄热技术凭借其独特的优势，在多个领域展现出巨大的应用潜力： 1. 可再生能源整合： 太阳能热发电、地热能利用等可再生能源往往具有间歇性，中高温蓄热技术能够有效地储存多余的能量，并在需要时释放，从而实现可再生能源的稳定、可靠供应，为构建低碳电网奠定基础。 2. 工业余热回收与利用： 许多工业生产过程会产生大量中高温余热，这些宝贵的能源往往被白白浪费。通过引入蓄热技术，可以将这些余热储存起来，用于再生产过程中的加热需求，或者转化为电力，极大地提高了能源利用效率，降低了生产成本，减少了温室气体排放。 3. 区域供热与制冷： 在集中供热供冷系统中，中高温蓄热技术可以储存白天充足的能源，在夜间或负荷高峰时释放，实现能源的削峰填谷，提高系统的运行效率和经济性。 4. 电网调峰与储能： 随着电力系统中可再生能源占比的提高，电网调峰的需求日益增加。中高温蓄热技术可以作为一种灵活的储能方式，在电力过剩时储存能量，在电力短缺时释放能量，从而增强电网的稳定性与韧性。 5. 交通与建筑领域： 在某些特定的交通工具（如高温燃料电池系统）和大型建筑物的供暖需求中，中高温蓄热技术也能发挥其独特作用，提供高效、可持续的能源解决方案。 本书在详述现有技术和应用的同时，也对中高温蓄热技术的未来发展进行了展望。我们预见到，随着材料科学、工程技术以及智能化控制的不断进步，中高温蓄热技术的能量密度将进一步提升，成本将进一步降低，应用领域也将更加广泛。绿色能源基础设施的建设、能源系统的深度耦合以及对循环经济的追求，都将为中高温蓄热技术带来前所未有的发展机遇。 《中高温蓄热技术及应用》 致力于为科研人员、工程师、行业从业者以及对能源技术感兴趣的读者提供一个全面、深入的知识平台。我们希望通过本书的出版，能够推动中高温蓄热技术的理论研究与工程实践，为实现可持续能源发展、构建绿色低碳社会贡献一份力量。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的出现，在某种程度上解决了我的“燃眉之急”。我最近参与的一个关于新型供暖系统的设计，其中一个关键的技术瓶颈就是如何高效地储存和释放大量的热能，以应对日间和夜间的温度波动。之前查阅了许多资料，但总感觉不够系统，信息碎片化严重，而且很多技术要么过于复杂，要么成本过高，难以落地。当我拿到《中高温蓄热技术及应用》这本书时，我感到眼前一亮。它以非常清晰的逻辑，从蓄热的基本原理讲起，逐步深入到不同蓄热介质的特性、蓄热系统的设计、控制策略以及实际应用。我尤其喜欢书中对“热冲击”和“热疲劳”等问题的详细分析，以及针对这些问题的解决方案。这对于我们这种需要频繁进行蓄热和放热循环的系统来说，是至关重要的。书中对几种主流蓄热材料，如熔盐、颗粒床、陶瓷材料等在中高温范围内的性能表现进行了细致的比较，包括它们的储热密度、导热系数、价格以及安全性等。这为我选择最适合我们项目需求的蓄热材料提供了非常宝贵的参考信息。它不仅解释了这些材料的物理化学性质，还深入探讨了它们在实际应用中可能遇到的工程问题，例如材料的腐蚀性、粉化问题以及如何保证长期的循环稳定性。书中对蓄热与供热系统集成的分析也让我受益匪浅。它详细阐述了如何设计高效的换热器，如何优化管道布置，以及如何通过智能控制系统实现蓄热与用热的精确匹配。我特别对书中提到的“集成式蓄热与供热系统”的设计理念产生了浓厚的兴趣，它提出了将蓄热功能与供热设备紧密结合，以提高整体系统的效率和可靠性。书中对不同应用场景的案例分析，例如工业余热回收、区域供热以及太阳能热利用等，也为我提供了丰富的灵感和借鉴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，对于我这样一个正在尝试将绿色能源技术引入传统工业的企业来说，简直是“及时雨”。