废塑料焚烧高温腐蚀及脱氯实验研究

摘要

废弃塑料焚烧的过程中，HCl对锅炉过热器腐蚀十分严重。因此研究废弃塑料焚烧过程中HCl排放特性，模拟锅炉过热器区烟气条件进行过热器材料的腐蚀特性研究，并进行高温脱氯实验研究具有重要研究意义和实用价值。
　　 首先，对纸厂废弃塑料进行了元素分析和工业分析。运用热重-红外联用进行了废弃塑料的焚烧特性实验研究，考察了升温速率对废弃塑料焚烧过程中气体产物成分的影响。在小型高温管式炉内进行了模拟流化床焚烧条件下废弃塑料焚烧过程中HCl排放特性实验，考察了温度，停留时间，物料粒径对HCl析出特性的影响;对焚烧后的灰样进行XRD测试，得到灰成分及其中残余氯的存在形态。结果表明:氯的质量分数约为0.9％，烟气中HCl浓度达1500ppm; XRD分析可知，灰渣的主要成分为SiO2，含有少量的无机氯盐。
　　 其次，根据焚烧实验结果，模拟锅炉过热器区烟气条件，进行金属高温加速腐蚀实验研究。考察温度、HCl浓度对六种过热器材料(20G、15 CrMoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、T91、2520)腐蚀的影响规律，获得腐蚀动力学曲线，得出腐蚀动力学曲线方程。根据腐蚀动力学曲线方程对不同金属材质的抗腐蚀性能做出技术评价，同时通过SEM、XRD分析金属材料腐蚀机理。结果表明:实验条件下低温和低HCl浓度时，20G、15 CrMoG和12Cr1MoVG的腐蚀速率相差不大，20G具有一定的抗低温腐蚀性能;12Cr1MoVG和15CrMoG两种过热器材料的耐腐蚀性相近，在高HCl浓度时，12Cr1MoVG抗腐蚀性能优于15CrMoG;2520不锈钢在实验条件下的耐腐蚀性远强于另外五种材料。T91和12Cr2MoWVTiB的抗腐蚀能力也优于20G、15CrMoG、12Cr1MoVG这三种材料。SEM结果表明，20G、15CrMoG和12Cr1MoVG的腐蚀膜微观结构均呈现针片状，松脆结构极易脱落而失去保护作用。XRD测试表明:腐蚀膜的主要成分为Fe2O3，含有少量的Fe3O4。
　　 最后，进行了废弃塑料焚烧模拟烟气中HCl的高温脱除实验研究。提出了一种新型高效乙醇改性CaO作为焚烧烟气HCl的脱除剂，实验研究了固定床内不同温度下改性前后CaO对焚烧废弃塑料模拟烟气中HCl的脱除效率，对脱除剂进行了SEM和XRD分析和物化性质表征。实验表明:未改性CaO对氯化氢的高温脱除率在60％左右。实验条件下，温度越高脱除效率越低。乙醇水溶液改性后的CaO孔隙结构和比表面积得到明显改善，对HCl脱除率较改性前提高约15％。SEM和XRD分析后发现，温度越高CaO表面烧结越严重，阻碍HCl的脱除。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 我国城市垃圾的现状

1．1．2 塑料废弃物的危害

1．1．3 塑料废弃物的处理

1．2 国内外研究现状

1．2．1 废弃塑料焚烧过程HCl的生成

1．2．2 过热器高温腐蚀特性研究

1．2．3 废塑料焚烧腐蚀气体脱除研究

1．3 课题研究内容和目标

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究目标

1．4 本章小结

参考文献

第二章 实验装置与测试方法

2．1 实验样品

2．1．1 纸厂废弃塑料的焚烧特性及HCl析出特性实验

2．1．2 纸厂废塑料焚烧烟气金属高温腐蚀实验

2．1．3 焚烧烟气中腐蚀气体HCl的高温脱除实验

2．2 实验装置、仪器及测试方法

2．2．1 热重分析仪

2．2．2 傅里叶变换红外光谱分析仪

2．2．3 固定床焚烧实验系统与吸收装置

2．2．4 金属高温腐蚀实验装置

2．2．5 X射线衍射仪

2．2．6 高精度电子天平

2．2．7 扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)

2．2．8 管式炉模拟焚烧烟气HCl脱除实验装置

2．2．9 离子色谱仪

2．2．10 氮吸附仪

2．3 数据计算

2．3．1 硝酸银容量法计算Cl-1

2．3．2 腐蚀平均增重率的计算

2．3．3 过热器材料的腐蚀动力学曲线方程拟合

2．3．4 腐蚀速率计算

2．3．5 HCl脱除率计算

2．3 本章小结

参考文献

第三章 纸厂废弃塑料焚烧特性及HCl析出特性

3．1 热重-红外联用分析纸厂废塑料的焚烧特性

3．1．1 热重(TG)和微商热重(DTG)实验

3．1．2 废弃塑料焚烧产物的红外(FTIR)分析

3．2 管式炉固定床废弃塑料焚烧HCl的析出特性

3．2．1 焚烧温度对HCl生成的影响

3．2．2 停留时间对HCl生成的影响

3．2．3 物料粒径对HCl生成的影响

3．2．4 废弃塑料焚烧灰样的XRD分析

3．3 本章小结

参考文献

第四章 废弃塑料焚烧模拟烟气高温腐蚀实验研究

4．1 20G高温腐蚀实验结果

4．2 15CrMoG高温腐蚀实验结果

4．3 12Cr1MoVG高温腐蚀实验结果

4．4 12Cr2MoWVTiB高温腐蚀实验结果

4．5 T91高温腐蚀实验结果

4．6 2520(06Cr25Ni20)高温腐蚀实验结果

4．7 过热器材料的腐蚀动力学曲线方程

4．8 过热器材料的腐蚀速率

4．9 三种过热器材料的高温腐蚀特性对比

4．10 过热器金属腐蚀微观机理分析

4．10．1 20G腐蚀产物和腐蚀膜微观结构分析

4．10．2 15CrMoG腐蚀膜微观结构分析

4．10．3 12Cr1MoVG腐蚀膜微观结构分析

4．11 本章小结

参考文献

第五章 废塑料焚烧烟气中HCl高温脱除实验研究

5．1 HCl脱除剂的N2吸附表征

5．2 管式炉模拟焚烧烟气HCl脱除实验

5．3 HCl脱除剂的XRD分析

5．3 HCl脱除剂的SEM分析

5．4 本章小结

参考文献

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

作者简介，攻读硕士期间的学术成果