電熱儲(chǔ)能裝置用鎂質(zhì)耐火磚的方向
利用鎂質(zhì)蓄熱磚的高熱容特性設(shè)計(jì)建造電熱儲(chǔ)能裝置是用來拉平電力負(fù)荷的一種較經(jīng)濟(jì)的技術(shù)設(shè)施。電熱儲(chǔ)能裝置用耐火材料蓄能實(shí)際是蓄熱能力大的耐火制品作為蓄能元件，裝置外殼用輕質(zhì)耐火材料加強(qiáng)隔熱保溫。
電熱儲(chǔ)能裝置的操作過程是：當(dāng)夜晚電力需求最小時(shí)，蓄熱磚通過電阻加熱系統(tǒng)加熱到800℃，而將電能轉(zhuǎn)變成熱能儲(chǔ)存起來。到了白天的用電高峰期間，通過送風(fēng)系統(tǒng)，向儲(chǔ)能裝置內(nèi)送入空氣，經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)，向用戶供應(yīng)熱風(fēng)，從而避免用戶在高峰負(fù)荷期間用電加熱和減輕高峰電力負(fù)荷。
用于電熱儲(chǔ)能裝置內(nèi)的耐火材料必須具有高熱容量，這取決于其熱容和容重。其次，為了快速加熱儲(chǔ)能裝置釋放和儲(chǔ)存能量，要求用于電熱儲(chǔ)能裝置內(nèi)的耐火材料應(yīng)具有高導(dǎo)熱性。此外，電熱儲(chǔ)能裝置的壽命往往長(zhǎng)達(dá)30年以上，冷卻循環(huán)數(shù)千次，因而要求用于建造電熱儲(chǔ)能裝置的耐火材料應(yīng)具有很高的抗熱震性能，即應(yīng)具有熱疲勞壽命長(zhǎng)的性能。
在電熱儲(chǔ)能裝置中使用的耐火材料，可以作為線彈性體來看，在線彈性斷裂力學(xué)中，裂紋在疲勞載荷下的疲勞溫差小時(shí)，其使用壽命長(zhǎng)。
電熱儲(chǔ)能用MgO/MgO—FeOn 質(zhì)蓄能元件屬于MgO—FeOn 系統(tǒng)，該系統(tǒng)中Fe3+ /Fe2+比既受氣氛PO2 所控制，又與所處環(huán)境的溫度有關(guān)系。如圖1 所示，與鎂質(zhì)耐火材料有關(guān)的共有兩個(gè)相區(qū)，即(MgO，F(xiàn)eO)ss 區(qū)和(MgO，F(xiàn)eO)+尖晶石固溶體共存區(qū)。當(dāng)溫度提高后，MgO ·Fe2O3 逐漸分解，其數(shù)量逐漸減少，(MgO，F(xiàn)eO)ss 則逐漸增加。圖中虛線示出了MgO ·Fe2O3 的分解路線。
圖1 鎂質(zhì)蓄熱磚系統(tǒng)三相圖(在空氣中)
圖1的E和MgO ·Fe2O3 組成點(diǎn)之間的尖晶石邊界線有一隆起(圖1上方的附圖)，它標(biāo)志接近于MgO ·Fe2O3 的原始組成點(diǎn)能在鎂方鐵礦析出為一相以前形成 O /Fe比例小于 1.33 的尖晶石。由圖1 中等溫線的外形看出，在1400℃以下的空氣中，與Fe2O3平衡的尖晶石則有一接近Fe2O3 0/Fe(1.5)。在這種轉(zhuǎn)化中，當(dāng)Fe2O3 與 MgO 借固態(tài)陽離子擴(kuò)散進(jìn)行反應(yīng)生成尖晶石時(shí)，便能觀察到 KirKendall效應(yīng)，即當(dāng)Fe2O3與MgO之間的陽離子擴(kuò)散形成一層尖晶石時(shí)，在Fe2O3 —尖晶石界面將發(fā)生氧的損失，進(jìn)入氣相：而尖晶石—MgO 界面卻將從氣象中取得氧。這一過程可以表示為：
(1) 在Fe2O3 —尖晶石界面發(fā)生：
3Fe2O3 + 2Mg 2+ = 2MgFe2O3 + 2Fe2 + ½O2
(2) 在尖晶石—MgO 界面發(fā)生：
2Fe2 + 3MgO + ½O2 = MgFe2O4 + 2Mg 2+
這表明，在前一界面比后一界面形成了約兩倍之多的尖晶石。結(jié)果則導(dǎo)致含 Fe2O3 粒子的MgO 在壓塊時(shí)產(chǎn)生組織膨脹，而FeOn 的 上述氧化—還原反應(yīng)所伴隨的體積變化會(huì)對(duì)MgO — FeOn 質(zhì) 耐火材料的應(yīng)用有危害，不過，由于MgO — FeOn 質(zhì)耐火材料中FeOn 的上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)在高溫條件下才能明顯進(jìn)行，即在溫度高于500℃才可觀察到，而實(shí)際上在200~800℃下使用的MgO — FeOn 質(zhì)耐火材料都是穩(wěn)定的。這就說明MgO — FeOn 質(zhì)耐火材料作為電熱儲(chǔ)能用蓄熱磚是可行的。早期MgO — FeOn 質(zhì)耐火材料蓄熱磚是以工業(yè)窯爐上拆除回來的廢鎂磚破碎至0.2~2.8mm為原料，為提高磚的體積密度，細(xì)粉用含94% Fe2O3的鐵礦精礦粉，粒度為0.01~0.2mm，用硫酸鐵(0.5%~10%)或鋼件清洗廢液結(jié)合。泥料經(jīng)壓制形成后與250℃烘干即獲得不燒MgO—FeOn 制品，典型不燒鎂磚的性能：密度為3.1g/m³，比熱容1128J/(Kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)4~26.4W/(m·K)。
用于電熱儲(chǔ)能裝置中的MgO — FeOn 質(zhì)蓄能元件也可采用燒成工藝生產(chǎn)。它們亦以廢鎂磚或者普通燒結(jié)鎂砂為原料，同時(shí)配入一定數(shù)量的鐵礦精礦粉或者是軋鐵皮，主要FeO細(xì)粉或者“鐵紅”作為 FeOn 原料進(jìn)行生產(chǎn)。燒成鎂鐵磚的燒成溫度大于1200℃，燒成鎂鐵磚(60%~65%MgO、30%~32%Fe2O3)的性能為：B.D≥ 3.1g/m³，比熱容為1140J(Kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)約6.0W/(m·K)。
由此可見，鎂鐵磚蓄能力大，熱傳導(dǎo)率高，在200~800℃下使用時(shí)其穩(wěn)定性非常好，是電熱儲(chǔ)能裝置中耐火蓄能元件的理想材質(zhì)。
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