鐵鉻鋁金屬纖維氈在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：19/05/2020 08:58:55
1.Fe-Cr-Al纖維氈在高溫氣體凈化除塵方面的應(yīng)用為了達(dá)成節(jié)能減排的目標(biāo)，需要開發(fā)新的環(huán)保技術(shù)來提高資源利用率，減少能源消耗，而高溫氣體的凈化除塵就是一項(xiàng)先 進(jìn)、關(guān)鍵的環(huán)保技術(shù)。我國是世界第一大鋼鐵、水泥生產(chǎn)國 , 是第二大電力、有色金屬生產(chǎn)國。在上述高能耗企業(yè)的生產(chǎn)流程 中，均涉及含固體粉塵的高溫氣體，如煉鐵高爐煙氣、煉鋼轉(zhuǎn)爐 或電爐尾氣，有色冶金工業(yè)高爐與轉(zhuǎn)爐高溫煤氣，水泥回轉(zhuǎn)窯的高溫尾氣，鍋爐、焚燒爐的高溫廢氣等等。在工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的氣體呈現(xiàn)的主要特點(diǎn)包括溫度特別高、含有細(xì)微的粉塵顆粒，并且大多含有害氣體，如果直接排 放，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染及熱量損失。此類含有大量物理顯 熱、化學(xué)潛熱的高溫工業(yè)含塵氣體，屬于被動(dòng)性煙氣，它的合理利用有著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
圖 1 傳統(tǒng)過濾設(shè)備高溫?zé)煔鈨艋?/span>
傳統(tǒng)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(qiáng)制吹風(fēng)冷卻煙氣溫 度降低到 220℃以后進(jìn)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(zhì)除塵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)， 過濾介質(zhì)材料對(duì)于過濾效果和過濾壽命產(chǎn)生直接的作用，而這 高溫過濾技術(shù)主要體現(xiàn)在纖維過濾，纖維材料的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)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(shí)還需要滿足其經(jīng)濟(jì)適用的特征，使用周期長。
針對(duì)中高溫氣體除塵，早期的研究主要集中在陶瓷過濾材 料，在工作環(huán)境下適應(yīng)的溫度能夠高達(dá) 1000℃，不但可以適應(yīng)高溫環(huán)境，耐熱性極強(qiáng)，而且在氧化、還原環(huán)境下具有較強(qiáng)的抗 腐蝕性和抗載荷能力。但同時(shí)它也存在致命的缺點(diǎn) ：性脆 ；延 展性、韌性很差 ；難以與系統(tǒng)整體封接 ；熱傳導(dǎo)性差使得難以承受極冷極熱負(fù)荷波動(dòng)，即抗熱震性差。在高溫、高壓條件下， 陶瓷材料的整體強(qiáng)度，操作的長期性，可靠性及反吹性仍存在很 大的問題。即使不斷加熱的情況下，F(xiàn)e-Cr-Al 金屬纖維過濾材料也能 抗熱，體現(xiàn)出極強(qiáng)的抗熱震性，該種金屬材料還具有很強(qiáng)硫腐 蝕能力和優(yōu)良的抗氧化能力、機(jī)械性能，能夠耐受高溫工作，在 600℃ ~800℃條件下，可以持續(xù)工作 6000 多小時(shí)，而且不會(huì)有損壞。
2. Fe-Cr-Al纖維氈在汽車尾氣凈化方面的應(yīng)用
