【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于耐磨耐火材料，具體涉及一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料及其在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、循環(huán)流化床(cfb)鍋爐技術(shù)是現(xiàn)代能源領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。cfb鍋爐內(nèi)存在不同方向、不同速度、不同角度、不同濃度的氣流和射流等，它們混合作用于cfb鍋爐的爐腔內(nèi)表面，形成了復(fù)雜的磨損過程，對cfb鍋爐進行維護的主要方法就是敷設(shè)耐磨耐火材料，用以保護受熱面。
2、現(xiàn)有的cfb鍋爐采用的耐火材料由于物理性能不穩(wěn)定易脫落，需要經(jīng)常修補或更換，修補費用高，同時由于其導(dǎo)熱系數(shù)低，造成床溫高，鍋爐效率降低，so2和nox排放高，帶來嚴重的環(huán)境問題，其中，針對導(dǎo)熱系數(shù)低的問題，現(xiàn)有技術(shù)中做出如下改進：
3、申請?zhí)枮?01710565797.3的中國專利技術(shù)專利公開了一種具有高吸收率、高熱導(dǎo)率的cfb鍋爐水冷壁用碳化硅耐磨澆注料，該專利技術(shù)選用導(dǎo)熱性能優(yōu)異的碳化硅作為主要基材，通過向中填充二硅化鉬和硅氧氮，最終制備的碳化硅耐磨澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)達到8.37～8.72w/m·k(25℃)，該專利技術(shù)制備的碳化硅耐磨澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)還有待進一步提升。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料及其在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用，旨在進一步提高導(dǎo)熱性能。
2、本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
3、一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，由以下重量份原料攪拌混合而成：
4、球形sic復(fù)合粉50～55份、aln粉20～25份、zrb2粉10～15份、al4sic
5、進一步地，所述球形sic復(fù)合粉由中位粒徑為1.0mm～3.5mm的球形si?c粉、中位粒徑為0.1mm～0.5mm的球形sic粉和中位粒徑為5μm～20μm的球形sic粉按質(zhì)量比5:4:1混合而成。
6、進一步地，所述aln粉的平均粒徑為0.7mm～1.0mm。
7、進一步地，所述zrb2粉由以下步驟制備：
8、將碳化鋯和碳化硼按照摩爾比2:1配料混合，再球磨24h，得到漿料a，將漿料a置于80～90℃的氮氣條件下干燥至恒重，再置于真空爐中升溫1600～1650℃，保溫4h，再隨爐冷卻，得到zrb2粉。
9、進一步地，所述al4sic4粉由以下步驟制備：
10、將金屬鋁粉、金屬硅粉和炭黑按照摩爾比4:1:4配料混合，再球磨24h，得到漿料b，將漿料b置于60～80℃的氮氣條件下干燥至恒重，再置于真空爐中升溫1500～1550℃，保溫4h，再隨爐冷卻，得到al4sic4粉。
11、進一步地，所述鎂鋁尖晶石由78wt％al2o3和22wt％mgo組成，所述鎂鋁尖晶石粉的平均粒徑為55μm～100μm。
12、進一步地，所述粘結(jié)劑由以下步驟制備：
13、向kh-560中攪拌加入酚醛樹脂和三苯基膦，其中，kh-560、酚醛樹脂和三苯基膦的質(zhì)量比1:10:0.01～0.02，添加完畢后，攪拌分散1～2h，再升溫至68～70℃，攪拌反應(yīng)12h，冷卻至室溫后，得到粘結(jié)劑。
14、進一步地，所述二氧化硅粉的平均粒徑為1μm～10μm。
15、進一步地，所述鱗片石墨為-195天然鱗片石墨。
16、進一步地，所述一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用，所述循環(huán)流化床鍋爐由一個膜式水冷壁爐膛、兩臺冷卻式旋風(fēng)分離器和一個由汽冷包墻包覆的尾部豎井三部分組成；所述膜式水冷壁爐膛包括錐段，將所述高導(dǎo)熱復(fù)合材料敷設(shè)在膜式水冷壁爐膛的錐段的內(nèi)壁，實現(xiàn)高導(dǎo)熱復(fù)合材料在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用。
17、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)的有益效果：
18、第一部分：本專利技術(shù)提供了一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，高導(dǎo)熱復(fù)合材料中的主要基材碳sic粉和aln粉均具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，本專利技術(shù)通過向主要基材中添加zrb2粉、al4sic4粉、鎂鋁尖晶石粉、二氧化硅粉和鱗片石墨，最后通過本專利技術(shù)制備的粘結(jié)劑進行混合，得到高導(dǎo)熱復(fù)合材料。本專利技術(shù)將復(fù)合材料中的各物質(zhì)進行梯度平均粒徑分布設(shè)計，旨在通過實現(xiàn)密堆積，降低最終制備的復(fù)合材料中粒子之間的空隙，提高導(dǎo)熱效率。經(jīng)檢測，本專利技術(shù)制備的高導(dǎo)熱復(fù)合材料在25℃時導(dǎo)熱系數(shù)≥27.6w/m·k，相對于現(xiàn)有技術(shù)，導(dǎo)熱效率得到顯著提升。具體地，本專利技術(shù)中向主要基材中添加zrb2粉、al4sic4粉和鎂鋁尖晶石粉，優(yōu)點如下：
19、(1)zrb2是一種具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能的無機材料(導(dǎo)熱系數(shù)位于100～200w/m·k)，zrb2在1100℃以下時由于氧化反應(yīng)能夠生成玻璃態(tài)的b2o3，b2o3在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的高溫下會發(fā)生熔融，有助于彌補高導(dǎo)熱復(fù)合材料在高溫下燒失造成的內(nèi)部缺陷，提高高導(dǎo)熱復(fù)合材料的高溫致密性，進而提高高導(dǎo)熱復(fù)合材料在高溫條件下的導(dǎo)熱性能；同時，b2o3能夠與鎂鋁尖晶石粉中的氧化鎂反應(yīng)，生成低熔點的鎂硼酸鹽，過量的b2o3能夠吸收鍋爐燃煤煙氣中的水分，再與循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的石灰石反應(yīng)生成低熔點的鈣硼酸鹽，液態(tài)的鎂硼酸鹽和鈣硼酸鹽能夠進一步填充高導(dǎo)熱復(fù)合材料內(nèi)部的氣孔，進而更有效地實現(xiàn)提高高導(dǎo)熱復(fù)合材料在高溫條件下的導(dǎo)熱性能的目的。
