濟南某公司生產的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，四級過熱器發現泄漏，停爐檢查發現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泄漏，而其他電廠運行的同樣型號的鍋爐卻沒有出現這種情況。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
該鍋爐采用丹麥BWE公司先進的生物燃料燃燒技術，為130 t／h振動爐排高溫高壓蒸汽鍋爐，基本參數見表1。設計燃料是棉花秸稈，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對腐蝕的影響，對1年來的運行記錄進行檢查，結果顯示，鍋爐存在普遍超溫和頻繁啟停現象。
1.2.1運行超溫記錄
2007年9月6日-2008年4月20日，總的超溫次數為168次，持續超溫時間為800. 10min。其中2007年9月6日-12月31日的超溫次數為26次，持續超溫時間為97. 55 min；2008年1月1日-4月20日的超溫次數為142次，持續超溫時間為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℃，持續超溫的最長時間為26.4 min(最高溫度為550℃)。
1.2.2啟停次數記錄
自2007年2月-2008年4月共計14個月內啟停33次。
1.3水處理記錄
水處理記錄顯示，水質符合運行要求，排除了運行過程中水質不合格引起的應力腐蝕。
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，結果符合ASME標準TP347H的要求，管材不存在材質錯用和不合格現象。
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壁金相組織相同，基體組織為奧氏體。輕度腐蝕的管子內壁金相組織（見圖3）有晶界氧化現象，并伴有晶間裂紋，晶界、晶內有大量碳化物（粒狀物），這與高溫蒸汽氧化有關。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為裂紋對側管壁中心區域的金相組織，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，同時發現晶界附近含Cl。
3、管外垢樣分析
外觀觀察腐蝕產物及管外垢分為內外兩層，內層呈暗紅色氧化鐵的顏色，外層多為土黃色，少量呈深綠色，內層與外層問有白色結晶物。內層也是分層結構，層間有裂隙，裂隙間有H色結晶物。
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（只分析相對原子質量大于鈉的元素），分析結果見表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
取管外白色結晶垢樣進行電子能譜分析（只分析相對原子質量大于鈉的元素），分析結果見表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射光譜法分析水、同體和生物體中的微量元素》。從分析結果可以看出，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，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。將白色結晶物置于坩鍋內放人爐中加熱，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℃發生熔化。從試驗結果看，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）。當白色結晶混合物溫度達到650℃開始變形，在700℃以上達到熔融狀態，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、農田土樣及棉花秸稈灰熔點分析
農田土樣灰熔點試驗和棉花秸稈灰的熔點試驗結果見表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，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、鉻氧化物發生反應。但從現場管材腐蝕情況看，腐蝕集中在高溫區段，說明這種低溫反應并不明顯。
6、結構分析
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7根。內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 語
燃生物質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。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部擴展，最后引起管材的開裂泄漏。
管壁上的積灰、結垢會使壁溫增高，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，降低管子內、外壁溫差；加強吹灰，減少灰分在過熱器管子表面的粘結；加強燃燒調整，減少汽溫超溫現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督。
