【摘要】：生物質(zhì)資源的利用對(duì)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(guān)注。然而生物質(zhì)存在高氯高堿金屬的特點(diǎn)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(jī)組效率越高,相對(duì)于燃煤機(jī)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(hù)具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(shí)的腐蝕規(guī)律。生物質(zhì)鍋爐受熱面的腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線符合拋物線形式,擬合度良好,腐蝕的增重量隨時(shí)間的推進(jìn)有所下降,因?yàn)閴A金屬氯化物被消耗所致。當(dāng)溫度較低時(shí),腐蝕反應(yīng)進(jìn)行的速率相對(duì)緩慢,隨著溫度上升,腐蝕速率呈指數(shù)增長(zhǎng),金屬表面出現(xiàn)開裂剝落現(xiàn)象,這是由于反應(yīng)速率急劇增加導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)大量金屬元素被氧化,內(nèi)應(yīng)力積聚增強(qiáng)導(dǎo)致的。四種金屬材料的抗腐蝕性能由弱至強(qiáng)分別為:12Cr1MoV15CrMoT91TP347H。對(duì)四種金屬的合金元素成分進(jìn)行分析對(duì)比,認(rèn)為高Cr金屬因?yàn)樾纬梢粚又旅艿难趸亩哂休^強(qiáng)的耐腐蝕性能,微量的Mo能提升金屬抗腐蝕性,Ni具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。在合金中摻適當(dāng)?shù)奈⒘吭啬苡行Ц纳平饘傥⒂^結(jié)構(gòu)從而獲得較強(qiáng)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(dǎo)致的,麥稈灰中含有更多的鉀,氯等腐蝕性關(guān)鍵元素,所以腐蝕性較強(qiáng)。利用熱分析動(dòng)力學(xué)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(yīng)類型為D2類型,腐蝕機(jī)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(yīng)活化能E=8100.40715J·mol-1,受熱面腐蝕動(dòng)力學(xué)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(duì)粉煤灰元素進(jìn)行分析,結(jié)合腐蝕試驗(yàn)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(dāng)生物質(zhì)中含有較多的堿金屬時(shí),采用含更高硅鋁元素的粉煤灰是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。對(duì)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(jiǎn)單地對(duì)積灰的腐蝕性做一個(gè)大致的判斷,摩爾比越大,該積灰的腐蝕性越小。硅鋁比也會(huì)對(duì)腐蝕的效果產(chǎn)生影響,分析硅鋁元素摩爾比對(duì)腐蝕效果的影響,認(rèn)為硅鋁比為1時(shí)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(diǎn)的硅酸鉀化合物從而加重爐內(nèi)的積灰及腐蝕。從經(jīng)濟(jì)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(shí)最佳,盡量選用低鈣鎂含量的粉煤灰,對(duì)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(kuò)散；ｃ）形成金屬氯化物：ｄ）金屬氯化物擴(kuò)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(kuò)散被認(rèn)為是影響腐蝕速率的關(guān)鍵因逡逑素。逡逑Ｂｅｒｌａｎｇａ和ＲｕｉｚＷ通過熱力學(xué)計(jì)算的方法研究鍋爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而了解腐逡逑蝕的機(jī)理。結(jié)果顯示過熱器的腐蝕機(jī)理更可能是活化氧化反應(yīng)機(jī)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(hù)作用的氧化膜失效。更高濃度的氯氣會(huì)導(dǎo)致更厚的沉積。過熱器管道逡逑的沉積物由三層化學(xué)物質(zhì)組成，最內(nèi)層主要由ＫＣＩ組成，熔點(diǎn)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(yīng)。另外值得注意的一點(diǎn)是以生物逡逑質(zhì)為基礎(chǔ)的燃料含有過量的堿可能會(huì)產(chǎn)生ＫＯＨ，其在換熱表面存在可能是另一逡逑個(gè)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(zhǔn)測(cè)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(xué)反應(yīng)，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(duì)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(shè)法去除燃料中的堿金逡逑屬對(duì)腐蝕問題具有現(xiàn)實(shí)意義。圖１－本１７］對(duì)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(jī)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(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK6;TG172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2687471