鐵鉻鋁金屬纖維氈在環保領域的應用
發布時間：19/05/2020 08:58:55
1.Fe-Cr-Al纖(xian)維氈在高溫氣體凈(jing)化除(chu)塵方面(mian)的應(ying)用(yong)為了達成節能(neng)減排的(de)(de)目標，需要開發新的(de)(de)環保技術來(lai)提(ti)高(gao)資(zi)源(yuan)利用(yong)率(lv)，減少能(neng)源(yuan)消耗，而高(gao)溫(wen)(wen)氣(qi)(qi)體(ti)的(de)(de)凈化(hua)除塵就是(shi)一項先 進、關鍵(jian)的(de)(de)環保技術。我國是(shi)世界第(di)(di)一大鋼鐵(tie)、水(shui)泥生產(chan)國 , 是(shi)第(di)(di)二大電(dian)力(li)、有色金屬(shu)生產(chan)國。在(zai)上述高(gao)能(neng)耗企業的(de)(de)生產(chan)流(liu)程 中，均涉及(ji)含固體(ti)粉塵的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)氣(qi)(qi)體(ti)，如煉(lian)鐵(tie)高(gao)爐(lu)(lu)(lu)煙氣(qi)(qi)、煉(lian)鋼轉(zhuan)爐(lu)(lu)(lu) 或電(dian)爐(lu)(lu)(lu)尾氣(qi)(qi)，有色冶(ye)金工(gong)業高(gao)爐(lu)(lu)(lu)與轉(zhuan)爐(lu)(lu)(lu)高(gao)溫(wen)(wen)煤氣(qi)(qi)，水(shui)泥回轉(zhuan)窯的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)尾氣(qi)(qi)，鍋(guo)爐(lu)(lu)(lu)、焚燒爐(lu)(lu)(lu)的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)廢氣(qi)(qi)等等。在工業(ye)生產(chan)過程中排放的氣體(ti)呈現的主(zhu)要特點(dian)包括溫度特別高、含有(you)細微的粉塵(chen)顆粒，并且大多含有(you)害氣體(ti)，如果直(zhi)接排 放，造成(cheng)了嚴重的環境污染及熱量損失。此類含有(you)大量物理(li)(li)顯 熱、化(hua)學(xue)潛熱的高溫工業(ye)含塵(chen)氣體(ti)，屬于被動性煙氣，它的合理(li)(li)利用有(you)著巨大的經濟價值。
圖 1 傳統過濾設備高溫(wen)煙氣凈化
傳統電爐煉鋼煙氣處理是高爐煙氣從出口 650℃ ~1000℃起，通過管道降溫到400℃ ~600℃左右，再強制吹風冷卻煙氣溫 度降低到 220℃以后進行布袋除塵，余熱得不到利用。（示意圖見圖 1）
過濾材料才能保證高溫氣體過濾介質除塵技術的實現， 過濾介質材料對于過濾效果和過濾壽命產生直接的作用，而這 高溫過濾技術主要體現在纖維過濾，纖維材料的優點突出，比表面積大，能夠較低的壓降和過濾效率比較高。高溫過濾材料要有 極強的耐高溫能力，而且能夠耐受氣體的腐蝕性，這樣才能提高 除塵效率，同時還需要滿足其經濟適用的特征，使用周期長。
針對中高(gao)溫氣體除塵(chen)，早期(qi)的(de)(de)(de)研究主(zhu)要集中在(zai)(zai)陶(tao)(tao)瓷過(guo)濾材 料，在(zai)(zai)工(gong)作環境下適(shi)應(ying)的(de)(de)(de)溫度能夠高(gao)達 1000℃，不但可以(yi)適(shi)應(ying)高(gao)溫環境，耐熱(re)(re)性(xing)極(ji)強(qiang)，而且在(zai)(zai)氧化、還原(yuan)環境下具有較強(qiang)的(de)(de)(de)抗(kang)(kang) 腐蝕(shi)性(xing)和抗(kang)(kang)載荷(he)能力。但同時它也(ye)存在(zai)(zai)致命的(de)(de)(de)缺點(dian) ：性(xing)脆(cui) ；延 展性(xing)、韌性(xing)很差 ；難以(yi)與系(xi)統整體封接 ；熱(re)(re)傳導性(xing)差使得難以(yi)承受極(ji)冷極(ji)熱(re)(re)負荷(he)波動，即抗(kang)(kang)熱(re)(re)震性(xing)差。在(zai)(zai)高(gao)溫、高(gao)壓條件下， 陶(tao)(tao)瓷材料的(de)(de)(de)整體強(qiang)度，操作的(de)(de)(de)長期(qi)性(xing)，可靠性(xing)及反吹(chui)性(xing)仍存在(zai)(zai)很 大(da)的(de)(de)(de)問題。即使不斷(duan)加熱(re)(re)的(de)情況下，Fe-Cr-Al 金屬纖維過濾材料也能(neng) 抗(kang)熱(re)(re)，體現出極強的(de)抗(kang)熱(re)(re)震性(xing)，該種金屬材料還具有很強硫(liu)腐 蝕(shi)能(neng)力(li)和優良的(de)抗(kang)氧化能(neng)力(li)、機械性(xing)能(neng)，能(neng)夠耐受高溫工作，在 600℃ ~800℃條件下，可以持續(xu)工作 6000 多小(xiao)時(shi)，而且不會(hui)有損壞。
2. Fe-Cr-Al纖(xian)維氈在汽(qi)車(che)尾(wei)氣凈(jing)化(hua)方面(mian)的應用
