先驱体陶瓷涂层防结渣机理及性能研究
发布时间：2021-10-25 06:11
针对燃煤锅炉受热面普遍存在的结渣问题,采用有机聚硅氮烷作为先驱体,通过提拉涂膜法在TP347基材上制备陶瓷涂层。本文在对前期有机聚硅氮烷先驱体陶瓷涂层技术研究基础上,分别添加六方氮化硼（h-BN）、氧化锆（ZrO2）、氧化铝（Al2O3）等惰性填料制备三种不同的陶瓷涂层。并对熔融灰在涂层表面的铺展及凝固特性进行试验及数值模拟,探究了涂层的防结渣机理及性能,主要结论如下:静态粘附特性试验表明,在680860℃下,熔融灰在三种涂层表面的接触角均大于钢片表面,说明熔融灰在涂层表面的润湿性较差,其中h-BN涂层表现出最优的疏液性,h-BN涂层具有优异的防结渣性能;在760860℃下,采用经验幂率公式分析熔融灰铺展润湿机制,得出熔融灰在钢片和h-BN涂层试样表面铺展动力学机制为反应、溶解和扩散的混合控制模型;微观形貌和能谱分析结果显示h-BN涂层能够有效阻止熔融灰的渗透,不易与熔融灰发生反应,具有良好的防结渣效果。铺展凝固实验表明,熔融灰在涂层表面的接触角均大于钢片表面,铺展系数均小于钢...
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
灰渣输运机理
中国计量大学硕士学位论文3（2）一次沉积层的形成是由于初始沉积层具有绝热性能，管壁温度升高，初始沉积层粘性增大，粒径大于10μm的飞灰颗粒撞击初始沉积层并被吸附。粒径较大飞灰颗粒的粘附导致渣层增厚，管壁温度继而进一步升高，沉积物与原沉积层的粘结强度增加。当熔融或半熔融颗粒在沉积层表面不再发生凝固后，沉积层表面形成易捕捉灰粒的粘性流体层。（3）二次沉积层的形成是由于粘性流体层形成后，大部分接触到沉积层的颗粒均会被捕捉，沉积层厚度迅速增加。由于壁面温度较高，颗粒在流体层表面溶解、凝固后又形成新的捕捉流体层。在灰层到达一定厚度后，在重力的作用下会沿受热管壁向下流动。图1.2结渣机理锅炉受热面结渣主要与煤质特性、炉膛结构、燃烧器布置、炉内空气动力尝温度水平和热负荷及运行工况等相关[10]。煤粉在炉内燃烧时，灰中易燃物质首先熔融液化，在表面张力作用下，收缩成球状，呈球形的熔融灰粒空气阻力小而比重较大，易从烟气中分离出来撞击粘附在受热面上[11]。当熔融或半熔融状态的灰渣在到达受热面前未能冷却到凝固状态，仍有较高的粘结力，就容易粘附在受热面上，并在壁面上被冷却凝固引起结渣。因此研究单颗粒熔融灰的铺展凝固特性对研究结渣机理是至关重要的。1.3熔滴铺展凝固特性研究现状对熔滴铺展凝固过程的研究方法主要有解析法、实验法、数值模拟法，本文采用实验法和数值模拟法对熔融灰的铺展凝固过程进行分析。
中国计量大学硕士学位论文102涂层制备及防结渣性能测试实验方法2.1涂层制备2.1.1涂料制备涂料采用先驱体法制备，先驱体法制备陶瓷涂层充分利用了有机高分子的良好成形性，进行交联固化并裂解转化为陶瓷材料。PDCs涂层在热解过程中，由于体积收缩和密度增加，涂层容易随着厚度的增大而产生裂纹，通过添加惰性（BN，ZrO2，Al2O3，SiC，TiC等）或活性填料（Ti，Cr，Fe，Al，B，Zr等），可以显著减少聚合物相陶瓷转化的体积变化。惰性填料降低了聚合物的比例，从而减小了体积收缩，而活性填料则与先驱体的分解产物或热解气氛反应，通过膨胀补偿聚合物的收缩。为增强涂层的防结渣性能，防止灰渣中的成分与涂层中的成分发生反应，选择在涂料中添加化学性质不活泼的惰性填料减小聚合物热解过程中的体积变化。现以有机聚硅氮烷为先驱体，采用六方氮化硼（h-BN）、氧化锆（ZrO2）、氧化铝（Al2O3）作为惰性填料，研究不同涂层的防结渣性能。有机聚硅氮烷是以Si-N键为主链的一类有机高分子，无色透明，可与众多溶剂相溶，包括烷烃、芳香烃、醚、酮、酯，基本结构单元如图2.1所示。有机硅氮烷涂层的表面能低，疏水性好，附着力较大，可以用于制备疏水性涂层。图2.1有机聚硅氮烷结构式六方氮化硼（h-BN）具有耐高温、密度低、耐酸、耐熔化、耐热循环、抗氧化性好、摩擦系数低等特点，几乎对所有有机溶剂、熔融金属及腐蚀性化学物质都是稳定的。
