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摘要：随着电力供给侧结构性改革不断深入，生物质能、风能和太阳能等可再生能源的发展越来越快，目前，生物质能利用最为高效、最为成熟的技术为直燃发电技术，其相对于风能、太阳能等可再生能源发电技术具有利用小时数高、电能品质优等特点。在生物质直燃发电技术的应用中，由于生物质燃料中含有大量的碱金属（Na、K）和Cl元素，在高温条件下极易造成受热面管腐蚀，导致受热面管失效爆管，严重影响生物质电厂锅炉的安全运行，高温腐蚀问题已成为影响生物质直燃发电行业向高参数、高效率机组发展的瓶颈技术，本文通过对T91、TP347、SUS316和12Cr1Mov四种管材的抗腐蚀性能试验研究，分析了四中管材的抗腐蚀性能，为生物质锅炉设计的管材选择提供依据。
一 引言
随着一次能源日益枯竭和国家对环保要求日益严格，为减少矿物能源利用过程中造成的环境污染问题，以高新技术开发利用清洁、可再生能源显得日益迫切，近年来，我国生物质能、风能和太阳能等可再生能源的发展越来越快，生物质直燃发电技术是目前利用生物质能最为高效、最为成熟的技术[1]，由于生物质燃料资源量丰富，生物质直燃发电机组利用小时数高、电能品质优等特点，各大发电集团和民营企业逐渐加大对生物质直燃发电项目的投资力度，生物质直燃发电项目装机逐年增加，截止2017年底全国生物质直燃发电装机约为11054MW。
由于生物质燃料中含有大量的碱金属（Na、K）和Cl元素，在燃烧过程产生碱金属氯化物，在高温条件下，造成受热面结焦，碱金属氯化物随着结焦物产生的过程在高温受热面上富集，极易造成高温受热面腐蚀，导致高温受热面失效爆管[2-4]，影响生物质直燃发电机组安全稳定运行，高温腐蚀问题已成为限制生物质直燃发电行业向高参数、高效率机组发展的瓶颈技术，本文主要通过在50MW生物质直燃发电锅炉高温受热面安装T91、TP347、SUS316和12Cr1Mov四种管材，对四种管材的抗腐蚀性能进行试验研究，为生物质直燃发电锅炉设计的管材选择提供依据。
二 试验
2.1 试验管材
试验管材选用目前高温、高压锅炉和超临界锅炉常用管材，管材安装在锅炉屏式过热器管屏上，试验用管材及规格如表1所示。
2.2 锅炉主要技术参数
本研究试验在220t/h纯燃生物质循环流化床锅炉上进行，锅炉为高温、高压参数，即主汽温度为540℃，主汽压力为9.8MPa。
2.3 试验样管安装位置
试验样管安装在腐蚀较为严重的屏式过热器出口段，安装位置图如图1所示。图中A为试验样管安装位置，屏式过热器出口汽温约为490℃，样管安装区域烟温约800℃，管壁温度约为540℃。
三 试验结果分析
3.1 抗腐蚀性能判定方法
本试验采用试验样管减薄速率判定其抗腐蚀性能，即试验开始前检测样管的原始壁厚，试验开始后，定期监测试验样管的壁厚，根据运行时间和管壁减薄程度计算其减薄速率，判断其抗腐蚀性能。
3.2 锅炉腐蚀情况
试验采用的220t/h纯燃生物质循环流化床锅炉屏式过热器表面结焦较为严重，受热面管被厚厚的焦层覆盖，如图2所示，结焦物基本分为三层结构，外表面呈灰黑色，有白色颗粒附着，具有明显外部颗粒冲刷痕迹，初步分析为粘附的生物质灰颗粒，中间层主体为白色结晶，味苦涩，易溶于水，初步分析为KCl、NaCl等碱金属氯化物的结晶，贴管壁层为黑褐色的腐蚀残留，初步判定为Fe的氧化物，剥落平时过热器表面沉积，可见受热面管壁有明显的点蚀坑，如图3所示。
3.3 管材抗腐蚀性能分析