當(dang)今時代，經濟快速(su)發展，汽(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)已(yi)經更加普及，成為人(ren)(ren)們不(bu)可或缺的(de)(de)交通工具，但是汽(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)數量(liang)大(da)幅增長(chang)的(de)(de)同時，汽(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)尾氣也(ye) 給環(huan)(huan)境污(wu)染(ran)帶來了(le)(le)很大(da)的(de)(de)影(ying)響。有關研究表明，城市空氣污(wu)染(ran)中(zhong) 大(da)量(liang)的(de)(de)物質來自汽(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)尾氣，需要采用凈(jing)化(hua)(hua)技術對(dui)汽(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)排放的(de)(de)廢棄進(jin)行(xing)凈(jing)化(hua)(hua)，減(jian)少環(huan)(huan)境污(wu)染(ran)。目前(qian)針對(dui)汽(qi)油(you)機汽(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)和柴油(you)機汽(qi)車(che)(che)(che)(che)(che) 別人(ren)(ren)使用了(le)(le)催(cui)化(hua)(hua)凈(jing)化(hua)(hua)器和顆粒捕(bu)集器，這些物理、化(hua)(hua)學的(de)(de)方法(fa)能 夠(gou)減(jian)少汽(qi)車(che)(che)(che)(che)(che)尾氣中(zhong)的(de)(de)污(wu)染(ran)物。2.1 Fe-Cr-Al 纖維氈催化(hua)劑載體
汽(qi)車尾(wei)氣(qi)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)凈化(hua)(hua)(hua)器載(zai)體(ti)作為催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)承載(zai)體(ti)，其(qi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)直接關(guan)系到催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)轉化(hua)(hua)(hua)率(lv)、使(shi)(shi)用壽命和(he)整個(ge)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)凈化(hua)(hua)(hua)器的(de)(de)(de)(de)裝(zhuang)配 要求，對(dui)整個(ge)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)轉化(hua)(hua)(hua)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)都有(you)很(hen)大的(de)(de)(de)(de)影響，在使(shi)(shi)用催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua) 劑(ji)(ji)載(zai)體(ti)的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)候(hou)，需要考慮(lv)其(qi)具備(bei)一些特殊性(xing)(xing)(xing)(xing) ：①足夠的(de)(de)(de)(de)比表(biao)面(mian)(mian) 積。催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)分(fen)(fen)都負(fu)載(zai)于載(zai)體(ti)表(biao)面(mian)(mian)，載(zai)體(ti)比表(biao)面(mian)(mian)積大，有(you) 利于活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)高度(du)(du)分(fen)(fen)散，增加(jia)廢氣(qi)和(he)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)接觸面(mian)(mian)積，從而提高活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)利用率(lv)，降低(di)(di)成(cheng)本(ben)(ben)。②機(ji)械強度(du)(du)需要良好的(de)(de)(de)(de)。載(zai) 體(ti)在承受高溫(wen)(wen)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)熱(re)(re)氣(qi)流(liu)不斷沖刷的(de)(de)(de)(de)同時(shi)(shi)還(huan)要承受路面(mian)(mian)不平(ping)整和(he)汽(qi)缸振(zhen)動引起的(de)(de)(de)(de)劇烈振(zhen)動。