濟南某公司生產(chǎn)的YG-130/9.2一T型鍋爐主要燃料為棉花秸稈，并摻燒木片、樹皮等農(nóng)林廢棄物。過熱器分為四級，一、二級過熱器布置在第3煙道中，三級過熱器布置在爐膛上方，四級過熱器布置在第2煙道中。三、四級過熱器材料為SA213TP347H不銹鋼，規(guī)格為∮33.7 mmX5.6 mm。該鍋爐在投運不足15個月后，四級過熱器發(fā)現(xiàn)泄漏，停爐檢查發(fā)現(xiàn)四級過熱器存在嚴重的腐蝕（見圖1），三級過熱器在水壓檢驗時也出現(xiàn)泄漏，而其他電廠運行的同樣型號的鍋爐卻沒有出現(xiàn)這種情況。本文主要對這一腐蝕情況進行分析。
1、鍋爐運行基本情況
1.1基本參數(shù)
該鍋爐采用丹麥BWE公司先進的生物燃料燃燒技術(shù)，為130 t／h振動爐排高溫高壓蒸汽鍋爐，基本參數(shù)見表1。設(shè)計燃料是棉花秸稈，可摻燒碎木片、樹枝等，燃料分析見表2。
1.2運行記錄檢查
為了解運行過程中運行參數(shù)對腐蝕的影響，對1年來的運行記錄進行檢查，結(jié)果顯示，鍋爐存在普遍超溫和頻繁啟停現(xiàn)象。
1.2.1運行超溫記錄
2007年9月6日-2008年4月20日，總的超溫次數(shù)為168次，持續(xù)超溫時間為800. 10min。其中2007年9月6日-12月31日的超溫次數(shù)為26次，持續(xù)超溫時間為97. 55 min；2008年1月1日-4月20日的超溫次數(shù)為142次，持續(xù)超溫時間為702. 55 min。三級過熱器超溫52次，累計超溫時間為173.2 min．最高溫度為584℃，持續(xù)超溫的最長時間為17 min(最高溫度為557℃)。四級過熱器超溫116次，累計超溫時間為626.9 min，最高溫度為572℃，持續(xù)超溫的最長時間為26.4 min(最高溫度為550℃)。
1.2.2啟停次數(shù)記錄
自2007年2月-2008年4月共計14個月內(nèi)啟停33次。
1.3水處理記錄
水處理記錄顯示，水質(zhì)符合運行要求，排除了運行過程中水質(zhì)不合格引起的應(yīng)力腐蝕。
2、管材的理化分析
2.1管材的化學成分分析
對三、四級過熱器管子取樣進行化學成分分折，結(jié)果符合ASME標準TP347H的要求，管材不存在材質(zhì)錯用和不合格現(xiàn)象。
2.2管材的室溫力學分析
對管子取樣進行室溫拉伸性能試驗，試驗結(jié)果符合ASME標準的要求。
2.3管材的金相分析
對輕度腐蝕管子和重度腐蝕的管子進行金相試驗（采用草酸電解腐蝕）。輕度腐蝕管子距外壁1 mm處的金相組織正常，晶間未見明顯的析出物（見圖2）。重度腐蝕的管子與輕度腐蝕的管子內(nèi)壁金相組織相同，基體組織為奧氏體。輕度腐蝕的管子內(nèi)壁金相組織（見圖3）有晶界氧化現(xiàn)象，并伴有晶間裂紋，晶界、晶內(nèi)有大量碳化物（粒狀物），這與高溫蒸汽氧化有關(guān)。圖4為輕度腐蝕的管子外壁金相組織，晶界處有大量的析出物，并伴有晶問裂紋，晶間氧化物不明顯。這是由于雖然溫度較高，晶間大量碳化物析出，但沒有造成深度的氧化。帶裂紋管段為四級過熱器爐后起第5根管，高度位于爐膛煙窗附近。裂紋對側(cè)管外壁金相組織（見圖5）中最外層晶界已完全被氧化，晶界充填著氧化物。向里有顏色較深的一層，這一層碳化物品界析出較多，晶界敏化程度大。圖6為裂紋對側(cè)管壁中心區(qū)域的金相組織，碳化物大量析出，這種組織易受腐蝕，是由于溫度過高引起碳化物快速析出所致。
2.4電子探針分析
電子探針微區(qū)線分析表明，晶界部位析出鉻的化合物，析出物富Cr貧Fe、Ni，同時發(fā)現(xiàn)晶界附近含Cl。
3、管外垢樣分析
外觀觀察腐蝕產(chǎn)物及管外垢分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層呈暗紅色氧化鐵的顏色，外層多為土黃色，少量呈深綠色，內(nèi)層與外層問有白色結(jié)晶物。內(nèi)層也是分層結(jié)構(gòu)，層間有裂隙，裂隙間有H色結(jié)晶物。
3.1管外綠色垢樣能譜分析
取管外綠色灰垢進行電子能譜分析（只分析相對原子質(zhì)量大于鈉的元素），分析結(jié)果見表3。通過對綠色垢樣的分析可知，該樣品中含有大量的S、Na、K。這些堿金屬硫化物與其他氧化物（如Si的氧化物）的混合物，不僅熔點低，還會造成高溫硫腐蝕。在566～732℃時該混合物會對不銹鋼管壁腐蝕；和氯共同作用，腐蝕更強烈。
3.2管外白色垢樣能譜分析
