燃煤电厂用的材料
不锈应用
耿福明
零粤辩镶0,0
张孝福甩保仓编译
为了提供生产成本相对较低，污染更少的电
能，目前正在研发一种新的粉煤发电设备，这种
设备的效率非常高，其运行时的蒸汽压力和温度
要比目前运行的压力和温度高得多.
该项目称之为"现代超超临界(AUSC)燃煤
电厂"，是由美国能源部，俄亥俄州煤开发办公
室赞助的.该项目已设定1400~F/5000psi作为目
AD700项目.在这些条件下，电厂运行的效率估
计会提高31%，即从当前的35%提高~1146%.农村留守儿童教育问题
促使这些现代超超临界(AUSC)燃煤电厂成
功的主要技术是有了可利用的具有高蠕变强度,
1蒸汽侧氧化
关于蒸汽侧的氧化问题，美国进行的项目已
完成在650~E(1到17个大气压),700℃(17个
大气压)和800~C(1到17个大气压)的试验.氧 化速率符合抛物线定律，速率常数与文献数据一
致.在铁素体钢中，两种新的钢种:MARB2[I~t日
本科技厅国立金属研究所(NRIM)开发1和VM12
(由V alourecMannesman钢管公司研制)的重量增
加/金属损失最低，而其他所有2%～9%Cr的钢都
遭到迅速氧化.
一
旦铬的含量水平达到10%的临界值，氧化
敏感性就与铬的含量水平无关，见图1所示.重量损失最低的铁素体钢的剥落趋势也最低.在合金T23,T91和T92上就清楚地观察到了剥落.我们发现，在奥氏体钢当中,347HFG钢的氧化皮剥落趋势最大. 我们发现对超级304H和347HFG进行喷丸处
理可提高其性能.然而，有些12Cr钢(~13T122)
的氧化特性的变化相当大.氧化敏感性表明无规.
24一
.
|囊
律的温度相关关系，很明显，这是因为12Cr钢具有形成恒定的起保护作用的氧化层的能力,12Cr 钢通常对微量合金含量的变化，表面状况，试验
条件变化等因素不敏感.然而，研究表明，一些
12Cr钢(VM12)就像某些奥氏体和镍基合金那样，确实形成一种起保护作用的氧化层.
在温度为650℃(1200下)的试验中，没有
发现奥氏体钢和镍基合金有剥落现象.在奥氏体钢和镍基合金中，含有钴的合金Nimonic263,CCA 617和Inconel740呈现的抗氧化性能最好.所试验的全部奥氏体和镍基合金均形成了一层致密的铬氧化物层，在该温度的氧化速率很低.
铝含量在0.5%～1.3%之间的镍基合金在外部
的(起保护作用的)氧化铬皮下形成近表面晶间
氧化铝渗透，它可有效地增加受荷断面损失的厚
度.在一个大气压的蒸汽，温度为650℃和600℃时的试验结果表明，在测试的各种扩散涂层中, SiCr和FeCr涂层的作用I:~A1Cr涂层要好得多. 2燃烧侧腐蚀
这种腐蚀，也称之为煤灰腐蚀，其腐蚀原因
是在上世纪50年代末发现的.现在人们普遍认为不锈应用
是在过热器和加热器管道表面形成熔融碱性三价硫酸铁所致.熔融碱金属硫酸盐使表面的保护氧化物(铬，镍，钼和铁)融化，因此造成加速氧
化和硫化.
高鸿宾实验室在温度最高为12O0下时对22种合金和涂层的测试结果表明，当SO，和碱金属硫酸盐的浓度增加时，金属损失一般也增加.最大腐蚀速
率的温度为钟形曲线，但是，当合金成分,sO，水平，碱度和CaO浓度变化时，曲线在宽度方向有
偏移和变化.
当SO，和碱度水平低时，没有发现点腐蚀,
但是，当sO和碱金属硫酸盐浓度很高时，点腐蚀就很多，特别是不锈钢和镀铬涂层钢更是如此.
研究还表明，耐煤灰腐蚀主要取决于合金的铬含量.铬含量在22%或以上时，耐腐蚀效果一般令
人满意.这样，对于中等腐蚀环境来说，使用标
准材料~1347不锈钢可满足使用要求.然而，在
腐蚀更加严重的环境中，就需要使用耐腐蚀性能更好的材料，如,310型或310HCbN(Sumitomo HR3C,ASME规范2l15).换句话说，在现代超超
临界(AUSC)燃煤电厂条件下，需要采用像In72 这样的高铬合金进行堆焊或包层.
3实验室试验结果
在美国进行的项目，实验室试验已经结束,
试验是在温度最高为1500下，试验环境模拟了存
在适当沉积物和气体混合物的水冷墙和过热器/加
热器条件下进行.到目前为止，过热器/力Ⅱ热器腐
蚀的结果有助于我们得出下列结论:
美国中西部和东部的煤含硫高，其腐蚀性
余书华要比西部的煤的腐蚀性大得多.
腐蚀作用与铬含量有关，当铬含量增加到
22%27%时，腐蚀迅速下降，然后趋于稳定.
含铁的镍基合金，如合金HR3C(53Fe一
25Cr一20Ni),353(36Fe一35Ni一25Cr一1Si),
120(37Ni一35Fe一25Cr)和HR6W(40Ni一25Fe-23Cr一6W)的性能优于不含铁的镍基合金.
在镍基合金中,Inconel740的耐腐蚀优于
Haynes230和CCA617.
在所有试验条件下，含有1%以上钼的合金
的性能均不好.
在堆焊中,Inconel一72(典型的42Cr1和
Inconel一52(典型的28Cr)的性能在各种温度下优于Inconel一622(典型的21Cr),Inconel一72优于52.
在温度650~2(1200下)和704oC(1300下),72
和52优于铬含量为22%～27%的可锻合金.
关于(在超级304H上的)扩散涂层,FeCr
湖南文理学院学报
和SiCr"~层比AlC滁层要好，它具有广泛的表层下渗透性.FeCr和SiCr涂层与堆焊相似，但是，由
于涂层薄，会迅速被撕裂.
4现场试验结果
通过实际锅炉的过热器和加热器中环形管道宽霖法师
材料的试验可对合金使用性能进行更加真实可靠的评估.现代超超临界(AUSC)燃煤电厂锅炉的
运行条件是模拟对蒸汽流进行节流来使金属的温度达到76O℃(1400下)的.试验过程中运行参数
是远程监测的.导管一直在监控下运行，并在设
备停车时通过测量钢管的直径来检测高温腐蚀损失，同时拍下表面状况.现场还测试了不同合金
的试样，来测试燃烧侧合金的耐腐蚀性能.
5炉子的水冷炉墙
炉子的水冷炉墙也有一面暴露在火中，但
是，运行条件，沉积物和由此而产生的腐蚀机理
与过热器和加热器截面不同.对某些燃煤，特别
是东部产的烟煤，采用降低NO排放的新燃烧系
统也导致采用低合金钢制的水冷炉墙严重腐蚀. 人们怀疑实际的燃烧侧腐蚀机理是含有Hs的
亚化学气体和含有碳，硫酸铁，碱金属氯化物的
沉积所致.超超临界火力发电厂的水冷炉墙温度更高，其腐蚀速率明显高于现在的燃煤发电厂.
从耐腐蚀观点来说，建议过热器和加热器管
道及水冷炉墙用的许多合金用于燃烧低硫煤的超超临界发电厂.然而，对燃烧高硫煤的超超临界
发电厂来说，高强度镍基合金可能耐腐蚀性能不足.特别是含钼量在1%以上的合金更是如此.
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