镍基HVOF涂料促进生物质-红色电厂锅炉的高温耐腐蚀性外文翻译资料

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镍基HVOF涂料促进生物质-红色电厂锅炉的高温耐腐蚀性

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镍基HVOF涂料促进生物质-红色电厂锅炉的高温耐腐蚀性

。

FuelProcessingTechnology125（2014）236-245

镍基HVOF涂料促进生物质-红色电厂锅炉的高温耐腐蚀性

玛丽亚奥克萨⁎

芬兰VTT技术研究中心，P.O。Box1000,02044MTBEspoo，Finland

articleofo

文章历史：

收到2013年11月18日收到的修订表格2014年4月4日接受2014年4月5日

2014年5月3日在线提供

关键词：

热喷涂HVOF

高温腐蚀生物质燃烧腐蚀防护氯致腐蚀

abstract

欧洲有超过1000个生物质锅炉，由于减少温室气体排放的行动，这个数字正在增加。由于燃料中的有害元素，生物质锅炉经常遭受强烈腐蚀。在生物质燃烧中，有害成分尤其包括氯，钾和重金属，即使在相当低的温度下也会引起氯诱导的活性氧化或熔融相的热腐蚀。为了提高热交换器部件的耐腐蚀性，应该使用更多的合金钢或保护涂层。高速氧-燃料（HVOF）喷涂涂层可为低合金管材料提供腐蚀保护。三种镍基热喷涂涂层（Ni-24Cr-16.5Mo，Ni-22Crb5FE-9Mo-4NB

并且在40MW循环中测试Ni-22Cr-10Al-1Y）两年流化锅炉（CFB），

经受严重的腐蚀和管子故障。将涂覆的管安装到冷和热节热器上。曝光后，用SEM-EDX分析涂层和基底材料。未涂覆的锅炉管强烈腐蚀，而热喷涂涂层表现出优异的腐蚀性能。本文介绍了冷节能器的管道失效，暴露条件，涂层和未涂层样品的分析以及钢管的腐蚀机理。

copy;2014ElsevierB.V.版权所有。

  1. 介绍

需要采取强有力的行动来减少全球温室气体排放。为了防止气候变化的严重影响，国际社会一致认为，与工业化前的温度相比，全球变暖应保持在2°C以下，这意味着温度最高可比当前水平高1.2°C。在欧洲，欧盟有几项减少排放的举措：欧洲气候变化计划（ECCP），该计划已导致实施了数十项新政策和措施;欧盟排放交易体系，已成为欧盟降低行业排放的关键工具，具有成本效益;立法将风能，太阳能和生物质等可再生能源产生的能源消耗份额提高到2020年的20％[1]。

欧洲有超过1000个用于生物质燃烧的电厂锅炉，而且这个数量正在增加[2]。典型的生物质燃料包括木材，包括能源木材，森林残余物和废木材，黑液，农业生物质如能源植物，各种类型的草或芦苇，以及残留物/废物。直到今天，木材仍然是固体生物质发电最重要的燃料。然而，在燃烧生物质时可能发生锅炉组件的强烈腐蚀

⁎通讯作者。电话： 358505365844;传真： 358207227069。

电子邮件地址：maria.oksa@vtt。菲尔（M.小枝）pertti.auerkari@vtt。菲尔（P.Auerkari）jorma.salonen@vtt。是(J.萨洛宁）tommi.varis@vtt。菲尔（T.其他）。

由于燃料中的腐蚀性元素。这些包括碱金属氯化物，KCl和NaCl，以及形成低熔点化合物的元素，例如锌。通常，生物质燃烧中发生的腐蚀机制是氯诱导的增强腐蚀和熔融化合物的热腐蚀[3,4]。所谓的活性氧化是在碱金属氯化物作为沉积物和大气中的氯化氢存在下发生的[5]。氯或氯化物渗透到氧化物-金属界面，在那里它与通常形成FeCl的合金组分反应2。氯化物蒸发并且在其扩散到氧化皮表面的过程中在氧气蒸汽压力较高的区域被氧化，形成非保护性的氧化规模。该氯是发布在该反应并且能够继续增强的腐蚀反应。主动氧化诱导通过氯是呈现在该反应电路，图。1.FeCl2（g）向外扩散通过氧化皮的速率是控制活性氧化过程的速率[5]。高铬合金的反应类似。氯与FeCr反应2该4或者Cr2该3.但是，主要是FeCl2由于FeCl的吉布斯自由能较低而形成2与CrCl相比2[5].

