生物质混煤燃烧过程中硫氯腐蚀特性研究
为应对能源危机和环境污染，保证我国经济的健康可持续发展，必须寻求新型清洁可再生替代能源。生物质能源以可再生性、低污染性以及储量巨大等诸多优势备受关注，生物质混煤燃烧技术作为生物质资源利用的最佳选择之一，既利用了生物质燃料的清洁特性，又有效控制了化石能源的过度使用。然而生物质混煤燃烧过程中容易出现严重的高温腐蚀问题，主要涉及碱金属(K、Na)、S、Cl等元素，由硫氯成分协同反应并通过气相、液相和固相作用造成，反应过程十分复杂。通过改变炉内工况条件对腐蚀性气氛、受热面温度以及受热面金属材料变化时硫氯腐蚀作用规律进行研究，并进一步分析了腐蚀作用机理，通过改变燃料种类及其掺混比例研究了硫氯气氛下燃料特性不同时积灰腐蚀规律及作用机理，运用热力学平衡计算软件HSCChemistry考察了烟气温度、壁面温度以及燃料化学组成变化时腐蚀性成分的析出及沉积特性，对燃烧过程中的受热面腐蚀情况进行模拟分析。 首先采用水平管式炉试验系统研究生物质混煤燃烧硫氯腐蚀规律，并利用物相分析(XRD)、元素分析(EDS)、电镜扫描(SEM)等理化手段进一步探究腐蚀作用机理。结果显示烟气中含HCl时金属试样的腐蚀程度最为严重，SO2使金属在腐蚀反应初期即受到明显的抑制，主要由于其能够在反应初期促进金属与烟气界面形成保护膜，从而抑制了HCl向金属基体内部的扩散;积灰存在时SO2浓度升高会在一定程度上加剧金属的腐蚀程度，主要是因为积灰中碱金属氯化物发生硫酸盐化反应，在贴壁处生成HCl使活性氧化腐蚀作用加剧;一旦温度超过600℃，硫氯腐蚀程度快速加剧，积灰存在时金属试样在各温度下的腐蚀增重量均有所增加。金属管材的抗腐蚀性能为由强至弱依次为T91＞12Cr1MoVG＞20G，通过对金属试样剖面进行微观腐蚀形貌分析发现由于Cr、Mo、Ni等合金元素的添加，T91在腐蚀环境中能够形成致密且附着性能良好的保护薄膜，可作为生物质混煤燃烧锅炉高温且附有积灰受热面的理想材料。 进一步考察燃料特性对积灰腐蚀的作用特性发现，生物质燃料燃烧时造成的腐蚀严重程度为:麦秆＞玉米杆＞棉杆，生物质掺混贫煤时积灰的腐蚀性要强于烟煤。积灰腐蚀随生物质燃料掺混比的增加而加剧，随着煤的加入积灰中碱金属更易以腐蚀反应活性较差的惰性高熔点硅铝酸盐存在，使得积灰腐蚀性进一步受到抑制。积灰腐蚀主要与硫氯成分在其中的存在形式有关:当积灰中Cl含量较多时，主要以KCl的形式存在且不论在何种气氛下均能够显著加剧腐蚀，一旦积灰中Cl含量降低，积灰主要通过碱金属硫酸盐等化合物形成低温共熔体并造成液相腐蚀产生作用，此时由于低温共熔体在积灰中所占比例有限，SO2能够显著抑制积灰腐蚀。 燃烧过程中受热面腐蚀情况主要受烟气和积灰中硫氯成分的影响。采用热力学平衡计算软件HSCChemistry对燃烧过程中受热面的腐蚀情况进行模拟分析，结果显示受热壁面温度对KCl、NaCl、K2CO3等在受热面的沉积行为影响并不明显，腐蚀性组分的沉积主要受烟气温度的影响，随烟气温度升高碱金属在受热面上沉积量迅速增加导致积灰腐蚀性迅速加剧;燃料中Cl含量增加能显著加剧受热面附近气相HCl腐蚀，同时KCl、NaCl、K2SO4沉积量也开始增多致使积灰腐蚀加剧;当燃料中S较高时能够将受热面沉积的KCl全部转化为K2SO4，积灰腐蚀性下降，但是气相HCl/SO2腐蚀开始出现并加剧;K、Na含量增加时碱金属化合物在受热面沉积量增多，K2SO4、Na2SO4逐渐被KCl、NaCl取代导致积灰腐蚀性增加，其中K的化合物是造成腐蚀的主要原因;Ca含量的增多使积灰中K2SO4含量相应减少，受热面附近烟气中HCl浓度开始减少导致HCl腐蚀在一定程度得以减缓，但是KCl在受热面上沉积量开始增多从而造成严重的积灰腐蚀。
生物质;混煤燃烧;掺混比例;硫氯腐蚀;沉积特性
山东大学
硕士
热能工程
王永征
2014
中文
TK229.91;TK224.9
79
2014-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）