应用介绍

先进的超超临界电厂的侵蚀

“包括侵蚀腐蚀在内的摩擦学挑战是实现世界上第一个旨在减少碳排放的AUSC工厂的瓶颈”

印度致力于通过提高风能，太阳能以及清洁煤技术的产能以达到COP21目标，到2030年将温室气体排放量减少35％。先进的超超临界电厂（AUSC）是一项关键技术，可提供47％至50％的效率，比常规电厂的现有机组高出近35％。这直接转化为减少了2千兆吨的CO 2排放量。该国正在开发的其他技术包括在现有发电厂和废物转化为能源的锅炉中共同燃烧生物质衍生的燃料，以便再利用农业和城市废物以促进循环经济。 

为了实现50％的效率，AUSC植物具有在30巴和700℃高级的镍基合金和涂层的温度的蒸汽压力下操作将需要承受热和苛刻的锅炉的环境下，在特别是高温腐蚀腐蚀， 如果要防止锅炉爆炸和人员伤亡，请确保安全（参考-2020年6月，印度3000兆瓦Neyveli电厂爆炸）。

有哪些故障机制会影响AUSC工厂的安全性和效率？

锅炉部件的炉边腐蚀腐蚀是一个主要问题，由于飞灰烟气环境中金属表面的机械和化学相互作用，导致热交换器金属损失。可视化这些相互作用的一种有用方法是通过腐蚀-腐蚀图和金属浪费图，这些图以前已针对腐蚀-氧化（图1a）和（图1b）进行了开发。对于锅炉环境，不存在此类映射。

图1a。高温腐蚀-腐蚀图，显示了腐蚀为主，腐蚀为主和混合的区域。此腐蚀图与已建立的腐蚀-氧化图之间的区别在于，腐蚀包括氧化，硫化和氯化，而腐蚀可以是材料沉积和去除的组合

图1b。取决于温度和腐蚀速度的高温金属损耗图可实现准确的材料识别和坚固的设计

可以根据降解机理和金属浪费率来划定不同的区域。

1区（侵蚀占主导地位） -印度煤的高石英含量（一种坚硬的材料）导致燃烧器和锅炉部件的高腐蚀速率，在燃烧或吹灰过程中会增加速度。反复的冲击最终导致水壁过度变薄和潜在的破裂。

区域2（腐蚀占主导地位） -与碱金属盐（硫酸钾和钠的氯化物和氯化物）形成的飞灰形成共晶，该共晶在700摄氏度下熔化并沉积在管上。然后它们可以在烟气（含有腐蚀性SO 2）存在下与保护性氧化物层（Cr 2 O 3，Al 2 O 3和NiO）反应，使其多孔并增强腐蚀。速率与温度成指数关系

地区3-6（冲刷腐蚀作用），也许在AUSC锅炉的背景下，最重要的协同作用可以以数量级加速金属的流失率较“纯”我chanisms。由于与不断发展的表面化学，相，厚度，腐蚀，剥落和沉积有关的复杂性，这也是最不被理解的机理。（图2）

图2.粉煤灰，烟道气环境与氧化物垢导致金属浪费之间的冲蚀-腐蚀-沉积相互作用。显示了整个表面层的温度梯度。

在一个极端情况下（区域6），它们可能剥落下面的基材并使之暴露在加速的腐蚀腐蚀降解之下。另一方面（区域3），沉积物会粘附到管子上，随着时间的流逝而堆积，并形成隔热隔热层。发生这种情况时，到水的热传递会大大减少，效率降低，这需要吹灰维护步骤。其他区域4和5表示的材料去除由于侵蚀和热腐蚀的速度之间的竞争与材料的增长率由于保护氧化。

如何评估腐蚀腐蚀性能和材料耐久性？

科学界的研究集中于热腐蚀（在模拟的烟气中有飞灰的环境中）或空气中的高温腐蚀。这些都没有捕获到区域3至6中潜在的腐蚀-腐蚀相互作用（图2）和相关的高金属浪费率（图1b）。

可以模拟锅炉环境的先进实验室设施将弥合当前正在执行的简单实验室测试与最终中试工厂测试环路之间的差距。这将使对AUSC的材料技术的准确验证成为可能（图3）。

图3.测试金字塔，显示了从实验室测试到现场测试的过渡以及高温侵蚀腐蚀设施的缺失环节，以可靠地捕获相互作用和金属浪费率。

具有“腐蚀测试台”的Ducom喷气侵蚀测试仪可以同时再现在烟气环境中增强的飞灰腐蚀-沉积-腐蚀（图4）。它建立在Ducom AJT完善的1000℃和200 m / sec固体颗粒侵蚀平台上。附加的设计功能可灵活地在测试试样上直接使用合成粉煤灰或电厂粉煤灰。可以在烟气环境中控制粒子速度，以模拟新材料和涂层的低速沉积和高速腐蚀腐蚀。

图4. Ducom气流喷砂冲蚀试验机，可以重现飞灰和烟气的气氛。

这样的设施将是一个强大的平台，用于评估由于高温腐蚀腐蚀而造成的材料降解，不仅适用于AUSC任务，还适用于其他行业，例如存在类似问题的发电厂，燃气轮机，油气钻探和炼油厂的废物。