一种应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置的制作方法

本发明涉及材料腐蚀领域，具体地说，本发明涉及一种应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置。
背景技术：
：近年来，我国国民经济有了突飞猛进的发展，同时也伴随着煤炭的大量消耗和环境的恶化。为了实现高效、环保、可持续的电力发展，电力部门进行了许多尝试，事实证明燃气发电是长三角、珠三角等发达地区最佳选择，它摆脱了风电、火电、水电的各类限制因素，较好地平衡了能源、经济和环保的关系。燃气-蒸汽联合循环发电具有效率高，安全可靠，单位千瓦造价低及低排放等特点，余热锅炉作为联合循环的重要组成部分，受到热电联产行业普遍重视。预计到2020年，我国燃机-蒸汽联合循环装机容量将达到5500万kw，是1951～2000年已建成的同类机组装机容量的25倍。燃气-蒸汽联合循环是将在燃气轮机内做功后的高温排气送入余热锅炉，余热锅炉受热面吸收烟气的热量产生蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机，推动转子转动，带动发电机发电，在燃气-蒸汽联合循环系统中，余热锅炉起着承上启下的重要作用，它的性能对整个系统性能的影响很大。大型燃气-蒸汽联合循环机组在世界范围内成功运行了数十年，在取得不错效益的同时，国内外也出现了一系列的余热锅炉事故：1、江苏华电戚墅堰发电有限公司：f级一期390mw的#2燃机余热锅炉在停机后发现锅炉内有水汽漏出，判定锅炉内有泄漏点，后经放水冷却再进水检查发现，泄漏点为低压蒸发器中间联箱，在打开炉顶所有低压蒸发器联箱后内窥镜检查发现：低蒸出口管存在内腐蚀情况为普遍现象。2、江苏仪征华电发电有限公司：低压蒸发器管子发生大面积管壁减薄，通过加强管道材质来减缓金属腐蚀，并未真正解决管道减薄问题。3、卡塔尔某燃机电厂：卡塔尔某燃机电厂三年投运时间里先后有4台余热锅炉发生爆管事故，集中在低温蒸发段。参考低温蒸发段区域管道切割后均匀腐蚀的情况，及表征后发现金属表面的s元素含量增加，如表1，推测管壁减薄的原因可能是硫腐蚀。所谓的硫腐蚀又被称为露点腐蚀，指的是饱和气体在低于烟气酸露点时凝结成液体对材料造成的腐蚀，冷凝液粘附到壁面上，以酸性液膜或液滴的形式附着在金属表面，所以露点腐蚀的本质是材料在酸性液膜下的电化学腐蚀，因为它主要发生在锅炉的尾部低温受热面上，故又称低温腐蚀。表1国内某9f级燃机电站现场炉管取样分析类别s含量gb5310≤0.015试样基体0.015截面10.43截面20.83表2与表3给出的是典型燃机电站余热锅炉的温度数据与气体体积分数数据，可知露点腐蚀较严重的温度范围为60～90℃。表2深圳能源集团东部电厂余热锅炉运行记录数据表3燃气轮机燃用天然气后的排气成分(容积百分比)co2so2h2oo2so3n2电厂一12.610.0739.256.010.0014572.38电厂二13.650.0327.234,61-74.54平均13.130.0538.245.310.0014573.46现阶段露点腐蚀主要研究方法有3种：酸浸泡实验、实验室模拟实验以及现场腐蚀试验。露点腐蚀的本质是材料在酸性液膜下的电化学腐蚀，酸浸泡实验的腐蚀机理显然不同，导致其结果遭受质疑。现场腐蚀试验的机会比较少，如果没有大量平行试验作为基础，将容易出现误差，导致实验结论不具备普遍性。因此，人们把精力转向实验室模拟实验中，但实验室模拟实验有两大困难:1.实验装置提供的硫酸蒸汽的量极少且不稳定；2.实验装置所涉及的各部分组件价格贵，不适合普通实验室装配研究。随着清洁能源的发展，越来越多的燃气-蒸汽联合循环机组建成投产，由金属腐蚀造成的受热面失效现象也越来越多，提出相应解决方案已经刻不容缓，因此设计一种应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置，进行机理研究非常有必要。技术实现要素：本发明参考燃机电站余热锅炉的温度数据与气体体积分数数据，提供了一种应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置，该装置可利用测试金属材料在典型燃机电站排气环境下的腐蚀性能，并且实验方法简单、操作方便、易于实现，实验参考so3转变为h2so4蒸汽的转化率与温度的关系图1，以硫酸蒸汽代替so3气体，产生模拟气体方法稳定且持续，实验装置设计价格便宜，适合在普通实验室开展相关研究。一种应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置，包括n2气瓶，气体流量转子计，特制的蒸发瓶，油浴锅，包覆绝热层的玻璃导管，co2+o2气瓶，so2气瓶，水蒸气产生装置，水浴锅，置物架，反应室，尾气吸收装置，挡板。本发明的构思是：把高浓度硫酸装入特制蒸发瓶，打开油浴锅对蒸发瓶进行加热，浓硫酸在高温下蒸发，设置通入n2为载气，n2将蒸发出来的硫酸蒸汽带出，在稳定的n2流速下，硫酸蒸汽的产生变得稳定和持续，考虑到硫酸蒸汽遇冷极易凝结，所以设置输送玻璃管道外壁包覆绝热层，并严格控制玻璃输送管路的长度，降低硫酸蒸汽的损失，通过气体流量计的流速比例来调控反应室的气体体积比(为减少混气室里的气体成分损失，提高准确性，所以不设置混气室，直接通入反应室)，使其接近燃机电站余热锅炉现场的气体体积分数数据，混气在水浴锅包裹下的反应室内，与置物架上特定的金属材料反应，为避免混气不与材料接触便排出，提高装置的使用效率，设置挡板，尾气接收装置为naoh溶液。