垃圾焚燒CFB鍋爐空預(yù)器一次風(fēng)高溫管腐蝕原因分析

盧常飛 董猛

摘要：以現(xiàn)場切割下的某垃圾焚燒電廠CFB鍋爐的空氣預(yù)熱器一次風(fēng)高溫段管子的2塊試樣，進(jìn)行了化學(xué)成分、顯微組織、硬度和電鏡分析，對該類型失效原因展開討論，結(jié)果表明管狀樣的理化性能正常，片狀樣品出現(xiàn)失效是由于該管段長期在遠(yuǎn)高于580℃的溫度運行，基材出現(xiàn)嚴(yán)重高溫氧化和脫碳，最終導(dǎo)致鋼管有效壁厚和強(qiáng)度大大降低所致。

Abstract： The chemical composition， microstructures， hardness and electron microscopy of two samples of tubes in the primary air high temperature section of CFB boiler in a waste incineration power plant were analyzed， the failure reasons of the tubes were discussed， the results showed that the physical and chemical properties of the tubes were normal， the failure of the flake samples was due to the long-term operation of the tubes at a temperature far higher than 580℃， and the base materials were produced. At present， serious high temperature oxidation and decarbonization lead to the reduction of effective wall thickness and strength of steel pipe.

關(guān)鍵詞：高溫管;氧化;脫碳

Key words： high temperature pipe;oxidation;decarburization

中圖分類號：TF704.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）25-0239-03

0? 引言

近年來，由于循環(huán)流化床鍋爐具有的燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣等優(yōu)點備受青睞，在我國電力行業(yè)得到大力推廣，裝機(jī)容量不斷增長，中國已經(jīng)成為世界上CFB鍋爐裝機(jī)總?cè)萘孔畲蟆⑼哆\臺數(shù)最多的國家[1]。但是CFB鍋爐因其磨損問題比較突出，嚴(yán)重制約了該爐型長期經(jīng)濟(jì)運行。

CFB鍋爐的磨損主要發(fā)生在：膜式壁、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、風(fēng)帽及澆注料[2]。空氣預(yù)熱器入口的一次風(fēng)高溫段管子磨損失效后會造成送風(fēng)外逸，風(fēng)量減少，影響燃燒。

本文討論分析的空預(yù)器一次風(fēng)高溫管段涉及兩個樣品，按照外觀形狀區(qū)分為管狀樣和片狀樣。為了便于后續(xù)的分析描述，這里將管狀樣品編號為1#，片狀樣品編號為2#。

1? 宏觀檢查

空預(yù)器一次風(fēng)高溫管段樣品相關(guān)信息見表1。

2? 理化分析

針對空預(yù)器一次風(fēng)高溫段的1#樣品和2#樣品進(jìn)行理化性能檢驗，檢驗內(nèi)容包括：化學(xué)成分、顯微組織和硬度。

2.1 化學(xué)成分檢測

空預(yù)器一次風(fēng)高溫管段1#和2#化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

由表2可知，1#樣品的化學(xué)成分滿足GB/T3077-2015規(guī)定的12Cr1MoV材質(zhì)要求。2#樣品除碳元素低于標(biāo)準(zhǔn)要求外，其余化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T3077-2015規(guī)定的12Cr1MoV材質(zhì)要求。

2.2 顯微組織檢測

空預(yù)器一次風(fēng)高溫段樣品的顯微組織檢測結(jié)果見圖1。

由圖1可知，1#樣品的顯微組織為鐵素體、珠光體和少數(shù)貝氏體，晶粒度等級為7級，顯微組織正常。

2#樣品的顯微組織為鐵素體+點狀碳化物，晶粒度等級為7級。（GB/T3077-2015要求特級優(yōu)質(zhì)鋼晶粒度級別為不粗于5級或更細(xì)）。該顯微組織為12Cr1MoV非正常組織，不滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T3077-2015規(guī)定的12Cr1MoV材質(zhì)要求。其大部分碳化物已分布在鐵素體晶界上，僅有極少量的貝氏體區(qū)域的痕跡。參照DL/T773-2001《火電廠用12Cr1MoV鋼珠光體球花評級標(biāo)準(zhǔn)》，其球化級別達(dá)到4級。

