高参数锅炉用奥氏体钢的烟气侧腐蚀行为研究

发布时间：2020-08-07 07:04

【摘要】：随着大容量发电机组的发展,对高参数锅炉用钢的性能要求更高,其中Super304H、HR3C两种钢在常温力学性、高温理化性、经济性等综合方面优良,符合超(超)临界锅炉管道的使用要求,成为高参数锅炉管道主要关键高温部件(水冷壁、过热器、再热器)的候选材料。现有的关于高参数发电机组锅炉管的研究报道主要是研究合金材料力学性能及组织结构的评价与分析,对合金在电厂实际运行的高硫和煤灰环境的耐蚀性研究报道有限。本文在贴近炉管烟气侧工况的模拟环境中对Super304H和HR3C两种耐热合金在650、700℃下SO_2和煤灰环境中协同作用的腐蚀行为问题进行研究。实验采用的涂覆煤灰取自X、Y两个电厂的现场煤灰及实验室合成煤灰,模拟烟气中SO_2含量分别为0.15%、0.3%。通过XRD、SEM、EDS等设备仪器进行产物形貌、成分及物相的相关测试分析,研究Super304H和HR3C两种奥氏体钢的腐蚀行为同煤灰、烟气和温度等因素对其耐腐蚀性能进行比较,探讨合金材料的腐蚀机理。在650、700℃下SO_2/煤灰协同作用时,Super304H和HR3C两种合金的腐蚀过程相类似,初期在合金-硫-氧体系中生成氧化物、硫化物,动力学曲线呈上升趋势;随着腐蚀进行,煤灰中硫酸盐与金属氧化物生成熔融态复合硫酸盐,使产物层破坏、剥落引起动力学曲线的下降。在同样的腐蚀工况下,HR3C钢抗高温SO_2/硫酸盐煤灰的腐蚀能力高于Super304H钢。HR3C合金于气氛/X煤灰和气氛/Y煤灰环境中腐蚀轻微,耐蚀性良好;HR3C钢的Cr(25%)含量较高,在SO_2/现场灰(X煤灰、Y煤灰)中腐蚀产物主要为Cr_2O_3和Fe_2O_3,在合成煤灰中生成了Fe_2O_3和Cr_2O_3以及尖晶石类化合物(NiFe_2O_4、CrFe_2O_4)和硫酸盐类化合物Fe_2(SO_4)_3;合金于650℃,0.15%SO_2下在三种煤灰环境中腐蚀生成量较少,产物层均较薄,随温度和SO_2含量的增加HR3C合金在Y煤灰的产物层较X煤灰的有所加厚,在合成煤灰环境中出现产物明显剥落。Super304H钢中Cr含量18%,在650℃下SO_2/X煤灰中腐蚀产物则以Fe_2O_3、Fe_3O_4为主,升高温度产物主要为Fe_2O_3、(Cr,Fe)_2O_3;合金在650℃、700℃下SO_2/Y煤灰腐蚀后主要生成Fe_2O_3、Cr_2O_3、FeS以及尖晶石化合物(CuFe_2O_4、NiFe_2O_4、NiCr_2O_4);合金在合成煤灰中除铁、铬的氧化物和硫化物外还生成硫酸盐(Fe_2(SO_4)_3)。两种合金材料在现场煤灰腐蚀后试样还残留SiO_2和Al_2O_3。当SO_2含量由0.15%增加到0.3%后,合金的腐蚀产物中Fe的氧化物增加,Cr的氧化物减少。Super304H钢于X煤灰环境下耐腐蚀性良好;在Y煤灰中腐蚀产物层明显增厚且分层,有部分产物脱落;在合成煤灰中腐蚀加重,产物严重脱落,并且SO_2含量的增加对低Cr的Super304H钢热腐蚀影响更明显,相同环境中温度从650℃升到700℃,试样单位面积损失量上升了2~3倍。本实验中三种煤灰中碱性硫酸盐含量从X煤灰、Y煤灰、合成煤灰依次升高,由于煤灰中Na_2SO_3、K_2SO_3含量增加导致合金抗硫酸盐型热腐蚀能力降低。本文实验结果表明Super304H和HR3C两种钢在测试环境中的耐腐蚀性均是气氛/X煤灰优于气氛/Y煤灰优于气氛/合成灰。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM621.2;TG178
【图文】：

电力结构

究背景项目研究的意义着我国人口增长和经济快速发展，对电力的需求日益增长。近年来，国术快速发展。如图 1-1 所示我国电力的结构，截至 2015 年底，我国电量达 14.3 亿千瓦，煤电装机占比高达 60%，自然资源储备和国情决定燃煤发电机组为主要电力能源，虽然水电、风电和核电等清洁型能源快但预计到 2020 年我国电源结构中的火电比例仍将高达 55.9%，并且中球 600℃的超（超）临界高参数燃煤发电机组运行最多的国家[1]。电力的主要形式，电力的需求巨大，同时，由于环境的恶化促使人们更加注护，要求减少灰尘颗粒污染物及 SOx、NOx和 CO2等气体的排放量[1, 2发展大容量、高参数、高效率的超超临界（USC）发电技术，降低火电煤耗，通过提高蒸汽的温度可以获得更高的效率，已成为我国电力装备向[3]。

燃煤发电机组,参数

南昌航空大学硕士学位论文第计、制造、建设和运行维护等技术，已在建的超（超）临界发电技术示高参数单机容量、蒸汽参数、环保措施等技术均达到了世界先进水平[7]我国于 2010 年 7 月组织成立了“国家 700℃超超临界燃煤发电技盟”[8]。目前国内已建成 29Mpa/605℃/623℃超（超）临界机组[9]。在 2动了 700℃先进的超超临界机组的研发计划[10]，此计划启动的时间相对美等国家较晚，在材料的基础研究方面也较为薄弱，目前还处在锅炉中用材的开发、筛选、评估和验证阶段，其首要任务就是研发和选择关键热器、再热器等）部件的材料[11]。这类部件在烟气侧容易遭受燃烧颗烟气的高温腐蚀以及蒸汽侧遭受高温水蒸气氧化，影响力关键部件的使因此，高温部件材料的研发和选择在目前各研发计划中占重要位置。

示意图,锅炉管道,煤灰,示意图

硕士学位论文化学组成成分的不同，分为铁质（Fe2O3- SiO2- Al2O3）、铝质（SiO2- Al2O3- CaO）等三种，随锅炉温度不同其飞灰厂燃煤中贫煤、褐煤中碱金属、灰分、S、V 等物质含量时，容易诱发高温硫腐蚀[20]。燃煤中的 S、Na、K 及其化的矿物质飞灰一起沉积在管道上。沉积物、现场气氛与管成碱金属硫酸盐复合物，复合物的熔融态会对承压部件的低了管道的机械强度和力学性能，导致承压部件损坏[21-2O3的含量和煤中碱性物质含量对过热器管的腐蚀速率影含量和积灰复合物中碱成份增加，腐蚀加剧。碱性物质和 AlKO6Si2，硫主要来源于黄铁矿和硫酸盐[24]。煤灰沉积Al2O3对腐蚀速度无明显影响[25-27]。煤灰腐蚀研究是高参估的重要内容[28]。向火侧煤灰腐蚀示意图如下：

【参考文献】