论文部分内容阅读
高温过滤除尘系统是低碳环保的洁净煤电站的关键子系统，直接影响着电站的稳定运行和发电效率。非对称过滤结构的多孔陶瓷管是该除尘系统的核心除尘部件，它由起承载过滤膜作用的支撑体和起除尘作用的过滤膜两部分组成。多孔陶瓷管的强度和孔隙结构直接决定着除尘系统的使用寿命、过滤效率和过滤精度。目前这种多孔陶瓷管存在的主要问题是强度低和渗透率低。本文以制备高强度和高渗透率的碳化硅多孔陶瓷支撑体和低过滤压降的过滤膜为研究目标。系统研究了陶瓷粘结剂含量、坯体成型压力、碳化硅颗粒粒径、烧结温度和造孔剂类型对支撑体微观结构的影响，深入分析了气孔率、气孔孔径、气孔形状和曲折度等微观结构参数与抗弯强度和渗透率的关系，找出了可同时提高支撑体抗弯强度和渗透率的制备工艺。研究发现制备工艺为碳化硅粉料平均粒径239μm，陶瓷粘结剂含量20wt%，石墨和大粒径活性炭构成的造孔剂10wt%，坯体成型压力6MPa，烧结温度1300℃时，就可以制备出抗弯强度为28.19MPa，气孔率为38.7%，达西渗透率为1.99×10-11m2，非达西渗透率为1.16×10-7m的碳化硅多孔陶瓷支撑体。为了提高支撑体的结构均匀性和孔隙连通度，主要进行了三方面工作：一是对碳化硅粉料进行球磨整形，从而有效提高其在支撑体坯体成型过程中的流动性；二是提出了基于三元相图的陶瓷粘结剂的设计方法，设计了熔点和烧结后物相可控的K2O-SiO2-Al2O3体系的陶瓷粘结剂，使陶瓷粘结剂烧结后形成的物相与碳化硅的物性匹配；三是设计了能够使陶瓷粘结剂均匀分布在碳化硅颗粒表面和颗粒间粘接处的逐层包覆法混料工艺，即先让陶瓷粘结剂细粉料包覆在碳化硅颗粒表面，然后再让片状石墨造孔剂包覆在陶瓷粘结剂外面，这样的碳化硅复合粉料在成型和烧结后，陶瓷粘结剂不会堵塞气孔，从而提高了支撑体的渗透率。过滤膜的结构均匀性和表面完整性是实现其过滤除尘功能的必要条件。本文设计了含有陶瓷纤维过渡层的过滤膜。陶瓷纤维过渡层由莫来石纤维和硅酸铝纤维组成。在支撑体上涂覆一层陶瓷纤维过渡层后，在保证过滤膜表面均匀完整的条件下，在陶瓷纤维过渡层上涂覆过滤膜时，可以制备出厚度更薄、结构更均匀的过滤膜，使得过滤膜的膜厚可控性得到极大提高。此外，过滤膜的过滤压降也得到了显著降低，这有利于提高过滤膜的使用寿命。