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锅炉用钢在黄磷尾气燃烧气氛中磷的腐蚀行为及规律研究

作　者: 洪建平
导　师: 龙晋明；郜华萍
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 黄磷尾气锅炉材料腐蚀动力学磷酸分解
分类号: TG142.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

中国是黄磷生产大国,磷资源居世界第二位,黄磷生产已有60多年的历史,黄磷是重要的化工原料,其用途十分广泛,它在国民经济中占有重要地位。2007年我国黄磷产量约75万吨,按照生产1吨黄磷副产尾气2500～3000 Nm3计算,产生的黄磷尾气量大约19-22亿Nm3。黄磷尾气对大气污染严重,国家和地方已出台严格的限制政策,对现有或新建的黄磷企业提出必须有黄磷尾气综合利用装置的要求。黄磷尾气的综合利用是黄磷行业走可持续发展道路的重要途径,而其综合利用最直接最经济的方法就是将其作为燃气使用(含C085%-95v/v%),但是目前存在的难题是黄磷尾气对锅炉材料的腐蚀破坏问题。本论文从黄磷尾气在燃烧过程中对材料的腐蚀入手,进行了现场挂片腐蚀试验和实验室腐蚀试验。初步研究了腐蚀原因及机理,提出避免腐蚀的选材方案,为黄磷尾气燃气锅炉的开发研制提供实验和应用依据。主要研究内容和结论如下：现场挂片腐蚀试验：在黄磷尾气燃气热水炉中采用现场挂片腐蚀试验,试验表明常用锅炉材料在黄磷尾气燃气气氛中腐蚀严重,腐蚀后试验材料机械性能发生明显损失,分析证明黄磷尾气含磷介质及其燃烧产物的存在是材料腐蚀的主要原因之一。分析比较了不同类试验材料在现场黄磷尾气燃烧气氛中的腐蚀情况。第一类试验材料普通锅炉用钢及中低压容器用钢20g、20G、16MnR在黄磷尾气燃烧气氛中腐蚀严重,腐蚀后试验材料机械性能发生明显损失,不宜作黄磷尾气燃气锅炉用钢；第二类试验材料1Cr18Ni9Ti、ZL209G、合金2有较好的耐腐蚀性能；第三类试验材料超音速喷涂非晶粉+基体1Cr18Ni9Ti、非晶粉+基体20g表现优良的耐腐蚀能力。从耐腐蚀性能和经济性角度综合考虑,超音速陶瓷喷涂普通锅炉材料可有效的防治此类腐蚀。实验室腐蚀试验：设计制作了一套高温腐蚀试验装置,该装置优点是耐腐蚀性好,运行稳定可靠。对20g、20G、16MnR电化学曲线测量,结果表明磷酸溶液介质中三种试验材料腐蚀严重,耐磷酸腐蚀性较差。其中16MnR腐蚀速度是20g、20G的三倍以上。采用试验室腐蚀试验方法,向试验装置内滴加磷酸。在低温时(300℃),由XRD分析,试验腐蚀产物主要是磷酸铁FePO4；在高温时(700℃),试验腐蚀产物主要是磷酸铁Fe(PO3)3、Fe(PO3)2、FePO4等。扫描电镜观察可见,腐蚀产物微观结构多呈蜂窝状正六边形管状结构,尺寸大小不一。对磷酸加热分解进行了研究分析,磷酸分解产物主要有偏磷酸(HPO3)n、焦磷酸H4P207等。常压富含水蒸气状态下磷酸露点腐蚀温度为250℃～300℃之间,提高受热管外壁温度可避免磷酸露点腐蚀。论文在以下几个方面取得了一些创新成果：1)设计制作了一套高温腐蚀试验装置,该装置的优点是耐腐蚀性好,运行稳定可靠。2)提出磷酸露点腐蚀概念,得出常压富含水蒸气状态下磷酸露点温度在250℃～300℃之间。3)提出超音速喷涂普通锅炉材料作黄磷尾气燃气锅炉材料的选材方案。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-47
  1.1 黄磷尾气的产生及污染现状  9-10
  1.2 国内外黄磷尾气的利用现状  10-12
  1.3 研究目的和意义  12-13
  1.4 黄磷生产及尾气成分  13-18
  1.5 材料酸露点腐蚀  18-23
  1.6 材料的高温腐蚀  23-37
  1.7 高温腐蚀及防治实例分析  37-45
  1.8 研究内容及实施方案  45-47
第二章现场挂片腐蚀试验  47-54
  2.1 现场试验设备  47-48
  2.2 试验材料与制备  48-50
  2.3 现场腐蚀试验方法  50
  2.4 现场试验分析方法  50-53
  2.5 本章小结  53-54
第三章现场试验结果与分析  54-75
  3.1 黄磷尾气成分及分析  54
  3.2 现场试验平均腐蚀速度  54-57
  3.3 机械性能测试结果与分析  57-60
  3.4 微观形貌及成分分析  60-73
  3.5 本章小结  73-75
第四章实验室腐蚀试验  75-84
  4.1 试验设备的设计与制造  75-78
  4.2 试验材料与制备  78-79
  4.3 试验方法  79-82
  4.4 实验室腐蚀试验测试与分析方法  82
  4.5 本章小结  82-84
第五章实验室腐蚀试验结果与分析  84-132
  5.1 电化学曲线测量结果与分析  84-87
  5.2 常温磷酸浸泡结果与分析  87-95
  5.3 磷酸加热分解研究  95-100
  5.4 腐蚀动力学曲线研究  100-111
  5.5 机械性能测试结果与分析  111-118
  5.6 腐蚀试样形貌及成分分析结果  118-130
  5.7 本章小结  130-132
第六章结论与建议  132-135
  6.1 结论  132-134
  6.2 展望  134-135
致谢  135-136
参考文献  136-141
附录A 攻读硕士期间发表的论文及专利  141-142
附录B 攻读硕士期间参与的科研项目  142

锅炉用钢在黄磷尾气燃烧气氛中磷的腐蚀行为及规律研究

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