700℃超超临界锅炉候选材料高温水蒸汽氧化性能试验研究

摘要

燃煤火力发电在中国当前的电源结构中占据着最主要的地位，随着中国对能源转化效率要求的提高以及对环保要求的提升，发展先进超超临界发电技术已经成为中国火力发电进一步发展的必然趋势。但是，随着温度的提高，工作参数更高的超超临界机组锅炉对锅炉管高温段所选用的材料性能要求更高，若是材料在恶劣的工作环境中发生了氧化腐蚀的现象，将严重影响机组的安全性和电厂的发电效率，因此，研究超超临界机组锅炉管高温段材料在高温环境下的抗氧化性能十分有必要。
　　本文着眼于中国的“700℃超超临界燃煤发电关键技术和设备研发及应用示范”项目，对Inconel740H、Haynes282和Inconel617B三种镍基合金在650℃、700℃以及750℃的蒸汽中进行了200h、400h、600h、800h、1000h、1500h、2000h七种时长的氧化实验研究。实验之后对试样进行称重、扫描电镜(SEM)表面和横截面的氧化层微观形貌观察、能谱元素点分析和线扫描(EDS)等手段对氧化层进行检测。实验结果表明:3种候选镍基合金的抗氧化性能都比较良好，氧化增重数据较低，增重由小到大排序为Inconel740H＜Inconel617B＜Haynes282;Inconel740H生成的氧化层可以观察到分层现象，在700℃及以下时生成的氧化物表面形貌与750℃时差异较大;Inconel617B在650℃、700℃和750℃三种温度下生成的氧化物表面形貌各不相同;Haynes282合金在确定的蒸汽条件下表面通常生成不止一种形态氧化物。
　　本文分析了温度、Cr含量等因素对镍基合金在高温蒸汽中的氧化行为的影响规律，指出了材料在不同条件下的抗氧化性;发现合金基体中Cr含量较高时，可在内层氧化物中形成一层富Cr氧化膜，可阻碍离子的扩散，降低氧化反应的速率;温度增加时，粒子的扩散系数和超过临界能量Ec的活化分子比例提高，金属氧化速率变快，氧化增重数据变大，氧化层厚度与表面粗糙度也变大，并且高温加快了富铬氧化层转变为挥发性化合物CrO2(OH)2散逸到环境中的速度，对氧化物的稳定性有不利影响，进一步加快了合金在蒸汽中的氧化速率;在含氧量增加时，氧化层与环境界面上的氧分压增大，金属离子的扩散系数增加，使氧化速率变快，增重变大。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．2 国内A-USC机组的研究现状

1．3 金属高温水蒸汽氧化的研究现状

1．3．1 金属水蒸汽氧化的危害和研究现状

1．3．2 氧化实验标准和研究方法

1．4 本文研究内容和目的

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第2章 氧化理论和实验方法

2．1 金属水蒸汽氧化理论

2．1．2 金属高温氧化热力学

2．1．3 金属高温氧化动力学

2．2 水蒸汽氧化实验及实验材料介绍

2．2．1 实验材料介绍

2．2．2 实验材料加工步骤

2．2．3 实验台结构与操作

2．2．4 检测手段

2．3 本章小结

第3章 高温水蒸汽氧化实验结果与结果分析

3．1 Inconel740H的蒸汽氧化实验结果

3．1．1 Inconel740H的氧化增重情况

3．1．2 Inconel740H的氧化层表面微观形貌检测

3．1．3 Inconel740H的氧化层横截面微观形貌检测

3．1．4 Inconel740H的氧化层元素分析

3．1．5 小结

3．2 Haynes282的蒸汽氧化实验结果

3．2．1 Haynes282的氧化增重情况

3．2．2 Haynes282的氧化层表面微观形貌检测

3．2．3 Haynes282的氧化层横截面微观形貌检测

3．2．4 Haynes282的氧化层元素分析

3．2．5 小结

3．3 Inconel617B的蒸汽氧化实验结果

3．3．1 Inconel617B的氧化增重情况

3．3．2 Inconel617B的氧化层表面微观形貌检测

3．3．3 Inconel617B的氧化层横截面微观形貌检测

3．3．4 Inconel617B的氧化层元素分析

3．3．5 小结

3．4 本章小结

第4章 氧化机理探讨

4．1 温度对镍基合金氧化行为的影响

4．2 铬元素含量对镍基合金氧化行为的影响

4．3 氧分压对镍基合金氧化行为的影响

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的其它成果

致谢