垃圾焚烧电站低温烟气侧腐蚀环境中几种金属材料的耐蚀性_葛放.pdf

试验研究D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 3 0 2 0 0 1垃圾焚烧电站低温烟气侧腐蚀环境中几种金属材料的耐蚀性葛 放,葛红花,于华强,李 骥,张嘉琳,刘家满(上海电力大学 上海热交换系统节能工程技术研究中心 上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海 2 0 0 0 9 0)摘 要:采用极化曲线、微区电化学测试和表面微观形貌观察等方法研究了两种双相不锈钢2 2 0 5 D S S和2 5 0 7 D S S、两种钛合金T A 2和T A 1 0在垃圾焚烧电站低温余热利用段换热器烟气侧灰水混合液中的腐蚀行为,比较了这4种金属材料的耐蚀性。结果表明:两种双相不锈钢的耐蚀性均随浸泡时间的增加而下降,浸泡3 d后表面均出现电流密度突增的活性位点,表面发生点蚀;2 2 0 5 D S S在浸泡8 d后出现了全面腐蚀,其耐蚀性最差;在试验过程中,两种钛合金未见明显腐蚀,其耐蚀性能明显优于两种双相不锈钢。关键词:双相不锈钢;钛合金;垃圾焚烧电站;灰水混合液;点蚀中图分类号:T G 1 7 2 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 3)0 2-0 0 0 1-0 6C o r r o s i o n R e s i s t a n c e o f S e v e r a l M e t a l M a t e r i a l s i n C o r r o s i v e E n v i r o n m e n t o f L o w-T e m p e r a t u r e F l u e G a s i n a W a s t e I n c i n e r a t i o n P o w e r P l a n tG E F a n g,G E H o n g h u a,YU H u a q i a n g,L I J i,Z HANG J i a l i n,L I U J i a m a n(S h a n g h a i K e y L a b o r a t o r y o f M a t e r i a l s P r o t e c t i o n a n d A d v a n c e d M a t e r i a l s i n E l e c t r i c P o w e r,S h a n g h a i E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f E n e r g y-S a v i n g i n H e a t E x c h a n g e S y s t e m s,S h a n g h a i U n i v e r s i t y o f E l e c t r i c P o w e r,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 0,C h i n a)A b s t r a c t:C o r r o s i o n b e h a v i o r o f t w o d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l s 2 2 0 5 D S S a n d 2 5 0 7 D S S,t w o t i t a n i u m a l l o y s T A 2 a n d TA 1 0 i n m i x e d s o l u t i o n o f a s h a n d w a t e r o n t h e f l u e g a s s i d e o f a l o w-t e m p e r a t u r e h e a t e x c h a n g e r f o r w a s t e h e a t u t i l i z a t i o n i n a w a s t e i n c i n e r a t i o n p o w e r p l a n t w a s s t u d i e d b y p o l a r i z a t i o n c u r v e,m i c r o-a r e a e l e c t r o c h e m i c a l t e s t i n g a n d m i c r o s c o p i c s u r f a c e m o r p h o l o g y o b s e r v a t i o n.A n d t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f t h e s e m e t a l s w a s c o m p a r e d.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f 2 2 0 5 D S S a n d 2 5 0 7 D S S d e c r e a s e d w i t h t h e i n c r e a s e o f i mm e r s i o n t i m e.A f t e r 3 d a y s o f i mm e r s i o n,a c t i v e s i t e s w h e r e c u r r e n t d e n s i t y i n c r e a s e d s u d d e n l y a p p e a r e d,a n d p i t t i n g c o r r o s i o n o c c u r r e d o n t h e s u r f a c e o f 2 2 0 5 D S S a n d 2 5 0 7 D S S.2 