當(dāng)今時(shí)代，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，汽車已經(jīng)更加普及，成為人們不可或缺的交通工具，但是汽車數(shù)量大幅增長的同時(shí)，汽車尾氣也 給環(huán)境污染帶來了很大的影響。有關(guān)研究表明，城市空氣污染中 大量的物質(zhì)來自汽車尾氣，需要采用凈化技術(shù)對(duì)汽車排放的廢棄進(jìn)行凈化，減少環(huán)境污染。目前針對(duì)汽油機(jī)汽車和柴油機(jī)汽車 別人使用了催化凈化器和顆粒捕集器，這些物理、化學(xué)的方法能 夠減少汽車尾氣中的污染物。
汽車尾氣催化凈化器載體作為催化劑的承載體，其性能直接關(guān)系到催化劑的轉(zhuǎn)化率、使用壽命和整個(gè)催化凈化器的裝配 要求，對(duì)整個(gè)催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的性能都有很大的影響，在使用催化 劑載體的時(shí)候，需要考慮其具備一些特殊性 ：①足夠的比表面 積。催化劑的活性成分都負(fù)載于載體表面，載體比表面積大，有 利于活性成分的高度分散，增加廢氣和催化劑的接觸面積，從而提高活性成分的利用率，降低成本。②機(jī)械強(qiáng)度需要良好的。載 體在承受高溫腐蝕性熱氣流不斷沖刷的同時(shí)還要承受路面不平整和汽缸振動(dòng)引起的劇烈振動(dòng)。③耐高溫性應(yīng)該足夠。汽車發(fā) 動(dòng)機(jī)排氣溫度的范圍較寬，通常的工作溫度在 500℃ ~800℃，有 時(shí)甚至超過 1000℃。④較低的熱膨脹系數(shù)和熱容量。熱膨脹系數(shù)小能夠保證催化劑經(jīng)受溫度的急劇變化而不破裂，熱容量低則可使其達(dá)到催化反應(yīng)所需溫度的時(shí)間縮短，提高催化凈化效 率。⑤良好的耐腐蝕性能，以抵抗排氣成分和顆粒物上吸附的金屬氧化物等物質(zhì)的侵蝕，保證使用壽命。⑥適用于某種再生形 式，如催化再生、燃油添加劑再生或電加熱再生等。除此以上特 點(diǎn)需要滿足以外，催化劑載體要實(shí)現(xiàn)其理想的功能還應(yīng)該吸水性適當(dāng)，并且其制作材料應(yīng)該豐富化，所成產(chǎn)的成本比較低。
隨著材料科技的發(fā)展，催化劑載體的種類也越來越多，上個(gè)世紀(jì)八十年代，在 20 世紀(jì) 80 年代，技術(shù)更加成熟，非尾氣加熱催化劑由于適宜金屬載體的出現(xiàn)而成為現(xiàn)實(shí)可能，它比起亞的催化劑效果更好，更加具有優(yōu)勢(shì)，尤其與陶瓷載體單靠發(fā)動(dòng)機(jī)排 氣和反應(yīng)放熱為催化劑來相比，而且能夠?qū)⑵鹑紩r(shí)間能夠大大的縮短。而且金屬催化劑利用了金屬的導(dǎo)電性，能夠在 30 秒內(nèi) 就能夠?qū)⑵鹑紲囟冗_(dá)到 350℃。因此 Fe-Cr-Al 金屬纖維氈被應(yīng)用于汽車尾氣的凈化器裝置 中，是一種非常好的金屬載體材料，具有良好的加工性能，滿足當(dāng)今時(shí)代的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保需求。通過對(duì)多種捕集柴油機(jī)排氣微粒途徑的研究比較，柴油機(jī)顆粒捕集器（DPF，diesel particulatefilter）被公認(rèn)為是柴油機(jī)微 粒排放后處理的主要方式。顆粒捕集器的關(guān)鍵技術(shù)是過濾材料 的選擇與過濾體的再生，其中又以后者尤為重要。顆粒捕集器是 一種物理性的降低排氣微粒的方法，在過濾過程中，顆粒會(huì)積存在過濾體表面，導(dǎo)致柴油機(jī)排氣背壓增加，當(dāng)排氣背壓達(dá)到 20KPa 時(shí)，柴油機(jī)工作開始明顯惡化，導(dǎo)致動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等性 能降低，必須及時(shí)除去沉積的微粒，才能使微粒捕集器繼續(xù)正常工作。