我们一直希望能利用太阳能或风能等间歇性可再生能源，为我们的生产过程提供部分能源，但核心问题在于如何有效地储存和稳定地释放这些波动性强的能量。《中高温蓄热技术及应用》这本书，正是解决这个问题的关键。它不仅仅是一本技术手册，更像是一份关于“能源平滑化”的战略指导。我特别欣赏书中对“能源储存”与“能源调峰”这两个概念的深入探讨，以及它们在中高温蓄热技术中的实现方式。它不仅仅是介绍了理论，而是用丰富的图表和案例，展示了如何通过蓄热技术，将间歇性能源转化为可控的、稳定的能源供应。书中对不同蓄热介质的性能评估，特别是它们在宽温度范围内的储热能力和循环稳定性，让我对如何选择最适合我们可再生能源接入场景的蓄热材料有了更清晰的认识。我特别关注了书中对“固态蓄热材料”在长周期储热方面的优势，以及如何通过优化材料的导热性能和结构设计，来提高其在充放热过程中的效率。书中对蓄热系统与可再生能源发电系统的集成设计，也让我受益匪浅。它详细阐述了如何将太阳能光热发电、风力发电等与蓄热系统进行耦合，以实现能源的平滑输出和按需供给。我尤其对书中提出的“集成式储能解决方案”产生了浓厚的兴趣，它将蓄热、变频控制以及智能调度等技术融合在一起，为实现高效、稳定的可再生能源利用提供了全方位的支持。书中对工业余热回收与可再生能源结合的应用案例分析，更是让我看到了这项技术在降低企业对化石能源依赖方面的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我打开了认识“能源系统”的新维度，它让我深刻理解到，能源的价值不仅仅在于其“源头”，更在于其“流转”和“储存”的智慧。《中高温蓄热技术及应用》这本书，正是对这种智慧的系统性阐释。我作为一名长期从事工业能源管理的人员，一直对如何减少能源浪费、提高能源利用效率孜孜不求。这本书的出现，为我提供了一个非常全面且深入的知识体系。我尤其欣赏书中对“能量密度”和“功率密度”这两个关键概念的深入剖析，以及它们在选择蓄热介质和系统设计中的重要性。它不仅仅是提供了概念，而是用清晰的图表和数学模型，解释了这些参数的物理意义以及如何进行计算。书中对不同蓄热介质在中高温范围内的性能表现，如储热能力、导热系数、热稳定性以及循环寿命等，进行了详细的比较分析。这为我在面临多种技术选择时，提供了非常客观的参考依据。我特别关注了书中关于“相变蓄热材料”的研究进展，以及如何通过优化其微观结构和封装技术，来提高其在实际应用中的稳定性和耐久性。书中对蓄热系统整体设计和集成方面的阐述也让我受益匪浅。它不仅仅是介绍单个蓄热装置，而是从整个能源系统的角度出发，考虑了蓄热与热源、热负荷之间的匹配，以及如何通过高效的换热器和智能控制系统，实现能源的优化调度。我尤其对书中提到的“多级蓄热”和“分层放热”的策略产生了浓厚的兴趣，这能够有效提高能源的利用效率，并满足不同温度需求的用热。书中对不同工业部门（如水泥、玻璃、化工）的典型应用案例的详细分析，更是让我看到了这项技术在实际生产中的巨大潜力和广阔前景。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我开启了一个全新的视角，让我对“能源的二次生命”有了更深刻的理解。我一直认为，在当今资源日益紧张的环境下，如何高效地利用和回收能源是企业可持续发展的重要课题。而《中高温蓄热技术及应用》这本书，恰恰聚焦于这一核心问题。它不仅仅是一本技术手册，更像是一份关于如何“变废为宝”的行动指南。书中对不同蓄热介质的分类和介绍，让我对中高温蓄热技术有了系统性的认识。