太阳盐耐钢:新颖的低成本的材料为可再生能源的应用

在最近的一项研究发表在杂志上金属专利,来自德国的研究人员分析了一种新的低成本能够抵御腐蚀的钢在高温下熔融(太阳能)盐环境,当用于热能存储(te)和聚光太阳能发电(CSP)应用程序,如盐管道和容器。

研究:一种新的低成本的方法,太阳能聚光太阳能动力(CSP)抗盐结构材料和热能存储亚博网站下载。图片来源:pinkfloyd yilmaz uslu / Shutterstock.com

新钢铁(LB2230)是铁素体在自然界中,形成一个保护层的铝(Al₂O₃)接触时,熔盐,由金属间化合物的形成和内部加强莱夫斯相。同时,它演示了再对另外两个商用钢即稳定。海恩斯214和Crofer^®22 H。

对阀的需求钢CSP和te发电厂

CSP-TES发电厂是新一代的可再生能源解决方案的传热流体或熔盐加热(太阳能)集中太阳能储存在系统紧随其后。这个存储热能进一步用于蒸发,从而生成电能使用蒸汽过程的下游。

示意图的盐腐蚀试验装置利用j Forschungszentrum GmbH是一家。图片来源:Aarab F et al .,金属

目前,商用太阳能盐,用于传热和存储,是60重量%的共晶混合物硝酸钠(NaNO₃)和40重量%硝酸钾(先₃)。然而,这些熔融金属硝酸盐是高度腐蚀对金属管道和容器壁,这阻碍了他们的长期操作。(Ni)的超合金或镍奥氏体不锈钢等级是高度耐腐蚀,但他们是非常昂贵的。

此外,这些CSP发电厂的热效率范围从30 - 40%,这远远低于最先进的蒸汽发电厂效率为46%。增加效率,CSP电站需要更多的集中太阳能,这将导致进一步的操作温度增加熔盐腐蚀及相关问题。

关于这项研究

在这项研究中,研究者比较了新的钢铁LB2230 Crofer^®22 H和海恩斯214 CSP-TES系统中的潜在应用。LB2230铝(Al)是一个基于导数的克劳莉娅(Cr₂O₃)形成Crofer^®22 H,这意味着LB2230α-Al形式₂O₃腐蚀保护层,而Crofer^®22 H Cr形式₂O₃层,当它接触熔融盐。

体重的变化腐蚀标本在太阳盐在600℃退火(不连续地由j FZ, IEK-2;等温地DLR):(一个)铝₂O₃成型机和(bCr)₂O₃成型机(平均值2标本在不连续的情况下测试,单值连续博览会的情况下)。图片来源:Aarab F et al .,金属

两种类型的钢有类似成分的添加剂金属和他们在内部加强金属间化合物的形成莱夫斯相,但Crofer^®22 H包含22重量%铬(Cr),这是LB2230取而代之的是艾尔。同样,其他corrosion-resistive钢海恩斯214年形成了₂O₃保护层在955℃以上,低于955℃时,它形成一个低corrosion-resistive混合克劳莉娅/氧化铝层。然而,海恩斯的问题214年在高温(595 - 925℃)是它容易受到应变时效开裂是由于降水γ的倪₃铝粒子。yabo214

此外,两种不同类型的腐蚀进行了测试在所有三个钢样品。在第一个测试中,钢样品与各自的容器被放置在一个水平氧化铝管式炉之后,用盐和填充每个容器不连续在600℃退火2042小时。

在第二个测试中,所有的钢铁样本被放置在一个常见的氧化铝坩埚其次是灌装的坩埚盐和不锈钢内加热室在等温条件下的连续流合成的6 sl / h。

观察

扫描电子显微镜(SEM)显示了海恩斯214奥氏体和铁素体LB2230形成一个保护₂O₃层温度高于1000℃。同时,温度1075℃是必要的,以防止不受控制的降水LB2230洗涤阶段。平均艾尔₂O₃层厚度的海恩斯214年和LB2230 pre-oxidation状态µmµm 0.2和0.8,分别。

SEM图像LB2230洗涤阶段降水的pre-oxidized LB2230 Crofer^®22 H 550 H后不连续腐蚀测试太阳能盐在600°C。图片来源:Aarab F et al .,金属

此外,所有样品表示初始体重紧随其后的一系列减肥/谷物和最后一个持续减肥。的Crofer^®22 H证明双体重增加或损失比214年海恩斯和LB2230之前进入持续减肥之后1046小时。

只有Crofer^®22 H显示宏观开裂散裂的迹象和规模而LB2230没有任何规模的裂缝由于较低的热膨胀系数不匹配的氧化形成的铁素体矩阵和鳞片。

作为基地₂O₃比Cr更稳定吗₂O₃214年和Crofer相比,海恩斯^®22 H, pre-oxidized LB2230消耗更少的铝和铬在表面氧化,从而有更多的基地和Cr LB2230用于洗涤阶段降水和加强。此外,熔融金属溶解Cr从海恩斯214年最高Crofer紧随其后^®22 H。

结论

研究人员分析了一个Al-alloy-based,成本低、铁素体,和沐浴phase-precipitated专利LB2230钢,并与其他两个商业高corrosion-resistive钢即克劳莉娅Crofer形成^®22 H和奥氏体氧化铝形成海恩斯214年。

LB2230展示更多的长期稳定和高工作温度承受能力没有规模开裂和应变时效开裂。此外,它不便于Cr扩散,提供了最厚的铝层和更高的莱夫斯相形成,内部加强;因此LB2230是适合高温CSP_TES corrosion-resistive结构钢的应用程序。

参考

Aarab F。库恩,B。,发出巨响。鲍尔,T。低成本的一种新方法,太阳能聚光太阳能动力(CSP)抗盐结构材料和热能存储(te)。亚博网站下载金属1970年,2021年,11日。https://www.mdpi.com/2075-4701/11/12/1970/htm

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