生物質能是清潔的可再生能源,其燃燒排放的二氧化碳等于作物生長過程中光合作用所固定的二氧化碳,實現碳的零排放。生物質直接燃燒發電技術是目前最成熟且應用最廣的生物質利用技術,但由于生物質中含有大量的鉀、氯等元素,燃燒生物質燃料過程中往往會引起受熱面高溫腐蝕問題,嚴重影響生物質鍋爐參數性能的提升和鍋爐長期運行的穩定性、安全性。為了深入研究生物質燃燒過程中的高溫腐蝕問題,為生物質電站鍋爐選擇合適的抗高溫腐蝕材料,本文結合工程案例分析并模擬生物質鍋爐過熱器環境條件進行實驗,對高溫腐蝕的過程和機理進行了詳細的研究。 首先,對廣東某生物質電廠的高溫腐蝕情況進行了分析和研究,模擬停爐期間鍋爐管段表面的凝液進行了液相氯離子腐蝕探索性實驗,研究發現該生物質電廠的鍋爐管段材料具有較強的對抗液相氯離子腐蝕的性能。對截取的一段過熱器管束進行了沉積和腐蝕狀況研究,發現沉積層可分為內層、中層和外層三層,內層與金屬壁面直接接觸因而含有鐵、鎳的金屬氧化物;中層為高含量的堿金屬鹽;外層為堿金屬鹽及少量的惰性床料顆粒。受熱面管段的沉積主體是具有一定厚度的KCl鹽層,其腐蝕從外表面開始逐漸侵蝕入基體內部,并沿著晶界不斷向內發展。 其次,本文模擬生物質鍋爐過熱器區的條件,在550~700℃范圍內對生物質鍋爐常用的20G、12Cr1MoVG、Super304、SUS316、TP347H、HR3C等鋼材進行腐蝕特性對比研究。通過測定試樣的增重量,得出腐蝕特性曲線;利用能譜分析儀、掃描電鏡和X射線衍射儀對試樣腐蝕后的形貌特征、元素含量和腐蝕產物的組成進行分析。在腐蝕機理方面,對鈍化膜的主要成分Cr2O3與KCl在高溫下可能的腐蝕反應進行了實驗研究,利用X射線衍射儀對反應后的物質組成進行了分析,并研究了金屬材料表面鈍化膜的致密性程度高低在對抗氯化鉀高溫腐蝕性能的影響。 研究表明,在高溫條件下常用的生物質鍋爐鋼材抗KCl高溫腐蝕能力的排序為HR3C>TP347H>Super304>SUS316>12Cr1MoVG>20G;溫度和金屬表面KCl的附著量對高溫腐蝕具有重要影響;KCl在高溫下可以和合金鋼表面鎳鉻氧化物鈍化層反應,直接破壞鈍化層的保護作用,從而加速氧化腐蝕的進行。構成奧氏體不銹鋼鈍化膜主體的Cr2O3可以與KCl反應生成高鉻酸鉀并釋放氯氣,從而導致鈍化膜破損;金屬材料表面鈍化膜的致密程度越高,對KCl高溫腐蝕的抗性也相對越強。
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