煙氣S含量對700℃超超臨界鍋爐候選合金腐蝕行為影響

提高燃煤鍋爐蒸汽溫度和壓力可有效提高發(fā)電效率，減少煤炭消耗，降低CO2、NOX和SOX排放。歐美和日本等國家相繼提出先進(jìn)超超臨界機組研究計劃，將蒸汽參數(shù)提高到700℃/35MPa。我國于2010年正式開展700℃鍋爐機組研究計劃。與現(xiàn)役鍋爐機組相比，700℃超超臨界機組發(fā)電效率大幅提高，但對管材合金的持久強度、抗氧化/腐蝕性能及組織穩(wěn)定性提出更苛刻的要求，要求合金在服役溫度下105h持久強度不低于100MPa，2×105h腐蝕損失小于2mm。目前，被廣泛關(guān)注的CCA617、GH2984和Inconel740等合金均被視為700℃級超超臨界鍋爐備選合金。

就鍋爐受熱面煙氣側(cè)而言，煤粉燃燒后形成的堿金屬硫酸鹽和SO2/SO3會對管材合金造成嚴(yán)重的高溫腐蝕。研究發(fā)現(xiàn)，煙灰及氣氛中的S是導(dǎo)致合金腐蝕的主要因素，低熔點熔融態(tài)硫酸鹽可使氧化膜溶解從而降低了膜層的保護(hù)性。已有研究表明，CCA617、GH2984和Inconel740合金在模擬鍋爐煙氣中也會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，特別是CCA617合金。含量高且易形成揮發(fā)性產(chǎn)物的Mo被認(rèn)為是惡化合金耐蝕性能的重要因素。

隨著高硫煤資源的開發(fā)利用，燃燒產(chǎn)生的含硫腐蝕介質(zhì)含量將遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)煤，因此受熱面合金在更高S含量介質(zhì)中的腐蝕問題也受到更廣泛的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，如將煙灰中S含量由0.13%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）增加到0.63%，合金腐蝕損失提高20%。因而，研究合金在高參數(shù)下的腐蝕行為，尤其是在高硫介質(zhì)中的腐蝕行為具有重要意義。

西安熱工研究院的研究者們以700℃超超臨界鍋爐兩種典型候選合金Ni-Co基CCA617合金和Ni-Fe基GH2984合金為研究對象，分析表征了S含量對兩種合金在750℃模擬煤灰和煙氣環(huán)境中的腐蝕行為和腐蝕產(chǎn)物，討論了合金的腐蝕過程及腐蝕機理。研究結(jié)果表明：

（1）高硫含量顯著加快了CCA617和GH2984合金的腐蝕進(jìn)程。兩種合金在0.02%SO2氣氛中腐蝕速率較小，腐蝕層致密性較好，內(nèi)硫化較輕；在1.5%SO2氣氛中腐蝕速率均明顯加快，腐蝕層大量破裂剝落，內(nèi)硫化加劇。

（2）同一種合金在不同S含量氣氛中腐蝕產(chǎn)物基本一致。GH2984合金腐蝕產(chǎn)物主要為Fe2O3和Cr2O3及少量NiCr2O4和硫化物；CCA617合金以Cr2O3為主，及少量（Ni，Co)Cr2O4、Al2O3和硫化物；腐蝕產(chǎn)物隨S含量增加而增多。