生物质混煤燃烧对金属受热面的腐蚀特性研究

发布时间：2020-07-19 16:46

【摘要】：能源与环境是当今社会人们所关注的两大热点问题。随着化石燃料的日趋枯竭和环境的不断恶化,开发利用新型清洁能源成为关注的焦点。生物质以其CO2零排放、来源广泛、可再生等特点,成为人们的首选。但生物质中大量的碱金属、碱土金属及氯等元素,会造成严重的腐蚀、积灰、结渣等问题,严重影响生物质的有效利用。生物质与煤掺混燃烧可以有效的减轻单一生物质燃烧造成的腐蚀等问题。本文将玉米秆、棉杆、杨木灰与贫煤、烟煤灰进行掺混,试验研究了掺混灰对12CrMoVG、15CrMoG、T91的腐蚀规律,分析了生物质混煤燃烧对金属受热面的腐蚀机理,并对腐蚀的各影响因素进行了灰色关联分析,建立了掺混燃烧腐蚀量的回归预测模型,确定了混燃腐蚀量与温度、HCl浓度及掺混比的关系。首先,本文在高温反应器上试验研究了温度、掺混比、HCl浓度、水蒸气对腐蚀的影响规律,结果表明各工况下的腐蚀增重曲线均符合抛物线规律。在450℃～650℃温度区间内,随温度升高,腐蚀急剧加速,腐蚀类型也有所转变,由腐蚀较轻的全面均匀腐蚀演变为沿晶腐蚀、脱碳腐蚀、点腐蚀相互作用的复杂腐蚀模式；生物质掺混比对腐蚀增重曲线的影响并不符合加权平均算法的规律,掺混比低于50%时,随掺混比增加,生物质中的碱金属氧化物与煤中的SiO2、Al2O3反应生成低熔点的硅铝酸盐与硅酸盐增多,灰熔融温度随之降低,在50%～80%之间时,由于煤中SiO2、Al2O3含量的降低,低熔点化合物的生成量减少,灰熔融温度有所升高,掺混比大于80%时,灰熔点取决于生物质的作用,继而有所升高,灰熔融温度的变化趋势影响液相腐蚀,使腐蚀随掺混比呈现先增大后减小继而增大的趋势；随着HCl浓度的升高,管材的腐蚀程度愈加严重,这主要与氯的活性氧化作用有关；水蒸气有减弱腐蚀的作用,这主要是由于水蒸气的存在使得形成的金属氧化膜疏松多孔,腐蚀后期金属氯化物会远离金属基体扩散到环境中,从而对活性氧化腐蚀起到削弱的作用。其次,通过对腐蚀后金属试样剖面的SEM微观形貌图及腐蚀层的EDS检测结果进行分析,探究了生物质混煤燃烧对金属受热面的腐蚀机理,结果表明腐蚀初期金属表层元素(主要为Fe、Cr)在O2、CO2作用下形成微薄的金属氧化物,起到保护性作用,当金属温度达到600℃时,金属晶粒之间会析出新的物相(CrxCy、FexC等),造成晶界区域某一元素成分的贫化,此时晶界贫化区与晶粒本体之间会形成腐蚀电池,造成沿晶腐蚀；反应过程中形成的低温熔融盐充当液态电解质作用,加剧了电化学腐蚀；金属表面析出的金属碳化物还会与烟气中的腐蚀性气体发生氧化还原反应,将金属表面的碳元素转移到氧化腐蚀膜中,降低金属含碳量,改变金属的组织结构,晶界处金属碳化物的氧化还原反应,使得腐蚀沿晶界方向纵向延伸,造成严重的脱碳腐蚀；煤燃烧析出的SO2还会对生物质中主要腐蚀性物质KCl产生硫酸化作用,释放氯的化合物继续造成活性氧化腐蚀。再次,采用灰色关联理论,对腐蚀各影响因素进行了关联分析,确定了腐蚀的主要影响因素,建立了混燃腐蚀的回归预测模型,发现预测关联式为多项式公式：y=54.198+0.761x1-115.75x2-0.271x3-0.981x12+62.38x22+0.052x32x1、x2、x3分别表示无量纲HCl浓度、温度、掺混比值,该模型是对生物质混煤燃烧过程中金属受热面腐蚀量进行预测的一种简易方便的方法,对实际电站锅炉腐蚀的预测有一定的指导意义。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK6

【参考文献】