介绍目前，人们对先进的煤气化工艺如综合气化联合循环(IGCC)和加压流化床燃烧(PFBC)系统有相当大的兴趣。目前正在研究用于发电的先进洁净煤技术，因为它具有较高的能源效率和更清洁的环境。多孔碳化硅(SiC)陶瓷过滤器在商业上用于燃烧气体的清洁，包括IGCC和PFBC系统清洁燃烧气体。有害的亚微米尺寸粒子导致涡轮机叶片的腐蚀，并最终降低PFB欧洲杯猜球平台C系统中的能量效率[1-3]。因此，多孔过滤器被用于分离燃烧气体中有害的亚微米级颗粒[1-5]。欧洲杯猜球平台它可以通过生产清洁的气体来提高能源效率，通过收集气体中的颗粒来保护环境。欧洲杯猜球平台 在该过滤系统中，连续过滤离不开清洗过程，因为污垢本质上是由燃烧气体中包含的粉尘颗粒的团聚和沉积造成的。欧洲杯猜球平台在过滤器长期运行期间，保持较高的清洗效率是很重要的，以减少压降和运行成本[6-8]。 在这种热气体过滤中，要求多孔过滤器具有较高的热耐久性和机械耐久性，以忍受含有蒸汽、灰尘、压力和气体的腐蚀性工艺环境[9-10]。对于PFBC，环境条件通常在800℃〜900O.c和8的压力〜10 atm。此外，这些系统是有害气体，如所）2， CO, NO和NO2。因此，需要一种耐高温腐蚀的材料用于热气体过滤器。为了满足这些要求，SiC陶瓷材料已被用作热气过滤器。欧洲杯足球竞彩 在该研究中，由高度多孔载体和过滤层组成的多孔SiC陶瓷蜡烛型过滤器通过多轴撞击，冷等静压（CIP）或挤出成形而制造了高度多孔载体和过滤层。过滤特性，如过滤效率和多孔SiC过滤器的粉尘清洁效率的特征在于连续的热气体过滤。此外，还研究了滤芯支架孔隙率和滤芯形状对过滤特性的影响。此外，还测量了碳化硅过滤器在PFBC条件下的强度退化，以评价过滤器的耐久性。 经验值erimental过程平均粒径〜180的碳化硅（SiC）粉末μ.M与无机粘结剂、有机添加剂和水混合。无机粘结剂，如粘土(日本Gairome粘土)，莫来石(日本Kyorith)，或铝2O.3.（Sumitomo，日本）加入固定的1wt％的碳酸钙（Caco3.、Junsei、日本)。混合批准备好后，我们制作了外径60mm，内径40mm，长度500的蜡烛型绿体〜通过单轴冲击距捏合粉末1000mm，恒定振动力，CIP或挤出成形。通过控制CIP，20MPa，30MPa和40MPa期间的成形压力来制造SiC支撑件的生坯以控制孔隙率（总孔体积）。如图1所示，在挤出成型，管状和齿轮形状期间制造不同的形状，如图1所示。通过单轴撞击技术具有均匀的振动力来制造一些蜡烛类型的过滤器。
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图1。不同形状碳化硅蜡烛过滤器模具截面图:管型和齿轮型。 |
该浆料包括更细的SiC粉，14μ.m，喷涂到SiC支架的绿体上。喷涂均匀地进行，同时保持支撑件的恒定旋转速度。涂层的绿色体在1400次烧结O.去除水和有机添加剂后的空气中3小时。 过滤操作试验是在中试过滤装置的室温空气中进行的。图2显示了测试单元的原理图。该测试装置由粉尘进料系统、过滤装置、反脉冲清洗脉冲装置以及压力损失和粉尘浓度等各种测量系统组成。
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图2。过滤操作测试装置原理图。 |
定量的粉尘平均粒径为5.2μ.M，它以前是由大小的飞灰粉碎而成≈17.2μ.M，通过螺杆送入过滤装置。 灰尘从旋转粉末分散器进料并在文丘里型喷射器中喷射。通过螺杆旋转连续地移动灰尘，并通过入口空气扩散器提供给过滤器单元。一股大气气流从过滤单元的底部移动到上部。粉尘负荷由螺旋给料机的转速控制。测试时间与每面积过滤器的灰尘负荷和粉尘重量成比例，因为进料速率与螺杆旋转速度线性成比例。本研究中‘试验时间’与‘含尘量’的关系如式(1)所示: T.= {D.L./ (C一世×V.F)}（1） 在哪里T.是测试时间（秒），D.L.尘埃加载(g / m2），C一世初始入口粉尘浓度(g/m3.），V.F面对速度(米/秒)。例如,200 g / m2当进口粉尘浓度固定在4 g/m时，粉尘负荷对应于0.05 m/s表面速度下的1000 s测试时间3.。压降（dP.)用压力变送器和压力计测量。表面速度从0.02变化〜0.05 m / s和入口浓度固定为4 g / m3.在过滤操作期间。 用气动粒度仪(APS)在入口和出口处测量粉尘浓度，计算分离效率(%)，定义为: η= {(C在- C出) / C在} x 100%（2） 其中C.