取管外白色結(jié)晶垢樣進行電子能譜分析（只分析相對原子質(zhì)量大于鈉的元素），分析結(jié)果見表4。通過白色垢樣的能譜分析可以看出，垢樣含有大量鉀的氯化物。這種物質(zhì)混在Ca、Mg、Al、Si等氧化物（儀器不能測氧量）的混合物中，不僅降低混合物的熔點，而且會產(chǎn)生強烈的腐蝕氣體( C12、HCl)，腐蝕管材外壁。
3.3管外垢及氧化皮混合物原子吸收分析
通過對重度腐蝕的管外氧化皮、輕度腐蝕管段管外氧化皮、帶綠色垢的管外氧化皮進行原子吸收氧化物分析（所有物質(zhì)都以氧化物形式給出）。試驗標準采用《US EPA方法200.7修正版5,0電感耦合等離子體發(fā)射光譜法分析水、同體和生物體中的微量元素》。從分析結(jié)果可以看出，管外氧化皮除了正常的鐵的氧化物及硅的氧化物外，含有大量的Na、K和S（受儀器限制氯元素不能分析）。這些有害元素與管外氧化膜反應(yīng)，使氧化膜失去保護作用，然后進一步腐蝕管子外壁。
3.4白色結(jié)晶混合物熔融試驗分析
在加熱爐中對i級過熱器管壁取樣的白色晶體進行熔融試驗，以確定它的變形溫度和熔融溫度。試驗在箱式電阻爐中進行。將白色結(jié)晶物置于坩鍋內(nèi)放人爐中加熱，到600℃保溫2min．樣品未見變形；加熱到650℃保溫2 min，樣品變形明顯；加熱到700℃保溫2 min．樣品完全熔化，呈土黃色的液狀。堿金屬的氯化物和土混合后，熔點有可能降低。為此將白色晶體以及其與外層黃色灰按照不同摻配比例(20%、50%和80%)進行了熔融試驗，結(jié)果表明，摻入黃色灰對其變形和熔化溫度基本沒有影響，純白色晶體和摻入黃色灰的試樣均在720℃發(fā)生熔化。從試驗結(jié)果看，混合物的熔點低于±的熔點(1 110℃)，也低于氯化鉀的熔點（見表5）。當白色結(jié)晶混合物溫度達到650℃開始變形，在700℃以上達到熔融狀態(tài)，對不銹鋼管子形成強烈的腐蝕。
3.5 X射線衍射分析
分析表明，垢物主要成分為KCI，垢物下腐蝕物X射線衍射分析主要成分為Fez 03、Fe3 04、FeNi和NiCrz04。
4、農(nóng)田土樣及棉花秸稈灰熔點分析
農(nóng)田土樣灰熔點試驗和棉花秸稈灰的熔點試驗結(jié)果見表6。土和棉花秸稈灰的熔點雖然遠低于煤粉灰的熔點（約1 350℃），但高于三、四級過熱器位置的設(shè)計煙溫(688～967℃)。
5、燃料棉花秸稈灰成分分析
將燃料棉花秸稈進行灰分成分分析，結(jié)果見表7。灰分中so，的含量說明在鍋爐燃燒過程中，煙氣中混有含硫的腐蝕介質(zhì)，這也說明深綠色管外垢層中大量硫化物的來源。S03會吸水變成硫酸，可以與不銹鋼氧化膜中的鐵、鉻氧化物發(fā)生反應(yīng)。但從現(xiàn)場管材腐蝕情況看，腐蝕集中在高溫區(qū)段，說明這種低溫反應(yīng)并不明顯。
6、結(jié)構(gòu)分析
6.1對三級過熱器分析
三級過熱器位于爐膛上部，主要為輻射換熱和對流換熱，共有18組管排，每組管排有21根管，分為3個蒸汽加熱流程（逆流、順流、逆流），每個流程并行有7根管。腐蝕嚴重的管束主要集中在內(nèi)7根。內(nèi)7根管子為三級過熱器出口，是3個蒸汽加熱流程中最后一個流程，介質(zhì)溫度最高。三級過熱器運行溫度見表8。由表8看出級過熱器進、出口溫度差別大，加熱流程長，出口溫度高，在劇烈燃燒時很容易造成管束局部超溫。腐蝕的位置與管束溫度高溫段相吻合，這說明溫度高是腐蝕的原因之一。
6.2對四級過熱器分析
四級過熱器為末級過熱器，位于三級過熱器后部．共有18組管排，每排有18根“U”型管。蒸汽加熱分為兩個流程（順流、逆流），每個流程并行有9根“U”型管，中間9根“U”型管為最后流程，蒸汽溫度最高。煙氣從爐膛煙窗轉(zhuǎn)入四級過熱器所在的第2煙道中。煙溫低于三級過熱器，進、出口差別大（見表8）。爐膛煙氣通過煙窗進入四級過熱器，煙窗位置的煙溫最高。在煙窗位置的四級過熱器管柬壁溫也最高，腐蝕也最嚴重，再次說明管壁溫度高是造成腐蝕的原因之一。
7 結(jié) 語
燃生物質(zhì)燃料鍋爐過熱器管表面腐蝕與燃料的組成和管壁溫度等條件有關(guān)。壁溫過高引起金屬中碳化物的快速析出，造成腐蝕的條件；燃料中，及堿性金屬（如K、Na）氯化物會使發(fā)生腐蝕的溫度更低，腐蝕更為嚴重。腐蝕從表面開始，由于氧化層的脫落會沿晶界向內(nèi)部擴展，最后引起管材的開裂泄漏。
管壁上的積灰、結(jié)垢會使壁溫增高，并使堿金屬氯化物和硫化物匯聚濃縮，形成新的更嚴重的腐蝕。
改善燃燒狀態(tài)，降低管子內(nèi)、外壁溫差；加強吹灰，減少灰分在過熱器管子表面的粘結(jié)；加強燃燒調(diào)整，減少汽溫超溫現(xiàn)象和減少減溫水用量，降低不完全燃燒損失等均可降低腐蝕的程度。另外還必須加強對過熱器壁溫的監(jiān)督。
