收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

秸秆燃料锅炉受热面高温腐蚀机制及防护研究

张小辉  
【摘要】:生物质资源的规模化利用对于解决化石能源日趋紧张和环境污染日益严重问题具有重大意义。农作物秸秆是我国生物质资源的重要组成部分之一,秸秆直燃热利用是生物质资源规模化利用的有效途径。然而由于我国秸秆资源高氯高碱金属的特点,在直燃热利用过程中引起受热面沉积以及高温腐蚀等问题,已经成为提高主蒸汽温度和压力来提高秸秆锅炉能源利用效率所必须面临的难题。为此,探讨了解秸秆直燃沉积腐蚀过程及腐蚀机理,探索沉积腐蚀防护技术是十分有必要的。 本文先分析了我国生物质秸秆资源的数量及分布特征,主要以集中于北方地区的玉米、南方地区的水稻和小麦三大秸秆为主。探讨了生物质燃料检验标准及分析方法,对比分析了秸秆与原煤的燃料特性,分析结果表明:欧盟CET/TS和美国ASTM生物质燃料检验分析标准并不完全适合我国以农业资源为主的生物质燃料的检验分析,我国急需制定相应的生物质燃料检验标准和分析方法。我国生物质秸秆属于高氯高钾钠低硫燃料,其燃烧飞灰产物主要是碱金属氯化物;与生物质燃料相比,我国原煤属于高硫高钠钾、低氯或特低氯燃料,其燃烧飞灰产物主要是碱金属硫化物。 根据生物质秸秆燃烧特性,本文还建立了基于秸秆燃料特性分析和一次供风配置的秸秆燃料层燃锅炉燃烧数值模型。通过床层燃烧模型,炉膛气相燃烧模型,以及两者之间的流动传热耦合,建立了层燃锅炉一体化燃烧模型,模拟分析秸秆燃料锅炉受热面热力学状态,研究炉内温度场。比较纯烧秸秆锅炉炉内截取的受热面管的积灰腐蚀成分分析检验结果,选择KCl、NaCl、K_2SO_4和Na_2SO_4等四种碱金属盐作为腐蚀介质并通过计算确定其质量配比为63:13:5:1;以500℃、550℃、600℃和650℃作为腐蚀反应温度,建立了秸秆燃料锅炉受热面沉积腐蚀模拟试验环境。选择锅炉厂提供的生物质锅炉常用管材1Cr19Ni11Nb、10Cr9Mo1VNb、12Cr1MoVG和20G,制备腐蚀试样进行腐蚀试验研究,探讨生物质秸秆锅炉受热面沉积腐蚀过程及腐蚀机理。根据生物质秸秆锅炉受热面沉积腐蚀模拟环境和元素的物理化学性质,选择Ni、Cr、Mo、Al和稀土等金属元素粉末作为粉芯材料、设计Ni-Cr粉芯丝材、电弧喷涂防护涂层进行秸秆燃料锅炉受热面沉积腐蚀防护技术的探索研究。 四种管材腐蚀试验结果表明,各管材的抗腐蚀性能随着反应温度的升高而降低,四种管材的抗腐蚀能力1Cr19Ni11Nb>10Cr9Mo1VNb>12Cr1MoVG>20G。运用热分析动力学分析理论建立了腐蚀过程动力学方程分析模型,通过腐蚀增重曲线求得热分析α-t曲线,根据G(α)-t曲线线性拟合及拟合误差分析得到腐蚀反应类型为D4类型,腐蚀机理函数符合G (α)=1-2/3α- (1 -α)~(2/3)函数模式。通过数学计算求得,试验模拟沉积腐蚀条件下,1Cr19Ni11Nb、10Cr9Mo1VNb、20G和12Cr1MoVG四种管材的反应活化能E分别为3632.88J/mol、1421.92J/mol、635.30J/mol和1027.70J/mol;指前因子A分别为0.026181558s~(-1)、0.019152922s~(-1)、0.017641521s~(-1)和0.018077269s~(-1)。通过扫描电镜对腐蚀试样的微观组织及元素组成进行分析,结果表明,腐蚀产物主要是Fe、Cr、Ni等元素的氧化物。 防护涂层耐蚀性试验结果表明,两种Ni-Cr涂层的耐蚀性能随着反应温度的升高而降低,防护涂层明显提高了基体材料的抗腐蚀能力,同时发现1#涂层耐蚀能力要略优于2#涂层。运用热分析动力学分析理论,确定防护涂层腐蚀反应类型为D4类型,腐蚀机理函数符合G (α)=1-2/3α-(1-α)~(2/3)函数模式,1#和2#防护涂层的反应活化能E分别为4383.19J/mol和4284.97J/mol;指前因子A分别为0.022393154s~(-1)和0.020931502s~(-1)。结合光学显微镜和扫描电镜分析结果,可知高Ni-Cr材料耐氯腐蚀性能要优于普通合金材料,Cr元素虽然与Cl元素的亲和力强,但仍然具有一定的耐腐蚀性能,同时发现,Ni元素的耐氯腐蚀性能要优于Cr元素。 总之,根据秸秆燃料特性,秸秆燃料锅炉受热面沉积腐蚀防护技术,要综合考虑碱金属的氯化物和硫化物的腐蚀特性,以氯化腐蚀防护为主、兼有硫化腐蚀防护。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 高庆昌;;聚三氟氯乙烯防护涂层及其在我们厂的应用[J];辽宁化工;1982年03期
