630 ℃煤电锅炉用S31035管材的高温腐蚀性能
2022-04-25刘宇钢刘银河莫春鸿潘绍成冉燊铭张民强
刘宇钢，刘银河，莫春鸿，潘绍成，冉燊铭，张民强
腐蚀与防护
630 ℃煤电锅炉用S31035管材的高温腐蚀性能
刘宇钢1,2,3，刘银河1，莫春鸿2,3，潘绍成2,3，冉燊铭2,3，张民强3
（1.西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室，西安 710049；2.清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室，成都 611731；3.东方电气集团东方锅炉股份有限公司，四川 自贡 643001）
研究630 ℃煤电锅炉高温级换热部件候选管材S31035耐高温硫腐蚀性能。涂覆高碱、低碱两类煤灰的S31035试样被置于充满模拟烟气（700 ℃、SO2体积分数为0.3%）的试验装置中进行反应。试验期间，对样品进行多次称量，进而绘出腐蚀动力学曲线。观察试样宏观特征，且采用X-射线衍射设备、电子显微镜和能谱分析设备等，对腐蚀生成物的表面/截面微观形貌及成分进行分析。试样在低碱煤灰中腐蚀，表面生成了相对致密的(FeCr)2O3氧化膜，腐蚀生成物层很薄，腐蚀轻微。而对应高碱煤灰，腐蚀生成物分层生长且严重剥离，腐蚀2 000 h失重27 mg/cm2，且在腐蚀层中出现了Cr和S富集，发生了较严重的高温硫腐蚀。煤灰的碱金属含量是影响S31035耐高温硫腐蚀性能的关键因素。在相同的高硫环境中，涂覆低碱煤灰时，试样的耐高温腐蚀性能良好；涂覆高碱煤灰时，试样的耐高温腐蚀性能较差。S31035可应用于630 ℃煤电锅炉高温级换热部件，当燃用高硫煤时，可通过加强清除部件表面煤灰来抑制高温腐蚀。
630 ℃锅炉；S31035；煤灰；高温腐蚀；硫酸盐
近年来新能源发电日益受到人们的重视，但是煤电装机和发电量占比仍然较大，分别为60%、70%以上[1-2]。由于太阳能、风能等新能源发电存在随机性、波动性，煤电依然起着“托底、保供、让路”的重要作用。鉴于中国“多煤”的能源结构特点，在未来很长一段时间内，煤电将继续发挥着至关重要的作用[3]。提升蒸汽初参数是其节能、降耗和碳减排的主要途径[4-6]。中国大型煤电锅炉经过20余年的发展，目前600 ℃与620 ℃高效超超临界锅炉已批量应用。TP310HCbN与S30432常规奥氏体作为高温换热部件管材用于超超临界参数锅炉，但这些管材不再适用于更高蒸汽参数锅炉[7]。为进一步提升煤电机组效率，中国正在开展发电效率超过50%的630 ℃高效超超临界国家电力示范煤电机组的研制工作。对于630 ℃煤电锅炉高温换热部件，工质侧的压力与温度提高，若仍然采用常规奥氏体材料，管子壁厚大幅增大，难以进行工艺加工。因此，十分迫切需要选用更高等级的新管材，满足要求的管材包括HR6W、617B、GH984G以及S31035[8-11]，综合性价比选用新材料S31035[12-13]。
Jamrozik等[14]研究了S31035在模拟锅炉炉内燃烧产物环境、700 ℃的腐蚀行为，发现氧化物薄膜紧密黏附于材料表面；在700 ℃高硫酸盐合成灰+高二氧化硫混合气氛中腐蚀后，材料表面出现了坑蚀。Mortazavi等[15]运用原位环境扫描电子显微镜在450 ℃的O2/H2O气体环境中研究了KCl对S31035高温腐蚀萌芽阶段的影响，发现数分钟内距KCl颗粒较远的Cr2O3氧化膜处发生了高温腐蚀。于明明等[16]研究了S31035在不同SO2体积分数模拟烟气环境中的腐蚀行为，发现随SO2体积分数的升高，腐蚀生成物（主要为Fe2O3、Fe3O4、NiCr2O4）疏松，微裂纹增加，更易剥离。630 ℃高效超超临界锅炉高温级部件面临复杂、恶劣的烟气侧环境，对于煤电锅炉高温级部件，主要由煤中的S和Cl元素引起高温腐蚀。中国电煤的Cl含量低[17]，本文重点关注高温硫腐蚀。
目前报道的S31035高温含硫气氛中腐蚀研究成果比较零散且不完整，难以作为630 ℃高效超超临界锅炉选材的依据。本文选取高、低碱灰两类典型的高硫煤，对S31035进行高温腐蚀试验研究，确保630 ℃煤电锅炉高温级换热部件选材合理。
1 试验[18-20]
试验材料的化学成分见表1。将S31035管材切割成10 mm×10 mm×3 mm的片状样品，用180、400、600、800、1 000号系列砂纸逐级打磨，在超声波设备中分别用去离子水和酒精洗涤，冷风干燥备用。