我尤其对书中对“体积蓄热密度”和“质量蓄热密度”的深入探讨印象深刻。了解这些关键参数，对于我们在有限的空间内实现最大的蓄热量至关重要。书中对多种新型蓄热材料的介绍，如金属合金、碳基材料以及一些复合材料，让我看到了未来技术发展的方向，也激发了我进一步研究这些创新材料的兴趣。它详细介绍了这些材料的合成方法、微观结构以及在高温下的热物理性能，并且讨论了它们在实际应用中可能面临的挑战，例如氧化腐蚀、热应力开裂等。这本书在“应用”方面的阐述也十分详尽，它不仅仅停留在理论层面，而是将技术与具体的工业场景相结合。我特别关注了书中关于玻璃窑炉蓄热、钢厂余热回收以及化工反应器温度控制等方面的案例。这些案例不仅展示了技术的实际效果，还详细分析了系统设计、操作控制以及经济性评估等关键环节。书中还对不同蓄热技术的经济性进行了比较分析，包括初始投资、运行成本以及回收期等，这为我们在选择技术方案时提供了重要的经济学依据。它对于不同蓄热技术在不同行业中的优势劣势的客观评价，让我避免了盲目追随潮流，而是能够根据实际情况做出最明智的选择。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我提供了一个非常全面且深入的知识体系，让我对“中高温蓄热技术”有了前所未有的系统性认识。我长期以来一直对如何更有效地利用工业生产过程中的余热充满兴趣，也进行了一些零散的研究，但总感觉缺乏一个清晰的全局观。这本书的出现，就像在我脑海中构建了一幅完整的地图，将我之前零散的知识点一一串联起来，并填补了很多重要的空白。我尤其欣赏书中从最基础的热力学原理开始，循序渐进地讲解各种蓄热技术的细节。它并没有止步于概念的介绍，而是深入到材料科学、传热学、流体力学等多个交叉学科领域，用清晰的语言和丰富的图表，解释了各种技术背后的科学原理。我特别关注了书中对不同蓄热介质的物理化学性质、储热能力、导热系数以及在高温下的稳定性进行的详细对比分析。这为我在选择最适合特定应用场景的蓄热材料时，提供了非常有价值的参考。例如，书中对金属蓄热体、陶瓷蓄热体以及相变蓄热材料在不同温度区间的性能特点进行了深入的解读，并分析了它们在循环寿命、成本以及环境影响等方面的优劣势。书中对蓄热系统集成和设计的详细阐述，也让我受益匪浅。它不仅仅是介绍一个蓄热装置，而是从整个能量系统的角度出发，考虑了蓄热与供热（或制冷）的匹配、管道设计、绝热保温以及安全防护等多个方面。我特别对书中提到的“多功能蓄热系统”的设计理念产生了浓厚的兴趣，它提出将蓄热功能与热交换、能源净化等多种功能集成在一起，以提高系统的整体效率和经济性。书中对不同工业部门（如钢铁、建材、化工）的典型应用案例的分析，更是让我看到了这项技术在实际生产中的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，可以说是直接切中了我目前工作中的痛点。我目前负责的项目，需要解决一个核心问题：如何在一个有限的厂房空间内，高效地储存大量高温余热，并在需要时快速释放，以满足生产工艺的峰值负荷需求。在此之前，我查阅了大量的文献，但很多都停留在基础理论研究，或者只关注一种特定的材料，缺乏系统性的指导。当我拿到《中高温蓄热技术及应用》这本书后，我感觉像是找到了“救星”。它以一种非常系统化的方式，从蓄热的原理、介质选择、系统设计到应用案例，层层递进，环环相扣。我尤其欣赏书中对不同蓄热介质在中高温范围内的“热力学稳定性”和“化学稳定性”的详细分析。这对于选择能够承受长期高温循环而不发生明显衰减的材料至关重要。书中对“颗粒床蓄热器”和“熔融盐蓄热器”的深入剖析，让我能够根据我们具体的温度和功率需求，选择最合适的系统类型。