③耐高溫(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)應該(gai)(gai)足夠。汽(qi)車發 動機(ji)排氣(qi)溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍較(jiao)寬，通常的(de)(de)(de)(de)工作溫(wen)(wen)度(du)(du)在 500℃ ~800℃，有(you) 時(shi)(shi)甚至超過(guo) 1000℃。④較(jiao)低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)膨(peng)(peng)脹(zhang)系數和(he)熱(re)(re)容(rong)量(liang)。熱(re)(re)膨(peng)(peng)脹(zhang)系數小能(neng)夠保證催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)經受溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)急劇變化(hua)(hua)(hua)而不破裂，熱(re)(re)容(rong)量(liang)低(di)(di)則可使(shi)(shi)其(qi)達到催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)反應所(suo)需溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間縮短，提高催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)凈化(hua)(hua)(hua)效 率(lv)。⑤良好的(de)(de)(de)(de)耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，以抵抗(kang)排氣(qi)成(cheng)分(fen)(fen)和(he)顆粒物(wu)上(shang)吸附的(de)(de)(de)(de)金屬氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)等物(wu)質的(de)(de)(de)(de)侵蝕，保證使(shi)(shi)用壽命。⑥適用于某(mou)種(zhong)再(zai)生(sheng)(sheng)形 式，如(ru)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)再(zai)生(sheng)(sheng)、燃油添加(jia)劑(ji)(ji)再(zai)生(sheng)(sheng)或(huo)電加(jia)熱(re)(re)再(zai)生(sheng)(sheng)等。除此(ci)以上(shang)特 點需要滿足以外(wai)，催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)載(zai)體(ti)要實現其(qi)理想的(de)(de)(de)(de)功能(neng)還(huan)應該(gai)(gai)吸水性(xing)(xing)(xing)(xing)適當，并且其(qi)制作材料應該(gai)(gai)豐富化(hua)(hua)(hua)，所(suo)成(cheng)產的(de)(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)(ben)比較(jiao)低(di)(di)。
隨著材(cai)料(liao)科技(ji)的(de)(de)發(fa)(fa)展，催化(hua)劑(ji)(ji)載(zai)體(ti)的(de)(de)種類也(ye)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多，上個世紀(ji)八十年(nian)代(dai)，在 20 世紀(ji) 80 年(nian)代(dai)，技(ji)術更加成熟，非尾氣加熱催化(hua)劑(ji)(ji)由(you)于適(shi)宜金屬載(zai)體(ti)的(de)(de)出現而成為現實可能(neng)，它比起亞的(de)(de)催化(hua)劑(ji)(ji)效果更好，更加具(ju)有優(you)勢，尤(you)其與陶瓷載(zai)體(ti)單(dan)靠發(fa)(fa)動機排 氣和反應放熱為催化(hua)劑(ji)(ji)來相比，而且(qie)能(neng)夠(gou)將起燃(ran)時間能(neng)夠(gou)大大的(de)(de)縮(suo)短。而且(qie)金屬催化(hua)劑(ji)(ji)利用(yong)了(le)金屬的(de)(de)導電性，能(neng)夠(gou)在 30 秒內(nei) 就能(neng)夠(gou)將起燃(ran)溫度達到 350℃。因此 Fe-Cr-Al 金(jin)屬纖維氈被(bei)應用于汽車尾氣的(de)(de)凈化器裝置 中，是(shi)一(yi)種(zhong)非(fei)常好的(de)(de)金(jin)屬載體(ti)材料，具(ju)有良好的(de)(de)加工(gong)性能，滿足當今時(shi)代的(de)(de)經濟價值和環保需求(qiu)。通過(guo)對多種捕(bu)(bu)集柴油機(ji)(ji)排氣(qi)(qi)微(wei)粒(li)(li)途(tu)徑的(de)(de)研究比較，柴油機(ji)(ji)顆(ke)粒(li)(li)捕(bu)(bu)集器(qi)(qi)（DPF，diesel particulatefilter）被公認為是柴油機(ji)(ji)微(wei) 粒(li)(li)排放后處理的(de)(de)主要方(fang)式(shi)。