《700℃超超臨界高溫耐熱材料熱力安全基礎問題研究》是依託上海交通大學，由張忠孝擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：700℃超超臨界高溫耐熱材料熱力安全基礎問題研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：張忠孝
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
煤炭是我國最主要的一次能源，700℃的超超臨界發電技術是能源領域主要節能減排的方向。項目以《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》和《國家“十二五”科學和技術發展規劃》中我國能源可持續性發展與節能減排為依據，緊密圍繞未來700℃超超臨界發電技術中高溫耐熱材料熱力安全這一核心問題，針對基於高溫耐熱材熱力安全的燃燒與水動力耦合作用特性、灰沉積對高溫耐熱材料熱力安全性能的影響以及高溫耐熱材料氧化腐蝕機理三個方面開展基礎研究，建立高溫耐熱材料在700℃超超臨界極端熱力條件下，確保高溫耐熱材料熱力安全的理論體系。項目實施將促進700℃超超臨界發電關鍵技術的研發，為我國700℃超超臨界發電技術提供理論支撐。
結題摘要
針對700℃超超臨界高溫耐熱材料熱力安全問題，搭建了0.3MW超超臨界燃燒與水動力耦合實驗台、25KW高溫一維爐試驗系統、高溫蒸汽氧化試驗台和4.5KW CO2超臨界實驗台。通過實驗研究和數值模擬相結合，獲得了燃燒與水動力耦合特性、灰沉積影響和高溫氧化腐蝕機理。 建立了燃燒與水動力耦合傳熱模型，研究負荷、流量偏差和火焰偏移等對壁面溫度的影響，獲得了600℃和700℃等級超超臨界水冷壁管壁和工質的溫度分布規律。700℃超超臨界燃燒與水動力耦合實驗台的工質壓力範圍15.0-41.0MPa，溫度範圍350-717℃，驗證了部分理論結果。此外還研究了超臨界CO2在鎳基合金管中的換熱特性，結果表明壓力和比熱容是影響換熱的主要因素，在實驗數據的基礎上擬合出平均誤差為1.65%的修正公式。 利用高溫一維爐系統上開展了不同煤種、不同溫度的積灰實驗研究。結果表明，與傳統煙煤相比，低階高鹼煤具有更高的積灰傾向性，其積灰效率可高達4-5%，遠高於傳統煙煤的1-2%。隨著煙/壁溫的升高，灰顆粒間的燒結作用逐步顯著，積灰通量及積灰結構穩定性增加。從600℃壁溫到850℃壁溫，低階高鹼煤30 min的積灰質量提高了約2倍。基於一維爐實驗，進一步開發了層流流場圓管積灰過程的唯象模型。 實驗研究了3種鎳基合金、2種25%Cr奧氏體耐熱鋼在650-800℃下的氧化動力學特性、氧化層組成和組織結構、Arrhenius常數和擴散激活能等，計算分析了氧化層的傳熱和熱應力。結果表明，噴丸使Sanicro 25和HR3C在680℃的氧化層厚度分別降低約50%和90%，揭示了其主要原因是噴丸促進連續SiO2層形成；Sanicro 25使用溫度上限可從680℃提高到710℃，大幅度降低鎳基合金用量，鎳基合金氧化層導熱係數為1.62-2.98 W/m℃，氧化層熱阻為0.9-3.1×10-6㎡•K / W，對管子傳熱影響可以忽略，氧化層在降溫過程中承受壓應力，但無剝落堵管風險，700℃超超臨界鍋爐中增加的這兩種類型材料的蒸汽氧化不會帶來運行安全問題。 上述研究成果，為我國700℃超超臨界發電技術提供基礎理論和實驗數據。
