我國生物質(zhì)發(fā)電研究取得新突破 助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)
2022-01-24
12月19日，從揚(yáng)州大學(xué)傳出消息：該校吳多利博士研究團(tuán)隊在國家自然科學(xué)基金和江蘇省雙創(chuàng)博士項目相關(guān)項目的資助下，針對水蒸氣含量對鎳鋁涂層生物質(zhì)高溫腐蝕性能的影響進(jìn)行的系統(tǒng)研究，取得了關(guān)鍵性新突破。
日前，相關(guān)研究成果已在材料腐蝕學(xué)科國際學(xué)術(shù)期刊《腐蝕科學(xué)》在線發(fā)表，這將為后續(xù)生物質(zhì)高溫腐蝕的防護(hù)措施提供更加全面的科學(xué)理論依據(jù)。
生物質(zhì)能作為最具潛力的可再生能源，已成為僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源，開發(fā)潛力十分巨大。生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用，將是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效技術(shù)途徑，對于推動我國生物質(zhì)資源規(guī)?；透咝鍧嵗镁哂兄卮蟮淖饔?。
吳多利介紹，目前，關(guān)于生物質(zhì)高溫腐蝕的研究大都針對具有腐蝕性的沉積鹽，但生物質(zhì)發(fā)電廠的實(shí)際工作環(huán)境中水蒸氣對鍋爐過熱器管道的腐蝕也不容忽視。該研究團(tuán)隊針對水蒸氣含量對鎳鋁涂層生物質(zhì)高溫腐蝕性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究，深入闡述了不同水蒸氣含量下的涂層高溫腐蝕機(jī)理。
記者了解到，該團(tuán)隊針對關(guān)鍵問題，先通過高溫滲鋁的方法制備出致密性以及與基體的結(jié)合性良好的鎳鋁涂層，然后以鎳鋁涂層為實(shí)驗(yàn)樣品，將其放置于模擬生物質(zhì)高溫腐蝕環(huán)境的設(shè)備中進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過腐蝕增重，X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對腐蝕樣品進(jìn)行表征，并對表征結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)深入的分析。
“腐蝕實(shí)驗(yàn)過程中，每24小時需要將樣品取出，進(jìn)行稱重和涂鹽，其中涂鹽實(shí)驗(yàn)是需要純?nèi)斯げ僮?，涂鹽量要求為5毫克/平方厘米，非常精細(xì)，所以操作困難。”該研究團(tuán)隊研究生劉蘇說，且涂鹽過程中，樣品需要一直放置在電阻爐上加熱，以保證鹽溶液及時沉積在樣品表面。
吳多利告訴記者，實(shí)驗(yàn)最終會呈現(xiàn)出怎樣的結(jié)果也是個未知數(shù)，需花費(fèi)大量的精力和時間進(jìn)行分析。團(tuán)隊查閱大量文獻(xiàn)并討論研究，最終通過對一系列微觀反應(yīng)的總結(jié)和推理，結(jié)合熱力學(xué)定律，找出產(chǎn)生此實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因，進(jìn)而對不同條件下的生物質(zhì)高溫腐蝕機(jī)理進(jìn)行了深入闡述。
該團(tuán)隊研究結(jié)果表明，在不含水蒸氣的條件下，涂層展現(xiàn)出優(yōu)異的抗腐蝕性能，在表面形成了以Al2O3(氧化鋁)相為主的保護(hù)層。在局部區(qū)域發(fā)生氯化物腐蝕，造成輕微的表面和晶間腐蝕。而在含水蒸氣的條件下，除氯化物腐蝕外，水蒸氣滲透到腐蝕層/涂層界面，并產(chǎn)生活性氯，進(jìn)一步加速腐蝕進(jìn)程。水蒸氣含量的增加會在涂層表面形成大量鋁酸鉀，從而抑制氯的產(chǎn)生并減少涂層中氧化物形成元素的消耗。水蒸氣含量為15%時，涂層晶間腐蝕最嚴(yán)重；水蒸氣含量為30%時，涂層表面腐蝕最嚴(yán)重。
吳多利認(rèn)為，在生物質(zhì)發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行中，可以通過生物質(zhì)燃料中水蒸氣的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對涂層高溫腐蝕行為更高的預(yù)期，助推生物質(zhì)發(fā)電的大規(guī)模推廣。因此，該項研究具有非常廣闊的發(fā)展前景，可以有效提高生物質(zhì)發(fā)電的效率，降低碳排放，助力我國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
