【摘要】：燃煤電廠在應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)后,鍋爐水冷壁可能會由于局部貧氧氣氛燃燒形成高溫腐蝕,嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行安全性和可靠性。針對低氮燃燒燃煤鍋爐開發(fā)對應(yīng)的水冷壁抗高溫腐蝕防護(hù)方法具有重要的理論和應(yīng)用價值。本文在水冷壁基材表面分別制備了Ni-Cr合金涂層和Al-Si-Cr陶瓷涂層,通過高溫腐蝕實驗考察兩種涂層抗高溫腐蝕性能;同時,將兩種涂層應(yīng)用到某300MW機(jī)組貧煤鍋爐的現(xiàn)場,進(jìn)一步對其在實際鍋爐運(yùn)行條件下抗高溫腐蝕性能進(jìn)行了驗證和分析。本文首先對兩種涂層進(jìn)行了高溫還原性氣體腐蝕實驗,腐蝕環(huán)境為CO/SO_2/H_2S/HCl還原性腐蝕氣氛,并通過X射線熒光光譜(XRD)、X射線衍射(XRF)、掃描電鏡能譜(SEM/EDS)對腐蝕前后涂層的橫截面形貌和元素組成進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明:Al-Si-Cr陶瓷涂層由尖晶石氧化物構(gòu)成,結(jié)構(gòu)致密,涂層與水冷壁基材的結(jié)合緊密,其致密氧化物可有效阻止氣氛中含S、Cl腐蝕氣體的滲透、遷移;Ni-Cr合金涂層主要由耐腐蝕Cr_2O_3氧化層和鎳鉻合金構(gòu)成,但內(nèi)部存在孔隙等缺陷形成的“擴(kuò)散通道”,導(dǎo)致腐蝕氣體向涂層內(nèi)部滲透并破壞涂層。在相同高溫氣相腐蝕條件下,Ni-Cr合金涂層的腐蝕速率約為Al-Si-Cr陶瓷涂層的2倍。其次,在還原性氣氛中對兩種防護(hù)涂層進(jìn)行了高溫硫酸鹽腐蝕實驗,其實驗結(jié)果表明:Al-Si-Cr涂層的抗高溫硫酸鹽腐蝕性能來源于Al、Si、Cr元素組成的致密惰性氧化膜,但由于內(nèi)部熱應(yīng)力的釋放會產(chǎn)生裂縫等缺陷,會使硫酸鹽滲入涂層內(nèi)部導(dǎo)致耐腐蝕性能降低;Ni-Cr合金涂層其抗高溫硫酸鹽腐蝕性能來源于Cr_2O_3氧化膜,雖然腐蝕介質(zhì)能通過涂層內(nèi)部缺陷腐蝕破壞氧化膜,但腐蝕速率較低,具有良好的抗硫酸鹽腐蝕效果。在相同高溫硫酸鹽腐蝕條件下,Al-Si-Cr陶瓷涂層的腐蝕速率約為Ni-Cr合金涂層的1.5倍。最后,將Ni-Cr合金涂層和Al-Si-Cr陶瓷涂層應(yīng)用于了某300MW機(jī)組低氮燃燒鍋爐水冷壁,電廠實際應(yīng)用近一年的結(jié)果表明:低氮燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕主要由腐蝕性氣體及硫化物引起,煙氣中的氣相H_2S和活性[S]原子等腐蝕介質(zhì)可以滲透涂層表面的含硫沉積層,并與涂層氧化膜發(fā)生反應(yīng),進(jìn)而滲透至金屬基材,導(dǎo)致Ni-Cr合金涂層的失效;Al-Si-Cr陶瓷涂層由于Al、Si、Cr等元素構(gòu)成的惰性氧化層結(jié)構(gòu)致密,孔隙缺陷少,抗高溫腐蝕性能和防結(jié)焦性能優(yōu)于Ni-Cr合金涂層。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM621.2
【圖文】：

圖 1.1 低氮燃燒鍋爐水冷壁硫化物腐蝕圖，硫化物型高溫腐蝕持續(xù)發(fā)展必須具備以下條件[22]：（1）煤粉夠直接接觸壁面；（2）水冷壁近壁面處于交替性的還原/氧化性氣具有較高的溫度（>350℃）。性氣體引起的高溫腐蝕粉顆粒燃燒不完全的情況下，鍋爐水冷壁近壁面會形成一定濃CO），燃燒區(qū)缺氧時 CO 含量波動范圍達(dá)到 3%~25%[23]，CO 能 FeO 從而破壞水冷壁管。采用低氮燃燒技術(shù)的鍋爐其近壁面更氛，空氣分級導(dǎo)致主燃燒區(qū)和燃盡風(fēng)噴口區(qū)域處于貧氧燃燒狀以外煤中的大部分硫都會以 H2S 氣體的形式釋放出來，H2S 與 1.2 所示，煙氣中 H2S 的含量隨 CO 含量增加而增加，缺氧條當(dāng)水冷壁管壁溫度在 300~500℃時，煙氣中的 H2S 能夠直接與