2 А.П.Грудев;洪连山;;防护涂层对降低氧化铁皮形成的研究[J];钢管;1987年01期
3 王祚基;《钛合金叶片、GH132合金、低压机防护涂层》通过技术鉴定[J];材料开发与应用;1993年02期
4 孙金贵,叶锐曾,吴和元,于克敏,孙庆,马景章;烟气轮机防护涂层的研究及应用[J];石油化工设备技术;1996年06期
5 徐杰,张春华,张松,康煜平,朱圣龙,王福会,才庆魁;钛合金表面防护技术及发展[J];钛工业进展;2003年03期
6 陈雁;机动管线防护涂层的选择探讨[J];腐蚀与防护;2005年07期
7 乔军平;;钢质管道三层PE防护涂层常见缺陷分析[J];腐蚀与防护;2007年11期
8 孙金贵;叶锐曾;吴和元;闵小兵;夏光明;;烟气轮机叶片高温防护涂层研究[J];中外能源;2008年S1期
9 王利华;龙光芝;;铠甲型防护涂层[J];适用技术之窗;1997年02期
10 朱立群,李雪源,吴俊,戴四敏;发动机镁合金件改性硅溶胶防护涂层的研究[J];材料保护;2002年02期
11 付红;张伯权;李勇;;水冷壁的高温腐蚀及防护[J];热力发电;2007年11期
12 吕豫湘;易健宏;彭元东;胡礼福;叶途明;;烧结Nd-Fe-B系永磁材料的稳定性研究现状[J];材料导报;2004年01期
13 赵雁潮;魏琪;栗卓新;任春岭;;热喷涂技术在锅炉管道防护中的应用进展[J];材料保护;2006年08期
14 吴希革;;环氧粉末涂料在跨海大桥钢管桩防腐的应用[J];热固性树脂;2006年04期
15 陈文生;;MTU公司开发的侵蚀防护涂层[J];航空维修与工程;2008年06期
16 谢志敏;;成品油储罐防护涂层与应用[J];电镀与涂饰;2010年07期
17 盖盼盼;姜琳琳;刘超;向佳瑜;;混凝土防护涂层研究进展[J];上海涂料;2011年05期
18 ;防腐涂层用的方法[J];光学精密工程;1975年02期
19 李诗鋽;关侃;付立顺;唐凤军;;高炉渣口和风口耐热防护涂层的研究[J];焊接;1982年06期
20 张景行,梁福德;防止摩擦火花引燃可燃性气体功能涂层的试验研究[J];电气防爆;1996年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李建平;吴凤筠;李伟光;;DD3高温合金沉积HY3涂层防护性能[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
2 张绍维;韦家虎;;GH2907合金的氧化行为及防护涂层研究[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
3 多树旺;李美栓;周延春;;抗原子氧侵蚀的有机硅防护涂层[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
4 刘永莉;刘少光;罗来马;姚继蓬;徐玉松;陈焱;;垃圾焚烧锅炉管道防护涂层组织与性能的研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
5 多树旺;李美栓;周延春;;有机硅/SiO_2多层防护涂层的原子氧侵蚀性能研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
6 多树旺;李美栓;刘庭芝;;溶胶-凝胶法制备的SiO_2涂层抗原子氧侵蚀性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(7)[C];2007年
