生物质锅炉过热器受热面金属积灰腐蚀特性研究

发布时间：2020-05-29 20:41

【摘要】：生物质资源的利用对日趋紧张的环境污染问题和能源问题具有重要的意义,已经引起了广泛的关注。然而生物质存在高氯高碱金属的特点使得在利用过程中容易造成受热面沉积和腐蚀等问题。锅炉出口蒸汽温度越高,压力越大,机组效率越高,相对于燃煤机组,生物质灰更易造成腐蚀的特性是生物质锅炉利用效率面临的难题。因此,探讨锅炉的腐蚀和防护具有理论意义和实际应用价值。本文采用水平管式炉系统研究生物质腐蚀的规律及探究以粉煤灰为添加剂时的腐蚀规律。生物质锅炉受热面的腐蚀动力学曲线符合抛物线形式,拟合度良好,腐蚀的增重量随时间的推进有所下降,因为碱金属氯化物被消耗所致。当温度较低时,腐蚀反应进行的速率相对缓慢,随着温度上升,腐蚀速率呈指数增长,金属表面出现开裂剥落现象,这是由于反应速率急剧增加导致短时间内大量金属元素被氧化,内应力积聚增强导致的。四种金属材料的抗腐蚀性能由弱至强分别为:12Cr1MoV15CrMoT91TP347H。对四种金属的合金元素成分进行分析对比,认为高Cr金属因为形成一层致密的氧化膜从而具有较强的耐腐蚀性能,微量的Mo能提升金属抗腐蚀性,Ni具有很强的抗腐蚀能力。在合金中掺适当的微量元素能有效改善金属微观结构从而获得较强的抗腐蚀能力。生物质燃料的腐蚀性大小表现为:麦秆棉杆,腐蚀性的差异是由于不同生物质灰的元素含量不同导致的,麦秆灰中含有更多的钾,氯等腐蚀性关键元素,所以腐蚀性较强。利用热分析动力学方法建立高温腐蚀热分析模型,采用定温分析法,根据G(α)-t曲线的拟合度及拟合误差综合考虑得到T91在480℃至680℃下的腐蚀反应类型为D2类型,腐蚀机理函数为G(α)=[--ln(1-α)]-1函数模式,指前因子k0=0.079497s-1,腐蚀反应活化能E=8100.40715J·mol-1,受热面腐蚀动力学方程dα/dt=0.079497exp(-974.32728/T)[-ln(1-α)]-1。利用粉煤灰作为添加剂探讨了粉煤灰基添加剂的可行性,通过对粉煤灰元素进行分析,结合腐蚀试验的结果发现添加剂的效果受灰中的硅、铝、钾、钠和钙的共同作用,当生物质中含有较多的碱金属时,采用含更高硅铝元素的粉煤灰是一个不错的选择。对粉煤灰类的添加剂可以以积灰最终的(Si+Al)/(Na+K)摩尔比来简单地对积灰的腐蚀性做一个大致的判断,摩尔比越大,该积灰的腐蚀性越小。硅铝比也会对腐蚀的效果产生影响,分析硅铝元素摩尔比对腐蚀效果的影响,认为硅铝比为1时能有效地减轻腐蚀,铝元素的含量可稍高一些,目的是为了从安全性考虑,防止生成低熔点的硅酸钾化合物从而加重炉内的积灰及腐蚀。从经济性考虑,为了尽量减少添加剂的量,最终建议加添加剂后(Si+Al)/(Na+K)的摩尔比为2,硅铝比为1时最佳,尽量选用低钙镁含量的粉煤灰,对于一般的粉煤灰,硅元素的含量一般大于铝元素,可考虑在粉煤灰中添加部分铝矾土以提高铝元素的含量。
【图文】：

示意图,活性氧化,含氯化合物,气体释放

Ｍｅｔａｌ逡逑图１－１活性氧化过程氯循环示意图逡逑活性氧化腐蚀过程见图１－１Ｗ大致可以分成５步：ａ）气体释放含氯化合物；逡逑ｂ）氯气的扩散；ｃ）形成金属氯化物：ｄ）金属氯化物扩散；ｅ）金属氯化物氧化逡逑释放氯气及氯气返回过程。气体通过氧化膜扩散被认为是影响腐蚀速率的关键因逡逑素。逡逑Ｂｅｒｌａｎｇａ和ＲｕｉｚＷ通过热力学计算的方法研究锅炉内的化学反应进而了解腐逡逑蚀的机理。结果显示过热器的腐蚀机理更可能是活化氧化反应机理。Ｃｌ２是最有逡逑利于形成气态和固态氯化物的物质。氯气是小分子物质，能够通过沉积层，使管逡逑上具有保护作用的氧化膜失效。更高浓度的氯气会导致更厚的沉积。过热器管道逡逑的沉积物由三层化学物质组成，最内层主要由ＫＣＩ组成，熔点是５７５Ｔ：。ＫＣ１（Ｓ）逡逑的含量一直保持不变，没有与任何元素发生反应。另外值得注意的一点是以生物逡逑质为基础的燃料含有过量的碱可能会产生ＫＯＨ，其在换热表面存在可能是另一逡逑个影响腐蚀的因素。逡逑余春江ｍ等研究了钢材在ＫＣ丨下的腐蚀，基准测试温度为６５０°Ｃ的高温氧化逡逑性环境，结果显示ＫＣ１可以直接和金属表面的氧化膜发生化学反应，生成铬酸逡逑钾等产物，这是加快金Ｍ高温氧化腐蚀的重要原因。对此过

桉树木材,半连续式,固定碱,无机物

１．邋４．１水洗除去碱金属逡逑生物质燃料中含有的碱金属是高腐蚀性的重要原因，设法去除燃料中的碱金逡逑属对腐蚀问题具有现实意义。图１－本１７］对比了桉树木材在分批式和半连续式浸出逡逑工艺（水洗＋稀酸洗（ＨＣｌ＋Ｈ２Ｓ0４））下各种无机物的比较。水洗工艺下，所有逡逑的碱及碱土元素都溶于酸。大多数钾和钠的化合物是溶于水的，很大一部分镁和逡逑钙的化合物是溶于酸但不溶于水，酸洗可能通过离子交换除去生物质中的草酸逡逑钙，，碳酸镁等物质。采用水洗能有效除去碱金属，但是后续的干燥成本较高，并逡逑不是理想的选择。逡逑７逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6;TG172

【参考文献】