我特别关注了书中关于“热传递效率”和“蓄热介质的流变性”在颗粒床设计中的影响，以及如何通过优化颗粒尺寸分布和床层结构来提高传热性能。书中对蓄热系统控制策略的探讨也让我大开眼界。它不仅仅是简单的开关控制，而是提出了更精细的、基于预测和反馈的控制方法，以实现蓄热与用热的最佳匹配。我尤其对书中关于“智能蓄热控制”的理念产生了浓厚的兴趣，它通过引入人工智能算法，能够根据实时工况和预测信息，动态调整蓄热和放热的策略，从而最大化能源利用效率。书中对工业余热回收在多个行业的成功案例分析，让我看到了该技术落地实现的可行性。

评分☆☆☆☆☆

从一个工程应用者的角度来看，这本书是极其宝贵的。我常常在思考，如何将实验室里的先进技术转化为实际的工业生产力，而《中高温蓄热技术及应用》这本书，正是架起了这座桥梁。它不仅仅是理论的堆砌，而是提供了大量的、可操作的工程实践指导。我之前在进行一个关于提高冶金炉热效率的项目时，遇到了瓶颈，很多关于余热回收的方案都显得过于理想化，难以在实际操作中实现。这本书的出现，为我提供了全新的思路和解决方案。我特别欣赏书中对不同类型蓄热装置的设计原理和结构特点的详细介绍，例如蓄热式燃烧器、蓄热式换热器以及蓄热式炉膛等。它不仅仅是展示了这些装置的“长什么样”，而是深入分析了它们内部的传热过程、流场分布以及能量损失的机制。这让我能够更深刻地理解，为什么某些设计更有效，而另一些则存在不足。书中对蓄热系统运行工况的优化和控制策略的探讨，也让我受益匪浅。它提出了如何根据工艺要求、能源价格以及环境因素，动态调整蓄热和放热的参数，以实现最佳的经济效益和环境效益。我特别对书中关于“基于模型预测控制”的蓄热系统控制策略产生了浓厚的兴趣，它能够通过对系统运行过程的精确建模，实现对蓄热量的提前预测和优化调度。书中对实际工程案例的分析，更是让我印象深刻。它详细列举了多个在不同行业成功应用中高温蓄热技术的案例，并通过数据说明了其在节能减排、降低成本以及提高生产效率方面的显著成效。这些案例为我提供了宝贵的实践经验和可借鉴的思路。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的整体印象可以用“深入浅出，兼具理论与实践”来概括。作为一名在该领域摸索了多年的工程师，我常常感觉自己就像在黑暗中前行，虽然知道有“光”，但始终抓不住方向。这本书就如同我的“指路明灯”，它以一种非常系统的方式，将我之前零散的知识点串联了起来，并且填补了我很多认知上的空白。我特别欣赏的是，它并没有仅仅罗列技术名词或堆砌复杂的数学公式，而是将这些理论知识与实际应用紧密结合。例如，在讨论相变蓄热材料时，书中不仅介绍了其基本原理，还深入分析了不同相变材料（如盐类水合物、脂肪酸）在特定温度范围内的相变行为、潜热大小以及热稳定性，并且结合了实际的封装技术和热管理策略。这对于我理解如何在实际系统中实现高效的相变蓄热和放热至关重要。书中对蓄热体与换热器之间相互作用的分析也十分到位，它强调了界面传热的重要性，并提出了一些优化换热效率的设计思路。这对于我而言，是一个全新的视角，也为我解决目前项目中换热效率不高的难题提供了新的思路。另外，书中对蓄热材料的长期稳定性、循环寿命以及成本效益的评估分析，也让我对实际工程应用有了更清晰的认识。它并没有夸大其词，而是诚实地列举了不同技术在这些方面的挑战和优势，这使得我对技术选择和项目可行性评估有了更理性的判断。我尤其喜欢书中提供的图表和案例分析，它们直观地展示了各种技术在不同应用场景下的性能表现，以及所带来的经济和环境效益。