试验模拟气体CO2、O2、SO2的体积分数分别为15%、5%、0.3%，其余为N2。模拟含硫量为2.5%（质量分数）的高硫煤燃烧所生成的烟气。
试验煤灰的化学成分见表2。选取高、低碱两类典型的高硫煤灰。对煤灰进行研磨并过200目筛，而后用丙酮调制，将调制物涂覆于试验材料的每个面制成试验样品，涂覆量为40 mg/cm2。试验过程中，分别在200、500、1 000、1 500、2 000 h取出，用精度为0.001 mg的天平称量，获得腐蚀动力学曲线。腐蚀测试后，使用X射线衍射（XRD）仪、电子显微镜（配有能谱分析设备）（SEM、EDS）等设备对腐蚀生成物的表面/截面微观形貌及成分进行分析。
表1 试验用材料的化学成分
Tab.1 Chemical composition of experimental material wt.%
表2 煤灰的化学成分
试验系统示意见图1，高温管式炉的温控精度为±1 ℃。试样先置于刚玉管束中，再放入管式炉内，随后向管式炉内充入氩气，升温到700 ℃，继而以20 mL/min的速度输入混合气体，尾气经无害化处理后再排放至周围环境中。
图1 试验系统
2 结果与分析
2.1 腐蚀动力学曲线
图2为S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中的腐蚀动力学曲线。S31035在低碱煤灰中总体呈轻微增重的趋势；在高碱煤灰中总体呈明显的失重趋势，前1 500 h腐蚀速率相当，而后进一步增加，表明试样表面出现了腐蚀生成物的严重剥离，2 000 h后失重27 mg/cm2。
图2 S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中的腐蚀动力学曲线
2.2 宏观腐蚀形貌
图3为S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中的宏观形貌。从图3可见，S31035在低碱煤灰环境中腐蚀不同时间，试样表面完整、未见明显的腐蚀生成物剥离，仅表面颜色变化；在高碱煤灰环境中腐蚀不同时间的宏观形貌显示，500 h后试样表面开始有明显的局部腐蚀，可见腐蚀生成物剥离。
图3 S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中的宏观腐蚀形貌
2.3 腐蚀生成物分析
图4为涂覆不同煤灰的S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛中腐蚀2 000 h 后的XRD图谱。S31035试样在低碱煤灰环境中表现为基体峰显著，表明腐蚀生成物很少，成分主要为Fe2O3和(Fe,Cr)2O3以及少量的煤灰成分SiO2和Al2O3；而高碱煤灰的腐蚀生成物的衍射峰明显增强，成分主要为(Fe,Cr)2O3和少量的煤灰SiO2。
图4 S30315在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中腐蚀2 000 h后的XRD图谱
2.4 微观形貌及成分分析
图5为S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中腐蚀2 000 h的表面形貌。对应不同区域的能谱分析数据见表3。从图5a可见，S31035在低碱煤灰环境中腐蚀后，试样表面可见球状颗粒（区域1），EDS分析表明（见表3），较大球状产物富含Fe、Cr、O，以及部分Al和Si，是现场煤灰腐蚀特征。部分区域分布的小颗粒产物（区域2）富含Cr和O。结合XRD可知，试样表面产生了Cr2O3保护膜。
从图5b可见，S31035在高碱煤灰环境中腐蚀后，试样表面腐蚀严重，腐蚀生成物分层剥离，区域3与区域4形成了分层剥离的台阶。在未剥离的腐蚀生成物最外层（区域4）大部分由Fe和O构成；而在剥离区（区域3）大部分由Fe、Cr、O、S构成，表明腐蚀生成物有硫化物产生，且出现W富集。
图5 S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中的表面腐蚀形貌
表3 图5中腐蚀对应区域的EDS结果
Tab.3 EDS results of corroded areas in fig.5 wt.%
2.5 截面形貌及成分分析
S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中腐蚀2 000 h后的截面形貌及能谱分析结果，分别见图6和表4。从图6a可见，S31035在低碱煤灰环境中腐蚀后，试样基体截面平直，腐蚀生成物膜层非常薄，未观察到明显的腐蚀生成物剥离。能谱分析（见表4）表明，外层（区域1）主要包含Fe、Cr、O元素和少量的Si。
