先進的超超臨界電廠的侵蝕

“包括侵蝕腐蝕在內(nèi)的摩擦學挑戰(zhàn)是實現(xiàn)世界上第一個旨在減少碳排放的AUSC工廠的瓶頸”

印度致力于通過提高風能，太陽能以及清潔煤技術的產(chǎn)能以達到COP21目標，到2030年將溫室氣體排放量減少35％。先進的超超臨界電廠（AUSC）是一項關鍵技術，可提供47％至50％的效率，比常規(guī)電廠的現(xiàn)有機組高出近35％。這直接轉化為減少了2千兆噸的CO 2排放量。該國正在開發(fā)的其他技術包括在現(xiàn)有發(fā)電廠和廢物轉化為能源的鍋爐中共同燃燒生物質衍生的燃料，以便再利用農(nóng)業(yè)和城市廢物以促進循環(huán)經(jīng)濟。 

為了實現(xiàn)50％的效率，AUSC植物具有在30巴和700℃高級的鎳基合金和涂層的溫度的蒸汽壓力下操作將需要承受熱和苛刻的鍋爐的環(huán)境下，在特別是高溫腐蝕腐蝕， 如果要防止鍋爐爆炸和人員傷亡，請確保安全（參考-2020年6月，印度3000兆瓦Neyveli電廠爆炸）。

有哪些故障機制會影響AUSC工廠的安全性和效率？

鍋爐部件的爐邊腐蝕腐蝕是一個主要問題，由于飛灰煙氣環(huán)境中金屬表面的機械和化學相互作用，導致熱交換器金屬損失?？梢暬@些相互作用的一種有用方法是通過腐蝕-腐蝕圖和金屬浪費圖，這些圖以前已針對腐蝕-氧化（圖1a）和（圖1b）進行了開發(fā)。對于鍋爐環(huán)境，不存在此類映射。

圖1a。高溫腐蝕-腐蝕圖，顯示了腐蝕為主，腐蝕為主和混合的區(qū)域。此腐蝕圖與已建立的腐蝕-氧化圖之間的區(qū)別在于，腐蝕包括氧化，硫化和氯化，而腐蝕可以是材料沉積和去除的組合

圖1b。取決于溫度和腐蝕速度的高溫金屬損耗圖可實現(xiàn)準確的材料識別和堅固的設計

可以根據(jù)降解機理和金屬浪費率來劃定不同的區(qū)域。

1區(qū)（侵蝕占主導地位） -印度煤的高石英含量（一種堅硬的材料）導致燃燒器和鍋爐部件的高腐蝕速率，在燃燒或吹灰過程中會增加速度。反復的沖擊最終導致水壁過度變薄和潛在的破裂。

區(qū)域2（腐蝕占主導地位） -與堿金屬鹽（硫酸鉀和鈉的氯化物和氯化物）形成的飛灰形成共晶，該共晶在700攝氏度下熔化并沉積在管上。然后它們可以在煙氣（含有腐蝕性SO 2）存在下與保護性氧化物層（Cr 2 O 3，Al 2 O 3和NiO）反應，使其多孔并增強腐蝕。速率與溫度成指數(shù)關系

地區(qū)3-6（沖刷腐蝕作用），也許在AUSC鍋爐的背景下，最重要的協(xié)同作用可以以數(shù)量級加速金屬的流失率較“純”我chanisms。由于與不斷發(fā)展的表面化學，相，厚度，腐蝕，剝落和沉積有關的復雜性，這也是最不被理解的機理。（圖2）

圖2.粉煤灰，煙道氣環(huán)境與氧化物垢導致金屬浪費之間的沖蝕-腐蝕-沉積相互作用。顯示了整個表面層的溫度梯度。

在一個極端情況下（區(qū)域6），它們可能剝落下面的基材并使之暴露在加速的腐蝕腐蝕降解之下。另一方面（區(qū)域3），沉積物會粘附到管子上，隨著時間的流逝而堆積，并形成隔熱隔熱層。發(fā)生這種情況時，到水的熱傳遞會大大減少，效率降低，這需要吹灰維護步驟。其他區(qū)域4和5表示的材料去除由于侵蝕和熱腐蝕的速度之間的競爭與材料的增長率由于保護氧化。

如何評估腐蝕腐蝕性能和材料耐久性？

科學界的研究集中于熱腐蝕（在模擬的煙氣中有飛灰的環(huán)境中）或空氣中的高溫腐蝕。這些都沒有捕獲到區(qū)域3至6中潛在的腐蝕-腐蝕相互作用（圖2）和相關的高金屬浪費率（圖1b）。

可以模擬鍋爐環(huán)境的先進實驗室設施將彌合當前正在執(zhí)行的簡單實驗室測試與最終中試工廠測試環(huán)路之間的差距。這將使對AUSC的材料技術的準確驗證成為可能（圖3）。

圖3.測試金字塔，顯示了從實驗室測試到現(xiàn)場測試的過渡以及高溫侵蝕腐蝕設施的缺失環(huán)節(jié)，以可靠地捕獲相互作用和金屬浪費率。

具有“腐蝕測試臺”的Ducom噴氣侵蝕測試儀可以同時再現(xiàn)在煙氣環(huán)境中增強的飛灰腐蝕-沉積-腐蝕（圖4）。它建立在Ducom AJT完善的1000℃和200 m / sec固體顆粒侵蝕平臺上。附加的設計功能可靈活地在測試試樣上直接使用合成粉煤灰或電廠粉煤灰?？梢栽跓煔猸h(huán)境中控制粒子速度，以模擬新材料和涂層的低速沉積和高速腐蝕腐蝕。

圖4. Ducom氣流噴砂沖蝕試驗機，可以重現(xiàn)飛灰和煙氣的氣氛。

這樣的設施將是一個強大的平臺，用于評估由于高溫腐蝕腐蝕而造成的材料降解，不僅適用于AUSC任務，還適用于其他行業(yè)，例如存在類似問題的發(fā)電廠，燃氣輪機，油氣鉆探和煉油廠的廢物。