在入口粉尘浓度和C出出口粉尘浓度。在分离后，当压降通过从过滤器单元的顶部注入压缩空气通过脉冲空气头达到恒定值，5000〜6000Pa，通过从过滤器单元的顶部喷射压缩空气，自动从滤光器的内部自动操作。这里我们将清洗效率(%)定义为， ε= {(PF- p）/（pF- P.O.} x 100％（3） 哪里p.F清洗压力，PO.是初始压降，P是背脉冲清洁后的残余压降。 将揉制后的粉末经300kgf /cm的单轴压力制成40 × 40 × 8.5 mm的板式过滤机2测试热和机械耐压。绿体在1400次烧结O.C在空气中3小时。将板式过滤器切割成40×12.5×8.5mm的尺寸，并倒角被倒角以评估强度。平板过滤器分别暴露在类似的PFBC条件下。首先，对三种不同添加剂(粘土、莫来石或含碳酸钙的氧化铝)的过滤器进行了重复热循环试验3.）。它被加热到850O.答案:CO.C/min，在最高温度下保持1 h，然后以相同的速度冷却。将热循环在空气中重复至最大800次循环。其次，在10 kg/cm的静载荷下进行压滤2，在室温下恒定时间。加压周期从0到10不等6.年代。第三，我们将含有不同无机添加剂的碳化硅板过滤器置于900℃高温腐蚀环境中175 hO.C。腐蚀性气体的详细组成如表1所示。 表1。热腐蚀试验中使用的混合气体组合物。
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内容(摩尔%) |
25 ppm |
400 ppm |
200 ppm |
10ppm. |
7％ |
13% |
平衡 |
切割过滤器的中心部分以表征基本物理和机械性能。采用阿基米德方法计算了支架的烧结密度和孔隙率，并用孔隙率仪(美国Micromeritics公司的PoreSizer 9320)检查了平均孔径。采用扫描电子显微镜(SEM, XL-30, Philips, Netherlands)进行微观结构表征。在暴露于PFBC条件之前和之后，对滤棒(跨度2.54 cm)进行三点弯曲试验。棒子以3毫米/分钟的速度折断。对部分过滤器进行了o形环强度试验。 结果和讨论这多孔碳化硅过滤器的物理特性图3显示了本研究中的多孔SiC蜡烛过滤器的代表性微观结构。它呈双层结构，由用于颗粒分离的涂层和用于在过滤过程中保持强度和降低压降的基材层组成。涂层厚度同样保持在200左右〜250μm通过喷涂SiC浆料，如图3截面图所示。
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图3。多孔碳化硅蜡烛型过滤器的扫描电镜切片图。 |
由于无机添加剂如粘土和碳酸钙导致的液相烧结，基材层中的所有晶粒都相互结合。基材层的孔径在支撑时为47 μm，比涂层层的孔径(10 μm)大得多，以保持较低的过滤压降。此外，更大的孔径也有助于反脉冲去除沉积的滤饼，而在PFBC或IGCC应用中，更小的孔径有助于过滤有害颗粒。欧洲杯猜球平台 通过控制在成型期间控制起始粉末和压力的尺寸来控制管式SiC滤波器支撑件的孔隙率。我们使用了碳化硅粉末，粒度从175μm - 250μm给均匀孔径和分布。图4显示了孔隙度与形成压力的关系。孔隙度与成型时的压力有关。通过改变成形压力40mpa ~ 20mpa，可将其控制在28.7% ~ 35.8%之间。平均孔径为45μm - 65μm。图4中包含了过滤器支持的强度。压力的强度增加涉及通过更高的压力提高绿色密度。孔隙度与强度的反比趋势与前人的结果[11]吻合较好。虽然强度在较高孔隙率下显示出较低的值，但估计在超过20MPa的强度。这种高强度与晶界颈部密切相关，如图3所示。
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图4。孔隙度和强度与形成压力的关系;圆形数据点表示孔隙度，矩形数据点表示强度数据。 |
表2总结了图1中不同形状的多孔碳化硅蜡烛过滤器、管状过滤器和齿轮式过滤器的特性。齿轮式过滤机的烧结密度和孔隙率略小于管式过滤机，但相差很小。平均毛孔对于两个过滤形状，直径几乎相同。在误差范围内，o形圈强度值基本一致。这些结果证实，不管滤波器的形状如何，所有的特性都是相似的。 表2。具有SiC陶瓷滤波器的特点D.犯罪欲写形状。
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管式 |
1.84
±0.01 |
40.3
±0.02 |
10（涂层）/
47(子)。 |
26.1
