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电热储能装置用镁质耐火砖的方向

添加时间:2017年12月11日  浏览次数:

      利用鎂质蓄热砖的高热容特性设计建造电热储能装置是用来拉平电力负荷的一种较经济的技术设施。电热储能装置用耐火材料蓄能实际是蓄热能力大的耐火制品作为蓄能元件,装置外壳用轻质耐火材料加强隔热保温。

      电热储能装置的操作过程是:当夜晚电力需求最小时,蓄热砖通过电阻加热系统加热到800℃,而将电能转变成热能储存起来。到了白天的用电高峰期间,通过送风系统,向储能装置内送入空气,经过温度调节,向用户供应热风,从而避免用户在高峰负荷期间用电加热和减轻高峰电力负荷。

      用于电热储能装置内的耐火材料必须具有高热容量,这取决于其热容和容重。其次,为了快速加热储能装置释放和储存能量,要求用于电热储能装置内的耐火材料应具有高导热性。此外,电热储能装置的寿命往往长达30年以上,冷却循环数千次,因而要求用于建造电热储能装置的耐火材料应具有很高的抗热震性能,即应具有热疲劳寿命长的性能。

蓄热镁砖

      在电热储能装置中使用的耐火材料,可以作为线弹性体来看,在线弹性断裂力学中,裂纹在疲劳载荷下的疲劳温差小时,其使用寿命长。

      电热储能用MgO/MgO—FeOn 质蓄能元件属于MgO—FeOn  系统,该系统中Fe3+ /Fe2+比既受气氛PO2  所控制,又与所处环境的温度有关系。如图1 所示,与鎂质耐火材料有关的共有两个相区,即(MgO,FeO)ss  区和(MgO,FeO)+尖晶石固溶体共存区。当温度提高后,MgO ·Fe2O3  逐渐分解,其数量逐渐减少,(MgO,FeO)ss  则逐渐增加。图中虚线示出了MgO ·Fe2O3 的分解路线。

鎂质蓄热砖三相图

 图1 鎂质蓄热砖系统三相图(在空气中)

      图1的E和MgO ·Fe2O3 组成点之间的尖晶石边界线有一隆起(图1上方的附图),它标志接近于MgO ·Fe2O3 的原始组成点能在镁方铁矿析出为一相以前形成 O /Fe比例小于 1.33 的尖晶石。由图1 中等温线的外形看出,在1400℃以下的空气中,与Fe2O3平衡的尖晶石则有一接近Fe2O3 0/Fe(1.5)。在这种转化中,当Fe2O3 与 MgO 借固态阳离子扩散进行反应生成尖晶石时,便能观察到 KirKendall效应,即当Fe2O3与MgO之间的阳离子扩散形成一层尖晶石时,在Fe2O3 —尖晶石界面将发生氧的损失,进入气相:而尖晶石—MgO 界面却将从气象中取得氧。这一过程可以表示为:

(1) 在Fe2O3  —尖晶石界面发生:

      3Fe2O3 + 2Mg 2+   =   2MgFe2O3  + 2Fe2  + ½O2

(2) 在尖晶石—MgO 界面发生:

      2Fe2  + 3MgO +  ½O2  = MgFe2O4 + 2Mg 2+

      这表明,在前一界面比后一界面形成了约两倍之多的尖晶石。结果则导致含 Fe2O3  粒子的MgO 在压块时产生组织膨胀,而FeOn 的 上述氧化—还原反应所伴随的体积变化会对MgO — FeOn 质 耐火材料的应用有危害,不过,由于MgO — FeOn  质耐火材料中FeOn 的上述转化反应在高温条件下才能明显进行,即在温度高于500℃才可观察到,而实际上在200~800℃下使用的MgO — FeOn  质耐火材料都是稳定的。这就说明MgO — FeOn 质耐火材料作为电热储能用蓄热砖是可行的。早期MgO — FeOn  质耐火材料蓄热砖是以工业窑炉上拆除回来的废镁砖破碎至0.2~2.8mm为原料,为提高砖的体积密度,细粉用含94% Fe2O3的铁矿精矿粉,粒度为0.01~0.2mm,用硫酸铁(0.5%~10%)或钢件清洗废液结合。泥料经压制形成后与250℃烘干即获得不烧MgO—FeOn 制品,典型不烧镁砖的性能:密度为3.1g/m³,比热容1128J/(Kg·K),导热系数4~26.4W/(m·K)。

      用于电热储能装置中的MgO — FeOn 质蓄能元件也可采用烧成工艺生产。它们亦以废镁砖或者普通烧结镁砂为原料,同时配入一定数量的铁矿精矿粉或者是轧铁皮,主要FeO细粉或者“铁红”作为 FeOn 原料进行生产。烧成镁铁砖的烧成温度大于1200℃,烧成镁铁砖(60%~65%MgO、30%~32%Fe2O3)的性能为:B.D≥ 3.1g/m³,比热容为1140J(Kg·K),导热系数约6.0W/(m·K)。

      由此可见,镁铁砖蓄能力大,热传导率高,在200~800℃下使用时其稳定性非常好,是电热储能装置中耐火蓄能元件的理想材质。

关键词:镁砖   
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