垃圾焚燒爐受熱面腐蝕損傷機理和預測模型研究
發(fā)布時間：2021-11-17 23:42
隨著中國經濟的快速發(fā)展,城市化進程的不斷推進,城市規(guī)模不斷增大,城市的人口也在不斷增多,隨之而來的生活垃圾也日益增加。垃圾焚燒發(fā)電技術由于其滿足垃圾處理的資源化、無害化、減量化的原則,同時具有快速減容、能源回收利用等優(yōu)點,正在慢慢取代傳統(tǒng)的填埋處理方法,成為新興的垃圾無害化處理手段。然而,由于城市生活垃圾組分復雜,垃圾焚燒產生的煙氣中包含很多的腐蝕性氣體,比如HCl、SO2、H2S等等,以及大量的低熔點的堿金屬鹽顆粒如Na、K鹽,這些腐蝕性氣體和堿金屬鹽在受熱面上沉積,從而造成垃圾焚燒受熱面的高溫腐蝕、積灰和結渣等現象的發(fā)生。而隨著鍋爐參數的不斷提高,垃圾焚燒鍋爐受熱面的腐蝕、積灰和結渣現象越來越嚴重,甚至會造成受熱面爆管。針對上述問題,本文通過在實驗室模擬垃圾焚燒爐內煙氣環(huán)境設計正交實驗,探究各因素對受熱面的腐蝕影響規(guī)律,并根據正交實驗結果對各因素影響效果由大到小進行排序。在實驗室研究的基礎之上,對垃圾焚燒爐進行現場腐蝕采樣分析,探究各高溫受熱面腐蝕狀況,研究腐蝕層表面結構和元素組成。并對實驗室腐蝕增重結果進行了擬合,建立了各工況灰色系統(tǒng)模...
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：87 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
高溫腐蝕機理[11]
浙江大學碩士學位論文1緒論8圖6純鐵和310不銹鋼的腐蝕動力學[17]1.3.3熔融鹽腐蝕熔融鹽腐蝕主要是指垃圾成分中的堿金屬與HCl反應形成的堿金屬氯化物腐蝕。這些堿金屬氯化物一方面會與金屬壁面上沉積的硫元素反應產生低共熔點的混合物[18]，這種低熔點的混合物在垃圾焚燒爐的高溫環(huán)境下極易熔融，部分混合熔融鹽的共熔點如7所示。這種熔融鹽不僅能使電化學腐蝕反應速率加快，而且會融化點金屬表面的氧化膜，進一步促進氣相腐蝕的發(fā)生；另一方面高溫熔融的堿金屬氯化物還可直接與金屬表面的氧化層發(fā)生反應，使金屬界面直接暴露在腐蝕環(huán)境中[19]，同時還會產生Cl2，加劇氣相高溫腐蝕。除此之外，這些熔融鹽的成分復雜，不同的熔融鹽混合會造成它們的共熔點降低[20]，如表1所示。在垃圾焚燒爐內，這些高溫受熱面上的熔融鹽呈液相，會加快腐蝕化學反應的發(fā)生，同時還會發(fā)生電化學腐蝕，造成腐蝕加劇。J.Lehmusto[21]的研究表明熔融的碳酸鹽能促進Cr的氧化物還原成Cr，從而破壞氧化膜。氯化鉀與鉻反應形成作為中間體的鉻酸鉀和作為產物的氧化鉻,氯化鉀不與氧化鉻反應;碳酸鉀與氧化鉻反應形成鉻酸鉀，但它不與鉻反應。LIU.S等[19]學者的研究表明，650℃-750℃KCl和NaCl兩種堿金屬鹽通常部分或者全部熔融，此時電化學腐蝕更為明顯，而且熔融鹽還會融化掉金屬保護性氧化膜加劇腐蝕發(fā)生。
浙江大學碩士學位論文1緒論10蒸汽壓下由氣態(tài)形式向外傳輸，破壞受熱面完整性。李遠士[20]認為氯影響金屬腐蝕速率的另外方式可能是以固溶物形式溶解入氧化膜中,改變了氧化膜的缺陷結構,增加了遷移最快物質的擴散系數。燃煤電廠和國外的垃圾發(fā)電廠含氯量比較低，發(fā)生的HCl腐蝕并不嚴重，然而我國的垃圾焚燒爐由于含有比較多來源于餐廚垃圾和塑料的氯，發(fā)生過比較嚴重的氯腐蝕。這些情況說明，HCl含量不同的造成的氯腐蝕也不同。在潘蔥英[11]的實驗中，在同一溫度下的20號鋼和15CrMoG的腐蝕增重率呈現拋物線的形式，即腐蝕速率在減慢，如圖7、8所示。這可能說明當腐蝕進展到一定程度，腐蝕速率就與HCl濃度關系不大了。因為當氧化膜/金屬基體交界面形成一層致密的氯鹽膜后，就將煙氣中的氯與金屬基體隔開了，煙氣中的氯對腐蝕的影響就變低了[22]。除此之外，Zahs[23]對O2-HCl氣氛下的金屬腐蝕現象進行了研究。發(fā)現HCl的濃度對金屬腐蝕影響不大，不過這可能與實驗模擬煙氣中氧分壓較大有關。然而Hou[24]等在200℃和400℃的溫度下的流化床模擬實驗結果表明，氯腐蝕速率與HCl濃度正相關。HCl的腐蝕機理還不明確，需繼續(xù)研究。。圖720號鋼在500ppmHCl氣體中的腐蝕動力學[11]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]垃圾焚燒電廠過熱器管腐蝕泄漏機制分析[J]. 李莉,宋景慧. 華電技術. 2017(04)
