【摘要】：面對日益嚴重的環(huán)境污染問題,我國在限制大氣污染排放方面制定了一系列嚴格的標準。為了達到國家標準,大多數(shù)的火力發(fā)電站都增加了或者同步建設(shè)了煙氣脫硫系統(tǒng),而煙氣-煙氣熱交換器是該系統(tǒng)中的一個重要部件。影響該部件服役壽命的一個重要問題是硫酸露點腐蝕,這是因為含硫燃料在燃燒時產(chǎn)生的煙氣中含有SO2、SO3和水分,導致熱交換器的冷端結(jié)露形成硫酸液滴或液膜,從而對其造成的腐蝕。解決硫酸露點腐蝕的方法,除了選擇耐蝕材料外,工業(yè)中常常在工件表面施加耐腐蝕的防護涂層,其中搪瓷涂層因具有化學穩(wěn)定性高,可與基體發(fā)生化學反應而緊密結(jié)合,制備方便,成本低廉的特點而獲廣泛應用。但是,國內(nèi)外迄今對搪瓷涂層與低碳鋼基體的密著本質(zhì)以及搪瓷涂層在硫酸露點腐蝕環(huán)境中的腐蝕機理方面的研究卻仍不夠深入。國內(nèi)的搪瓷換熱器雖然有所發(fā)展,但制備技術(shù)仍有待進步,防護效果尚待提高。因此研究搪瓷涂層與基體的結(jié)合以及涂層在這種特殊環(huán)境中的腐蝕行為,設(shè)計制備相應的新型煙氣-煙氣熱交換器搪瓷涂層,具有重要的科學意義和應用價值。研究了密著劑對搪瓷涂層密著性能的影響。本文基于SiO2-B2O3-Al2O3-CaF2-R2O(R=Na和K)系統(tǒng)設(shè)計了一種基礎(chǔ)搪瓷釉,并分別引入了兩種密著劑NiO和CoO,研究了其對搪瓷涂層密著性能的影響。結(jié)果表明,NiO和CoO密著劑可在搪瓷涂層燒成過程中在涂層-基體界面分別產(chǎn)生Fe-Ni和Fe-Co沉淀相,從而顯著提高搪瓷涂層的密著性能。CoO和NiO對搪瓷涂層密著性能提高的程度有所差異,其直接原因是界面處的微合金沉淀形貌的差異,而這背后的物理機制是是CoO和NiO與FeO反應動力學不同。引入NiO的搪瓷涂層,在燒成過程中,在涂層-基體界面處形成大量的Fe-Ni沉淀相亞微米顆粒,并逐漸長大成平行于基體表面的微合金片。隨著燒成時間的延長,這些微合金與基體連接形成了錨點結(jié)構(gòu),從而提高了涂層的密著性能。對于引入CoO的搪瓷涂層而言,燒成初期形成了數(shù)量少而尺寸大的Fe-Co微合金,隨后這些微合金沉淀垂直生長并與基體連接,最終形成了垂直于基體表面的枝狀結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)極大地提高了界面粗糙度,從而提高了涂層的密著性能。研究了網(wǎng)絡(luò)形成劑對搪瓷耐硫酸露點腐蝕性能的影響。調(diào)整搪瓷釉中網(wǎng)絡(luò)形成劑的含量,制備了三種SiO2含量不同的搪瓷釉,并研究了其在模擬硫酸露點腐蝕環(huán)境中的腐蝕行為。本研究表明,二氧化硅含量較低(54.6 wt.%)的搪瓷釉耐酸性較差,在硫酸溶液中發(fā)生了災難性的腐蝕。經(jīng)過七天的腐蝕,其腐蝕失重達到了 36.90 mg/cm2。該搪瓷非橋氧鍵含量較高,使得離子交換、網(wǎng)絡(luò)水解和水化反應迅速地進行,最終在其表面形成了一層疏松而且具有大量龜裂紋的凝膠層。具有較高二氧化硅含量的搪瓷釉,其高度連接的硅氧網(wǎng)絡(luò)保證了其在酸性溶液中的穩(wěn)定性。經(jīng)過七天的腐蝕,SiO2含量為60 wt.%和64.6 wt.%的搪瓷釉的腐蝕失重僅分別為0.195mg/cm2和0.093 mg/cm2。研究了乳濁劑對搪瓷涂層密著性能和耐酸堿腐蝕性能的影響。在以CoO作為密著劑的搪瓷釉中,以替代SiO2的方式引入了乳濁劑TiO2,并測試了其密著性能。研究表明,高含量的TiO2會導致界面處錨點數(shù)量的下降,從而降低涂層的密著性能。沒有充足的Co2+離子擴散到基體表面是造成這一現(xiàn)象的根本原因,而這又是因為:(1)搪瓷中析出的晶體阻礙了 Co2+離子的擴散;(2)部分的Co2+離子被以CoTiO3晶體的形式固定在搪瓷涂層中;(3)FeTiO3晶體提供了額外的形核位點,使得鐵鈷合金在遠離基體表面的位置析出。以替代SiO2的方式引入乳濁劑ZrO2,制備了三種ZrO2含量不同的搪瓷釉,并研究了其在模擬硫酸露點腐蝕環(huán)境以及模擬化學清洗液中腐蝕行為。研究表明,在干濕循環(huán)的硫酸露點腐蝕環(huán)境中,搪瓷釉表面形成的凝膠層會出現(xiàn)裂紋,所以凝膠層不能作為有效的擴散障。以ZrO2替代搪瓷釉成分中的SiO2降低了搪瓷釉在高濃度硫酸溶液中的耐腐蝕性能。同時,在不犧牲太多搪瓷釉的耐酸性能和密著性能的條件下,向搪瓷釉中添加合適量(≤2.5 wt.%)的ZrO2可以明顯地提高其耐堿性能。
【圖文】：

