大型电站全衬碳化硅陶瓷旋流燃烧器的关键技术研发与应用
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设备医生官方号
时间：2023-08-25浏览：45
1、成果的主要技术难点及创新点
（1）.在碳化硅/氮化硅复合陶瓷原料中加入适量的大颗粒碳化硅陶瓷和（或）氮化硅陶瓷颗粒及莫来石陶瓷纤维，研发出多元强化大颗粒碳化硅/氮化硅复相陶瓷材料。解决了陶瓷材料抗热震性能和强度兼顾问题。复合陶瓷材料抗折强度达到40MPa、耐压强度达到230MPa水平。
加入一定量的经烧结的高强度碳化硅和氮化硅高强陶瓷颗粒一种或两种的混合物。烧结的高强度碳化硅，其常温抗折强度≥200MPa，常温耐压强度≥400MPa，高温抗折强度（1200℃）≥230MPa，线膨胀系数4.3×10-6m/℃；氮化硅高强陶瓷颗粒其常温抗折强度≥610MPa，常温耐压强度≥3820MPa，线膨胀系数3.2×10-6m/℃；两种陶瓷颗粒导热性与碳化硅接近，膨胀系数小于碳化硅，但强度远远高于碳化硅，加入后，在材料断裂时促使裂纹发生偏转和分叉，消耗断裂能，从而提高多元强化大颗粒碳化硅/氮化硅复相陶瓷的强度和热震稳定性。
（2）.开发了陶瓷烧结过程中，采用1200度、1400度和1420度分别保温适当时间，炉内氮气压力周期性增减的“温度梯度-增减压氮化法”烧结新工艺，进一步提高了陶瓷氮化率，使新型碳化硅/氮化硅复合陶瓷中硅含量小于0.15%水平。
多元强化大颗粒碳化硅/氮化硅复相陶瓷烧结在烧结过程中，素坯中的金属硅氮化率决定着制品的性能。但是，存在着制品氮化率低的问题。在反应中，作为反应的参与者，N2的分压起着极为重要的作用，但不论N2的分压的大小如何，只要产生Si3N4 那么坯体内就存在N2和Si3N4的浓度梯度，而且这种浓度梯度是相同的，越是接近坯体表面，其两个组分的浓度越高，要想反应不间断的向坯体内部推进，就必须保证合适的氮气分压和合适的温度。反应过程中，适当的提高反应温度并增加保温时间，避免流硅和提高氮化率。例如：在1100℃保温2h，在1250℃保温6h，在1350℃保温2h，在1400℃保温5h，在1450℃保温3h，从反应开始，总反应时间不小于30小时，能够保证氮化充分。N2的消耗，从炉压上进行控制，在烧成过程中，预设标准炉压，再根据炉压的变化来调整氮化工艺参数，炉内压力波动越大，N2进入制品内部就越顺畅，操作时，反应进行时，通过间歇冲排氮气的、压力及频次，控制反应速度。连续的动态平衡，以保证氮化反应告诉进行。
（3）.通过在金属和陶瓷间增加陶瓷纤维弹性垫，提出了“金属与陶瓷间弹性连接”工艺，解决了陶瓷与金属间机械连接时，高温运行工况下，金属变形导致陶瓷破裂的问题。进而开发出全衬碳化硅/氮化硅复相陶瓷的旋流燃烧器。
全衬多元强化大颗粒碳化硅/氮化硅复相陶瓷材料旋流燃烧器的结构，依据旋流燃烧器和旋流燃烧器入口弯头原设计通流量，通过对强度、耐温、耐磨、热震性和膨胀量等因素综合分析，设计出全衬多元强化大颗粒碳化硅/氮化硅复相陶瓷材料旋流燃烧器和旋流燃烧器入口弯头的结构尺寸及许用厚度，以及金属和陶瓷间增加陶瓷纤维弹性垫，解决了旋流燃烧器在高温运行工况下，金属变形导致陶瓷破裂的问题，提高了设备的整体强度及抗冲击水平，进而提高了燃烧器的可靠性和使用寿命。
2、对促进行业科技进步的作用和意义
多元强化大颗粒碳化硅/氮化硅复相陶瓷应用于燃烧器，使得燃烧器的使用寿命提高1倍；机组深度调峰时，减少了NOx的产出；能够提高锅炉燃烧效率。攻克了提高燃烧器寿命的难题。
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