当保护性氧化皮损坏并且阻碍新氧化皮的形成时，沉积物中的熔融相可能导致氧化皮的流动并因此导致强腐蚀。形成低熔点的燃烧过程中的元素包括硫酸钙，硫酸钾和硫酸钠以及含有锌和铅等重金属的氯化钾和氯化钠[6,7]。据报道，在氯气存在下，铜在锅炉条件下不利地起作用，加速了铁和镍基合金的腐蚀[8]。一些

http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.04.0060378-3820/copy;2014ElsevierB.V.版权所有。

M.Oksa等。/FuelProcessingTechnology125（2014）236–245 237

图。1.由氯引起的活性氧化反应电路的示意图。NaCl的反应相似。改编自[5]。

在氯，重金属和硫酸盐存在下发生的反应见方程式。(1)–(3).

ZnCl2eth;lTHORN;thorn;2Fe2O3frac14;eth;Zn;FeTHORN;Othorn;Fe3O4thorn;Cl2thorn;frac12;O2 eth;1THORN;

[6]

2CuCl2thorn;O2→2CuOth2Cl2 d2Th

[8]

eth;Na;KTHORN;2SO4thorn;SO2thorn;frac12;O2frac14;eth;Na;KTHORN;2S2O7 eth;3THORN;

[5]

2.2。涂料制造和锅炉接触材料

涂层材料是商业粉末合金59（NiCr16Mo），Inconel625（NiCr9Mo）和NiCrAlY（NiCr10Al）。使用SulzerMetcoDiamondJetHybrid2701喷枪进行HVOF喷涂。将涂层涂覆在碳钢管（St35.8，DIN17175-79，尺寸：38times;5.5mm）上。用氧化铝颗粒（500-700）对基材进行喷砂处理mu;m）喷涂前。目标是生产suf通过致密且粘附良好的涂层，具有良好的耐腐蚀性和耐腐蚀性。粉末列于表1中。带有涂层的两米管段在冷热省煤器中焊接到锅炉中的实际管子上。喷雾参数列于表2中。对基板材料进行预热至约100℃C。

在生物质燃烧中，通常通过使用高合金材料或保护涂层来保护通常由碳或低合金钢制造的金属锅炉部件。高铬合金钢或镍合金已经在生物质锅炉条件下进行了测试[9-11]。适用于生物质锅炉防腐蚀的涂料包含激光熔覆[12]，热喷涂[13-16]和带有密封处理的热喷涂[17,18]。热喷涂方法在过去几十年中得到了很大发展，尤其是高速氧燃料方法已经改进，生产出低孔隙率和高附着力的涂层，可用于严苛的高温腐蚀应用[19]。

在燃烧生物燃料的循环流化床锅炉的节能器中发生了强腐蚀和管故障。为了提高热交换器表面的耐腐蚀性，将热喷涂涂层施加到锅炉管上。在类似的真实生物质锅炉条件下，尚未报道这些镍基涂层的腐蚀行为。具有高铬含量的HVOF涂层在发电厂锅炉中进行了两年的测试。

  1. ExperiThental

分析了生物质锅炉中发生的管故障。将三个具有大量铬的镍基涂层热喷涂在短锅炉管段上，将其焊接到流化床锅炉的实际管上。锅炉条件下的暴露持续时间为两年。表征了涂层和未涂覆的基材在锅炉条件下的耐腐蚀性。

    1. 管故障

在循环流化床（CFB）发电厂中，甚至每两年发生严重的腐蚀，管道变薄和管道更新。锅炉的冷式节能器也发生了泄漏。将损坏的管材料St35.8从锅炉中取出，拍照并制成横截面，随后通过光学显微镜，扫描电子显微镜和EDX分析仪进行分析。

