刘长春， 彭建强， 张宏涛， 刘新新， 李宇峰， 刘云峰

（哈尔滨汽轮机机厂有限责任公司， 黑龙江哈尔滨， 150046）

0 引言

化石资源的能量转化方式有朗肯（Rankine）循环、 布雷顿（Brayton）循环等,其中朗肯循环主要应用于火电、 核电等发电系统， 布雷顿循环主要应用于燃气轮发电系统[1]。 正在建设的参数为35 MPa/615 ℃/630 ℃/630 ℃的二次再热机组的效率已经可以达到50%。 目前的布雷顿循环多以理想气体为介质， 超临界二氧化碳（supercritical carbon dioxide， S-CO2） 具有良好的传热和热力学特性，无毒且具有较好的稳定性， 将其用于布雷顿循环具有系统热效率高、 结构紧凑等优势。 近年来，国内外都在开展将S-CO2应用于布雷顿循环的研究工作[2-4]。

对于S-CO2布雷顿发电系统用材， 国内外也开展了相关的研究工作[5]， 但是对于发电体系统中的透平材料研究相对较少。 本文综合国内外S-CO2发电系统参数,借鉴不同参数汽轮机选材经验,给出不同参数S-CO2透平选材建议,并分析了汽轮机常用铁素体钢、 奥氏体钢和高温合金材料在SCO2介质中存在的问题， 给出了S-CO2透平用材的研发建议。

1 国内外S-CO2 透平材料选材建议

目前， 国内外S-CO2循环发电系统见表1。

表1 国内外超临界CO2 循环发电系统

从表1 看出， 目前国内外S-CO2循环发电系统的参数范围比较宽， 温度275~700 ℃， 压力13.84~28 MPa。 参考火电不同参数汽轮机用材特点， 给出表1 所列不同参数试验机组的用材方案：

（1）温度≤537 ℃， 压力≤14 MPa， 参数低于亚临界汽轮机 （538 ℃， 16.7 MPa）， 因此， 转子、汽缸、 阀体、 紧固件等高温部件可以选择合金钢，高温叶片选择9%~12%Cr 铁素体耐热钢；

（2）温度 527 ℃， 压力 20 MPa， 由于压力超过亚临界汽轮机 （16.7 MPa）， 宜参照超临界汽轮机用材方案， 选择9%~12%Cr 铁素体耐热钢；……