對(duì)于過濾體材料必須滿足一定的要求：微粒過濾效率得需 要高的，排氣阻力是低的，機(jī)械強(qiáng)度高和抗震動(dòng)性能良好，而且 在高溫高熱狀態(tài)下能夠抗抵，經(jīng)耐住腐蝕。陶瓷無法和金屬材料抗衡強(qiáng)度，更別體積韌性和導(dǎo)熱性。在現(xiàn)代技術(shù)條件下，開發(fā)的鐵鉻鋁（Fe-Cr-Al），一種合金新 材料，能夠耐受高溫高熱高腐蝕，而且這種新材料升溫快且熱容小，能夠幫助排氣微粒迅速地起燃，并且其抗機(jī)械振動(dòng)性能好， 能夠忍耐高溫，高溫沖擊性強(qiáng)，滿足更高的生產(chǎn)生活需求，未來 適用領(lǐng)域?qū)?huì)廣泛。柴油車尾氣顆粒捕集器由 Fe-Cr-Al 纖維制成，作為一種新 的環(huán)保產(chǎn)品，也是世界最新出現(xiàn)的一種。使用該種捕集器后，柴 油車排放的尾氣經(jīng)檢測(cè)達(dá)到歐Ⅳ尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，如果柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)尾氣顆粒捕集器安裝，能夠降低柴油機(jī)排氣時(shí)候的噪音，這些 優(yōu)勢(shì)讓不少汽車生產(chǎn)商購置。 綜上所述，金屬多孔材料的重要性突出，不僅應(yīng)用于高溫氣 體過濾除塵、還可以用于汽車尾氣凈化方面，隨著能源環(huán)保的日益發(fā)展，金屬多孔材料需要 有新的發(fā)展變化，以滿足人們對(duì)于新材料的需求。因此，未來還需要基于用戶需求，加強(qiáng)金屬多孔材料的研究與開發(fā)，利用金屬 多孔材料的性能（導(dǎo)電、導(dǎo)熱、空隙、耐高溫、耐腐蝕性等），充分挖掘出金屬多孔材料更多的功能，設(shè)計(jì)出更多的金屬多孔材料制成的產(chǎn)品，并不斷拓展金屬多空材料的應(yīng)用領(lǐng)域，形成發(fā)現(xiàn) 用戶需求—設(shè)計(jì)產(chǎn)品—制備生產(chǎn)—實(shí)際應(yīng)用的體系。
參考文獻(xiàn)
[1] 蘇娜 , 楊延安 , 左彩霞 , 等 . 金屬纖維氈濾袋在高溫?zé)煔獬龎m領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì) [J]. 中 國環(huán)保產(chǎn)業(yè) ,2016(2):35-36.
[2] 張小慶 , 侯力強(qiáng) , 石丹 , 等 . 金屬纖維氈在氣體 / 液體中過濾性能的差異與關(guān)系 [J]. 粉末冶金技術(shù) ,2017,35(5):392-397.
[3] 鄭錦維 , 朱銳鈿 , 周思遠(yuǎn) , 等 . 除塵濾袋用 PPS 纖維氈濾料 PM_(2.5) 及高溫過 濾特性研究[J]. 化纖與紡織技術(shù) ,2017,46(3):23-28.
[4] 薛婷婷 , 沈恒根 , 梁珍 , 等 . 不同織物構(gòu)造 PPS 濾料對(duì) PM_(2.5) 的過濾特性影 響分析 [J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào) ,2015,15(3):275-278.
[5] 婁可賓 , 沈恒根 , 杜柳柳 . 新型玻璃纖維復(fù)合濾料在燃煤鍋爐煙氣治理上的應(yīng) 用探討 [J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品,2007,25(12):33-36.
[6] 薛婷婷,王振華,梁珍,等“.燃煤 + 煤氣”鍋爐袋式除塵用濾料的試驗(yàn)研究 [J].
環(huán)境工程,2014,32(2):102-106.