±5.2 |
齿轮类型 |
1.83
±0.01 |
39.1
±0.02 |
10（涂层）/
46（Sub。） |
22.7
±2．0 |
过滤不同孔隙率的管式碳化硅蜡烛过滤器的特点
在制造的管型过滤器中，测量高分离效率> 99.99％，如图5所示。效率在1800秒后通过方程(2)测量，入口粉尘浓度固定为4 g/m3.。在具有不同孔隙的过滤器的各种面速度下测量效率。所示图5，所有SIC显示出高分离效率，> 99.99％，无论过滤孔隙率或面速度如何。结果表明，大部分分离成功地发生在涂层的细孔中，而不是在支撑层中。
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图5。SiC陶瓷过滤器在不同表面速度下的分离效率与过滤器支架孔隙度的关系。 |
由式(3)测量的清洗效率绘制在图6中，用于不同孔隙度的支架过滤器。清洗效率是评价过滤器寿命的一个重要参数，因为清洗不彻底最终会导致过滤器堵塞。结果表明，在具有较少孔隙支撑的过滤器的涂层中，堆积的残留粉尘会阻碍操作过程中的连续分离。
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图6。SiC陶瓷过滤器的清洗效率是测试次数的函数。过滤器支架的孔隙率如图所示。 |
过滤不同几何形状碳化硅蜡烛过滤器的特性图7绘制了两种滤波器形状的分离效率，管式滤波器为圆形数据点，齿轮式滤波器为矩形数据点。分离效率(η)是非常细的颗粒大小的函数，0.5欧洲杯猜球平台μM，为粗颗粒，15.0欧洲杯猜球平台μm。进口粉尘浓度和流量固定为4 g/m3.和0.943./ min分别。本研究中测试的所有过滤器显示出类似的分离效率，> 99.99％，无论过滤形状如何。值得注意的是，两种过滤器显示出类似的分离效率，尽管齿轮形状具有更大的表面积。
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图7。多孔碳化硅蜡烛过滤器的分离效率随粒径的变化。 |
然而，齿轮形状对清洗性能有重要影响。图8显示了不同形状碳化硅过滤器的清洗效率。当颗粒被引入过滤欧洲杯猜球平台器中时，在涂层的更细孔中成功收集粉尘颗粒，这导致压降的增加。随着时间的推移，随着时间的推移，两个过滤器的压降增加，过滤表面用灰尘填充。但由于表面速度的不同，不同的几何形状会影响压降的增加速率。在某一阶段，为了进行连续滤波，需要进行反脉冲清洗。采用反脉冲压缩空气进行清洗这项研究中的5000 PA压降。因此，压力降因清洗而减小。尽管在压缩空气后背脉冲清洁后未获得完全清洁，但图8的结果表明齿轮式过滤器更好地清洁性能。由图8可以看出，在颗粒质量加载的第一阶段，管式过滤器和齿轮式过滤器的效率相差不大，最高可达2.5kg左右。然而，当引入大量尘埃颗粒时，它们表现出明显的差异。欧洲杯猜球平台
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图8。多孔碳化硅蜡烛过滤器的清洗效率与粒子质量负荷的函数。 |
这碳化硅板的热和机械耐久性试验结果FILTEL在模拟PFBC条件下图9描绘了强度作为无压空气中SiC过滤器热循环次数的函数。最高温度保持在850O.C，每循环1 h。因此，热循环的数量完全是指850的保持时间O.C。数据点是至少五个样本的平均值和标准偏差。从图中可以看出，本研究制备的SiC热气体过滤器在PFBC条件下具有良好的热稳定性，可达800 h。因此，认为只有在空气中，PFBC条件下的温度不会引起强度的大幅度下降。
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图9。不同添加剂的碳化硅过滤器的弯曲强度与热循环次数的函数关系。 |
图10描绘了碳化硅过滤器的强度与空气中固定静载荷下保持时间的函数关系。单轴压力施加恒定时间，模拟PFBC条件下的压力为10 kg/cm2然后进行后期强度测量。单轴压压试验可能是一种极端情况，因为在实际PFBC条件下，接近静压的压力作用在过滤器上。然而，强度降级不发生在10岁以下公斤/厘米210.6.SEC在室温空气中如图所示。
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图10。不同添加剂的碳化硅过滤器的弯曲强度随静时间的变化。 |
图11绘制了SiC板过滤器强度数据与900时热腐蚀时间的函数关系O.C在混合气体中。暴露时间最大可达255 h。