例如，它对某钢铁厂利用高炉余热进行蓄热供热的案例分析，详细阐述了蓄热装置的设计、运行参数以及实际节能效果，这让我对技术的落地有了更直观的感受，也为我自己的项目方案提供了宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我提供了一个全新的视角来审视“能源”这个概念，它让我意识到，我们所追求的不仅仅是能源的生产，更重要的是能源的“智慧”管理和“高效”利用。《中高温蓄热技术及应用》这本书，恰恰是后者在技术层面的集大成者。我之所以这么说，是因为它不仅仅停留在理论探讨，而是将技术知识落地到具体的工业应用中，并且提供了非常详实的分析。首先，它对中高温蓄热技术的分类和原理的阐述非常清晰，让我能够迅速建立起对整个技术体系的认知框架。我特别欣赏书中对“蓄热效率”和“能量回收率”等关键指标的定义和计算方法的详细解释，这为我们评估蓄热系统的性能提供了量化的标准。书中对不同蓄热材料的深入剖析，包括其储热能力、导热性能、热稳定性以及经济性，让我对各种材料有了更直观的认识。我尤其关注了书中对“相变蓄热材料”在稳定性和循环寿命方面的研究进展，以及如何通过微胶囊化等技术来克服其在应用中的一些固有缺陷。这对我正在进行的关于新型储能材料的研究非常有启发。书中对蓄热系统设计和集成方面的探讨也十分到位。它不仅仅是描述一个蓄热装置，而是从整个系统的角度出发，考虑了传热、传质、控制以及安全等多个方面。我特别对书中关于“动态蓄热”和“按需供热”的策略分析很感兴趣，这对于如何提高能源利用的灵活性和响应速度非常重要。书中对不同工业领域的应用案例，例如水泥厂、陶瓷厂以及冶金厂等，都提供了详细的设计思路、运行参数和实际效益的分析。这些案例让我看到了中高温蓄热技术在降低能耗、减少排放方面的巨大潜力，也为我未来的工作方向提供了明确的指引。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，无疑为我近期在进行一项涉及能源回收与利用的项目时，注入了一剂强心针。我一直在苦恼于如何有效储存工业生产过程中产生的余热，这些宝贵的能量如果白白散失，不仅是对资源的极大浪费，也增加了企业的运营成本。市场上虽然不乏关于蓄热技术的探讨，但大多数过于理论化，或者只聚焦于某一种特定的材料和方法，难以形成一个全面的认识。当我在书店偶然翻开《中高温蓄热技术及应用》时，仿佛找到了失落的拼图。首先，这本书的章节设置非常合理，从基础的物理原理入手，循序渐进地介绍了不同类型的中高温蓄热介质的特性、优缺点以及适用场景。它并没有停留在概念层面，而是深入到了材料科学、传热学等多个领域，用清晰的语言和翔实的图表，解释了这些蓄热体在实际工作中的表现。我特别关注了它对几种主流蓄热材料的详细比较，比如固态蓄热材料（如陶瓷、耐火砖、金属）和相变蓄热材料（PCM）在中高温范围内的能量密度、导热系数、循环稳定性等关键指标的对比分析，这为我在选择最适合我们项目需求的蓄热介质时提供了重要的决策依据。书中对蓄热系统的设计与集成也有很深入的探讨，包括如何优化蓄热体排列、如何设计高效的传热通道，以及如何将蓄热系统与现有工艺流程无缝对接。这些内容对我来说至关重要，因为一个再好的蓄热技术，如果无法有效地应用到实际生产环境中，也只是纸上谈兵。它还讨论了不同工况下的蓄热与放热策略，例如如何根据负荷变化调整蓄热量，以及如何快速有效地释放储存的热量以满足生产需求。书中对一些典型的应用案例的分析，更是让我印象深刻，它展示了如何在炼钢、玻璃制造、化工等不同行业成功应用中高温蓄热技术，并通过数据说明了其显著的节能减排效果。这让我看到了这项技术的巨大潜力和广阔前景，也极大地增强了我克服技术难题的信心。

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