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Corrosion control of Fe-based alloy (DMV 310N) in molten MgCl2-KCl-NaCl for heat storage and transfer at very high temperatures

Barot, Hem und Ding, Wenjin und Hoffmann, Ralf und Bauer, Thomas (2024) Corrosion control of Fe-based alloy (DMV 310N) in molten MgCl2-KCl-NaCl for heat storage and transfer at very high temperatures. In: Enerstock 2024. Enerstock 2024, 2024-06-05 - 2024-06-07, Lyon, France.

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Kurzfassung

Next-generation concentrating solar power (CSP) plant with operating temperatures higher than 700°C needs an advanced high-temperature thermal energy storage (TES) system and advanced power cycle (e.g., supercritical CO2 Brayton) for a higher energy conversion efficiency and lower levelized cost of electricity (LCOE). MgCl2-KCl-NaCl is a promising candidate of such very high-temperature heat storage and transfer due to its low cost (<0.35 USD/kg) and excellent thermophysical properties (e.g., high thermal stability >1000°C). Using Fe-based (Fe: ≥50 wt.%) alloys as the main structural material for the chloride-based TES system is the key to ensuring its cost competitiveness. However, it is universally believed that Fe-based alloys have unacceptably high corrosion rates in unpurified molten MgCl2-KCl-NaCl at such high temperatures. Theoretically, purification with Mg metal can reduce the corrosion rates of Fe-based alloys to acceptable low levels (<30 µm/year) at very high temperatures (≥800°C). In this work, to experimentally verify a commercial highly creep-resistant austenitic stainless steel DMV 310 N (Fe-based, ASME code listed) as the high-temperature structural material for the chloride-based TES at very high temperatures, it was immersed in the Mg-purified molten MgCl2-KCl-NaCl at 800°C for 500 hours. The SEM and EDX results show that after immersion, the typical Cr-depleted corrosion layers on the samples are negligibly thin (only several µm). Based on mass loss and microstructural analysis results, the corrosion rate of DMV 310 N is below 30 µm/year. Therefore, from the perspective of corrosion, the cost-effective Fe-based alloys possess good compatibility with the Mg-purified molten MgCl2-KCl-NaCl even at 800°C. According to preliminary calculation, the cost of TES using chlorides at >700°C could be potentially reduced close to that using commercial nitrates/nitrites at ≤565°C, leading to a significant reduction of the LCOE of CSP with higher operating temperatures.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210474/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:The work is performed under the DLR basic funding from German Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Action (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BMWK), and within the DLR-DAAD fellowship program (No. 57681552)
Titel:Corrosion control of Fe-based alloy (DMV 310N) in molten MgCl2-KCl-NaCl for heat storage and transfer at very high temperatures
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Barot, Hemhem.barot (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ding, WenjinWenjin.Ding (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, RalfRalf.Hoffmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, ThomasThomas.Bauer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 Juni 2024
Erschienen in:Enerstock 2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Concentrating solar power (CSP), Thermal energy storage (TES), Fe-based alloy, Corrosion control, Mg corrosion inhibitor
Veranstaltungstitel:Enerstock 2024
Veranstaltungsort:Lyon, France
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:5 Juni 2024
Veranstaltungsende:7 Juni 2024
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für thermische Hochtemperaturtechnologien, E - Neue Wärmeträgerfluide
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Hinterlegt von: Ding, Wenjin
Hinterlegt am:17 Dez 2024 18:07
Letzte Änderung:17 Dez 2024 18:07

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