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一、概述
    火力发电厂流化床锅炉喷嘴通常采用316不锈钢材料制造,由于喷嘴在850~950℃的高温状态下使用,同时在工作介质中又含有一定量的硫成分,因此在运行过程中,喷嘴存在严重的硫腐蚀和高温氧化现象,喷嘴表面出现明显的因高温氧化和腐蚀导致的起皮剥落现象,喷嘴壁厚减薄很快,并出现穿透现象。同时,喷嘴在排列时由于后排喷嘴始终对准前面一排吹风,结果导致前排喷嘴的顶部和背部被后排喷嘴严重吹损,引起喷嘴背部漏风,并由此造成风压不稳、风场紊乱,严重影响锅炉设备的正常运行,增加了设备的检修时间和费用,造成了较大的经济损失。
    为解决布风板喷嘴的腐蚀与磨损问题,镇海炼化公司特别立项专门解决布风板喷嘴材料性能低和使用寿命短的问题,并由温州科得力新特材料有限公司承担这项重要任务。在镇海炼化公司有关部门领导和专业技术人员的充分信任和大力支持下,经过一年多时间的研究和开发工作,科得力公司研究、开发、设计并生产出抗高温氧化性能更为优良HY40A材料的布风板喷嘴,以达到提高布风板喷嘴使用性能、减少设备维修时间和费用、增加锅炉出力的目的,直接为使用单位带来良好的经济效益。
    相比316不锈钢材料,HY40A具有更好的抗高温氧化和硫腐蚀性能, 自2005年10月9日开始投入批量使用至今,安全运行时间已经近四年多,使用情况良好,得到了领导和专业技术人员的认可。
    从锅炉现场取样均经过运行一年的316不锈钢材质喷嘴和HY40A材质喷嘴,进行表观检查,并进行相关的性能和成分检测,检测结果证明:HY40A材料的抗高温氧化性能和抗高温吹损性能均明显优于316不锈钢。
 
二、316不锈钢、HY40A使用前后的显微硬度对比
1、316不锈钢材料硬度
 

316使用前
HV0.3310
HV0.3302
HV0.3305
316使用一年后
HV0.3202
HV0.3217
HV0.3221

 
2、HY40A喷嘴材料硬度
 

HY40A使用前
HV0.3337
HV0.3371
HV0.3358
HY40A使用一年后
HV0.3348
HV0.3323
HV0.3331

 
 
      结论:316不锈钢材料经过长期的高温服役后,由于元素的烧损、组织结构的改变,造成了316不锈钢喷嘴材料的硬度发生明显的变化,从而导致其耐磨性也出现明显的降低。HY40A材料经高温使用后没能发现明显的硬度降低现象。
 
三、316不锈钢、HY40A喷嘴使用前后金相组织对比分析
      两种喷嘴材料的组织状态都为铸造态,经过实物取样、镶嵌和磨制金相试样,316试样用10%过硫酸铵水溶液电解浸蚀,HY40A试样用过饱和苦味酸水溶液加数滴盐酸浸蚀,然后用LEICA-DMLM光学显微镜(日本)对喷嘴材料的金相组织进行观察分析,放大倍数选用100倍。
1、316不锈钢喷嘴金相组织分析
      图1、2分别为316不锈钢的原始金相组织和作为喷嘴材料使用一年后的金相组织。从图1中可以清晰地看出,316不锈钢的奥氏体基体组织形态,并且在奥氏体基体上分布着许多球状、长条状的铁素体组织。但是从图2可以看出组织发生了明显的改变,由于喷嘴使用温度高达850-950℃,该温度正好是316奥氏体组织改变的敏感区。在该温度区域,奥氏体组织中高含量的Cr和Ni元素容易在晶界附近向低Cr、Ni的铁素体组织中扩散形成晶界化合物和富铬及富镍的铁素体组织,造成奥氏体组织贫铬和贫镍,从而造成材料抗氧化和抗腐蚀性能明显下降,并且容易在腐蚀介质作用下产生晶间腐蚀开裂。由图2可见,铁素体晶粒明显长大,并且局部连成网状,因此表现出来的是喷嘴的整体使用性能和使用寿命降低。
          
         
 
图1  316不锈钢原始金相组织                         图2  316不锈钢使用一年后金相组织
 
2、HY40A喷嘴金相组织分析
      图3、4分别为HY40A喷嘴材料的原始金相组织和使用一年后的金相组织。从图中可以看出,基体组织也为奥氏体组织,并且沿晶界分布着一定量的MC形式和M23C6形式的碳化物,晶界内亦有少量弥散的M23C6存在,这类碳化物是因为HY40A成分中含有较多的碳元素所致,碳化物能起稳定组织的作用,有效地阻止奥氏体组织改变和长大,从而能确保在高温下材料的性能不会衰减,延长零件使用寿命。所以,HY40A的抗高温氧化性能和抗腐蚀性能很好,其使用甚至可达1100℃,耐磨性好源自于HY40A的硬度保持度。事实证明,通过一年的使用,未发现奥氏体晶粒明显长大的现象,晶界碳化物形态也未出现明显的改变,如图4所示。
 
    
          
 
图3  HY40A材料原始金相组织                               图4  HY40A使用一年后金相组织
 
四、HY40A316喷嘴现场应用效果对比
     从现场应用照片(图5~7)可以清晰地看出,316喷嘴存在严重的高温氧化和硫腐蚀现象,喷嘴表面氧化、腐蚀层厚而疏松,极易在运行过程中脱落,所以喷嘴厚度减少迅速;由于316不锈钢材料硬度低,高温下硬度下降明显,造成其在高温下耐冲蚀能力低下,所以在运行时容易出现局部的冲蚀磨损现象,如喷嘴顶部和后背部。
 
 
         
 
图5  316喷嘴使用一年后现场照片                           图6 失效的316喷嘴侧面照片
 
 
          
  
图7 失效的316喷嘴正面照片                                  图8 新装的HY40A喷嘴现场照片
 
 
图9  HY40A喷嘴使用二年后现场照片
 
      如上所述,HY40A材料的组织和成分决定了其具有大大优于316不锈钢的耐高温性能。由于HY40A的组织在高温下稳定,硬度下降少,所以,HY40A喷嘴在高温下具有优异的抗氧化、腐蚀性能和抗冲蚀能力,从图9中可以看出,经二年多时间使用后,HY40A喷嘴外形完整,表面状况良好,没有疏松的氧化皮和腐蚀物质产生,喷嘴厚度均匀;在喷嘴的顶部和背部也没有出现明显的磨损现象。
 
五、总结
    通过对HY40A喷嘴使用二年后材料性能的综合测试,结合对现场喷嘴形貌的仔细观察,得出以下结论:采用HY40A材料制作的CFB锅炉布风板喷嘴,在抗高温氧化、抗高温磨损、焊接性能等方面性能明显优于316不锈钢;HY40A材质喷嘴可成倍地延长喷嘴的使用时间和更换周期,大大减少布风板喷嘴检修次数和时间,提高锅炉运行的稳定性和可靠性,增加锅炉运行时间和整体的经济效益。根据HY40A喷嘴的现场使用效果判断,HY40A喷嘴的使用寿命能达到3~6年。HY40A喷嘴值得进一步推广应用.
                                
                             
                                                              温州科得力新特材料有限公司     
 
 
 
 

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