生物質電廠是一種重要的、綠色的可再生能源利用設施,環保高效。但由于其燃料中堿性物質含量高,在利用焚燒生物質燃料安全發電過程中形成的堿金屬氯化物附著在鍋爐水冷壁、過熱器等換熱管管壁上,在高溫環境下易于形成低熔點的復合鹽,使管壁發生嚴重的熱腐蝕。
研究人員采用電化學方法對生物質電廠鍋爐過熱器常用管材T91耐磨板進行熔鹽熱腐蝕研究,通過極化曲線及交流阻抗譜分析了材料熔鹽熱腐蝕機理和過程,探究了熔鹽體系內溫度對材料耐腐蝕性能的影響及規律,并獲得了T91耐磨板熔鹽熱腐蝕熱力學參數,以期對生物質電廠在過熱器管材方面的腐蝕防護提出理論依據和技術支持。
試材為T91耐磨板,其化學成分(質量分數,%):C0.08~0.12,Si0.020~0.50,Mn0.30~0.60,S≤0.02,Cr8.00~9.50,Ni≤0.40,Mo0.85~1.05,V0.18~0.25,P≤0.02,余量Fe。首先將試材加工成50mm×25mm×2mm,依次用60~5000目金相砂紙打磨至鏡面光滑,然后用乙醇、丙酮溶液清洗,用濾紙吸干后放置在干燥箱中150℃干燥2h。
腐蝕熔鹽為KCl.NaCl(二者質量比為1:1)共晶體鹽,將T91耐磨板在800℃腐蝕熔鹽中浸泡不同時間后,分別測量T91鋼在800℃KCl.NaCl熔鹽中的極化曲線和交流阻抗譜,并根據極化曲線計算自腐蝕電位Ecorr及線性極化電阻Rp。試驗結果表明:
(1)T91耐磨板在高溫KCl.NaCl熔鹽熱腐蝕中,自腐蝕電位Ecorr及線性極化電阻Rp隨著腐蝕時間的增加出現不同程度的漂移,到腐蝕后期Ecorr與Rp逐漸增加,并達到一穩定值,說明T91耐磨板的表面逐漸形成了較穩定、保護性較強的氧化膜,使其腐蝕速率逐漸減小。
(2)在腐蝕初期,T91耐磨板腐蝕較快,其腐蝕電化學阻抗譜呈典型的Warburg阻抗特征,即電化學反應速度受氧化劑粒子在熔鹽/試樣界面中的擴散控制;隨著腐蝕的進行,在T91耐磨板的表面逐漸形成FeCr2O4晶間石型氧化膜,腐蝕速率顯著降低,腐蝕后期電化學阻抗譜呈顯著的雙容抗弧特征,即反應速度主要受金屬腐蝕荷電粒子在氧化膜中的遷移速率來控制。
(3)隨著反應溫度的升高,T91耐磨板的腐蝕電流密度逐漸增加,材料的耐腐蝕性減弱,電極反應速度常數與溫度之間的關系滿足Arrhenius公式,T91耐磨板在KCl.NaCl熔鹽中的熱腐蝕電化學反應活化能為33.235kJ/mol。