徐一鸣,刘仕杰,王硕,2,梁志远,赵钦新

(1.西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安;2.哈尔滨锅炉厂有限责任公司,150046,哈尔滨)

随着经济的高速发展和环境破坏等的压力下,人们不断寻求开发新能源或更高效的能源利用方式,从而实现能源的可持续发展,以超临界CO2(supercritical carbon dioxide,SCO2)为工质的SCO2布雷顿循环发电系统成为研究的热点。SCO2工质温度为700 ℃时,循环热效率可达50%。近年来,SCO2布雷顿循环系统因其诸多优点而被广泛应用于核能、太阳能、化石能源、地热余热等领域[1-10]。因此,在新型能源利用方式中,SCO2布雷顿循环被认为是最具有利用价值的新型动力循环。

秦志伟[11]提出高参数化动力循环系统未来将进入800 ℃的时代,800 ℃高温支撑下的SCO2发电系统将会成为我国能源发展新方案。数据表明,高温SCO2循环可将电价下降到0.3～0.4元/度,这对于改善我国现有能源结构,减少化石能源的使用具有重大意义。一般认为,动力循环系统的效率与工质温度成正比,高温工质一方面使得循环效率提升,另一方面也使得循环系统中各组件的高温腐蚀加剧。在高温CO2环境下,材料的腐蚀情况的严重性不亚于现有火电系统中常出现的高温蒸汽腐蚀,甚至还会出现渗碳等现象,进一步削弱材料的耐蚀稳定性[12-15]。

现阶段能有效提升材料高温腐蚀性能的手段主要有两类,一类是添加合金元素或改变金相组织,积极研发耐蚀性能优异的新型耐热钢及合金。Cr元素是提升材料耐高温腐蚀性能不可或缺的成分[16-18],富Cr氧化膜可以有效保护基体;Mn元素的添加可使得材料的腐蚀速率呈近直线下降[19-21];Si、Al、Ti等元素的适量添加也有利于材料耐高温腐蚀性能的提升[22]。……