2 0 5 D S S w a s g e n e r a l c o r r o d e d a f t e r 8 d a y s o f i mm e r s i o n,s h o w i n g t h e l o w e s t c o r r o s i o n r e s i s t a n c e i n t h e f o u r m e t a l s.T h e r e w a s n o o b v i o u s c o r r o s i o n o c c u r r e d i n TA 2 a n d T A 1 0 d u r i n g t e s t,a n d t h e i r c o r r o s i o n r e s i s t a n c e w a s s i g n i f i c a n t l y b e t t e r t h a n t h o s e o f t w o d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l s.K e y w o r d s:d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l;t i t a n i u m a l l o y;w a s t e i n c i n e r a t i o n p o w e r p l a n t;m i x e d s o l u t i o n o f a s h a n d w a t e r;p i t t i n g 目前,我国生活垃圾焚烧发电行业发展势头良好,垃圾焚烧发电现已成为生活垃圾处理的主流方式1,它既有效解决了生活垃圾的处理问题,又能提收稿日期:2 0 2 1-0 3-3 0基金项目:上海自然科学基金(2 0 Z R 1 4 2 1 5 0 0);上海市科委项目(1 9 D Z 2 2 7 1 1 0 0)通信作者:葛红花(1 9 6 6-),教授,博士,主要从事电力设备腐蚀 与 防 护、工 业 冷 却 水 阻 垢 缓 蚀 技 术 等 研 究,1 3 3 7 1 8 9 5 9 6 2,g e h o n g h u a s h i e p.e d u.c n供电力和热能。和火力发电相比,垃圾焚烧会产生大量的氯化物和 硫化物以及 各种 酸 性 气 体 和 灰分2-4,在烟气侧形成比较苛刻的腐蚀环境。在垃圾焚烧电站金属设备的腐蚀研究中,有关高温段的腐蚀研究 较 多5-9,而 对 低 温 段 的 腐 蚀 研 究 相 对 较少1 0。在烟气的排放过程中,为了充分利用烟气中的余热,设置了省煤器、空气预热器、余热利用装置等热交换设备。随着烟气温度的降低,低温段腐蚀出现,且呈现酸腐蚀的特征1 1。当气体温度下降至1第4 4卷 第2期2 0 2 3年2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 4 N o.2F e b r u a r y 2 0 2 3一定范围内,水/酸蒸气逐渐凝结形成酸露1 2。烟气中的部分灰分可以沉积在金属表面,沉积物中含有较强吸湿性的盐分如C a C l2,当温度和相对湿度满足条件时,沉积物中的吸湿性盐开始吸水1 3-1 4,导致酸露和低温段沉积物加速结合,形成低温段的灰分和冷凝液的混合物,并黏附在金属表面,对低温段热交换管造成严重的腐蚀1 5。某垃圾焚烧电站低温段烟气侧出现冷凝液,冷凝液与沉积的灰分在换热器表面形成强腐蚀性的灰水混合液,使该换热器腐蚀严重,更换了包覆搪瓷碳钢、3 1 6 L不锈钢等多种金属材料后,换热器仍然发生了腐蚀。本工作选择了两种双相不锈钢(2 2 0 5 D S S、2 5 0 7 D S S)和两种钛合金(T A 2和T A 1 0)材料,在低温段烟气侧余热利用装置表面的沉积物和水混合液中研究了4种材料的腐蚀行为,比较分析了4种材料在该腐蚀环境中的耐蚀性能,为该环境中金属材料选择提供借鉴。1 试验1.1 试验介质和试验材料将某垃圾焚烧电厂低温段烟气侧灰分沉积物与去离子水按照11质量比混合,制成沉积物与水的混合液(以下称混合液)作为试验介质。经过分析检测,混 合 液 中 主 要 含2 5.7 4 g/L K+、4 3.6 7 g/L C a2+、5.7 5 g/L N a+、1 0 0.7 8 g/L C l-、1 5.7 8 g/L NO3-等可溶性离子,混合液的电导率为1 2 5 m S/c m,p H为4.5。试验材料为两种双相不锈钢2 2 0 5 D S S、2 5 0 7 D S S和两种钛合金T A 2和T A 1 0,分别将4种试验材料切割成1 0 mm1 0 mm3 mm的试片;将试片用环氧树脂密封,留出1 0 mm1 0 mm的工作面。试验前采用8 0 0号2 0 0 0号砂纸逐级打磨工作面,再用去离子水清洗,用酒精棉脱脂。1.2 试验方法在CH I 6 0 4 E型电化学工作站对4种金属材料进行电化学测试。测试采用三电极体系:铂电极作为对电极,饱和甘汞电极(S C E)作为参比电极,待测金属材料为工作电极。测试溶液为混合液。首先,将4种金属材料在混合液中浸泡1 h,然后测其极化曲线,极化曲线测试的扫描速率为1 mV/s。采用M 3 7 0型扫描振动电极测量系统(S V E T)测4种金属材料表面电流密度。测试前将试样在混合液中分别浸泡3、5、8 d。测试时以直径为2 0 m的P t-I r微电极为扫描探针,探针与试样之间的距离调整为1 0 0 m左右。探针在工作电极上方沿垂直于工作电极表面方向振动,振幅为3 0 m,振动频率为8 0 H z,扫描步幅为1 0 0 m,扫描区域为4 mm4 mm。使用Z E I S S A x i o G S M 7 0 0型共聚焦显微镜观察混合液中浸泡后的4种金属的表面形貌。每组试验均设置3个以上的平行试样。2 结果和讨论2.1 极化曲线图1为4种金属在混合液中浸泡1 h后的极化曲线,取极化值为0.2 5 V时的钝态电流密度进行比较,结果见表1。图