垃圾焚烧炉受热面腐蚀损伤机理和预测模型研究
发布时间：2021-11-17 23:42
随着中国经济的快速发展,城市化进程的不断推进,城市规模不断增大,城市的人口也在不断增多,随之而来的生活垃圾也日益增加。垃圾焚烧发电技术由于其满足垃圾处理的资源化、无害化、减量化的原则,同时具有快速减容、能源回收利用等优点,正在慢慢取代传统的填埋处理方法,成为新兴的垃圾无害化处理手段。然而,由于城市生活垃圾组分复杂,垃圾焚烧产生的烟气中包含很多的腐蚀性气体,比如HCl、SO2、H2S等等,以及大量的低熔点的碱金属盐颗粒如Na、K盐,这些腐蚀性气体和碱金属盐在受热面上沉积,从而造成垃圾焚烧受热面的高温腐蚀、积灰和结渣等现象的发生。而随着锅炉参数的不断提高,垃圾焚烧锅炉受热面的腐蚀、积灰和结渣现象越来越严重,甚至会造成受热面爆管。针对上述问题,本文通过在实验室模拟垃圾焚烧炉内烟气环境设计正交实验,探究各因素对受热面的腐蚀影响规律,并根据正交实验结果对各因素影响效果由大到小进行排序。在实验室研究的基础之上,对垃圾焚烧炉进行现场腐蚀采样分析,探究各高温受热面腐蚀状况,研究腐蚀层表面结构和元素组成。并对实验室腐蚀增重结果进行了拟合,建立了各工况灰色系统模...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温腐蚀机理[11]
浙江大学硕士学位论文1绪论8图6纯铁和310不锈钢的腐蚀动力学[17]1.3.3熔融盐腐蚀熔融盐腐蚀主要是指垃圾成分中的碱金属与HCl反应形成的碱金属氯化物腐蚀。这些碱金属氯化物一方面会与金属壁面上沉积的硫元素反应产生低共熔点的混合物[18]，这种低熔点的混合物在垃圾焚烧炉的高温环境下极易熔融，部分混合熔融盐的共熔点如7所示。这种熔融盐不仅能使电化学腐蚀反应速率加快，而且会融化点金属表面的氧化膜，进一步促进气相腐蚀的发生；另一方面高温熔融的碱金属氯化物还可直接与金属表面的氧化层发生反应，使金属界面直接暴露在腐蚀环境中[19]，同时还会产生Cl2，加剧气相高温腐蚀。除此之外，这些熔融盐的成分复杂，不同的熔融盐混合会造成它们的共熔点降低[20]，如表1所示。在垃圾焚烧炉内，这些高温受热面上的熔融盐呈液相，会加快腐蚀化学反应的发生，同时还会发生电化学腐蚀，造成腐蚀加剧。J.Lehmusto[21]的研究表明熔融的碳酸盐能促进Cr的氧化物还原成Cr，从而破坏氧化膜。氯化钾与铬反应形成作为中间体的铬酸钾和作为产物的氧化铬,氯化钾不与氧化铬反应;碳酸钾与氧化铬反应形成铬酸钾，但它不与铬反应。LIU.S等[19]学者的研究表明，650℃-750℃KCl和NaCl两种碱金属盐通常部分或者全部熔融，此时电化学腐蚀更为明显，而且熔融盐还会融化掉金属保护性氧化膜加剧腐蚀发生。
浙江大学硕士学位论文1绪论10蒸汽压下由气态形式向外传输，破坏受热面完整性。李远士[20]认为氯影响金属腐蚀速率的另外方式可能是以固溶物形式溶解入氧化膜中,改变了氧化膜的缺陷结构,增加了迁移最快物质的扩散系数。燃煤电厂和国外的垃圾发电厂含氯量比较低，发生的HCl腐蚀并不严重，然而我国的垃圾焚烧炉由于含有比较多来源于餐厨垃圾和塑料的氯，发生过比较严重的氯腐蚀。这些情况说明，HCl含量不同的造成的氯腐蚀也不同。在潘葱英[11]的实验中，在同一温度下的20号钢和15CrMoG的腐蚀增重率呈现抛物线的形式，即腐蚀速率在减慢，如图7、8所示。这可能说明当腐蚀进展到一定程度，腐蚀速率就与HCl浓度关系不大了。因为当氧化膜/金属基体交界面形成一层致密的氯盐膜后，就将烟气中的氯与金属基体隔开了，烟气中的氯对腐蚀的影响就变低了[22]。除此之外，Zahs[23]对O2-HCl气氛下的金属腐蚀现象进行了研究。发现HCl的浓度对金属腐蚀影响不大，不过这可能与实验模拟烟气中氧分压较大有关。然而Hou[24]等在200℃和400℃的温度下的流化床模拟实验结果表明，氯腐蚀速率与HCl浓度正相关。HCl的腐蚀机理还不明确，需继续研究。。图720号钢在500ppmHCl气体中的腐蚀动力学[11]
