本發(fā)明屬于多孔燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備方法及應用。

背景技術(shù)：

目前，在我國燃氣利用上存在著效率低、浪費嚴重等問題，而且大量的低品位能源未得到開發(fā)和利用。在鋼鐵工業(yè)、石油化工工業(yè)、煤炭工業(yè)等領(lǐng)域不斷產(chǎn)生低熱值氣體，包括高爐煤氣、低濃度煤礦瓦斯氣、化工過程低熱值尾氣、石油化工行業(yè)尾氣等。而在自然界和日常生活中同樣存在大量的物質(zhì)熱解氣化氣等低熱值氣體，比如釀造和養(yǎng)殖行業(yè)產(chǎn)生的沼氣，生物質(zhì)熱解過程中產(chǎn)生的co、ch4、c2h2等可燃氣體，以及垃圾填埋場里產(chǎn)生的以甲烷為主的低熱值可燃氣體。長期以來，這些氣體燃料由于可燃成分含量少，熱值低，在傳統(tǒng)的自由火焰燃燒條件下難以點燃和控制，燃燒非常困難，且容易出現(xiàn)回火、吹熄等現(xiàn)象，常常被當作廢氣直接排入大氣中。多孔介質(zhì)燃燒是一種新型、高效的燃燒強化技術(shù)，實現(xiàn)低熱值氣體燃料的高效清潔利用。中國發(fā)明專利cn201110428993.9、cn201120535933.2和cn201310015505.0分別提出了基于多孔介質(zhì)燃燒的燃燒裝置以提高燃燒效率和低熱值氣體燃料的高效利用。

目前，常用的多孔介質(zhì)材料主要包括金屬材料和陶瓷材料。但由于多孔介質(zhì)燃燒區(qū)域火焰溫度高，可達到1400～1600℃，甚至1700℃，多孔介質(zhì)金屬材料的耐熱性能不足，且在高溫下存在氧化和腐蝕的問題。而傳統(tǒng)的多孔陶瓷材料抗熱震性能不佳，影響和制約其在高溫燃燒領(lǐng)域的應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有材料的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備方法及應用，克服現(xiàn)有多孔燃燒介質(zhì)中存在的熱穩(wěn)定性能差、抗熱震性能不好、使用壽命短等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：

第一步，將聚氨酯泡沫塑料裁剪成所需的形狀和尺寸，并浸入以高殘?zhí)柯逝渲玫牧蠞{中，取出擠壓、吹掃除去多余料漿；

第二步，將上述浸漬料漿的聚氨酯泡沫塑料烘干固化，并重復浸漬、擠壓、吹掃的過程以獲得所需的體積分數(shù)；

第三步，將固化后的聚氨酯泡沫塑料熱解，熱解氣氛為真空或惰性保護氣氛，升溫速率為1～10℃/min，熱解溫度800～1000℃，保溫10～300min；

第四步，將熱解后的泡沫狀前驅(qū)體滲硅燒結(jié)處理，燒結(jié)氣氛為真空或惰性保護氣氛，溫度為1400～1900℃，保溫時間10～300min，得到中間材料sic/si泡沫陶瓷材料；

第五步，在真空條件下，對sic/si泡沫陶瓷材料除硅處理獲得純凈的sic泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)。

所述的泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備方法，以高殘?zhí)柯逝渲玫牧蠞{包含碳化硅粉、酚醛樹脂、固化劑和乙醇，酚醛樹脂、微米級碳化硅粉、固化劑和乙醇的重量比例為100：(130～140)：(10～15)：(30～40)。

所述的泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備方法，熱解后的泡沫狀前驅(qū)體以碳為主要成分，并可精確機加工處理。

所述的泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備方法，泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)成分為碳化硅。

所述方法制備的泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的應用，泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)應用在紅外線燃氣燃燒器。

所述方法制備的泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的應用，泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)應用在照明用燃氣燃燒器。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

1、本發(fā)明提出一種泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備方法，采用高分子熱解結(jié)合可控熔滲反應燒結(jié)的方法制備具有一定孔隙率、一定孔徑尺寸的sic/si泡沫陶瓷材料，再除si處理，最終獲得純凈的sic泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)。

2、泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)具有三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高(80％以上)，具有良好的流通特性，流動阻力低；

3、泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)比表面積大，孔徑分布均勻，燃燒反應區(qū)域拓寬，燃燒區(qū)內(nèi)溫度梯度減小，溫度分布均勻；

4、泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)比重小，無需固定裝置可在任意角度下運行，方便應用；

5、泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)強度高、耐磨損、耐腐蝕，具有抗熱震、抗熱疲勞、使用壽命長的優(yōu)點。

附圖說明

圖1：泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備工藝流程。

圖2：中間材料sic/si泡沫陶瓷材料的局部結(jié)構(gòu)圖和xrd圖譜。a，sic/si泡沫陶瓷材料的局部結(jié)構(gòu)圖；b，sic/si泡沫陶瓷材料的xrd圖譜。

圖3：泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的局部結(jié)構(gòu)圖和xrd圖譜。a，泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的局部結(jié)構(gòu)圖；b，泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的xrd圖譜。