本试验每种管材选用3根样管，定期监测其壁厚，以其平均壁厚计算减薄速率，如4为试验样管壁厚随运行时间减薄情况，由图4可以看出，12Cr1MoV管材壁厚随运行时间减薄的速度较快，运行约2000小时即发生失效爆管。T91管材的减薄速度明显慢于12Cr1MoV，但却较TP347和SUS316快，而TP347和SUS316的减薄速度无明显差别。如每年机组运行时间按6000h计，计算T91、TP347、SUS316和12Cr1Mov四种管材减薄速率分别为2.2mm/年、0.78mm/年、0.56mm/年和11.67mm/年。根据减薄速度情况判断，四种管材的抗腐蚀性能优劣情况为TP347和SUS316最优，T91次之，而12Cr1MoV较差。
四 结论
本文通过试验研究，分析了T91、TP347、SUS316和12Cr1Mov四种管材管材在220t/h高温、高压（540℃、9.8MPa）生物质循环流化床锅炉高温受热面的抗腐蚀性能，通过试验研究表明，12Cr1MoV管由于其较差的抗腐蚀性能，运行约2000h即失效，不适合应用于生物质锅炉高温受热面。T91的抗腐蚀性能明显优于12Cr1MoV，但腐蚀减薄速率仍高达2.2mm/年，仍不建议在生物质锅炉高温受热面上采用，TP347和SUS316的腐蝕减薄速率相差不大，明显优于其他两种管材，鉴于工程项目投资，建议高温、高压生物质锅炉高温受热面管材选择TP347或SUS316。
参考文献：
[1]Zhang L，Xu C C，Champagne P.Overview of recent advances in thermo-chemical conversion of biomass[J].Energy Conversion and Management，2010，51（5）：969-982.
[2]骆仲泱，陈晨，余春江，生物质直燃发电锅炉受热面沉积和高温腐蚀研究进展[J]. 燃烧科学与技术，2014，20（3）：189-196
[3]李庆，宋军政，聂志钢.130讹燃生物质锅炉过热器管子腐蚀原因分析[J].发电设备，2009（3）：21-218.
[4]黄芳.秸秆燃烧过程中受热面沉积腐蚀问题研究[D].杭州：浙江大学能源工程学系，2013.
一 引言
随着一次能源日益枯竭和国家对环保要求日益严格，为减少矿物能源利用过程中造成的环境污染问题，以高新技术开发利用清洁、可再生能源显得日益迫切，近年来，我国生物质能、风能和太阳能等可再生能源的发展越来越快，生物质直燃发电技术是目前利用生物质能最为高效、最为成熟的技术[1]，由于生物质燃料资源量丰富，生物质直燃发电机组利用小时数高、电能品质优等特点，各大发电集团和民营企业逐渐加大对生物质直燃发电项目的投资力度，生物质直燃发电项目装机逐年增加，截止2017年底全国生物质直燃发电装机约为11054MW。
由于生物质燃料中含有大量的碱金属（Na、K）和Cl元素，在燃烧过程产生碱金属氯化物，在高温条件下，造成受热面结焦，碱金属氯化物随着结焦物产生的过程在高温受热面上富集，极易造成高温受热面腐蚀，导致高温受热面失效爆管[2-4]，影响生物质直燃发电机组安全稳定运行，高温腐蚀问题已成为限制生物质直燃发电行业向高参数、高效率机组发展的瓶颈技术，本文主要通过在50MW生物质直燃发电锅炉高温受热面安装T91、TP347、SUS316和12Cr1Mov四种管材，对四种管材的抗腐蚀性能进行试验研究，为生物质直燃发电锅炉设计的管材选择提供依据。
二 试验
2.1 试验管材
试验管材选用目前高温、高压锅炉和超临界锅炉常用管材，管材安装在锅炉屏式过热器管屏上，试验用管材及规格如表1所示。