【参考文献】：
期刊论文
[1]垃圾焚烧电厂过热器管腐蚀泄漏机制分析[J]. 李莉,宋景慧. 华电技术. 2017(04)
[2]垃圾焚烧锅炉的高温氯腐蚀研究进展[J]. 杨波,钟志强,黄巧贤,黄国家,张双红,李仕平. 广东电力. 2016(06)
[3]灰色系统预测模型GM（1,1）背景值重构研究[J]. 谭冠军,檀甲友,王加阳. 数学的实践与认识. 2015(15)
[4]垃圾焚烧余热锅炉高温腐蚀及其防腐方法研究[J]. 王迪. 电站系统工程. 2014(04)
[5]生物质直燃发电锅炉受热面沉积和高温腐蚀研究进展[J]. 骆仲泱,陈晨,余春江. 燃烧科学与技术. 2014(03)
[6]灰色线性回归组合模型算法研究[J]. 陈博,王建国. 西安文理学院学报(自然科学版). 2012(01)
[7]国内外城市生活垃圾处理现状与处理技术[J]. 宾晓蓓,李倩. 北方环境. 2011(10)
[8]正交试验设计和分析方法研究[J]. 刘瑞江,张业旺,闻崇炜,汤建. 实验技术与管理. 2010(09)
[9]基于改进的BP神经网络钢板表面缺陷分类算法研究[J]. 张洪涛,计时鸣. 浙江工业大学学报. 2010(04)
[10]输气管道腐蚀速率的BP神经网络组合预测方法[J]. 周慧,王晓光,张有君. 腐蚀科学与防护技术. 2010(03)
博士论文
[1]生活垃圾制备RDF及能源化利用研究[D]. 李延吉.浙江大学 2018
[2]垃圾焚烧过程受热面积灰烧结特性实验研究[D]. 许明磊.浙江大学 2007
硕士论文
[1]生物质混燃锅炉受热面金属的腐蚀特性研究[D]. 武岳.山东大学 2015
[2]生物质混煤燃烧对金属受热面的腐蚀特性研究[D]. 栗秀娟.山东大学 2012
[3]不同Mo含量NiCrMo系耐蚀合金的制备及特性研究[D]. 王明怡.华北电力大学（北京） 2011
[4]真空熔结稀土镍基—金属陶瓷复合涂层高温及耐蚀性能的研究[D]. 张翼.合肥工业大学 2007
[5]垃圾焚烧炉内过热器区HCI高温腐蚀研究[D]. 潘葱英.浙江大学 2004
本文编号：3501825
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温腐蚀机理[11]
浙江大学硕士学位论文1绪论8图6纯铁和310不锈钢的腐蚀动力学[17]1.3.3熔融盐腐蚀熔融盐腐蚀主要是指垃圾成分中的碱金属与HCl反应形成的碱金属氯化物腐蚀。这些碱金属氯化物一方面会与金属壁面上沉积的硫元素反应产生低共熔点的混合物[18]，这种低熔点的混合物在垃圾焚烧炉的高温环境下极易熔融，部分混合熔融盐的共熔点如7所示。这种熔融盐不仅能使电化学腐蚀反应速率加快，而且会融化点金属表面的氧化膜，进一步促进气相腐蚀的发生；另一方面高温熔融的碱金属氯化物还可直接与金属表面的氧化层发生反应，使金属界面直接暴露在腐蚀环境中[19]，同时还会产生Cl2，加剧气相高温腐蚀。除此之外，这些熔融盐的成分复杂，不同的熔融盐混合会造成它们的共熔点降低[20]，如表1所示。在垃圾焚烧炉内，这些高温受热面上的熔融盐呈液相，会加快腐蚀化学反应的发生，同时还会发生电化学腐蚀，造成腐蚀加剧。J.Lehmusto[21]的研究表明熔融的碳酸盐能促进Cr的氧化物还原成Cr，从而破坏氧化膜。氯化钾与铬反应形成作为中间体的铬酸钾和作为产物的氧化铬,氯化钾不与氧化铬反应;碳酸钾与氧化铬反应形成铬酸钾，但它不与铬反应。LIU.S等[19]学者的研究表明，650℃-750℃KCl和NaCl两种碱金属盐通常部分或者全部熔融，此时电化学腐蚀更为明显，而且熔融盐还会融化掉金属保护性氧化膜加剧腐蚀发生。
