TP347H在生物质锅炉过热器气相条件下的腐蚀特性

　　我国正在大力发展生物质直燃发电技术,但是由于生物质中氯的含量较高,带来了生物质锅炉过热器区的高温腐蚀问题,限制了蒸汽参数的提高。生物质燃烧过程中的腐蚀主要与气态HCl有关[1]。HCl提供了金属连续离开金属表面朝较高氧分压侧运动的能力,而其中几乎没有净消耗氯[2]。

　　目前直燃技术在中国刚刚起步,对于生物质锅炉过热器的腐蚀试验研究较少。本试验的研究对象为TP347H(1Cr19Ni11Nb),属于高碳含铌Cr-Ni奥氏体不锈钢,由于含稳定化元素Nb,其耐晶间腐蚀和耐多硫酸晶间应力腐蚀性能良好,在酸、碱、盐等腐蚀介质中其耐蚀性与含Ti的18-8奥氏体不锈钢相近,因此广泛用于锅炉、发电、石油、化工、合成纤维、食品、造纸等工业。

　　本文设计了模拟生物质锅炉过热器区高温腐蚀的试验系统。根据文献[3]并结合常见生物质氯含量,对生物质锅炉过热器区气氛进行了简化,气相HCl浓度取为100μL/L。为了分析HCl浓度的影响,使试验结果具有推广性,还进行了HCl浓度为300μL/L和600μL/L的试验。

　　1　高温腐蚀试验

　　1.1　试验系统

　　试验系统见图1。腐蚀试样放置在石英舟上,将石英舟置于管式炉的恒温区,腐蚀气氛除了HCl外,O2为6%,CO2为12%,其余为N2,总的气体流量为60 mL/min。尾气用NaOH溶液吸收。

　　生物质水分与生物质的种类,尤其是实际投炉燃烧时的干燥度有关,水分的变化较大。因此,该试验系统没有考虑水蒸气的影响,模拟的是不含水蒸气的工况。

　　1.2　试样制备

　　试样TP347H截取自锅炉厂供应的过热器管,先用800目砂纸细打磨,并用丙酮溶液清洗,用滤纸吸干后置于干燥箱中150℃下干燥2 h。试样的主要元素成分见表1。

　　1.3　试验方法

　　将样品进行预处理后放置在管式炉中加热,温度控制在500~600℃。按照静态氧化简易试验方法(ASTM G54-77),采用增重法测定腐蚀量,腐蚀周期取为168 h。利用扫描电镜(SEM)观察腐蚀后试样的表面形貌,采用能谱分析仪(EDS)测试腐蚀膜的元素成分,用X射线衍射仪(XRD)分析腐蚀产物的组成。将试样用环氧树脂镶嵌,经打磨、抛光后观察腐蚀膜的剖面结构。

　　2　试验结果和分析

　　2.1　反应温度对腐蚀性能的影响

　　2.1.1　腐蚀动力学曲线

　　图2给出了当气相中HCl浓度为100μL/L时,TP347H在不同反应温度下的腐蚀动力学曲线。

　　由图2可见,TP347H在各温度下的腐蚀均符合抛物线规律[4]。这表明TP347H具有一定抗腐蚀性。随着温度增加,相同时间内的腐蚀增重率也增加,尤其当温度为600℃时,腐蚀增重率迅速增加。