本文编号：3456809
【文章来源】：中国计量大学浙江省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
灰渣输运机理
中国计量大学硕士学位论文3（2）一次沉积层的形成是由于初始沉积层具有绝热性能，管壁温度升高，初始沉积层粘性增大，粒径大于10μm的飞灰颗粒撞击初始沉积层并被吸附。粒径较大飞灰颗粒的粘附导致渣层增厚，管壁温度继而进一步升高，沉积物与原沉积层的粘结强度增加。当熔融或半熔融颗粒在沉积层表面不再发生凝固后，沉积层表面形成易捕捉灰粒的粘性流体层。（3）二次沉积层的形成是由于粘性流体层形成后，大部分接触到沉积层的颗粒均会被捕捉，沉积层厚度迅速增加。由于壁面温度较高，颗粒在流体层表面溶解、凝固后又形成新的捕捉流体层。在灰层到达一定厚度后，在重力的作用下会沿受热管壁向下流动。图1.2结渣机理锅炉受热面结渣主要与煤质特性、炉膛结构、燃烧器布置、炉内空气动力尝温度水平和热负荷及运行工况等相关[10]。煤粉在炉内燃烧时，灰中易燃物质首先熔融液化，在表面张力作用下，收缩成球状，呈球形的熔融灰粒空气阻力小而比重较大，易从烟气中分离出来撞击粘附在受热面上[11]。当熔融或半熔融状态的灰渣在到达受热面前未能冷却到凝固状态，仍有较高的粘结力，就容易粘附在受热面上，并在壁面上被冷却凝固引起结渣。因此研究单颗粒熔融灰的铺展凝固特性对研究结渣机理是至关重要的。1.3熔滴铺展凝固特性研究现状对熔滴铺展凝固过程的研究方法主要有解析法、实验法、数值模拟法，本文采用实验法和数值模拟法对熔融灰的铺展凝固过程进行分析。
中国计量大学硕士学位论文102涂层制备及防结渣性能测试实验方法2.1涂层制备2.1.1涂料制备涂料采用先驱体法制备，先驱体法制备陶瓷涂层充分利用了有机高分子的良好成形性，进行交联固化并裂解转化为陶瓷材料。PDCs涂层在热解过程中，由于体积收缩和密度增加，涂层容易随着厚度的增大而产生裂纹，通过添加惰性（BN，ZrO2，Al2O3，SiC，TiC等）或活性填料（Ti，Cr，Fe，Al，B，Zr等），可以显著减少聚合物相陶瓷转化的体积变化。惰性填料降低了聚合物的比例，从而减小了体积收缩，而活性填料则与先驱体的分解产物或热解气氛反应，通过膨胀补偿聚合物的收缩。为增强涂层的防结渣性能，防止灰渣中的成分与涂层中的成分发生反应，选择在涂料中添加化学性质不活泼的惰性填料减小聚合物热解过程中的体积变化。现以有机聚硅氮烷为先驱体，采用六方氮化硼（h-BN）、氧化锆（ZrO2）、氧化铝（Al2O3）作为惰性填料，研究不同涂层的防结渣性能。有机聚硅氮烷是以Si-N键为主链的一类有机高分子，无色透明，可与众多溶剂相溶，包括烷烃、芳香烃、醚、酮、酯，基本结构单元如图2.1所示。有机硅氮烷涂层的表面能低，疏水性好，附着力较大，可以用于制备疏水性涂层。图2.1有机聚硅氮烷结构式六方氮化硼（h-BN）具有耐高温、密度低、耐酸、耐熔化、耐热循环、抗氧化性好、摩擦系数低等特点，几乎对所有有机溶剂、熔融金属及腐蚀性化学物质都是稳定的。
本文编号：3456809
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