20、(2)循環(huán)流化床鍋爐的爐床溫度根據(jù)煤種的不同，大致范圍為850～1100℃，本專利技術(shù)制備的al4sic4具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和抗熱震性能，同時，al4sic4的氧化開始溫度為800～850℃，其氧化過程會逐漸形成致密的氧化鋁氧化層，隨著溫度的提升，氧化層的厚度逐漸增加，氧化層能夠防止空氣向高導(dǎo)熱復(fù)合材料內(nèi)部擴散，有效保護內(nèi)部其余組分不被氧化，進而有助于提高高導(dǎo)熱復(fù)合材料在高溫下的機械強度和導(dǎo)熱性能。
21、同時，本專利技術(shù)改進了粘結(jié)劑，本專利技術(shù)制備的粘結(jié)劑為kh-560改性酚醛樹脂，通過向酚醛樹脂中引入硅氧鍵，有助于提高酚醛樹脂的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能，同時，有助于提高粘結(jié)劑與循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)壁金屬基材之間以及與其余粉體之間的浸潤能力和附著力，進而提高最終制備的高導(dǎo)熱復(fù)合材料內(nèi)部的致密性，進而有助于提高高導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。
22、第二部分：本專利技術(shù)提供了上述高導(dǎo)熱復(fù)合材料在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用，將該高導(dǎo)熱復(fù)合材料敷設(shè)在膜式水冷壁爐膛內(nèi)壁，能夠有效地將熱量從鍋爐的密相區(qū)導(dǎo)出，提高膜式水冷壁的熱交換效率，同時有助于降低爐床溫度，進而降低鍋爐原始污染物(so2及nox)排放值，改善鍋爐環(huán)保運行特性，降低脫硫劑及脫硝劑的耗量和運行成本，實施后具有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。
23、本專利技術(shù)的應(yīng)用后續(xù)運行不用拆除磨損部分，只需清除表面灰砂鑿毛處理后直接涂抹，施工后不用烘爐直接升爐運行，大大節(jié)約了運行成本，大大減少了以后的維修費用。
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1.一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量份原料攪拌混合而成：球形SiC復(fù)合粉50～55份、AlN粉20～25份、ZrB2粉10～15份、Al4SiC4粉10～12份、鎂鋁尖晶石粉6～10份、粘結(jié)劑6～8份、二氧化硅粉5～8份、鱗片石墨2～4份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述球形SiC復(fù)合粉由中位粒徑為1.0mm～3.5mm的球形SiC粉、中位粒徑為0.1mm～0.5mm的球形SiC粉和中位粒徑為5μm～20μm的球形SiC粉按質(zhì)量比5:4:1混合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述AlN粉的平均粒徑為0.7mm～1.0mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述ZrB2粉由以下步驟制備：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述Al4SiC4粉由以下步驟制備：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述鎂鋁尖晶石由78wt％Al2O3和22wt％MgO組成；所述鎂鋁尖晶石粉的平均粒徑為55μ
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述粘結(jié)劑由以下步驟制備：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述二氧化硅粉的平均粒徑為1μm～10μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述鱗片石墨為-195天然鱗片石墨。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任一項所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用，其特征在于，所述循環(huán)流化床鍋爐由一個膜式水冷壁爐膛、兩臺冷卻式旋風(fēng)分離器和一個由汽冷包墻包覆的尾部豎井三部分組成；所述膜式水冷壁爐膛包括錐段，將所述高導(dǎo)熱復(fù)合材料敷設(shè)在膜式水冷壁爐膛的錐段的內(nèi)壁，實現(xiàn)高導(dǎo)熱復(fù)合材料在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量份原料攪拌混合而成：球形sic復(fù)合粉50～55份、aln粉20～25份、zrb2粉10～15份、al4sic4粉10～12份、鎂鋁尖晶石粉6～10份、粘結(jié)劑6～8份、二氧化硅粉5～8份、鱗片石墨2～4份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述球形sic復(fù)合粉由中位粒徑為1.0mm～3.5mm的球形sic粉、中位粒徑為0.1mm～0.5mm的球形sic粉和中位粒徑為5μm～20μm的球形sic粉按質(zhì)量比5:4:1混合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述aln粉的平均粒徑為0.7mm～1.0mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述zrb2粉由以下步驟制備：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述al4sic4粉由以下步驟制備：...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張啟飛，張利君，李秀琴，李龍，郭洪然，徐雙雙，趙鵬，姚翔，錢旭韜，
申請(專利權(quán))人：國家能源集團內(nèi)蒙古電力有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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