高温烟气净化用多孔陶瓷材料剖析及强度研究

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高温烟气除尘技术对工业废气排放与环境保护工程至关重要,而多孔陶瓷材料过滤是高温除尘净化技术的重要手段之一。我国对多孔陶瓷烟气除尘技术的研究基本处于实验阶段,还没有大量用于工业高温烟气除尘,主要原因是我国生产的高温陶瓷过滤管存在阻力损失过大、不能长期高效安全运行以及寿命短等缺点。国外很多国家多孔陶瓷高温除尘技术已经相当成熟,并已大量用于煤气化、火力发电、钢铁等高温烟气净化领域。开发与研究多孔陶瓷材料过滤对多孔陶瓷在高温烟气净化及环境保护工程上具有重要的意义。  本文以国外进口的多孔陶瓷过滤管为研究对象,对其进行剖析,完成了结构表征、强度及相关性能的测试,对过滤理论及阻力损失、强度理论进行了研究并对比分析了其在高温烟气除尘领域的应用前景。本文主要研究内容及结论如下:  阐述了多孔陶瓷材料的过滤机理、过滤性能及制备方法,实验研究了进口陶瓷过滤材料空载时的阻力损失,测试结果表明该进口陶瓷材料的阻力损失规律符合经典达西定律。  对进口陶瓷材料的结构进行了剖析并测试了相关性能,主要包括:微观结构分析、气孔率的测试、耐腐蚀性能的测试及抗压强度、抗弯强度的测试。结果显示该进口陶瓷孔径在150~400微米,气孔率在34.6%左右,耐腐蚀性能超过96%、抗压强度在40.25~46.47MPa范围内,抗弯强度在20.15~23.29MPa范围内。  对孔陶瓷材料的强度理论进行了研究分析,建立了多孔陶瓷材料的微观结构与力学模型的关系,采用微分法推导出了力学性能和气孔率之间的关系,并绘制了相互间的关系曲线。结论表明随着气孔率的增大,弹性模量比、剪切模量比、体积模量比、泊松比都呈减小的趋势,但气孔率对泊松比的影响较小;对于不同泊松比的基体材料,随着气孔率的增大,有效泊松比趋于0.2;微分法预测气孔率与力学性能的关系与文献实验结果比较吻合。  对比分析了高温烟气常用的几种高温烟气过滤器的优缺点和性能,对如何采用既经济又环保的除尘设备,对指导除尘器在当前以及未来火力电厂燃煤除尘等高温烟气净化系统中得到更合理的应用提出了建议。  随着国内净化领域的好转、能源和环保产业政策的扶持以及国外同行业技术的不断发展和应用市场的不断扩大,多孔陶瓷高温过滤材料产业在国内必定会迎来非常好的发展前景。
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