圖4：高效率紅外燃氣燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。a，燃燒器腔體剖面圖；b，燃燒器俯視圖。圖中，1、引射器；2、點火噴嘴；3、爐腔殼；4、多孔燃燒介質(zhì)；5、點火針；6、多孔換熱介質(zhì)。

圖5：高效照明用燃氣燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，10、蓄熱器；20、混合腔；30、分流器；40、燃燒室；50、多孔燃燒介質(zhì)；60、泡沫陶瓷熱輻射器；70、濾光器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所提出的泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備和應用做進一步說明。

實施例一：

如圖1所示，本實施例中，泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)的制備流程為：

第一步，選擇合適尺寸、形狀和孔徑的聚氨酯泡沫，將聚氨酯泡沫塑料裁剪成所需的形狀和尺寸，并浸入以高殘?zhí)柯逝渲玫牧蠞{中浸掛料漿，取出擠壓、吹掃除去多余料漿；其中，酚醛樹脂、微米級碳化硅粉、固化劑和乙醇按照100：(130～140)：(10～15)：(30～40)的重量比例配制成樹脂料漿，固化劑為粒狀固體顆粒對甲苯磺酸或液態(tài)nl固化劑。料漿的殘?zhí)柯试?0％以上，本實施例料漿的殘?zhí)柯蕿?5％。

第二步，將上述浸漬料漿的聚氨酯泡沫塑料烘干固化，并重復浸漬、擠壓、吹掃的過程以獲得所需的體積分數(shù)(體積分數(shù)20％以上，本實施例體積分數(shù)為30％)；

第三步，將固化后的聚氨酯泡沫塑料熱解，熱解氣氛為真空或惰性保護氣氛，升溫速率為1～10℃/min(本實施例為5℃/min)，熱解溫度800～1000℃(本實施例為900℃)，保溫10～300min(本實施例為120min)；

第四步，將熱解后的泡沫狀前驅(qū)體滲硅燒結(jié)處理，燒結(jié)氣氛為真空或惰性保護氣氛，溫度為1400～1900℃(本實施例為1600℃)，保溫時間10～300min(本實施例為120min)，得到中間材料同樣是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的sic/si泡沫陶瓷材料(圖2a和圖2b)；

第五步，在真空條件下，對sic/si泡沫陶瓷材料除硅處理獲得純凈的sic泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)(圖3a和圖3b)。

本實施例的泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)具有三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率高(80％以上)，比重小，比表面積大，孔徑分布均勻，具有強度高、耐磨損、耐腐蝕等性能；具有良好的流通特性，流動阻力低；無需固定裝置可在任意角度下運行；優(yōu)異的高溫強度和熱穩(wěn)定性能，具有抗熱震、抗熱疲勞、使用壽命長的特點。采用本發(fā)明的泡沫陶瓷多孔燃燒介質(zhì)不僅可以提高預混氣體燃燒裝置的燃燒效率，降低污染物的排放，而且能夠顯著拓寬燃料貧燃極限，同時在減小設(shè)備體積、實現(xiàn)燃燒設(shè)備小型化方面具有強大的優(yōu)勢。

實施例二：

如圖4所示，本實施例中，一種高效率紅外燃氣燃燒器，由引射器1、點火噴嘴2、爐腔殼3、多孔燃燒介質(zhì)4、點火針5和多孔換熱介質(zhì)6組成，多孔燃燒介質(zhì)4和多孔換熱介質(zhì)6都為本發(fā)明提供的碳化硅泡沫陶瓷。當燃氣燃燒器點火時，燃氣空氣混合氣從多孔燃燒介質(zhì)4孔內(nèi)溢出，主燃燒器可迅速被點燃，由于點火火焰分散度與集中度合適，也不會有明顯的燃燒不完全、無黑煙、點火著火率很高。燃燒產(chǎn)生的熱量可通過多孔換熱介質(zhì)6傳遞，預熱爐腔內(nèi)的燃氣空氣混合氣，保障了燃氣的高效燃燒。本實施例具有點火性能好、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、燃燒效率高、燃氣適應范圍廣的優(yōu)點。

實施例三：

如圖5所示，本實施例中，一種高效照明用燃氣燃燒器，由蓄熱器10、混合腔20、分流器30、燃燒室40、多孔燃燒介質(zhì)50、泡沫陶瓷熱輻射器60和濾光器70組成。壓縮空氣和燃氣在混合腔20內(nèi)預混均勻，經(jīng)由分流器30進入燃燒室40，在多孔燃燒介質(zhì)50內(nèi)高效燃燒釋放高熱量，燃燒熱量經(jīng)泡沫陶瓷熱輻射器60向外輻射，經(jīng)濾光器處理后發(fā)射可見光。燃燒余熱被蓄熱器10吸收存儲，用于預熱壓縮空氣，提高燃燒效率，尾氣經(jīng)出口排出。本實施例充分發(fā)揮多孔燃燒介質(zhì)燃燒效率高、熱輻射性能優(yōu)異的特點，可以釋放極高的輻射能和高密度的光能。此實施例作為低眩光產(chǎn)品的替代可以應用于熱-光合并的體系內(nèi)。