煤氣化作為一種潔凈煤技術(shù)在我國 備受關(guān)注，同時(shí)該技術(shù)因?qū)γ悍N適應(yīng)性廣、氣化溫度高、耗氧量少、單臺(tái)設(shè)備能力 大、 有效氣產(chǎn)量高、 環(huán)保效果好等特點(diǎn)具備了 最廣闊的發(fā)展前景 。 但是， 煤粉氣化爐燒嘴的使用壽命短， 正常周期為９０ ｄ 左右。 燒嘴在服役過程中常出 現(xiàn)冷去水盤管損壞， 中噴頭物理磨蝕，熱、化學(xué)、應(yīng)力使外噴頭受損等失效方式， 制約氣化爐長周期運(yùn)行， 并直接影響經(jīng)濟(jì)效益。 為此國內(nèi) 科研院所對(duì)燒嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、形式、材質(zhì)等多方面進(jìn)行研究， 期望提高其使用壽命。

宏觀檢查 ３ 號(hào)燒嘴宏觀照片見圖 １ 。 燒嘴頭部表面存在大量黃褐色或黑色腐蝕產(chǎn)物， 中心孔周 圍有徑向 擴(kuò)展的放射性裂紋， 裂紋長度在３～８ ｍｍ 左右。

維氏硬度測(cè)試 對(duì)燒嘴端面試樣進(jìn)行顯微硬度測(cè)試， 測(cè)量結(jié)果見表１。 由試驗(yàn)結(jié)果知， 燒嘴頭部中心孔處的 裂紋試樣硬度低于燒嘴中間部位試樣的硬度。

低倍形貌及金相組織分析 對(duì)燒嘴頭部中心孔處和燒嘴頭部中間位置進(jìn)行低倍形貌觀察， 結(jié)果見圖 ２～ 圖 ４。 由 圖 １ 可見， 燒嘴頭部的裂紋起源于中心孔， 沿中心孔的徑向 向 外擴(kuò)展； 由燒嘴外壁向內(nèi)擴(kuò)展， 裂紋內(nèi) 嵌有較多腐蝕產(chǎn)物， 而在燒嘴中間部位試樣未觀察到裂紋。

所制的金相試樣結(jié)果見圖５～圖８， 金相組織為γ 相， 未見異常。 中心孔處試樣晶粒度為２～４ 級(jí)，且個(gè)別晶粒尺寸較大； 中部位置試樣晶粒度為６ 級(jí)，晶粒非常細(xì)小均勻。 中心孔處試樣裂紋尖端較為尖銳， 裂紋內(nèi)存在較厚的腐蝕產(chǎn)物， 裂紋主要以沿晶方式擴(kuò)展。

掃描電鏡及能譜分析 對(duì)燒嘴頭部中心孔處裂紋進(jìn)行掃描電鏡及能譜分析， 結(jié)果見圖９ 及表２～ 表３。 中心孔處裂紋沿晶擴(kuò)展， 裂紋內(nèi)部存在腐蝕產(chǎn)物， 經(jīng)能譜分析知該腐蝕 產(chǎn) 物中碳、硫、氧元素含量較高， 可見腐蝕產(chǎn)物主要為鎳的硫化物和氧化物。

燒嘴中心孔內(nèi) 煤粉、 水蒸汽和氧氣三者混合物在高溫下發(fā)生氣化反應(yīng)， 煤粉中的硫等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧锎嬖谟跉饣癄t高溫氣氛中。 因 此， 硫在高溫條件下與燒嘴頭部的鎳基合金發(fā)生反應(yīng)， 硫原子優(yōu)先沿鎳基合金的晶界擴(kuò)散形成硫化物 ， 形成沿晶擴(kuò)展裂紋； 晶界上的 硫化物隨后發(fā)生氧化形成氧化物， 所釋放出來的 游離態(tài)硫在鎳基合金未腐蝕的晶界繼續(xù)擴(kuò)散形成新的硫化物， 使硫化區(qū)域不斷向縱深方向發(fā)展， 同 時(shí)裂紋不斷沿晶界向 內(nèi) 擴(kuò)展并在裂紋內(nèi) 部形成硫化物和氧化物。

燒嘴開裂原因分析 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果知， 燒嘴頭部的 裂紋主要集中在中心孔周圍， 裂紋起源于中 心孔處， 沿徑向 呈放射狀， 由外壁向 內(nèi) 擴(kuò)展， 裂紋長度在 ３ ～８ ｍｍ 之間。 燒嘴 頭 部 （ Ｉｎｃｏｎｅｌ?。叮埃?） 的 化 學(xué) 成 分 符 合 ＡＳＴＭＢ５６４ 的相關(guān)要求。 燒嘴頭部中心孔處的 硬度較中部無裂紋 處 的 硬 度 低， 中 心 孔 處 的 晶 粒 度 為 ２ ～４ 級(jí)、個(gè)別晶粒尺寸較大， 而中部無裂紋部位的晶粒 度為６ 級(jí)、晶粒非常細(xì)小均勻。 通過掃描電鏡及能譜分析發(fā)現(xiàn)， 裂紋內(nèi) 部的腐蝕產(chǎn)物主要為硫化物和氧化物。

根據(jù)以上分析認(rèn)為， 燒嘴中心孔處溫度較高， 在氣化爐啟停時(shí)因燒嘴頭部冷卻水不足， 出 現(xiàn)超溫導(dǎo)致中心孔處的鎳基合金局部晶粒長大， 過大晶粒引起硬度下降。 在高溫條件下， 煤粉中的硫氣化后形成硫化物而存在于氣化爐的 氣氛中， 燒嘴頭部中心孔處的溫度較高、環(huán)境最為惡劣， 該部位的鎳基合金優(yōu)先在硫的作用下發(fā)生高溫硫腐蝕， 形成中心孔向外放射發(fā)展的裂紋， 且裂紋內(nèi) 部充滿了 硫化物和氧化物。 在反復(fù)啟停過程中， 燒嘴中心孔處的熱應(yīng)力進(jìn)一步加劇沿晶裂紋的 擴(kuò)展， 使得燒嘴中心孔周 圍的裂紋不斷加深。

結(jié)論 該電站氣化爐燒嘴裂紋為在高溫條件下氣化爐中的硫優(yōu)先與鎳基合金發(fā)生高溫硫腐蝕造成的。 氣化爐反復(fù)啟停過程中， 中心孔處超溫晶粒過大引 起硬度下降， 中心孔處的 熱應(yīng)力 進(jìn)一步加劇裂紋的 擴(kuò)展， 最終使得燒嘴頭部中心孔處宏觀開裂。 Ｉｎｃｏｎｅｌ６００ 在有硫環(huán)境中 易 發(fā)生腐蝕， 建議選用 耐硫腐蝕性能較好的高溫合金， 如Ｉｎｃｏｎｅｌ?。罚矗?等。