顆(ke)粒(li)(li)捕(bu)(bu)集器(qi)(qi)的(de)(de)關鍵技術是過(guo)濾材料 的(de)(de)選擇與過(guo)濾體(ti)的(de)(de)再生，其中又(you)以后者尤(you)為重要。顆(ke)粒(li)(li)捕(bu)(bu)集器(qi)(qi)是 一(yi)種物(wu)理性的(de)(de)降低排氣(qi)(qi)微(wei)粒(li)(li)的(de)(de)方(fang)法，在過(guo)濾過(guo)程(cheng)中，顆(ke)粒(li)(li)會積存在過(guo)濾體(ti)表面，導致柴油機(ji)(ji)排氣(qi)(qi)背(bei)壓增加，當排氣(qi)(qi)背(bei)壓達到 20KPa 時，柴油機(ji)(ji)工(gong)作開始明顯惡化，導致動力性和經濟(ji)性等性 能降低，必(bi)須及時除(chu)去沉積的(de)(de)微(wei)粒(li)(li)，才能使微(wei)粒(li)(li)捕(bu)(bu)集器(qi)(qi)繼續正常工(gong)作。對(dui)于過濾體材(cai)料(liao)必須(xu)滿足一定的要求(qiu)：微粒過濾效率得需(xu) 要高的，排氣阻力是低的，機械(xie)強(qiang)度(du)高和(he)(he)抗(kang)震動性能良好，而且 在高溫高熱狀態下能夠抗(kang)抵，經(jing)耐住(zhu)腐蝕(shi)。陶瓷無(wu)法和(he)(he)金屬(shu)材(cai)料(liao)抗(kang)衡強(qiang)度(du)，更別體積韌(ren)性和(he)(he)導熱性。在現代技術條件下，開發的(de)鐵鉻鋁(lv)（Fe-Cr-Al），一(yi)種合(he)金新 材(cai)料，能(neng)夠耐(nai)受高(gao)溫(wen)高(gao)熱高(gao)腐(fu)蝕，而(er)且(qie)(qie)這種新材(cai)料升溫(wen)快且(qie)(qie)熱容(rong)小，能(neng)夠幫助(zhu)排(pai)氣微粒迅速地(di)起燃，并且(qie)(qie)其抗機械振動性能(neng)好(hao)， 能(neng)夠忍耐(nai)高(gao)溫(wen)，高(gao)溫(wen)沖擊性強，滿足(zu)更高(gao)的(de)生(sheng)產(chan)生(sheng)活需求，未來 適用領域將會(hui)廣泛。柴油車(che)尾(wei)氣(qi)顆粒捕集器由(you) Fe-Cr-Al 纖(xian)維制成，作(zuo)為(wei)一種(zhong)新 的環保產品(pin)，也是世界最新出(chu)現的一種(zhong)。使用該種(zhong)捕集器后，柴 油車(che)排(pai)放的尾(wei)氣(qi)經檢測達(da)到(dao)歐Ⅳ尾(wei)氣(qi)排(pai)放標(biao)準，如(ru)果(guo)柴油發動 機尾(wei)氣(qi)顆粒捕集器安裝，能夠降低柴油機排(pai)氣(qi)時候的噪音，這些(xie) 優勢讓不少汽車(che)生產商購置。 綜上所述，金(jin)屬(shu)多(duo)(duo)孔(kong)(kong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)重要性(xing)(xing)突(tu)出，不(bu)僅(jin)應用(yong)于高(gao)溫(wen)氣 體(ti)過濾除塵、還可以用(yong)于汽車尾氣凈化方面，隨著能(neng)源環保(bao)的(de)(de)日益(yi)發(fa)展(zhan)，金(jin)屬(shu)多(duo)(duo)孔(kong)(kong)材(cai)(cai)料(liao)需要 有新(xin)的(de)(de)發(fa)展(zhan)變化，以滿足人們對于新(xin)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)需求(qiu)。因此(ci)，未來還需要基于用(yong)戶(hu)需求(qiu)，加強金(jin)屬(shu)多(duo)(duo)孔(kong)(kong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)研究與開發(fa)，利用(yong)金(jin)屬(shu) 多(duo)(duo)孔(kong)(kong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)（導電、導熱、空(kong)隙、耐高(gao)溫(wen)、耐腐蝕(shi)性(xing)(xing)等），充(chong)分挖掘出金(jin)屬(shu)多(duo)(duo)孔(kong)(kong)材(cai)(cai)料(liao)更多(duo)(duo)的(de)(de)功能(neng)，設計出更多(duo)(duo)的(de)(de)金(jin)屬(shu)多(duo)(duo)孔(kong)(kong)材(cai)(cai)料(liao)制成(cheng)的(de)(de)產品(pin)，并不(bu)斷拓展(zhan)金(jin)屬(shu)多(duo)(duo)空(kong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)應用(yong)領域(yu)，形成(cheng)發(fa)現 用(yong)戶(hu)需求(qiu)—設計產品(pin)—制備(bei)生產—實際應用(yong)的(de)(de)體(ti)系。
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