【摘要】：生物質(zhì)資源的利用對日趨緊張的環(huán)境污染問題和能源問題具有重要的意義,已經(jīng)引起了廣泛的關注。然而生物質(zhì)存在高氯高堿金屬的特點使得在利用過程中容易造成受熱面沉積和腐蝕等問題。鍋爐出口蒸汽溫度越高,壓力越大,機組效率越高,相對于燃煤機組,生物質(zhì)灰更易造成腐蝕的特性是生物質(zhì)鍋爐利用效率面臨的難題。因此,探討鍋爐的腐蝕和防護具有理論意義和實際應用價值。本文采用水平管式爐系統(tǒng)研究生物質(zhì)腐蝕的規(guī)律及探究以粉煤灰為添加劑時的腐蝕規(guī)律。生物質(zhì)鍋爐受熱面的腐蝕動力學曲線符合拋物線形式,擬合度良好,腐蝕的增重量隨時間的推進有所下降,因為堿金屬氯化物被消耗所致。當溫度較低時,腐蝕反應進行的速率相對緩慢,隨著溫度上升,腐蝕速率呈指數(shù)增長,金屬表面出現(xiàn)開裂剝落現(xiàn)象,這是由于反應速率急劇增加導致短時間內(nèi)大量金屬元素被氧化,內(nèi)應力積聚增強導致的。四種金屬材料的抗腐蝕性能由弱至強分別為:12Cr1MoV15CrMoT91TP347H。對四種金屬的合金元素成分進行分析對比,認為高Cr金屬因為形成一層致密的氧化膜從而具有較強的耐腐蝕性能,微量的Mo能提升金屬抗腐蝕性,Ni具有很強的抗腐蝕能力。在合金中摻適當?shù)奈⒘吭啬苡行Ц纳平饘傥⒂^結(jié)構從而獲得較強的抗腐蝕能力。生物質(zhì)燃料的腐蝕性大小表現(xiàn)為:麥稈棉桿,腐蝕性的差異是由于不同生物質(zhì)灰的元素含量不同導致的,麥稈灰中含有更多的鉀,氯等腐蝕性關鍵元素,所以腐蝕性較強。利用熱分析動力學方法建立高溫腐蝕熱分析模型,采用定溫分析法,根據(jù)G(α)-t曲線的擬合度及擬合誤差綜合考慮得到T91在480℃至680℃下的腐蝕反應類型為D2類型,腐蝕機理函數(shù)為G(α)=[--ln(1-α)]-1函數(shù)模式,指前因子k0=0.079497s-1,腐蝕反應活化能E=8100.40715J·mol-1,受熱面腐蝕動力學方程dα/dt=0.079497exp(-974.32728/T)[-ln(1-α)]-1。利用粉煤灰作為添加劑探討了粉煤灰基添加劑的可行性,通過對粉煤灰元素進行分析,結(jié)合腐蝕試驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加劑的效果受灰中的硅、鋁、鉀、鈉和鈣的共同作用,當生物質(zhì)中含有較多的堿金屬時,采用含更高硅鋁元素的粉煤灰是一個不錯的選擇。對粉煤灰類的添加劑可以以積灰最終的(Si+Al)/(Na+K)摩爾比來簡單地對積灰的腐蝕性做一個大致的判斷,摩爾比越大,該積灰的腐蝕性越小。硅鋁比也會對腐蝕的效果產(chǎn)生影響,分析硅鋁元素摩爾比對腐蝕效果的影響,認為硅鋁比為1時能有效地減輕腐蝕,鋁元素的含量可稍高一些,目的是為了從安全性考慮,防止生成低熔點的硅酸鉀化合物從而加重爐內(nèi)的積灰及腐蝕。從經(jīng)濟性考慮,為了盡量減少添加劑的量,最終建議加添加劑后(Si+Al)/(Na+K)的摩爾比為2,硅鋁比為1時最佳,盡量選用低鈣鎂含量的粉煤灰,對于一般的粉煤灰,硅元素的含量一般大于鋁元素,可考慮在粉煤灰中添加部分鋁礬土以提高鋁元素的含量。
【圖文】：

Ｍｅｔａｌ逡逑圖１－１活性氧化過程氯循環(huán)示意圖逡逑活性氧化腐蝕過程見圖１－１Ｗ大致可以分成５步：ａ）氣體釋放含氯化合物；逡逑ｂ）氯氣的擴散；ｃ）形成金屬氯化物：ｄ）金屬氯化物擴散；ｅ）金屬氯化物氧化逡逑釋放氯氣及氯氣返回過程。氣體通過氧化膜擴散被認為是影響腐蝕速率的關鍵因逡逑素。逡逑Ｂｅｒｌａｎｇａ和ＲｕｉｚＷ通過熱力學計算的方法研究鍋爐內(nèi)的化學反應進而了解腐逡逑蝕的機理。結(jié)果顯示過熱器的腐蝕機理更可能是活化氧化反應機理。Ｃｌ２是最有逡逑利于形成氣態(tài)和固態(tài)氯化物的物質(zhì)。氯氣是小分子物質(zhì)，能夠通過沉積層，使管逡逑上具有保護作用的氧化膜失效。更高濃度的氯氣會導致更厚的沉積。過熱器管道逡逑的沉積物由三層化學物質(zhì)組成，最內(nèi)層主要由ＫＣＩ組成，熔點是５７５Ｔ：。ＫＣ１（Ｓ）逡逑的含量一直保持不變，沒有與任何元素發(fā)生反應。另外值得注意的一點是以生物逡逑質(zhì)為基礎的燃料含有過量的堿可能會產(chǎn)生ＫＯＨ，其在換熱表面存在可能是另一逡逑個影響腐蝕的因素。逡逑余春江ｍ等研究了鋼材在ＫＣ丨下的腐蝕，基準測試溫度為６５０°Ｃ的高溫氧化逡逑性環(huán)境，結(jié)果顯示ＫＣ１可以直接和金屬表面的氧化膜發(fā)生化學反應，生成鉻酸逡逑鉀等產(chǎn)物，這是加快金Ｍ高溫氧化腐蝕的重要原因。對此過

１．邋４．１水洗除去堿金屬逡逑生物質(zhì)燃料中含有的堿金屬是高腐蝕性的重要原因，設法去除燃料中的堿金逡逑屬對腐蝕問題具有現(xiàn)實意義。圖１－本１７］對比了桉樹木材在分批式和半連續(xù)式浸出逡逑工藝（水洗＋稀酸洗（ＨＣｌ＋Ｈ２Ｓ0４））下各種無機物的比較。水洗工藝下，所有逡逑的堿及堿土元素都溶于酸。大多數(shù)鉀和鈉的化合物是溶于水的，很大一部分鎂和逡逑鈣的化合物是溶于酸但不溶于水，酸洗可能通過離子交換除去生物質(zhì)中的草酸逡逑鈣，，碳酸鎂等物質(zhì)。采用水洗能有效除去堿金屬，但是后續(xù)的干燥成本較高，并逡逑不是理想的選擇。逡逑７逡逑
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK6;TG172

【參考文獻】

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本文編號：2687471