浙江大学硕士学位论文1绪论10蒸汽压下由气态形式向外传输，破坏受热面完整性。李远士[20]认为氯影响金属腐蚀速率的另外方式可能是以固溶物形式溶解入氧化膜中,改变了氧化膜的缺陷结构,增加了迁移最快物质的扩散系数。燃煤电厂和国外的垃圾发电厂含氯量比较低，发生的HCl腐蚀并不严重，然而我国的垃圾焚烧炉由于含有比较多来源于餐厨垃圾和塑料的氯，发生过比较严重的氯腐蚀。这些情况说明，HCl含量不同的造成的氯腐蚀也不同。在潘葱英[11]的实验中，在同一温度下的20号钢和15CrMoG的腐蚀增重率呈现抛物线的形式，即腐蚀速率在减慢，如图7、8所示。这可能说明当腐蚀进展到一定程度，腐蚀速率就与HCl浓度关系不大了。因为当氧化膜/金属基体交界面形成一层致密的氯盐膜后，就将烟气中的氯与金属基体隔开了，烟气中的氯对腐蚀的影响就变低了[22]。除此之外，Zahs[23]对O2-HCl气氛下的金属腐蚀现象进行了研究。发现HCl的浓度对金属腐蚀影响不大，不过这可能与实验模拟烟气中氧分压较大有关。然而Hou[24]等在200℃和400℃的温度下的流化床模拟实验结果表明，氯腐蚀速率与HCl浓度正相关。HCl的腐蚀机理还不明确，需继续研究。。图720号钢在500ppmHCl气体中的腐蚀动力学[11]
【参考文献】：
期刊论文
[1]垃圾焚烧电厂过热器管腐蚀泄漏机制分析[J]. 李莉,宋景慧. 华电技术. 2017(04)
[2]垃圾焚烧锅炉的高温氯腐蚀研究进展[J]. 杨波,钟志强,黄巧贤,黄国家,张双红,李仕平. 广东电力. 2016(06)
[3]灰色系统预测模型GM（1,1）背景值重构研究[J]. 谭冠军,檀甲友,王加阳. 数学的实践与认识. 2015(15)
[4]垃圾焚烧余热锅炉高温腐蚀及其防腐方法研究[J]. 王迪. 电站系统工程. 2014(04)
[5]生物质直燃发电锅炉受热面沉积和高温腐蚀研究进展[J]. 骆仲泱,陈晨,余春江. 燃烧科学与技术. 2014(03)
[6]灰色线性回归组合模型算法研究[J]. 陈博,王建国. 西安文理学院学报(自然科学版). 2012(01)
[7]国内外城市生活垃圾处理现状与处理技术[J]. 宾晓蓓,李倩. 北方环境. 2011(10)
[8]正交试验设计和分析方法研究[J]. 刘瑞江,张业旺,闻崇炜,汤建. 实验技术与管理. 2010(09)
[9]基于改进的BP神经网络钢板表面缺陷分类算法研究[J]. 张洪涛,计时鸣. 浙江工业大学学报. 2010(04)
[10]输气管道腐蚀速率的BP神经网络组合预测方法[J]. 周慧,王晓光,张有君. 腐蚀科学与防护技术. 2010(03)
博士论文
[1]生活垃圾制备RDF及能源化利用研究[D]. 李延吉.浙江大学 2018
[2]垃圾焚烧过程受热面积灰烧结特性实验研究[D]. 许明磊.浙江大学 2007
硕士论文
[1]生物质混燃锅炉受热面金属的腐蚀特性研究[D]. 武岳.山东大学 2015
[2]生物质混煤燃烧对金属受热面的腐蚀特性研究[D]. 栗秀娟.山东大学 2012
[3]不同Mo含量NiCrMo系耐蚀合金的制备及特性研究[D]. 王明怡.华北电力大学（北京） 2011
[4]真空熔结稀土镍基—金属陶瓷复合涂层高温及耐蚀性能的研究[D]. 张翼.合肥工业大学 2007
[5]垃圾焚烧炉内过热器区HCI高温腐蚀研究[D]. 潘葱英.浙江大学 2004
本文编号：3501825
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