由图6b可知，S31035试样在高碱煤灰环境中生成了很厚的腐蚀生成物层，并且与基体之间存在显著的横向裂纹，在腐蚀生成物层内发现纵向裂纹，这类纵横交织的裂纹极易导致腐蚀生成物剥离。能谱分析（见表4）表明，腐蚀生成物层中夹杂着煤灰颗粒，在靠近基体处腐蚀生成物（区域6）中的Cr和S含量高；腐蚀层由外向里，Cr和S占比逐渐增大，Fe占比逐渐减少。在基材附近出现W和Cr元素的富集。
图6 S31035在700 ℃、0.3% SO2气氛、不同煤灰环境中的截面腐蚀形貌
表4 图6中腐蚀对应区域的EDS结果
Tab.4 EDS results of corroded areas in fig.6 wt.%
3 分析讨论
630 ℃煤电锅炉高温级部件管S31035外壁温度可达700 ℃，处于第二煤灰高温腐蚀区域，且腐蚀速率接近峰值[21]。然而S31035在相同的SO2浓度和温度下，对应高、低碱两类煤灰的腐蚀情况差异很大。结合图2、图3，可知S31035在高碱煤灰中更易腐蚀，腐蚀生成物剥离严重，而在低碱煤灰中表现为缓慢增重的轻微腐蚀。对于煤电锅炉，高温换热部件炉内段的腐蚀以硫酸盐型为主[22]。在高温腐蚀初期，O穿过煤灰与金属中的Cr、Fe发生反应，在S31035表面形成(Fe,Cr)2O3氧化膜。由于Cr2O3难与硫酸盐形成低熔点的复合共晶体[23]，在材料表面能够起到抑制高温腐蚀的作用。而Fe2O3易与煤灰中的硫酸盐（Na2SO4、K2SO4）以及气体中的O2、SO2反应，形成复合型硫酸盐(Na/K)3Fe(SO4)3，其熔点在700 ℃以下[24]。由图4可知，涂覆2种煤灰的试样都产生了铁铬氧化物，腐蚀时间进一步延长，Fe2O3的消耗和合金基体出现了Cr贫化区域，其保护性降低。
本试验温度为700 ℃，复合型硫酸盐呈熔融态，会向试样内部渗透，可不断溶解Fe2O3导致试样表层产生裂纹和腐蚀生成物剥离。涂覆低碱煤灰的试样基体表层出现了非常薄的腐蚀层（见图6a），且在表面和截面均未探测到S元素（见表3和表4），表明S31035在该腐蚀环境中具备良好的抗腐蚀能力。而涂覆高碱煤灰的试样表面有明显的腐蚀层剥离（见图5b），且形成了较厚的分层腐蚀层（见图6b），同时表面和截面均发现S元素（见表3和表4），表明涂覆有高碱煤灰的试样产生了高温硫腐蚀。由表1可知，高碱煤灰中的碱金属Fe2O3、Na2O、K2O含量均是低碱煤灰的2倍以上，高碱煤灰加速了复合型硫酸盐的形成。从涂覆低碱煤灰的腐蚀试验结果可知，为形成复合型硫酸盐或其形成量相当少，未明显熔化金属表面所形成的氧化膜。
图6b显示涂覆高碱煤灰的试样在氧化层和基体界面之间的区域4和区域6产生了硫富集。硫酸盐含量高，有大量的CrS形成，在腐蚀生成物内层氧分压较低的情况下，CrS易于被氧化[25]，同时释放出活性S沿晶界向金属内部迁移并与向外扩散的Cr元素重新形成CrS，如此循环导致腐蚀过程在腐蚀生成物层内一直有硫化物存在。由于CrS阳离子空位浓度和分子占位较大，腐蚀层中掺杂CrS会使内应力增大[26]，进而导致腐蚀层开裂，为气相腐蚀物和合金成分的迁移供给了畅通的扩散渠道，加剧高温腐蚀。
以上分析说明在700 ℃、0.3% SO2气氛下，涂覆煤灰中碱金属含量显著影响了S31035高温硫腐蚀。因此，630 ℃煤电锅炉燃用高硫煤时，若高温级部件选用S31035，则应将煤灰中的碱金属含量作为判断发生高温腐蚀的重要依据。若煤灰中碱金属含量高，可通过清除部件表面煤灰的方式来抑制高温腐蚀。
4 结论
1）S31035在700 ℃、含0.3% SO2气氛的低碱煤灰中腐蚀动力学表现为轻微增重，腐蚀速率很小；但在高碱煤灰中腐蚀动力学表现为严重失重，腐蚀速度明显加大，并伴有腐蚀生成物的大量剥离。
2）S31035在700 ℃、含0.3% SO2气氛的低碱煤灰中腐蚀，氧化层平整完好，可起到抑制进一步高温氧化腐蚀的作用；而在高碱煤灰腐蚀层中有Cr和S富集，发生了高温硫腐蚀。
3）燃用高硫煤的630 ℃煤电锅炉时，若高温级部件选用S31035，则应重点关注煤灰中的碱金属含量。若煤灰中碱金属含量高，可通过加强清除部件表面煤灰的方式来抑制高温腐蚀。
[1] 蒋敏华, 黄斌. 燃煤发电技术发展展望[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(29): 1-8, 19.
