生物质电站换热管材料SUS316耐腐蚀性能研究

摘要

随着化石能源的枯竭，环境的污染与破坏，全球将加大力度对能源结构进行优化和调整。我国的生物质能极为丰富，生物质在利用过程中，产生较少的废弃物，实现低碳少硫，直接转化生产气体、液体、固体的可再生能源产品，可以大规模的替代化石能源，成为平衡能源与环境问题最好的能源。近年来，为鼓励和促进生物质能发展，我国政府部门出台一系列法律法规，实施相关发展强制性政策，刺激了生物质电站的规模化和产业化。不同于一般的火力发电机组，由于生物质自身的燃料特性，特别是碱金属和氯的存在，将加速锅炉管道的积灰、结渣和腐蚀，甚至引起爆管。因此研究碱金属对生物质电站炉管的腐蚀，对确保机组的安全经济运行有着重要的意义。
　　本文以取自广东湛江生物质电站锅炉材料SUS316为研究对象，模拟生物质锅炉过热器区高温腐蚀设计了高氯腐蚀试验系统，探讨SUS316在饱和KCl蒸汽气氛中的高温腐蚀行为。实验在600 ℃、650 ℃、700 ℃，分别设置7个时间梯度（1 h、4 h、7 h、10 h、15 h、20 h、30 h），在饱和KCl蒸汽和空气中进行腐蚀，通过计算分析腐蚀增重，然后在各温度下进行腐蚀动力学曲线拟合。同时为模拟生物质碱金属熔盐热腐蚀过程，设计高温电化学测试台架，研究探讨SUS316在熔融盐介质中的热腐蚀。高温电化学试验研究，主要是在不同温度下测试金属材料腐蚀电位、极化电阻、电化学阻抗谱测量。试验后首先通过扫描电镜(SEM/EDX)观察样品表面腐蚀产物进形貌和X-射线衍射(XRD)和产物相分析。探讨碱性物质对金属材料腐蚀的作用机制和影响规律。研究得出主要结论如下：
　　1.气氛中含微量的KCl蒸汽能明显促进SUS316的高温腐蚀，主要是通过与试样表面的氧化膜反应生成Cl2，而Cl2能够渗透到基体界面处生成具有挥发性的Fe的氯化物实现的，此加速腐蚀行为可用“活化氧化”理论来解释。
　　2.在熔融盐电化学腐蚀实验中，高温下腐蚀初期金属试片表面发生氧化反应生成一层氧化膜，在氧化膜的两侧进行原电池反应，腐蚀初期反应速率主要受扩散控制。后期电化学反应速度主要受金属腐蚀荷电粒子在氧化膜中的迁移速率来控制。

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第一章 绪论

1.1生物质发电的概况

1.1.1 生物质能源

1.1.2生国内外物质能发电技术发展

1.1.3 生物质能发电意义

1.2生物质电站锅炉技术

1.2.1层燃锅炉

1.2.2流化床锅炉

1.3生物质锅炉出现的问题

1.4国内外研究对高温腐蚀的总结

1.4.1高温腐蚀动力学规律

1.4.2高温腐蚀机理

1.4.3影响高氯腐蚀的因素

1.4.4 碱金属沉积和高温腐蚀问题的可能解决途径

1.5生物质锅炉换热管材料

1.6课题的研究内容及意义

第二章 实验部分

2.1实验准备工作

2.1.1 试剂和设备

2.1.2实验试片与高温实验台架设计

2.1.3测试方法的介绍

2.2实验方案

2.2.1高温腐蚀实验方案

2.2.2 熔盐热腐蚀电化学试验方案

第三章 实验结果

3.1 高温腐蚀实验

3.1.1 腐蚀实验数据分析

3.1.2腐蚀产物形貌及成分分析

3.2 高温电化学腐蚀实验

3.2.1 腐蚀电位、极化电阻测量

3.2.2 电化学阻抗谱测量

3.2.3采用动电位扫描测试

3.2.4 腐蚀产物分析

第四章 实验讨论

4.1腐蚀机理分析

4.1.1KCl蒸汽中腐蚀机理

4.1.2 KCl·FeCl3熔盐中腐蚀机理

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

附录(攻读硕士学位期间发表的论文及专利)