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图11。与各种无机添加剂结合的热气体过滤器强度与900℃热腐蚀暴露时间的关系O.C。 |
在热腐蚀试验前，我们测量了与粘土、莫来石和氧化铝等各种添加剂结合的SiC过滤器的孔隙率和强度。结果汇总于表3。不管添加剂的种类如何，三种过滤器的孔隙度是相似的。然而，如图11所示，粘土和莫来石粘结过滤器的强度在腐蚀环境中发生了降解。Pastila[10]报道，在PFBC腐蚀环境中，由于SiO的结晶作用，SiC过滤器的强度降低2形成)和晶界微裂纹。另一项研究报道，在PFBC或IGCC操作过程中，由于无机粘结剂在高温[9]下变形，滤芯在操作过程中会失效，粘土粘接SiC滤芯在长时间暴露期间会发生蠕变。然而，在本研究中，与氧化铝添加剂结合的碳化硅过滤器的强度几乎没有下降。虽然氧化铝 - 粘结过滤器的实验室强度显示出相对低于莫来钛矿键合过滤器，但在热腐蚀性环境中长时间暴露后的强度表现出三个过滤器之间的最高值。结果表明，添加剂的种类应考虑实际环境下的强度退化情况。 表3。各种添加剂的SiC热气体过滤器的孔隙率和强度。
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粘土 |
36.13±2.02 |
33.14±0．90 |
莫来石 |
33.87±1.45 |
36.36±1.68 |
氧化铝 |
35.90±0.16 |
32.06±1.81 |
结论研究了多孔碳化硅过滤器的过滤特性和耐久性。得到了以下结果。 •无论孔隙座和过滤器的形状如何，在室温和大气条件下，大多数粉尘都在SiC涂层层中收集，> 99.99％。 •支撑层孔隙率越高，反脉冲清洗效果越好。 •齿轮式过滤器等比表面积大的过滤器性能更好，清洗效率更高。 •本研究制造的过滤器显示出高热和机械抗性，通过热腐蚀性气体一些强度降解。具有氧化铝添加剂的多孔过滤器显示出对热腐蚀的更好的损害耐受性。 参考文献1.J. Stringer。A. J. Leitch，“Greermethre（英国）加压流化床燃烧器的陶瓷蜡烛过滤器性能”，J.Beg。燃气轮机Power-T ASME，114(1992) 259 - 276。 2.“美国西屋公司用于煤炭和生物质发电系统的热气体过滤器的现状”，中华民国科技大学，中华民国科技大学。燃气轮机Power-T ASME，121（1999）401-408。 3.J.H.崔，三。Keum和J.D.Chung，“PFBC应用高温陶瓷蜡烛过滤器的操作”，韩国J.Chem。eng。，16(1999) 823 - 828。 4.徐德伟，“多孔性在碳化硅陶瓷过滤器除尘中的作用”，硅酸盐学报。Soc。日本，109(2001) 742 - 747。 5.K.S.李，S.K.Woo，I.S.汉，D.W.SEO，S.J.公园和Y.O.公园，“高度表面积多孔SIC过滤器的过滤特性”，J.Ceram。Soc。日本，110(2002) 656 - 661。 6.T.Lücke和H.Fissan，“高效气体过滤元件的过滤性能预测”化学“。eng。SCI。，51（1996）1199-1208。 7.H.S.yu，“Hepa过滤设计的优化”，环境科学研究所的诉讼程序，欧洲杯线上买球37（1993）35-43。 8.陈振荣、裴玉华、刘玉华，“折叠式气体滤清器的数值研究与优化”，环境科学研究所学报，欧洲杯线上买球37(1993) 414 - 422。 9.R. Westerheide, J. Adler, A. Walch, W. Volker, H. Buhl和D. Fister，“高温气体清洗”，第二卷，Dittler A.， Hemmer G.和Kasper G.， (Ed.)， Institut für Mechanische Verfahrenstechnik and Mechanik der Universität Karlsruhe，德国，(1990)，第255-287页。 10.P. Pastila，V. Helanti，A.-P。Nikkila和T. Mantyla，“SiC基热气体过滤器微观结构和强度的环境影响”，J。EUR。陶瓷。SOC。，21(2001) 1261 - 1268。 11.王志刚，“应力集中与孔隙率关系的比较”，材料工程，vol . 43, no . 3, pp . 472 - 472。SCI。，28（1993）2187-2192。 联系方式 |