2.3 硬度檢測

2#樣品做了硬度檢測結(jié)果見表3。

1#樣品滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T3077-2015規(guī)定的12Cr1MoV硬度值“維氏硬度HV≤179”。相對于1#樣品，2#樣品硬度更低，也滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T3077-2015要求。

3? 電鏡分析

利用JSM-6610掃描電子顯微鏡（SEM）及NSS SYSTEM7能譜儀（EDS）分析2#樣品表面附著物。

根據(jù)能譜分析，樣品表面附著物化學(xué)成分分析結(jié)果見表4。

根據(jù)能譜分析結(jié)果及一次風(fēng)空預(yù)器高溫管道所處環(huán)境，可以得知：1）2#樣管內(nèi)外表面附著物成分相近，主要成分為：O、Ca、S，同時含有少量的Cl、Na、K等易形成低熔點物質(zhì)的腐蝕性元素。內(nèi)壁也存在腐蝕性物質(zhì)，可能與管壁失效后，煙氣與內(nèi)壁接觸有關(guān)。2）樣管內(nèi)外壁靠近基材處的層狀物的主要成分均為鐵氧化合物。

4? 分析討論

根據(jù)附著物的能譜分析結(jié)果，2#表面的深灰色層狀物主要組成為鐵氧化合物，也就是通常所說的氧化皮。即該管段在高溫?zé)煔庵械陌l(fā)生了氧化反應(yīng)，導(dǎo)致其表面生成了硬且脆的氧化皮，且樣品的氧化皮最大厚度達(dá)到4mm。

比較1#樣品和2#樣品，其為同一材質(zhì)，均來自于空預(yù)器一次風(fēng)高溫管段，可以判斷該管段的原材料理化性能正常。兩者的C元素存在較大的差異性，應(yīng)該與后期的運行環(huán)境有關(guān)。結(jié)合其顯微組織，1#樣管的顯微組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，而2#樣管為鐵素體+少量點狀碳化物，說明了2#樣管出現(xiàn)了脫碳現(xiàn)象。

12Cr1MoV的工作溫度一般不超過580℃，2#表面出現(xiàn)如此嚴(yán)重的氧化和脫碳現(xiàn)象，且珠光體的球化級別達(dá)到4級，說明其實際運行溫度應(yīng)高于正常使用溫度。結(jié)合其顯微組織，判斷實際工作溫度應(yīng)該在AC1附近，該溫度下的長期運行是導(dǎo)致材料失效的主要原因。

另外，結(jié)合片狀樣品外壁附著物成分（含有大量的S、Cl、Na和K等腐蝕性元素）和去除附著物后的外壁形貌（大量的腐蝕凹坑），可以判斷：該樣管發(fā)生了典型的高溫腐蝕（硫酸鹽腐蝕和氯腐蝕）。此類腐蝕坑深度較小，且均位于氧化層的上方，遠(yuǎn)未達(dá)到貫穿性的腐蝕坑程度。相對于氧化皮的厚度（達(dá)到2-4mm），腐蝕坑深度（一般小于1mm）可予以忽略。由此也說明高溫氧化和脫碳才是該管段出現(xiàn)失效的主要原因，高溫氧化和脫碳導(dǎo)致鋼管有效壁厚和強(qiáng)度大大降低，最終出現(xiàn)破裂失效。

5? 結(jié)論

①空預(yù)器一次風(fēng)管段的管狀樣的理化性能正常。片狀樣品理化性能雖不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但是結(jié)合樣品來源及相關(guān)分析，可以判定其原材料合格，造成片狀樣品理化性能異常的原因與其后期的運行環(huán)境有關(guān)。

②空預(yù)器一次風(fēng)管段片狀樣品出現(xiàn)失效是由于該管段長期在遠(yuǎn)高于580℃的溫度運行（實際工作溫度應(yīng)該在AC1附近），基材出現(xiàn)嚴(yán)重高溫氧化和脫碳，最終導(dǎo)致鋼管有效壁厚和強(qiáng)度大大降低所致。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟祥民.CFB鍋爐磨損的發(fā)生與綜合治理[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2011，160（4）：27-29.

[2]席晶，王曉蕾.CFB鍋爐的磨損形式、機(jī)理及防護(hù)措施[J].鍋爐制造，2011，11（1）：43.

[3]武松.新工藝環(huán)保項目垃圾焚燒鍋爐安裝[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（10）：108-110.