    1. 锅炉暴露

涂层测试在40MW循环流化床（CFB）锅炉中进行，该锅炉燃烧固体生物质。区域供热电厂遇到严重的腐蚀问题，经济电子管必须每两年更换一次。将测试涂层安装到热和冷省煤器上，在那里发生强腐蚀和管故障。锅炉的设计和涂层的位置如图1所示。2.在这项研究中，在真实锅炉条件下研究了热喷涂HVOF涂层的防腐性能。节能器的进水温度约为102℃-115°C，热经济器中的最高水温约为200℃。冷省煤器之前的流体温度约为360℃-400°C，温度约520...800°C。在锅炉暴露的涂层测试

已经两年了。锅炉主要燃烧木质燃料，包括再生木材和少量泥炭。所用木材的含水量高，超过50％。干灰的分析见表3。

表格1

测试的HVOF涂层粉末和碳钢管材料的化学组成。

码 粉末 名义成分

NiCr16Mo

合金59

Ni-24Cr-16.5MB-1.5Fe-0.5Al

NiCr9Mo

Inconel625，AI-1625-TG

Ni-20...23Cr-b5Fe-8...10Mo-3.15......

4.15Nb-Mn-Si-Ti-Al

NiCr10Al

NiCrAlY，Amperit413.1

Ni-21...23Cr-9...11Al-0.8...1.2Y.

St35.8

基质

铁–b0.17C-0.10...0.35Si-0.40......

0.80Mn–b0.040P–b0.040S.

表2

HVOF喷涂参数。喷枪是DJHybrid，喷嘴2701。

C3H8 该2 AIRN2 RatioPowder feedStand关闭[L/分钟] [L/分钟] [L/分钟] [L/分钟] [G/分钟] [mm]的

56 200 392 20 0.345 25 250

238 M.Oksa等。/FuelProcessingTechnology125（2014）236–245

图。2.CFB锅炉设计的示意图。图中给出了节能器中测试涂层的位置和管道失效。

    1. 样品制备和分析

两年后将涂覆的管从锅炉中取出并制备金相样品。将管切成薄环，使用环氧树脂浇铸。由于涂层的高硬度，用湿切割机将涂覆的样品切割成横截面。用乙醇进行研磨和抛光，以防止随后水溶性化合物的溶解。用光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）研究样品，并用能量色散X射线分析仪（EDX）分析。光学显微照片取自涂覆的样品。在从单独的样品测试之前，用维氏硬度计（HV0.3）测试涂层的硬度。

  1. 结果和讨论

涂层部分覆盖有灰沉积物，最厚的沉积物位于流体侧。与未涂覆的管相比，NiCr16Mo，NiCr9Mo和NiCr10Al涂层对生物质锅炉暴露腐蚀的耐久性显得优越。

表3对粉煤灰和底灰（干固体含量）中的一些组分进行元素分析。

元件

对样品进行目视检查。对涂层的彻底分析表明在这些条件下具有优异的耐腐蚀性。碳钢St35.8管在试验期间经历了严重的腐蚀。在生物质锅炉的两年使用期间已经发生了相当多的材料浪费并且形成了深腔。

    1. 冷省煤器管故障

在生物质锅炉的冷节热器中发生了管故障。在损坏的管中，除了直径约5mm的泄漏孔外，还检测到局部变薄。3.用薄的浅棕色沉积物覆盖管。管子失效的原因是腐蚀严重，侵蚀效果小。腐蚀发生在管的纤维沉积下。微观结构是St35.8管（铁氧体）的典型结构-pearlite），因此排除了管的过热。在腐蚀坑中沉积下的氧化物-金属界面中检测到大量的氯。4.氯引起的腐蚀是导致管材严重浪费的主要原因。来自燃料和大量水蒸气的氯可能会增强腐蚀，这将在3.6节中更详细地讨论。

    1. NiCr16Mo涂层在冷省煤器中

NiCr16Mo涂层致密，孔隙率较小。涂层具有典型的热喷涂层状结构。涂层很好地粘附在基材上，只有非常少的层状剥离

多氟多，

Fminus;

氯化物，

氯minus;

硫酸盐，

所以2minus;

铜，带铅，

铅

锌，

锌

在涂层表面检测到。NiCr1

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