生物质锅炉受热面沉积机理与腐蚀特性研究

发布时间：2017-08-07 02:19

  本文关键词：生物质锅炉受热面沉积机理与腐蚀特性研究

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【摘要】：生物质直燃发电是应用规模最为广泛、技术最为成熟的生物质能转化利用途径,但是生物质中含量较高的碱金属容易引发锅炉受热面沉积与腐蚀问题,严重降低锅炉效率、影响锅炉长期安全运行。碱金属问题特别是受热面的沉积与腐蚀是生物质直燃发电利用中亟待解决的技术难题。本文研究围绕生物质锅炉受热面沉积与腐蚀问题展开,针对工程实际问题进行实验室分析和研究,探究了沉积形成机理及腐蚀反应特性。 为探究生物质循环流化床锅炉受热面沉积动态过程及机理,自行设计了一套沉积采样系统,在某实际运行的75t/h生物质循环流化床锅炉进行了长期的现场实验,获得了采样时间从2h至1个月的不同采样管温度下形成的沉积样品,初步探究了采样管壁面温度对沉积形成的影响,并分析了采样环上沉积形成的机理。研究结果表明：在沉积的初始阶段(2-37h),高温段采样环相对于低温段更容易捕获烟气中的颗粒,72h后随着沉积物逐渐增厚,热阻增加,采样环温度对沉积的影响逐渐减小,沉积规律趋于一致；受燃料特性影响,沉积物中并没有出现预想的大量的KCl,最初沉积在采样环表面的是粒径小于5μm的富含Ca、S的颗粒,5-12h之后含K和Si的物质才开始在采样环表面沉积；1个月形成的沉积物主要的晶相成分有Si02和K2Ca(SO4)2等,床料颗粒在循环流化床受热面沉积过程中始终起到重要作用；较长时间形成的沉积与动态实时采样的沉积所表现出的差异性说明在沉积形成的较长时间发展过程中发生了复杂的物理、化学变化。 以炉排炉为代表的层燃技术是生物质燃烧主要技术路线之一,其沉积机理与循环流化床锅炉有明显差异。针对某生物质炉排燃烧发电锅炉实际运行中出现的不同受热面沉积特性及飞灰含碳量异常、易自燃等问题展开研究,对炉膛、高温过热器、低温过热器和省煤器管壁等处的沉积物进行对比分析,从不同受热面沉积物的微观形貌、元素组成以及晶相组分着手,结合燃料、锅炉设计、运行工况等因素探究了不同受热面沉积规律,研究结果表明,烟气温度的差异是造成不同受热面沉积的形貌、元素及晶相组成不同的重要影响因素；燃料中较高的K、Ca、Cl、S含量导致沉积中出现大量的KCl及K3Na(SO4)2是沉积问题恶化的最主要原因；由于锅炉燃用的生物质燃料为二次加工产品,含有各种外部添加物质,燃烧过程中体现出较为复杂的特性,加之锅炉没有布置二次风是飞灰出现异常情况的主要原因。 由于燃用高K、Cl含量的生物质锅炉受热面沉积中通常伴随着严重的高温腐蚀问题,紧贴金属管壁的沉积层中大量的KCl被认为是引发高温腐蚀的诱因,为应对高温腐蚀问题,选用较高等级的钢材制作高温受热面是生物质电厂广泛采取的办法。为研究不同钢材抗KCl腐蚀能力,对比了20G、12Cr1MoVG、Super304H、SUS316、TP347H、HR3C等6种我国常见的不同等级锅炉用钢材的抗高温氯腐蚀、氧化腐蚀的性能,通过测定各样块的增重量,得出了各钢材样块的腐蚀特性曲线,增重数据反映出6钢材的抗腐蚀性能：HR3CSuper304HTP347H SUS31612Cr1MoVG20G,在一定范围内,Cr含量越高,钢材的抗腐蚀性能越强；金属表面形成的Cr的氧化膜是抗KCl腐蚀的主要屏障；利用SEM-EDS及XRD对腐蚀后样块表面的形貌特征、元素组成和腐蚀产物的晶相进行了分析,推测了可能的腐蚀反应方程,并简要论述了氯化腐蚀与氧化腐蚀的差异以及KCl在金属表面的附着形态对高温氯腐蚀的影响。
【关键词】：生物质锅炉 受热面 碱金属 沉积 腐蚀
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6;TK229
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 生物质直燃发电的碱金属问题12-14
• 1.2.1 沉积问题12-13
• 1.2.2 高温腐蚀问题13
• 1.2.3 床料聚团问题13-14
• 1.3 生物质直燃发电技术14-16
• 1.3.1 层燃燃烧技术14-15
• 1.3.2 流态化燃烧技术15-16
• 1.3.3 两种燃烧技术的比较16
• 1.4 生物质锅炉受热面沉积与腐蚀研究进展16-22
• 1.4.1 沉积机理研究16-18
• 1.4.2 沉积影响因素研究18-20
• 1.4.3 添加剂掺烧对沉积的影响20-21
• 1.4.4 腐蚀机理研究21-22
• 1.5 本文主要研究内容及意义22-24
• 1.5.1 研究内容22-23
• 1.5.2 研究意义23-24
• 2 实验仪器与实验方法24-28
• 2.1 实验仪器24-26
• 2.1.1 场发射扫描电镜与能谱联用(SEM-EDS)24
• 2.1.2 X射线衍射仪(XRD)24-25
• 2.1.3 原子吸收分光光度计(AAS)25
• 2.1.4 离子色谱仪(IC)25-26
• 2.1.5 X射线荧光光谱仪(XRF)26
• 2.2 实验方法26-27
• 2.2.1 沉积物分析方法26-27
• 2.2.2 燃料分析方法27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 生物质循环流化床锅炉受热面沉积动态研究28-44
• 3.1 引言28
• 3.2 锅炉系统28-29
• 3.3 实验装置与方法29-32
• 3.4 燃料分析32-33
• 3.5 实验结果与讨论33-42
• 3.5.1 采样管温度对沉积的影响33-35
• 3.5.2 采样环沉积的微观形貌、能谱及晶相分析35-42
• 3.6 本章小结42-44
• 4 生物质炉排锅炉不同受热面沉积特性研究44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 锅炉系统44-45
• 4.3 燃料分析45-46
• 4.4 沉积物与飞灰分析46-55
• 4.4.1 沉积物表观形貌46-48
• 4.4.2 沉积物与飞灰元素和晶相分析48-50
• 4.4.3 沉积物与飞灰微观结构50-52
• 4.4.4 飞灰粒径分布52-53
• 4.4.5 飞灰热重分析53-54
• 4.4.6 飞灰有机物分析54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 5 生物质锅炉受热面沉积腐蚀初探56-63
• 5.1 引言56
• 5.2 金属材料高温腐蚀实验56-58
• 5.2.1 样品制备56-57
• 5.2.2 不同钢材高温氧化腐蚀与氯腐蚀实验57-58
• 5.3 实验结果与讨论58-62
• 5.3.1 腐蚀增重对比分析58-59
• 5.3.2 腐蚀后的表面SEM-EDS及XRD分析59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 6 全文总结与展望63-66
• 6.1 主要研究内容及结论63-64
• 6.2 本文主要创新点64-65
• 6.3 未来工作展望65-66
• 参考文献66-72
• 作者简历72

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本文编号：632454