JIANG Min-hua, HUANG Bin. Prospects on Coal-Fired Power Generation Technology Development[J]. Proceedings of the CSEE, 2012, 32(29): 1-8, 19.
[2] 朱宝田, 赵毅. 我国超超临界燃煤发电技术的发展[J]. 华电技术, 2008, 30(2): 1-5.
ZHU Bao-tian, ZHAO Yi. Development of Ultra-Supercritical Power Generation Technology in China[J]. Huadian Technology, 2008, 30(2): 1-5.
[3] 徐敏杰, 胡兆光, 谭显东, 等. 中国中长期能源和电力需求及碳排放情景分析[J]. 中国电力, 2012, 45(4): 101-107.
XU Min-jie, HU Zhao-guang, TAN Xian-dong, et al. Scenario Analysis on Mid-Long Term Energy and Electricity Demand and Carbon Emission in China[J]. Electric Power, 2012, 45(4): 101-107.
[4] 陈辉, 王文祥, 严毅. 当前1 000 MW超超临界锅炉的主要技术特点[J]. 锅炉制造, 2009(1): 10-14.
CHEN Hui, WANG Wen-xiang, YAN Yi. The Currently Main Technical Characters of 1 000 MW Ultra-Supercritical Boiler[J]. Boiler Manufacturing, 2009(1): 10-14.
[5] 徐炯, 周一工. 700 ℃高效超超临界技术的发展[J]. 中外能源, 2012, 17(6): 13-17.
XU Jiong, ZHOU Yi-gong. The Development of 700 ℃ USC Technology[J]. Sino-Global Energy, 2012, 17(6): 13-17.
[6] 周慧云, 洪嘉, 黄健航, 等. 超临界锅炉用材料的高温腐蚀研究进展[J]. 表面技术, 2016, 45(11): 145-152.
ZHOU Hui-yun, HONG Jia, HUANG Jian-hang, et al. Research Progress on the High Temperature Corrosion of Supercritical Boiler Materials[J]. Surface Technology, 2016, 45(11): 145-152.
[7] 冯伟忠. 我国超临界机组的发展[J]. 上海电力学院学报, 2011, 27(5): 417-422.
FENG Wei-zhong. Development of China's Supercritical Coal Fired Power Generation Unit[J]. Journal of Shanghai University of Electric Power, 2011, 27(5): 417-422.
[8] 林富生, 谢锡善, 赵双群, 等. 我国700 ℃超超临界锅炉过热器管用高温合金选材探讨[J]. 动力工程学报, 2011, 31(12): 960-968.
LIN Fu-sheng, XIE Xi-shan, ZHAO Shuang-qun, et al. Selection of Superalloys for Superheater Tubes of Domestic 700 ℃ A-USC Boilers[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2011, 31(12): 960-968.
[9] 毛健雄. 700 ℃超超临界机组高温材料研发的最新进展[J]. 电力建设, 2013, 34(8): 69-76.
MAO Jian-xiong. Latest Development of High-Temperature Metallic Materials in 700 ℃ Ultra-Supercritical Units[J]. Electric Power Construction, 2013, 34(8): 69-76.
[10] 郭岩, 王博涵, 侯淑芳, 等. 700 ℃超超临界机组用Alloy 617 MOD时效析出相[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(14): 2314-2318.
GUO Yan, WANG Bo-han, HOU Shu-fang, et al. Aging Precipitates of Alloy 617 MOD Used for 700 ℃ Ultra Supercritical Unit[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(14): 2314-2318.