[2]垃圾焚燒鍋爐的高溫氯腐蝕研究進展[J]. 楊波,鐘志強,黃巧賢,黃國家,張雙紅,李仕平. 廣東電力. 2016(06)
[3]灰色系統(tǒng)預測模型GM（1,1）背景值重構研究[J]. 譚冠軍,檀甲友,王加陽. 數學的實踐與認識. 2015(15)
[4]垃圾焚燒余熱鍋爐高溫腐蝕及其防腐方法研究[J]. 王迪. 電站系統(tǒng)工程. 2014(04)
[5]生物質直燃發(fā)電鍋爐受熱面沉積和高溫腐蝕研究進展[J]. 駱仲泱,陳晨,余春江. 燃燒科學與技術. 2014(03)
[6]灰色線性回歸組合模型算法研究[J]. 陳博,王建國. 西安文理學院學報(自然科學版). 2012(01)
[7]國內外城市生活垃圾處理現狀與處理技術[J]. 賓曉蓓,李倩. 北方環(huán)境. 2011(10)
[8]正交試驗設計和分析方法研究[J]. 劉瑞江,張業(yè)旺,聞崇煒,湯建. 實驗技術與管理. 2010(09)
[9]基于改進的BP神經網絡鋼板表面缺陷分類算法研究[J]. 張洪濤,計時鳴. 浙江工業(yè)大學學報. 2010(04)
[10]輸氣管道腐蝕速率的BP神經網絡組合預測方法[J]. 周慧,王曉光,張有君. 腐蝕科學與防護技術. 2010(03)
博士論文
[1]生活垃圾制備RDF及能源化利用研究[D]. 李延吉.浙江大學 2018
[2]垃圾焚燒過程受熱面積灰燒結特性實驗研究[D]. 許明磊.浙江大學 2007
碩士論文
[1]生物質混燃鍋爐受熱面金屬的腐蝕特性研究[D]. 武岳.山東大學 2015
[2]生物質混煤燃燒對金屬受熱面的腐蝕特性研究[D]. 栗秀娟.山東大學 2012
[3]不同Mo含量NiCrMo系耐蝕合金的制備及特性研究[D]. 王明怡.華北電力大學（北京） 2011
[4]真空熔結稀土鎳基—金屬陶瓷復合涂層高溫及耐蝕性能的研究[D]. 張翼.合肥工業(yè)大學 2007
[5]垃圾焚燒爐內過熱器區(qū)HCI高溫腐蝕研究[D]. 潘蔥英.浙江大學 2004
本文編號：3501825
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：87 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
高溫腐蝕機理[11]
浙江大學碩士學位論文1緒論8圖6純鐵和310不銹鋼的腐蝕動力學[17]1.3.3熔融鹽腐蝕熔融鹽腐蝕主要是指垃圾成分中的堿金屬與HCl反應形成的堿金屬氯化物腐蝕。這些堿金屬氯化物一方面會與金屬壁面上沉積的硫元素反應產生低共熔點的混合物[18]，這種低熔點的混合物在垃圾焚燒爐的高溫環(huán)境下極易熔融，部分混合熔融鹽的共熔點如7所示。這種熔融鹽不僅能使電化學腐蝕反應速率加快，而且會融化點金屬表面的氧化膜，進一步促進氣相腐蝕的發(fā)生；另一方面高溫熔融的堿金屬氯化物還可直接與金屬表面的氧化層發(fā)生反應，使金屬界面直接暴露在腐蝕環(huán)境中[19]，同時還會產生Cl2，加劇氣相高溫腐蝕。除此之外，這些熔融鹽的成分復雜，不同的熔融鹽混合會造成它們的共熔點降低[20]，如表1所示。在垃圾焚燒爐內，這些高溫受熱面上的熔融鹽呈液相，會加快腐蝕化學反應的發(fā)生，同時還會發(fā)生電化學腐蝕，造成腐蝕加劇。J.Lehmusto[21]的研究表明熔融的碳酸鹽能促進Cr的氧化物還原成Cr，從而破壞氧化膜。氯化鉀與鉻反應形成作為中間體的鉻酸鉀和作為產物的氧化鉻,氯化鉀不與氧化鉻反應;碳酸鉀與氧化鉻反應形成鉻酸鉀，但它不與鉻反應。LIU.S等[19]學者的研究表明，650℃-750℃KCl和NaCl兩種堿金屬鹽通常部分或者全部熔融，此時電化學腐蝕更為明顯，而且熔融鹽還會融化掉金屬保護性氧化膜加劇腐蝕發(fā)生。
