316H在NaCl-KCl-MgCl2熔盐中的腐蚀行为

刘华剑,陈冰川,艾 华,杨新梅,周兴泰

(1. 中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800; 2. 中国科学院大学,北京 100049)

聚光型太阳能热发电系统(CSP)[1],自20世纪80年代发展至今,其传蓄热介质经历了水/水蒸汽-空气-液态金属-导热油-熔融盐的变化过程[2-3]。目前,CSP电站使用的熔盐主要为NaNO3-KNO3和NaNO3-KNO3-NaNO2两种硝酸盐,其最高使用温度为600 ℃[3-5]。2017年美国国家可再生能源实验室(NREL)提出了具有更高运行温度(≥700 ℃)和发电效率的第三代CSP技术研发路线[1]。700 ℃以上的运行温度,导致现有硝酸盐体系不能满足使用需求,需要发展具有更高热稳定性的熔盐(氯化物)。早在2012年,美国能源部(DOE)的“sunshot”项目计划,就将氯化物熔盐作为研究重点,并开发了一系列熔盐产品[6]。

氯盐最大的缺点是对合金材料具有强腐蚀性[7-12],若能解决这一问题,氯盐在新一代CSP系统中作为传蓄热介质具有非常好的应用前景。近年来,氯盐腐蚀控制引起了世界各国学者越来越多的的关注。AMBROSEK[13]研究了利用CCl4和Mg净化的KCl-MgCl2熔盐的腐蚀性,结果表明:CCl4和Mg可以显著降低熔盐中的杂质含量,降低熔盐的腐蚀性。WILLIAMS等[14]采用液态金属饱和熔盐来达到净化的目的。DING等[15]研究了310SS,In 800H和哈氏C-276合金在添加Mg的NaCl-KCl-MgCl2熔盐中的腐蚀行为。结果表明:添加Mg不仅可以显著降低熔盐的腐蚀性,还会在合金表面沉积MgO。GARCIADIAZ等[16-17]发现向MgCl2-KCl(32-68,mol%)熔盐中加入1.15%(摩尔分数) 金属Mg,可以大幅降低该氯盐对Haynes 230合金的腐蚀,腐蚀速率低于15 μm/a。目前,基于添加金属Mg的氯盐纯化和腐蚀控制技术基本处于实验室研究阶段,相关工艺还不成熟,不具备规模化推广使用的条件。……