圖 1.2 硫化氫濃度與 CO 燃盡度關(guān)系面存在的交替性氧化/還原性氣氛條件以及較高的的腐蝕進(jìn)行得十分迅速。另外，還原性氣體腐蝕，進(jìn)一步提高腐蝕速率，增加水冷壁管破裂的風(fēng)高溫腐蝕常由 HCl 引起，其來源于煤中存在的 NaCl，當(dāng)燃在高溫下汽化并和 H2O、SO2、SO3等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)物可以直接與水冷壁基材反應(yīng)，破壞水冷壁表Cl2，進(jìn)而高溫腐蝕會不斷發(fā)展下去。我國煤炭含蝕通常只能起到加速高溫腐蝕的作用[27 29]。然而氯化物型高溫腐蝕可能會起到更加關(guān)鍵的作用。應(yīng)形成的復(fù)合高溫腐蝕[30]。在硫化物型腐蝕作用下

圖 1-3 課題研究路線圖（1）在鍋爐水冷壁管材表面制備 Ni-Cr 合金涂層和 Al-Si-Cr 陶瓷涂層，并在實驗室模擬燃煤鍋爐水冷壁區(qū)域還原性氣氛和溫度條件，對兩種防護(hù)涂層進(jìn)行高溫氣相腐蝕實驗，結(jié)合多種表征手段分析涂層表面的腐蝕產(chǎn)物，研究涂層的耐高溫腐蝕性能以及抗高溫腐蝕機(jī)理。（2）通過在兩種防護(hù)涂層表面刷涂飽和鹽溶液，進(jìn)一步在還原性氣氛條件下進(jìn)行高溫硫酸鹽腐蝕實驗，通過涂層表面的腐蝕產(chǎn)物分析，研究 Ni-Cr 合金涂層和 Al-Si-Cr陶瓷涂層的抗高溫硫酸鹽腐蝕性能。（3）基于上述兩部分研究結(jié)果，將 Ni-Cr 合金涂層和開發(fā)的 Al-Si-Cr 陶瓷涂層應(yīng)用于國內(nèi)某 300MW 機(jī)組貧煤鍋爐水冷壁管表面，并對其表面涂層及腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析表征，進(jìn)一步揭示鍋爐受熱面高溫腐蝕防護(hù)機(jī)理，為燃煤電廠水冷壁高溫腐蝕防護(hù)提供借鑒和指導(dǎo)。

【參考文獻(xiàn)】

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1 何玉武;李宇春;張宏亮;李梅;徐召金;鐘峰;楊帆;;T91鋼在堿金屬氯化物介質(zhì)中的高溫腐蝕行為[J];腐蝕與防護(hù);2015年11期

2 劉博;鄭文廣;朱良松;;1000MW超超臨界鍋爐防止高溫腐蝕技術(shù)改造[J];電站系統(tǒng)工程;2015年04期

3 孔祥思;劉猛;桑勝歡;;不同過熱器金屬材料的高溫腐蝕特性研究[J];鍋爐技術(shù);2014年03期

4 成丁南;張知翔;邊寶;鄧翔;姜薇薇;趙欽新;;5種電站鍋爐過熱器用材料高溫腐蝕試驗研究[J];動力工程學(xué)報;2012年11期

5 周英貴;王生公;;鍋爐煙氣脫硝方案選擇及其經(jīng)濟(jì)性分析[J];熱力發(fā)電;2012年04期

6 肖伍兵;諶莉;;某超臨界直流爐水冷壁管高溫腐蝕原因分析[J];湖南電力;2009年03期

7 霍平;王建平;李嘉;;電廠鍋爐水冷壁防護(hù)涂層的抗高溫腐蝕性能研究[J];鍋爐技術(shù);2009年03期

8 高全;張軍營;丘紀(jì)華;趙永椿;;燃煤電站鍋爐高溫腐蝕特征的研究[J];熱能動力工程;2007年03期

9 王建平;徐連勇;許永泰;李嘉;;FeCrAl和高鎳鉻合金涂層的抗高溫腐蝕性能研究[J];中國電力;2007年04期

10 朱利敏,彭曉;CeO_2改性的滲鉻涂層及氧化性能研究[J];腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù);2005年02期

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1 羅來馬;高速電弧噴涂FeMnCrAl/碳化物系涂層組織與性能及其機(jī)理研究[D];浙江大學(xué);2010年

2 賀定勇;電弧噴涂粉芯絲材及其涂層的磨損特性研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2004年

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2 靳軍;墻式切圓燃燒沖蝕磨損與高溫腐蝕的耦合作用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 吳廣君;實驗室模擬鍋爐水冷壁高溫腐蝕的熱分析動力學(xué)研究[D];浙江大學(xué);2005年

4 吳超義;鍋爐水冷壁高溫腐蝕特性試驗研究[D];浙江大學(xué);2003年

本文編號：2770094