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纖維氈在高溫氣體凈化除塵方面的應用為了達成節能減排的目標，需要開發新的環保技術來提高資源利用率，減少能源消耗，而高溫氣體的凈化除塵就是一項先 進、關鍵的環保技術。我國是世界第一大鋼鐵、水泥生產國 , 是第二大電力、有色金屬生產國。在上述高能耗企業的生產流程 中，均涉及含固體粉塵的高溫氣體，如煉鐵高爐煙氣、煉鋼轉爐 或電爐尾氣，有色冶金工業高爐與轉爐高溫煤氣，水泥回轉窯的高溫尾氣，鍋爐、焚燒爐的高溫廢氣等等。在工業生產過程中排放的氣體呈現的主要特點包括溫度特別高、含有細微的粉塵顆粒，并且大多含有害氣體，如果直接排 放，造成了嚴重的環境污染及熱量損失。此類含有大量物理顯 熱、化學潛熱的高溫工業含塵氣體，屬于被動性煙氣，它的合理利用有著巨大的經濟價值。
圖 1 傳統過濾設備高溫煙氣凈化
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，在工作環境下適應的溫度能夠高達 1000℃，不但可以適應高溫環境，耐熱性極強，而且在氧化、還原環境下具有較強的抗 腐蝕性和抗載荷能力。但同時它也存在致命的缺點 ：性脆 ；延 展性、韌性很差 ；難以與系統整體封接 ；熱傳導性差使得難以承受極冷極熱負荷波動，即抗熱震性差。在高溫、高壓條件下， 陶瓷材料的整體強度，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，Fe-Cr-Al 金屬纖維過濾材料也能 抗熱，體現出極強的抗熱震性，該種金屬材料還具有很強硫腐 蝕能力和優良的抗氧化能力、機械性能，能夠耐受高溫工作，在 600℃ ~800℃條件下，可以持續工作 6000 多小時，而且不會有損壞。
2. Fe-Cr-Al纖維氈在汽車尾氣凈化方面的應用
當今時代，經濟快速發展，汽車已經更加普及，成為人們不可或缺的交通工具，但是汽車數量大幅增長的同時，汽車尾氣也 給環境污染帶來了很大的影響。有關研究表明，城市空氣污染中 大量的物質來自汽車尾氣，需要采用凈化技術對汽車排放的廢棄進行凈化，減少環境污染。目前針對汽油機汽車和柴油機汽車 別人使用了催化凈化器和顆粒捕集器，這些物理、化學的方法能 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，其性能直接關系到催化劑的轉化率、使用壽命和整個催化凈化器的裝配 要求，對整個催化轉化系統的性能都有很大的影響，在使用催化 劑載體的時候，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機械強度需要良好的。載 體在承受高溫腐蝕性熱氣流不斷沖刷的同時還要承受路面不平整和汽缸振動引起的劇烈振動。③耐高溫性應該足夠。汽車發 動機排氣溫度的范圍較寬，通常的工作溫度在 500℃ ~800℃，有 時甚至超過 1000℃。④較低的熱膨脹系數和熱容量。熱膨脹系數小能夠保證催化劑經受溫度的急劇變化而不破裂，熱容量低則可使其達到催化反應所需溫度的時間縮短，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 點需要滿足以外，催化劑載體要實現其理想的功能還應該吸水性適當，并且其制作材料應該豐富化，所成產的成本比較低。
隨著材料科技的發展，催化劑載體的種類也越來越多，上個世紀八十年代，在 20 世紀 80 年代，技術更加成熟，非尾氣加熱催化劑由于適宜金屬載體的出現而成為現實可能，它比起亞的催化劑效果更好，更加具有優勢，尤其與陶瓷載體單靠發動機排 氣和反應放熱為催化劑來相比，而且能夠將起燃時間能夠大大的縮短。而且金屬催化劑利用了金屬的導電性，能夠在 30 秒內 就能夠將起燃溫度達到 350℃。因此 Fe-Cr-Al 金屬纖維氈被應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，滿足當今時代的經濟價值和環保需求。通過對多種捕集柴油機排氣微粒途徑的研究比較，柴油機顆粒捕集器（DPF，diesel particulatefilter）被公認為是柴油機微 粒排放后處理的主要方式。顆粒捕集器的關鍵技術是過濾材料 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，顆粒會積存在過濾體表面，導致柴油機排氣背壓增加，當排氣背壓達到 20KPa 時，柴油機工作開始明顯惡化，導致動力性和經濟性等性 能降低，必須及時除去沉積的微粒，才能使微粒捕集器繼續正常工作。對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，機械強度高和抗震動性能良好，而且 在高溫高熱狀態下能夠抗抵，經耐住腐蝕。陶瓷無法和金屬材料抗衡強度，更別體積韌性和導熱性。在現代技術條件下，開發的鐵鉻鋁（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，并且其抗機械振動性能好， 能夠忍耐高溫，高溫沖擊性強，滿足更高的生產生活需求，未來 適用領域將會廣泛。柴油車尾氣顆粒捕集器由 Fe-Cr-Al 纖維制成，作為一種新 的環保產品，也是世界最新出現的一種。使用該種捕集器后，柴 油車排放的尾氣經檢測達到歐Ⅳ尾氣排放標準，如果柴油發動 機尾氣顆粒捕集器安裝，能夠降低柴油機排氣時候的噪音，這些 優勢讓不少汽車生產商購置。 綜上所述，金屬多孔材料的重要性突出，不僅應用于高溫氣 體過濾除塵、還可以用于汽車尾氣凈化方面，隨著能源環保的日益發展，金屬多孔材料需要 有新的發展變化，以滿足人們對于新材料的需求。因此，未來還需要基于用戶需求，加強金屬多孔材料的研究與開發，利用金屬 多孔材料的性能（導電、導熱、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，設計出更多的金屬多孔材料制成的產品，并不斷拓展金屬多空材料的應用領域，形成發現 用戶需求—設計產品—制備生產—實際應用的體系。
參考文獻
[1] 蘇娜 , 楊延安 , 左彩霞 , 等 . 金屬纖維氈濾袋在高溫煙氣除塵領域的優勢 [J]. 中 國環保產業 ,2016(2):35-36.
[2] 張小慶 , 侯力強 , 石丹 , 等 . 金屬纖維氈在氣體 / 液體中過濾性能的差異與關系 [J]. 粉末冶金技術 ,2017,35(5):392-397.
[3] 鄭錦維 , 朱銳鈿 , 周思遠 , 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 ,2017,46(3):23-28.
[4] 薛婷婷 , 沈恒根 , 梁珍 , 等 . 不同織物構造 PPS 濾料對 PM_(2.5) 的過濾特性影 響分析 [J].安全與環境學報 ,2015,15(3):275-278.
[5] 婁可賓 , 沈恒根 , 杜柳柳 . 新型玻璃纖維復合濾料在燃煤鍋爐煙氣治理上的應 用探討 [J]. 產業用紡織品,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研究 [J].
環境工程,2014,32(2):102-106.
