深度余热利用时高含湿烟气中酸性气体对ND钢的低温腐蚀实验研究

作     者：陆阳 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋旭光

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：烟气 低温腐蚀 余热利用 凝结 

摘      要：在我国推行“双碳战略的大背景下,实现工业中的余热利用不仅可以提高能源利用效率,还可以降低碳排放,故而逐渐成为研究热点。目前,生物质锅炉和垃圾焚烧炉运行过程产生的烟气中水蒸气的含量高,水蒸气凝结会释放大量的潜热,具有很高的余热利用价值。然而,由于烟气中含有HCl与SO等酸性气体,容易造成严重的低温腐蚀。因此,研究在深度余热利用时高含湿烟气对钢材低温腐蚀行为具有十分重要的意义。基于此,本文搭建了实验室模拟烟气低温腐蚀平台,模拟ND钢在水蒸气体积分数为20%,氧气体积分数为8%的烟气中,在不同温度,不同HCl和SO浓度下的腐蚀行为。首先对ND钢在含HCl烟气与含SO烟气内的腐蚀行为分别进行研究。最后对ND钢在二者耦合作用下腐蚀行为进行研究。结合扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪对其腐蚀形貌和产物进行分析以揭示腐蚀机理。通过响应面分析法,得到模拟气氛下的腐蚀回归方程。实验结果显示ND钢温度为45℃～85℃时,在含HCl烟气中腐蚀质量损失随试样温度升高先增大后减小,温度为55℃时腐蚀最严重,HCl浓度越高腐蚀越严重。ND钢温度为45℃～85℃时,在含SO烟气中腐蚀质量损失随试样温度升高逐渐减小,SO浓度越高腐蚀越严重,温度高于65℃时基本不发生腐蚀。对腐蚀形貌和产物的分析表明,在含HCl烟气中,温度低于露点时ND钢表面腐蚀产物有分层现象,外腐蚀层以α-Fe OOH为主,内腐蚀层以FeO为主,无法起到保护基体的作用。温度高于露点温度时ND钢表面腐蚀产物也有分层现象,外腐蚀层以FeO为主,内腐蚀层以α-Fe OOH为主,对基体形成一定保护作用。而在含SO烟气中,ND钢温度低于露点温度时的腐蚀产物与在HCl中类似。通过耦合腐蚀,得到了ND钢在模拟工况下腐蚀质量损失与温度,HCl浓度以及SO浓度之间的定量关系,用以预测ND钢的腐蚀,发现在酸性气体浓度一定时,ND钢温度为50℃时腐蚀最严重。在腐蚀进行初期,SO和HCl对ND钢的腐蚀具有协同作用。而随着时间的推移,由于SO和HCl存在竞争吸附关系,耦合腐蚀速率小于HCl单独作用,大于SO单独作用。最后比较了316L不锈钢,ND钢和20G三种材料在耦合腐蚀下的耐腐蚀性,从高到低的排序为316LND20G。