爐燃燒后的高溫煙氣（１３０°Ｃ左右）經(jīng)過ＧＧＨ冷端后，將熱量傳遞給熱交換到達脫硫塔并被堿液脫硫成為凈煙氣（約５０°Ｃ），隨后再進入熱交換器的熱端，，最后從煙囪排出。在該系統(tǒng)中，ＧＧＨ是十分重要的一個部件。其作用在于，（煙溫度，減輕后端凈煙道和煙囪的低溫露點腐蝕；（２）提升排放煙氣的抬升高度免過高的污染物落地濃度；（３）避免煙囪冒“白煙”現(xiàn)象。如果直接排放高飽煙氣，且周邊環(huán)境溫度較低，煙氣中的水蒸氣便會凝結(jié)形成“白煙”，而通過Ｇ，煙氣的溫度將提高到８０°Ｃ左右，從而使得煙囪出口附近的煙氣中的水分不熱交換器的工作環(huán)境與腐蝕問題逡逑論煙氣－空氣熱交換器還是煙氣－煙氣熱交換器，都有管式和旋轉(zhuǎn)板式兩種。其用于功率２００邋ＭＷ及以下的鍋爐，而板式則用于３００邋ＭＷ以及以上的鍋爐。與，旋轉(zhuǎn)板式熱交換器的熱轉(zhuǎn)換效率更高，而且所占空間也更�。郏担�。逡逑轉(zhuǎn)板式熱交換器的結(jié)構(gòu)簡圖如下所示：逡逑

１５個循環(huán)的ＢＬ料漿，再噴涂１５個循環(huán)的Ｃｏ３或者Ｎｉ３料漿制得。逡逑２．邋２．邋２密著性能檢測逡逑密著性能檢測采用的是落重法。該裝置的示意圖如圖２．１所示逡逑圖２．１落重沖擊實驗裝置示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｒｏｐ邋ｈａｍｍｅｒ邋ｉｍｐａｃｔ邋ｔｅｓｔ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑該裝置由一個垂直的導管，一個圓柱形的鐵錘和一個沖擊頭構(gòu)成。該鐵錘重ｉ邋ｋｇ，逡逑沖擊頭的下端是８邋ｍｍ的半球，沖擊的高度為５０邋ｃｍ。因為設(shè)計雙層涂層的目的是觀察逡逑離子的擴散，所以沒有對雙層涂層進行密著性能檢測，而只對三種單層涂層進行。測試逡逑后損傷區(qū)域的照片通過電子顯微鏡拍攝（Ｂ０１１，深圳超眼科技），金屬裸露面積比例通過逡逑ＩｍａｇｅＪ軟件進行分析，具體統(tǒng)計思路為，將拍攝的圖像進行黑白化處理，然后通過統(tǒng)計逡逑白色區(qū)域（金屬裸露區(qū)域）像素點占圖像總像素點的比例得到，每種涂層制備三個平行逡逑樣，最終的比例取三者的平均值。逡逑１９逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG174.4;TM621;X773

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本文編號：2656218