烟气S含量对700℃超超临界锅炉候选合金

提高燃煤锅炉蒸汽温度和压力可有效提高发电效率，减少煤炭消耗，降低CO2、NOX和SOX排放。欧美和日本等国家相继提出先进超超临界机组研究计划，将蒸汽参数提高到700℃/35MPa。我国于2010年正式开展700℃锅炉机组研究计划。与现役锅炉机组相比，700℃超超临界机组发电效率大幅提高，但对管材合金的持久强度、抗氧化/腐蚀性能及组织稳定性提出更苛刻的要求，要求合金在服役温度下105h持久强度不低于100MPa，2×105h腐蚀损失小于2mm。目前，被广泛关注的CCA617、GH2984和Inconel740等合金均被视为700℃级超超临界锅炉备选合金。
就锅炉受热面烟气侧而言，煤粉燃烧后形成的碱金属硫酸盐和SO2/SO3会对管材合金造成严重的高温腐蚀。研究发现，烟灰及气氛中的S是导致合金腐蚀的主要因素，低熔点熔融态硫酸盐可使氧化膜溶解从而降低了膜层的保护性。已有研究表明，CCA617、GH2984和Inconel740合金在模拟锅炉烟气中也会发生严重的腐蚀，特别是CCA617合金。含量高且易形成挥发性产物的Mo被认为是恶化合金耐蚀性能的重要因素。
随着高硫煤资源的开发利用，燃烧产生的含硫腐蚀介质含量将远超标准煤，因此受热面合金在更高S含量介质中的腐蚀问题也受到更广泛的关注。研究发现，如将烟灰中S含量由0.13%（质量分数）增加到0.63%，合金腐蚀损失提高20%。因而，研究合金在高参数下的腐蚀行为，尤其是在高硫介质中的腐蚀行为具有重要意义。
西安热工研究院的研究者们以700℃超超临界锅炉两种典型候选合金Ni-Co基CCA617合金和Ni-Fe基GH2984合金为研究对象，分析表征了S含量对两种合金在750℃模拟煤灰和烟气环境中的腐蚀行为和腐蚀产物，讨论了合金的腐蚀过程及腐蚀机理。研究结果表明：
（1）高硫含量显著加快了CCA617和GH2984合金的腐蚀进程。两种合金在0.02%SO2气氛中腐蚀速率较小，腐蚀层致密性较好，内硫化较轻；在1.5%SO2气氛中腐蚀速率均明显加快，腐蚀层大量破裂剥落，内硫化加剧。
（2）同一种合金在不同S含量气氛中腐蚀产物基本一致。GH2984合金腐蚀产物主要为Fe2O3和Cr2O3及少量NiCr2O4和硫化物；CCA617合金以Cr2O3为主，及少量（Ni，Co)Cr2O4、Al2O3和硫化物；腐蚀产物随S含量增加而增多。
（3）Ni-Co基CCA617合金腐蚀失重明显大于Ni-Fe基GH2984合金，内硫化现象更严重，抗烟灰腐蚀性能较差。（余冶）