【摘 要】
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冶金、建材、化工和电力等高温工业每年都会产生大量的高温烟气。这些烟气余热品位高,组成和性质复杂、含尘量高,且易于粘附在换热器的表面,造成换热效率降低甚至出现沉积堵塞等问题。高温烟气除尘是指在高温条件下直接对烟气进行气固分离,实现气体净化。净化后的高温烟气可在高温下进行脱硝,以及将高品位余热进行回收。因此,高温烟气净化技术是一种很重要的新型节能、环保技术。非对称结构的多孔陶瓷膜过滤管是高温烟气除尘系
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冶金、建材、化工和电力等高温工业每年都会产生大量的高温烟气。这些烟气余热品位高,组成和性质复杂、含尘量高,且易于粘附在换热器的表面,造成换热效率降低甚至出现沉积堵塞等问题。高温烟气除尘是指在高温条件下直接对烟气进行气固分离,实现气体净化。净化后的高温烟气可在高温下进行脱硝,以及将高品位余热进行回收。因此,高温烟气净化技术是一种很重要的新型节能、环保技术。非对称结构的多孔陶瓷膜过滤管是高温烟气除尘系统的核心部件,它由承载过滤膜的支撑体和起除尘作用的过滤膜组成。陶瓷膜的可靠性、安全性、过滤效率和过滤精度与其机械性能和孔隙结构密不可分。本论文以低成本、高强度、高孔隙率和低过滤压降的碳化硅多孔陶瓷膜支撑体的制备为研究目标,系统研究了不同种类添加剂及其含量、烧结温度,以及添加剂中铝硅元素的比例对膜载体微观形貌、结构组成和抗热震性能的影响,并对陶瓷膜的渗透率和过滤压降进行表征测试。研究发现:(1)研制了一种制备多孔SiC陶瓷膜载体的新工艺。采用混合溶胶(正硅酸四乙酯和铝溶胶)和造孔剂(木炭粉)逐层包覆SiC颗粒。扫描电镜图像证实,涂覆后的起始粉末具有双层结构。采用双球模型描述了烧结过程中表面包覆颗粒之间的传质过程。结果表明,采用该工艺制备的多孔SiC陶瓷载体具有较高的强度(大于21.96 MPa)和较高的孔隙率(大于34.71%)。扫描电镜分析表明,当气流线速度达到1.0 m·min-1时,支撑体具有较高的三维连通孔隙结构,且压力降较低(小于58 Pa)。表明混合溶胶和造孔剂逐层包覆SiC颗粒构造起始粉末,并制备出的陶瓷膜载体在高温气过滤领域具有广阔的应用前景。(2)在制备好的碳化硅支撑体的基础上,以硅溶胶为粘结剂,采用浸渍法在大孔SiC膜载体上制备刚玉膜。研究了刚玉颗粒尺寸对膜的表面形貌、孔径结构和孔径大小、分布的影响,并通过测试气体渗透率和压降来评价陶瓷膜的性能。发现随着刚玉粒径由5μm增大到63μm,多孔陶瓷膜的平均孔径从2.2μm增加到21.5μm,气体渗透率从13.6m3/(m2·h·kPa)增加到304.9 m3/(m2·h·kPa),压降从4549.4 Pa下降到197.1 Pa。当采用平均粒径为20μm的刚玉颗粒制备陶瓷膜时,陶瓷膜具有良好的微观形貌和透气性能,显示出在高温含尘烟气净化领域应用的潜力。
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