所述应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置：油浴锅控制硫酸蒸发温度，采用二甲基硅油为传热介质，最佳控温范围为50～200℃；水浴锅控制反应室温度，最佳控温范围为25～100℃。所述应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置：采用自主设计的蒸发瓶，在n2带动下，获取稳定且持续的硫酸蒸汽。所述应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置：通过气体流量计的流速比例来调控反应室的气体体积比，使其接近燃机电站余热锅炉现场的气体体积数据。所述应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置：采用自行设计的置物架，可通过调节两柱间的距离，控制试片的倾斜角度，得到不同接触方式下的实验参数。所述应用于燃机电站余热锅炉的露点腐蚀模拟装置：为避免混气不与试片接触便排出反应室，提高装置的使用效率，设置挡板，材质为聚四氟乙烯。附图说明图1so3转变为h2so4蒸汽的转化率与温度的关系图2为露点腐蚀模拟装置示意图图3为离子色谱图(a.空白b.吸收液)图4为置物架示意图图2中1为n2气瓶，2为气体流量转子计，3为特制的蒸发瓶，4为油浴锅，5为包覆绝热层的玻璃导管，6为co2+o2气瓶，7为so2气瓶，8为水蒸气产生装置，9为水浴锅，10为置物架，11为反应室，12为尾气吸收装置，13为挡板。具体实施方式以下用实施例旨在对本发明作更详细的描述，这些实施例仅仅是对本发明最佳实施例的描述，并不对本发明的范围有任何限制。下表1是不同浓度硫酸溶液对应的电导率数据，水溶液中，在没有其他干扰离子贡献电导率的情况下，通过下表能大致反映硫酸溶液的实际浓度。以下实施例将在包覆绝热层的玻璃导管后设置吸收瓶，吸收瓶内装有250ml电导率为0.5μs·cm-1的超纯水，采用离子色谱对吸收液阴离子进行定性，定性结果如图3，结果显示主要阴离子为so42-，吸收液的电导率数值可以间接反映吸收瓶内硫酸根浓度。电导率结果取三位有效数字。表4不同浓度硫酸溶液对应的电导率数据表硫酸浓度电导率(第一次)电导率(第二次)电导率(第三次)平均值mol·l-1μs·cm-1μs·cm-1μs·cm-1μs·cm-11×10-244804410449044608×10-335103530355035306×10-326402660265026504×10-318201830182018202×10-39819839849821×10-35015075035048×10-44144174164166×10-43213163243204×10-42152162082132×10-41141141131141×10-449.651.850.850.78×10-542.743.141.242.36×10-531.733.630.732.04×10-520.120.120.020.12×10-510.710.110.210.31×10-57.176.526.236.641×10-61.131.211.091.14实验选用浓度为98％的浓硫酸20ml，设置油浴锅温度为160℃，调节通入氮气流速。所得电导率数据(μs·cm-1)如下表5所示：表5温度为160℃时，吸收液的电导率数据表实验证明，n2流速越大，获取硫酸蒸汽的量就越多，实验选取n2流速为200ml·min-1的实验数据，采用逐差法计算每小时电导率改变量(μs·cm-1)：结合每小时电导率改变量的数值，参考表1，并建立假设：每小时产生硫酸蒸汽的量一定，以第一个小时的电导率计算产生硫酸的量，数值接近50.7μs·cm-1，硫酸浓度约为1×10-4mol·l-1，溶液量为250ml。每小时产生硫酸的量：nh2so4＝cv＝1×10-4×0.25＝2.5×10-5mol160℃时气体的摩尔体积，r＝8.314j·mol-1·k-1，p＝101300pa，t＝433k：160℃时产生的硫酸气体体积：vh2so4＝nvm＝2.5×10-5×35.5＝0.8875ml1h通过的n2的量vn2＝60×200＝12000ml实验模拟h2so4蒸汽与n2体积比：vh2so4：vn2＝0.8875:12000＝1:13521燃机电站现场so3与n2体积比：vh2so4：vn2＝0.00145:73.46＝1:50662数量级一致，实验证明可通过调节氮气流速，调节体积比与现场一致。实施例1钢铁材料在装置中的露点腐蚀性能测试试片：nd钢、20g油浴锅温度：160℃，水浴锅温度：70℃，n2流速为200ml·min-1，腐蚀时间24h。试片种类腐蚀速率mg/cm220g0.6418nd钢0.0702实施例2钢铁材料在装置中的露点腐蚀性能测试试片：nd钢、20g油浴锅温度：180℃，水浴锅温度：80℃，n2流速为300ml·min-1，腐蚀时间48h。试片种类腐蚀速率mg/cm220g0.7987nd钢0.0914由上可知，在燃机电站余热锅炉低温段，nd钢具有更好的耐腐蚀性能。当前第1页12