[11] Smith G D, Sizek H W. Introduction of an Advanced Superheater Alloy for Coal-Fired Boilers[C]//Corrosion 2000. Houston: NACE Internationl, 2000: 1-11.
[12] 莫春鸿, 刘宇钢, 王冬平, 等. 更高参数二次再热超超临界锅炉关键技术探讨[J]. 中国电力, 2018, 51(9): 73-77.
MO Chun-hong, LIU Yu-gang, WANG Dong-ping, et al. Discussion on Critical Technologies of Double-Reheat Ultra-Supercritical Boiler with Higher Steam Parameters[J]. Electric Power, 2018, 51(9): 73-77.
[13] 张晓鲁, 张勇, 李振中. 高效宽负荷率超超临界机组关键技术研发与工程方案[J]. 动力工程学报, 2017, 37(3): 173-178.
ZHANG Xiao-lu, ZHANG Yong, LI Zhen-zhong. R & D of Key Technologies for a High-Efficient Wide-Load- Range Ultra-Supercritical Unit and the Engineering Schemes[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2017, 37(3): 173-178.
[14] JAMROZIK P, SOZAŃSKA M. Evaluation of the Applicability of Sanicro 25 Steel in Supercritical Boilers[J]. Solid State Phenomena, 2013, 212: 201-204.
[15] MORTAZAVI N, INTISO L, ISRAELSSON N, et al. In-Situ Investigation of the Initial Stages of KCl-Induced Corrosion of a Chromia-Forming Steel at 450 ℃ Using an Environmental Scanning Electron Microscope[J]. Corrosion, 2015, 56: 1874.
[16] 于明明, 刘光明, 杨华春. 奥氏体耐热钢Sanicro25在不同SO2体积分数模拟烟气中的腐蚀研究[J]. 发电设备, 2019, 33(3): 193-196.
YU Ming-ming, LIU Guang-ming, YANG Hua-chun. Corrosion Behavior of Austenitic Heat-Resistant Steel Sanicro25 in Flue Gas with Different SO2Concentrations[J]. Power Equipment, 2019, 33(3): 193-196.
[17] 徐通模, 袁益超, 陈干锦, 等. 超大容量超超临界锅炉的发展趋势[J]. 动力工程, 2003, 23(3): 2363-2369.
XU Tong-mo, YUAN Yi-chao, CHEN Gan-jin, et al. Developmental Trend of Super-Large Capacity and Ultra Supercritical Boilers[J]. Power Engineering, 2003, 23(3): 2363-2369.
[18] 任善平. 三种奥氏体钢在模拟气氛/煤灰环境中的腐蚀行为研究[D]. 南昌: 南昌航空大学, 2016.
REN Shan-ping. Study on Corrosion Behavior of Three Kinds of Austenitic Steels in Simulated Flue-Gas/Coal- Ash Environments[D]. Nanchang: Nanchang Hangkong University, 2016.
[19] 刘光明, 刘康生, 毛晓飞, 等. T91钢在KCl+Na2SO4+ K2SO4熔融盐中的热腐蚀行为研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2017, 37(1): 23-28.
LIU Guang-ming, LIU Kang-sheng, MAO Xiao-fei, et al. Hot Corrosion of T91 Steel in Molten Mixture of KCl+ Na2SO4+K2SO4[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection, 2017, 37(1): 23-28.
[20] 成丁南, 张知翔, 边宝, 等. 5种电站锅炉过热器用材料高温腐蚀试验研究[J]. 动力工程学报, 2012, 32(11): 891-897.
CHENG Ding-nan, ZHANG Zhi-xiang, BIAN Bao, et al. Experimental Study on High Temperature Corrosion of Five Superheater Materials for Power Plant Boilers[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2012, 32(11): 891-897.
[21] 赵双群, 谢锡善, Smith G D. 新型镍基高温合金在模拟燃煤锅炉环境中的腐蚀[J]. 金属学报, 2004, 40(6): 659-663.
ZHAO Shuang-qun, XIE Xi-shan, SMITH G d. Corrosion of a New Nickel Base Superalloy in coal-Fired Boiler Environments[J]. Acta Metallrugica Sinica, 2004, 40(6): 659-663.
[22] 周慧云, 洪嘉, 黄健航, 等. 超临界锅炉用材料的高温腐蚀研究进展[J]. 表面技术, 2016, 45(11): 145-152.
