生物質(zhì)混煤燃燒過程中硫氯腐蝕特性研究.pdf

1、為應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境污染，保證我國經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展，必須尋求新型清潔可再生替代能源。生物質(zhì)能源以可再生性、低污染性以及儲量巨大等諸多優(yōu)勢備受關(guān)注，生物質(zhì)混煤燃燒技術(shù)作為生物質(zhì)資源利用的最佳選擇之一，既利用了生物質(zhì)燃料的清潔特性，又有效控制了化石能源的過度使用。然而生物質(zhì)混煤燃燒過程中容易出現(xiàn)嚴(yán)重的高溫腐蝕問題，主要涉及堿金屬(K、Na)、S、Cl等元素，由硫氯成分協(xié)同反應(yīng)并通過氣相、液相和固相作用造成，反應(yīng)過程十分復(fù)雜。通過改變爐內(nèi)

2、工況條件對腐蝕性氣氛、受熱面溫度以及受熱面金屬材料變化時(shí)硫氯腐蝕作用規(guī)律進(jìn)行研究，并進(jìn)一步分析了腐蝕作用機(jī)理，通過改變?nèi)剂戏N類及其摻混比例研究了硫氯氣氛下燃料特性不同時(shí)積灰腐蝕規(guī)律及作用機(jī)理，運(yùn)用熱力學(xué)平衡計(jì)算軟件HSCChemistry考察了煙氣溫度、壁面溫度以及燃料化學(xué)組成變化時(shí)腐蝕性成分的析出及沉積特性，對燃燒過程中的受熱面腐蝕情況進(jìn)行模擬分析。
　　首先采用水平管式爐試驗(yàn)系統(tǒng)研究生物質(zhì)混煤燃燒硫氯腐蝕規(guī)律，并利用物相分析(

3、XRD)、元素分析(EDS)、電鏡掃描(SEM)等理化手段進(jìn)一步探究腐蝕作用機(jī)理。結(jié)果顯示煙氣中含HCl時(shí)金屬試樣的腐蝕程度最為嚴(yán)重，SO2使金屬在腐蝕反應(yīng)初期即受到明顯的抑制，主要由于其能夠在反應(yīng)初期促進(jìn)金屬與煙氣界面形成保護(hù)膜，從而抑制了HCl向金屬基體內(nèi)部的擴(kuò)散;積灰存在時(shí)SO2濃度升高會在一定程度上加劇金屬的腐蝕程度，主要是因?yàn)榉e灰中堿金屬氯化物發(fā)生硫酸鹽化反應(yīng)，在貼壁處生成HCl使活性氧化腐蝕作用加劇;一旦溫度超過600℃，硫

4、氯腐蝕程度快速加劇，積灰存在時(shí)金屬試樣在各溫度下的腐蝕增重量均有所增加。金屬管材的抗腐蝕性能為由強(qiáng)至弱依次為T91＞12Cr1MoVG＞20G，通過對金屬試樣剖面進(jìn)行微觀腐蝕形貌分析發(fā)現(xiàn)由于Cr、Mo、Ni等合金元素的添加，T91在腐蝕環(huán)境中能夠形成致密且附著性能良好的保護(hù)薄膜，可作為生物質(zhì)混煤燃燒鍋爐高溫且附有積灰受熱面的理想材料。
　　進(jìn)一步考察燃料特性對積灰腐蝕的作用特性發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)造成的腐蝕嚴(yán)重程度為:麥稈＞玉米

5、桿＞棉桿，生物質(zhì)摻混貧煤時(shí)積灰的腐蝕性要強(qiáng)于煙煤。積灰腐蝕隨生物質(zhì)燃料摻混比的增加而加劇，隨著煤的加入積灰中堿金屬更易以腐蝕反應(yīng)活性較差的惰性高熔點(diǎn)硅鋁酸鹽存在，使得積灰腐蝕性進(jìn)一步受到抑制。積灰腐蝕主要與硫氯成分在其中的存在形式有關(guān):當(dāng)積灰中Cl含量較多時(shí)，主要以KCl的形式存在且不論在何種氣氛下均能夠顯著加劇腐蝕，一旦積灰中Cl含量降低，積灰主要通過堿金屬硫酸鹽等化合物形成低溫共熔體并造成液相腐蝕產(chǎn)生作用，此時(shí)由于低溫共熔體在積灰中

6、所占比例有限，SO2能夠顯著抑制積灰腐蝕。
　　燃燒過程中受熱面腐蝕情況主要受煙氣和積灰中硫氯成分的影響。采用熱力學(xué)平衡計(jì)算軟件HSCChemistry對燃燒過程中受熱面的腐蝕情況進(jìn)行模擬分析，結(jié)果顯示受熱壁面溫度對KCl、NaCl、K2CO3等在受熱面的沉積行為影響并不明顯，腐蝕性組分的沉積主要受煙氣溫度的影響，隨煙氣溫度升高堿金屬在受熱面上沉積量迅速增加導(dǎo)致積灰腐蝕性迅速加劇;燃料中Cl含量增加能顯著加劇受熱面附近氣相HCl腐

7、蝕，同時(shí)KCl、NaCl、K2SO4沉積量也開始增多致使積灰腐蝕加劇;當(dāng)燃料中S較高時(shí)能夠?qū)⑹軣崦娉练e的KCl全部轉(zhuǎn)化為K2SO4，積灰腐蝕性下降，但是氣相HCl/SO2腐蝕開始出現(xiàn)并加劇;K、Na含量增加時(shí)堿金屬化合物在受熱面沉積量增多，K2SO4、Na2SO4逐漸被KCl、NaCl取代導(dǎo)致積灰腐蝕性增加，其中K的化合物是造成腐蝕的主要原因;Ca含量的增多使積灰中K2SO4含量相應(yīng)減少，受熱面附近煙氣中HCl濃度開始減少導(dǎo)致HCl腐蝕