2.2 锅炉主要技术参数
本研究试验在220t/h纯燃生物质循环流化床锅炉上进行，锅炉为高温、高压参数，即主汽温度为540℃，主汽压力为9.8MPa。
2.3 试验样管安装位置
试验样管安装在腐蚀较为严重的屏式过热器出口段，安装位置图如图1所示。图中A为试验样管安装位置，屏式过热器出口汽温约为490℃，样管安装区域烟温约800℃，管壁温度约为540℃。
三 试验结果分析
3.1 抗腐蚀性能判定方法
本试验采用试验样管减薄速率判定其抗腐蚀性能，即试验开始前检测样管的原始壁厚，试验开始后，定期监测试验样管的壁厚，根据运行时间和管壁减薄程度计算其减薄速率，判断其抗腐蚀性能。
3.2 锅炉腐蚀情况
试验采用的220t/h纯燃生物质循环流化床锅炉屏式过热器表面结焦较为严重，受热面管被厚厚的焦层覆盖，如图2所示，结焦物基本分为三层结构，外表面呈灰黑色，有白色颗粒附着，具有明显外部颗粒冲刷痕迹，初步分析为粘附的生物质灰颗粒，中间层主体为白色结晶，味苦涩，易溶于水，初步分析为KCl、NaCl等碱金属氯化物的结晶，贴管壁层为黑褐色的腐蚀残留，初步判定为Fe的氧化物，剥落平时过热器表面沉积，可见受热面管壁有明显的点蚀坑，如图3所示。
3.3 管材抗腐蚀性能分析
本试验每种管材选用3根样管，定期监测其壁厚，以其平均壁厚计算减薄速率，如4为试验样管壁厚随运行时间减薄情况，由图4可以看出，12Cr1MoV管材壁厚随运行时间减薄的速度较快，运行约2000小时即发生失效爆管。T91管材的减薄速度明显慢于12Cr1MoV，但却较TP347和SUS316快，而TP347和SUS316的减薄速度无明显差别。如每年机组运行时间按6000h计，计算T91、TP347、SUS316和12Cr1Mov四种管材减薄速率分别为2.2mm/年、0.78mm/年、0.56mm/年和11.67mm/年。根据减薄速度情况判断，四种管材的抗腐蚀性能优劣情况为TP347和SUS316最优，T91次之，而12Cr1MoV较差。
四 结论
本文通过试验研究，分析了T91、TP347、SUS316和12Cr1Mov四种管材管材在220t/h高温、高压（540℃、9.8MPa）生物质循环流化床锅炉高温受热面的抗腐蚀性能，通过试验研究表明，12Cr1MoV管由于其较差的抗腐蚀性能，运行约2000h即失效，不适合应用于生物质锅炉高温受热面。T91的抗腐蚀性能明显优于12Cr1MoV，但腐蚀减薄速率仍高达2.2mm/年，仍不建议在生物质锅炉高温受热面上采用，TP347和SUS316的腐蝕减薄速率相差不大，明显优于其他两种管材，鉴于工程项目投资，建议高温、高压生物质锅炉高温受热面管材选择TP347或SUS316。
参考文献：
[1]Zhang L，Xu C C，Champagne P.Overview of recent advances in thermo-chemical conversion of biomass[J].Energy Conversion and Management，2010，51（5）：969-982.
[2]骆仲泱，陈晨，余春江，生物质直燃发电锅炉受热面沉积和高温腐蚀研究进展[J]. 燃烧科学与技术，2014，20（3）：189-196
[3]李庆，宋军政，聂志钢.130讹燃生物质锅炉过热器管子腐蚀原因分析[J].发电设备，2009（3）：21-218.
[4]黄芳.秸秆燃烧过程中受热面沉积腐蚀问题研究[D].杭州：浙江大学能源工程学系，2013.