7 多树旺;李美栓;刘庭芝;;反应磁控溅射制备的SiO_2防护涂层抗原子氧侵蚀性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(7)[C];2007年
8 徐滨士;田保红;;表面工程与抗冲蚀磨损防护涂层的进展[A];21世纪全国耐磨材料大会——第九届全国耐磨材料磨损失效分析与抗磨技术学术会议论文专辑[C];2000年
9 张永清;阴生毅;阎旭;李玉竹;许芳;;纳米氧化铝涂料及其高温止焊和防护性能的研究[A];真空电子材料、陶瓷金属封接与真空开关管用陶瓷管壳专辑[C];2010年
10 何亚雄;李启棣;吴淑华;李怀素;;大窑湾铁路混凝土桥梁盐害的预防[A];第五届全国混凝土耐久性学术交流会论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 张小辉;秸秆燃料锅炉受热面高温腐蚀机制及防护研究[D];沈阳工业大学;2012年
2 赵伟;直拉单晶硅炉用炭素材料防护涂层的制备与性能研究[D];山东大学;2012年
3 张扬伟;310不锈钢高温气体腐蚀行为及其防护涂层研究[D];大连理工大学;2002年
4 陆洪彬;不锈钢表面高性能纳米防护涂层研究[D];南京大学;2011年
5 薛丽莉;水性环氧涂层/碳钢体系腐蚀电化学行为研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
6 黄永宪;Kapton等离子体注入/沉积鞘层动力学及抗原子氧侵蚀效应[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 李丽;烧结NdFeB永磁体材料加工方法及加工机理研究[D];山东大学;2005年
8 郭兴华;镁合金阳极氧化/SNAP复合工艺及涂层耐蚀性的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 才鹤;海绵钛反应器防护涂层自动喷涂装置设计[D];沈阳工业大学;2012年
2 苏艳;7B04高强铝合金与防护涂层在海洋大气环境中的腐蚀行为[D];重庆大学;2011年
3 周建桥;钢结构表面热喷涂锌防护涂层研究[D];湖南大学;2013年
4 张友亮;Al_2O_3-CeO_2–Y_2O_3复合防护涂层的研究[D];内蒙古科技大学;2012年
5 齐少华;树脂基复合材料防护涂层的制备及界面分形维数研究[D];哈尔滨理工大学;2012年
6 吴道洁;P92钢表面Ni_2Al_3/Ni复合防护涂层的制备及其热稳定性机理研究[D];武汉科技大学;2012年
7 李春竹;埋地管道阴极保护监测探头及防护层质量评价的研究[D];天津大学;2004年
8 沈威威;高温氧化热喷涂防护涂层的制备与防护机制研究[D];沈阳工业大学;2012年
9 徐锦平;盐碱干燥大温差环境下桥梁混凝土结构腐蚀机理与防护研究[D];武汉理工大学;2008年
10 陈江涛;转炉烟罩冷却水管失效机理及新型防护涂层研究[D];武汉理工大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;德国开发出持久抗菌的新型防护涂层[N];中国高新技术产业导报;2005年
2 刘碧玛;鸟巢顶棚铺上纳米防护层[N];科技日报;2008年
3 刘向;持久抗菌的新型防护涂层问世[N];科学导报;2005年
4 记者 李凯;新标准考验我国船舶涂料业[N];中国化工报;2007年
5 柳志卿;北京奥运提供全面通信服务 奥运宽带IC卡问世[N];中国高新技术产业导报;2008年
6 章信;国际纸业巨头纷纷推出包装用纸[N];中国包装报;2005年
7 文雯;稀土复合涂料[N];中国建材报;2005年
8 陈蕾;NOVACEL公司建立强有力的国际网络[N];中国包装报;2009年
9 记者 顾定槐 李凯;SSPC-C整体亮相涂料展[N];中国化工报;2007年
10 刘文君;包装用纸新品迭出[N];中国包装报;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978