浙江大學碩士學位論文1緒論10蒸汽壓下由氣態(tài)形式向外傳輸，破壞受熱面完整性。李遠士[20]認為氯影響金屬腐蝕速率的另外方式可能是以固溶物形式溶解入氧化膜中,改變了氧化膜的缺陷結構,增加了遷移最快物質的擴散系數。燃煤電廠和國外的垃圾發(fā)電廠含氯量比較低，發(fā)生的HCl腐蝕并不嚴重，然而我國的垃圾焚燒爐由于含有比較多來源于餐廚垃圾和塑料的氯，發(fā)生過比較嚴重的氯腐蝕。這些情況說明，HCl含量不同的造成的氯腐蝕也不同。在潘蔥英[11]的實驗中，在同一溫度下的20號鋼和15CrMoG的腐蝕增重率呈現拋物線的形式，即腐蝕速率在減慢，如圖7、8所示。這可能說明當腐蝕進展到一定程度，腐蝕速率就與HCl濃度關系不大了。因為當氧化膜/金屬基體交界面形成一層致密的氯鹽膜后，就將煙氣中的氯與金屬基體隔開了，煙氣中的氯對腐蝕的影響就變低了[22]。除此之外，Zahs[23]對O2-HCl氣氛下的金屬腐蝕現象進行了研究。發(fā)現HCl的濃度對金屬腐蝕影響不大，不過這可能與實驗模擬煙氣中氧分壓較大有關。然而Hou[24]等在200℃和400℃的溫度下的流化床模擬實驗結果表明，氯腐蝕速率與HCl濃度正相關。HCl的腐蝕機理還不明確，需繼續(xù)研究。。圖720號鋼在500ppmHCl氣體中的腐蝕動力學[11]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]垃圾焚燒電廠過熱器管腐蝕泄漏機制分析[J]. 李莉,宋景慧. 華電技術. 2017(04)
[2]垃圾焚燒鍋爐的高溫氯腐蝕研究進展[J]. 楊波,鐘志強,黃巧賢,黃國家,張雙紅,李仕平. 廣東電力. 2016(06)
[3]灰色系統(tǒng)預測模型GM（1,1）背景值重構研究[J]. 譚冠軍,檀甲友,王加陽. 數學的實踐與認識. 2015(15)
[4]垃圾焚燒余熱鍋爐高溫腐蝕及其防腐方法研究[J]. 王迪. 電站系統(tǒng)工程. 2014(04)
[5]生物質直燃發(fā)電鍋爐受熱面沉積和高溫腐蝕研究進展[J]. 駱仲泱,陳晨,余春江. 燃燒科學與技術. 2014(03)
[6]灰色線性回歸組合模型算法研究[J]. 陳博,王建國. 西安文理學院學報(自然科學版). 2012(01)
[7]國內外城市生活垃圾處理現狀與處理技術[J]. 賓曉蓓,李倩. 北方環(huán)境. 2011(10)
[8]正交試驗設計和分析方法研究[J]. 劉瑞江,張業(yè)旺,聞崇煒,湯建. 實驗技術與管理. 2010(09)
[9]基于改進的BP神經網絡鋼板表面缺陷分類算法研究[J]. 張洪濤,計時鳴. 浙江工業(yè)大學學報. 2010(04)
[10]輸氣管道腐蝕速率的BP神經網絡組合預測方法[J]. 周慧,王曉光,張有君. 腐蝕科學與防護技術. 2010(03)
博士論文
[1]生活垃圾制備RDF及能源化利用研究[D]. 李延吉.浙江大學 2018
[2]垃圾焚燒過程受熱面積灰燒結特性實驗研究[D]. 許明磊.浙江大學 2007
碩士論文
[1]生物質混燃鍋爐受熱面金屬的腐蝕特性研究[D]. 武岳.山東大學 2015
[2]生物質混煤燃燒對金屬受熱面的腐蝕特性研究[D]. 栗秀娟.山東大學 2012
[3]不同Mo含量NiCrMo系耐蝕合金的制備及特性研究[D]. 王明怡.華北電力大學（北京） 2011
[4]真空熔結稀土鎳基—金屬陶瓷復合涂層高溫及耐蝕性能的研究[D]. 張翼.合肥工業(yè)大學 2007
[5]垃圾焚燒爐內過熱器區(qū)HCI高溫腐蝕研究[D]. 潘蔥英.浙江大學 2004
本文編號：3501825
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