ZHOU Hui-yun, HONG Jia, HUANG Jian-hang, et al. Research Progress on the High Temperature Corrosion of Supercritical Boiler Materials[J]. Surface Technology, 2016, 45(11): 145-152.
[23] 赵钦新, 朱丽慧. 超临界锅炉耐热钢研究[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010.
ZHAO Qin-xin, ZHU Li-hui. Study on Supercritical Boiler Heat-Resistant Steels[M]. Beijing: China Machine Press, 2010.
[24] BIRKS N, MEIER G H, PETTIT F S. Introduction to the High-Temperature Oxidation of Metals[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2006.
[25] 赵虹, 章勤, 吴广君, 等. 锅炉水冷壁在不同浓度SO2气氛下高温腐蚀的热分析动力学研究[J]. 电站系统工程, 2005, 21(6): 32-34.
ZHAO Hong, ZHANG Qin, WU Guang-jun, et al. A Study of Thermal Analysis Kinetics for High Temperature Corrosion of Water Wall Tube at Different Density SO2[J]. Power System Engineering, 2005, 21(6): 32-34.
[26] 杨波, 李茂东, 刘光明, 等. 超音速喷涂Inconel 625/NiCr合金涂层的热腐蚀行为[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2016, 36(5): 483-488.
YANG Bo, LI Mao-dong, LIU Guang-ming, et al. Hot Corrosion Behavior of Inconel 625/NiCr Coating Prepared by HOVF[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection, 2016, 36(5): 483-488.
High Temperature Corrosion of S31035 for 630 ℃ Coal-fired Power Plant Boiler
1,2,3,1,2,3,2,3,2,3,3
(1. State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 2. Clean Combustion and Flue Gas Purification Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 611731, China; 3. Dongfang Boiler Group Co., Ltd., Sichuan Zigong 643001, China)
The work aims to study high temperature sulfur corrosion resistance of S31035, which is used as the key candidate tube of high-temperature heating surface of 630 ℃ boiler. Corrosion tests were conducted by placing S31035 steel coated by high or low alkali coal ash in simulated flue gas (700 ℃, SO2volume concentration of 0.3%). The samples were weighted at intervals during the test, then corrosion kinetics curve was plotted. The macro characteristics of the samples were observed, and the surface/cross-section morphology and composition of the corrosion products were analyzed by X-ray diffraction equipment, electron microscope and energy dispersive spectrometer. The results showed that the S31035 steel undergone corrosion after coated by low alkali coal ash, with relatively dense (FeCr)2O3oxide film on the surface of the sample. Meanwhile corrosion product film was very thin. However, the corrosion products grew in layer and peeled off severely in the high alkali coal ash,weight loss exceeded 27 mg/cm2after 2 000 h. Cr and S were enriched in the corrosion layer, resulting in serious high temperature sulfur corrosion. It showed that the alkali metal content of coal ash was the key factor affecting the high temperature sulfur corrosion resistance of S31035. In the same high sulfur environment, the high temperature sulfur corrosion resistance for low alkali coal ash was good, but for high alkali coal ash was poor. S31035 can be applied to the high temperature heat exchange components of 630 ℃ coal-fired boiler. When burning high sulfur coal with high alkali coal ash, the high temperature corrosion can be inhibited by strengthening the removal of coal ash on the surface of heating surface.
630 ℃ boiler; S31035; coal ash; high temperature corrosion; sulfate
Tg172
A
1001-3660(2022)04-0176-07
10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.017
2021-06-30；
2021-08-28
2021-06-30；
2021-08-28
国家重点研发计划项目（2018YFB0604403）
Supported by the National Key R & D Program of China (2018YFB0604403)
刘宇钢（1983—），男，博士生，高级工程师，主要研究方向为高效超超临界电站锅炉及设计。
LIU Yu-gang (1983—), Male, Doctoral candidate, Senior engineer, Research focus: high-efficient ultra-supercritical coal-fired boiler study and design.
刘银河（1975—），男，博士，教授，主要研究方向为热能工程。
LIU Yin-he (1975—), Male, Doctor, Professor, Research focus: thermal engineering.
刘宇钢，刘银河，莫春鸿，等. 630 ℃煤电锅炉用S31035管材的高温腐蚀性能[J]. 表面技术, 2022, 51(4): 176-182.
LIU Yu-gang, LIU Yin-he, MO Chun-hong, et al. High Temperature Corrosion of S31035 for 630 ℃ Coal-fired Power Plant Boiler[J]. Surface Technology, 2022, 51(4): 176-182.
责任编辑：万长清
