秸秆类生物质与煤混燃过程中氯腐蚀规律研究

论文摘要

生物质作为一种可再生的清洁能源越来越受到人们的重视。生物质与煤混合燃烧技术利用了现有燃煤发电系统的巨额投资和基础设施,初投资低、风险小,是现阶段比较可行的生物质能利用方式。但由于生物质中碱金属和氯的含量较高,在掺入煤中混燃时,特别是在大量掺烧生物质时,会引起过热器受热面严重的积灰、结渣、腐蚀等问题。因此,研究生物质混煤燃烧过程中碱金属和氯的析出规律,及由此引起的氯腐蚀作用机理,对防治生物质混燃锅炉过热器氯腐蚀,提高生物质的有效利用量具有重要意义。本文选用秸秆类生物质（麦秆和玉米杆）与贫煤,针对混燃过程中K和Cl的析出规律和氯腐蚀特性进行试验研究,并对氯腐蚀反应进行动力学分析。首先,本文通过试验研究了常用的氯离子检测方法,以确定检测析出氯的最佳方法。目前,常用的三种氯离子检测方法为硝酸银容量法、佛尔哈德法和硫氰酸汞分光光度法。试验发现硫氰酸汞分光光度法测量精度高、下限低,与佛尔哈德法和硝酸银滴定法相比,更适用于秸秆与煤混燃析出氯的检测。并且试验得出硫氰酸汞分光光度法的最大检测误差为3.5%。其次,在管式炉反应器上对T91过热器管材进行了静态高温氯腐蚀试验。试验得出,在试验工况下T91金属试样的腐蚀增重量曲线均符合抛物线规律,y=kpt1/2+c。腐蚀初始阶段为快速氯腐蚀阶段,之后腐蚀速率显著降低。试验研究了涂灰、温度、和气相HC1浓度对腐蚀的影响。涂灰降低了快速氯腐蚀阶段的腐蚀速率,但增长了腐蚀的持续性,最终加剧了腐蚀；温度对腐蚀速率的影响符合Arrhenius定律,腐蚀速率随温度的升高呈指数增加。气相中的HC1浓度的升高,使腐蚀速率呈线性增加,腐蚀反应为一级反应。通过对腐蚀产物的微观分析得出,500℃时,T91金属管材表现出较好的抗腐蚀性,腐蚀为点腐蚀。而600℃时,腐蚀较为严重,表现为均匀腐蚀,有一层明显的腐蚀氧化膜。对氧化膜的EDS分析发现,氧化膜中有Cl的聚集现象,发生活性氧化腐蚀。并且温度和HCl浓度越高,氧化膜中Cl含量越高,腐蚀也越严重。最后,采用定温法,对氯腐蚀反应进行动力学研究。发现腐蚀反应符合一维扩散模式,得出腐蚀速率定量表征了氯腐蚀反应过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 生物质与煤混燃过程中K、Cl和S析出规律的研究现状
• 1.2.1 Cl的析出规律
• 1.2.2 K的析出规律
• 1.2.3 S的析出规律
• 1.3 生物质与煤混燃腐蚀的研究现状
• 1.3.1 氯腐蚀
• 1.3.2 硫腐蚀
• 1.3.3 低温共晶熔融
• 1.3.4 腐蚀的防治措施
• 1.4 研究目的及内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 试验样品及其元素分析方法
• 2.1 试验样品
• 2.2 秸秆与煤中碱金属钾、钠及氯含量的检测
• 2.2.1 煤中全钾、钠含量的检测
• 2.2.2 秸秆中全钾、全钠含量的检测
• 2.2.3 煤中全氯含量的检测
• 2.2.4 秸秆中全氯含量的检测
• 2.3 小结
• 3 秸秆与煤混燃过程中析出Cl检测方法的探讨
• 3.1 试验装置与方法
• 3.2 氯离子检测原理
• 3.2.1 硝酸银容量法
• 3.2.2 佛尔哈德法
• 3.2.3 硫氰酸汞分光光度法
• 3.3 干扰离子的分析与消除
• 3.3.1 对标准氯离子溶液检测结果的分析
• 3^2-和要SO₃^2-对分光光度法的影响'>3.3.2 烟气收集液中CO₃^2-和要SO₃^2-对分光光度法的影响
• 3.4 三种方法对烟气收集液中氯离子检测的对比分析
• 3.5 小结
• 4 秸秆与煤混燃氯腐蚀的试验研究
• 4.1 腐蚀试验系统及方法
• 4.2 秸秆混煤燃烧氯腐蚀特性
• 4.2.1 积灰对氯腐蚀的影响规律
• 4.2.2 温度对腐蚀的影响规律
• 4.2.3 HCl浓度对腐蚀的影响
• 4.3 秸秆混煤燃烧氯腐蚀的微观分析
• 4.4 小结
• 5 氯腐蚀反应的动力学研究
• 5.1 腐蚀动力学基本关系式
• 5.2 最佳模式函数的确定
• 5.3 动力学三因子的确定
• 5.4 动力学方程的优劣讨论
• 5.5 小结
• 6 全文总结及建议
• 6.1 全文总结
• 6.2 建议
• 附录
• 附表1 T91金属试样腐蚀增重量
• 附表2 T91金属试样的腐蚀外貌图
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表