Análisis del comportamiento medioambiental de aceros y recubrimientos para su utilización en turbinas de vapor supercrítico

Abstract

En la actualidad, la tendencia en las grandes plantas industriales de producción de energía eléctrica es trabajar en condiciones de operación con altas presiones y temperaturas (condiciones supercríticas y ultrasupercríticas) debido a que se maximiza el rendimiento de la conversión termoeléctrica y se minimiza los impactos ambientales y los requerimientos de combustible por unidad de energía producida. En este contexto, los aceros ferríticos y austeníticos con recubrimiento son los materiales más comúnmente empleados para la construcción de turbinas de vapor en centrales eléctricas alimentadas con carbón que operan en dichas condiciones supercríticas y ultrasupercríticas de presión y temperatura debido a su resistencia a la corrosión y oxidación. Sin embargo, las implicaciones ambientales asociadas al sistema acero-recubrimiento no han sido investigadas en profundidad para elegir la mejor opción en términos de sostenibilidad. En base a esto, la presente tesis ha seleccionado para su estudio tres tipos de aceros ferríticos, dos tipos de aceros austeníticos, así como tres recubrimientos con su correspondiente técnica de deposición, normalmente utilizados en estos entornos de operación. Los materiales designados son los aceros ferríticos P91, P92 y VM12, los aceros austeníticos AISI 347H y AISI 321, mientras que los recubrimientos protectores seleccionados son Ni50Cr aplicado mediante proyección térmica de alta velocidad (HVOF), CrN/NbN aplicado mediante pulverización catódica de magnetrón de alta potencia (HiPIMS) y slurry de aluminio aplicado mediante pintado y tratamiento térmico de difusión...Currently, the trend in large industrial plants for the production of electrical energy is to work in operating conditions with high pressures and temperatures (supercritical and ultrasupercritical conditions) because the performance of thermoelectric conversion is maximized and environmental impacts are minimized, as well as the fuel requirements per unit of energy produced. In this context, coated ferritic and austenitic steels are the most commonly used materials for the construction of steam turbines in coal-fired power plants operating in such supercritical and ultrasupercritical pressure and temperature conditions due to their corrosion resistance and oxidation. However, the environmental implications associated with the steel-coating system have not been investigated in depth to choose the best option in terms of sustainability. Based on this, this thesis has selected for study three types of ferritic steels, two types of austenitic steels, as well as three coatings with their corresponding deposition technique, normally used in these operating environments. The designated materials are P91, P92 and VM12 ferritic steels, AISI 347H and AISI 321 austenitic steels, while the selected protective coatings are Ni50Cr applied by High-Velocity Oxi Fuel Spray (HVOF), CrN/NbN applied by High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) and aluminum slurry applied by painting and diffusion heat treatment...