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          铁铬铝金属纤维毡在环保领域的应用

          发布时间:19/05/2020 08:58:55
          1.Fe-Cr-Al纤维毡在高温气体净化除尘方面的应用

          为了达成节能减排的目标,需要开发新的环保技术来提高资源利用率,减少能源消耗,而高温气体的净化除尘就是一项先 进、关键的环保技术。我国是世界第一大钢铁、水泥生产国 , 是第二大电力、有色金属生产国。在上述高能耗企业的生产流程 中,均涉及含固体粉尘的高温气体,如炼铁高炉烟气、炼钢转炉 或电炉尾气,有色冶金工业高炉与转炉高温煤气,水泥回转窑的高温尾气,锅炉、焚烧炉的高温废气等等。
          在工业生产过程中排放的气体呈现的主要特点包括温度特别高、含有细微的粉尘颗粒,并且大多含有害气体,如果直接排 放,造成了严重的环境污染及热量损失。此类含有大量物理显 热、化学潜热的高温工业含尘气体,属于被动性烟气,它的合理利用有着巨大的经济价值。

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          图 1 传统过滤设备高温烟气净化

          传统电炉炼钢烟气处理是高炉烟气从出口 650℃ ~1000℃起,通过管道降温到400℃ ~600℃左右,再强制吹风冷却烟气温 度降低到 220℃以后进行布袋除尘,余热得不到利用。(示意图见图 1)

          过滤材料才能保证高温气体过滤介质除尘技术的实现, 过滤介质材料对于过滤效果和过滤寿命产生直接的作用,而这 高温过滤技术主要体现在纤维过滤,纤维材料的优点突出,比表面积大,能够较低的压降和过滤效率比较高。高温过滤材料要有 极强的耐高温能力,而且能够耐受气体的腐蚀性,这样才能提高 除尘效率,同时还需要满足其经济适用的特征,使用周期长。
          针对中高温气体除尘,早期的研究主要集中在陶瓷过滤材 料,在工作环境下适应的温度能够高达 1000℃,不但可以适应高温环境,耐热性极强,而且在氧化、还原环境下具有较强的抗 腐蚀性和抗载荷能力。但同时它也存在致命的缺点 :性脆 ;延 展性、韧性很差 ;难以与系统整体封接 ;热传导性差使得难以承受极冷极热负荷波动,即抗热震性差。在高温、高压条件下, 陶瓷材料的整体强度,操作的长期性,可靠性及反吹性仍存在很 大的问题。
          即使不断加热的情况下,Fe-Cr-Al 金属纤维过滤材料也能 抗热,体现出极强的抗热震性,该种金属材料还具有很强硫腐 蚀能力和优良的抗氧化能力、机械性能,能够耐受高温工作,在 600℃ ~800℃条件下,可以持续工作 6000 多小时,而且不会有损坏。
           

          2.  Fe-Cr-Al纤维毡在汽车尾气净化方面的应用

          当今时代,经济快速发展,汽车已经更加普及,成为人们不可或缺的交通工具,但是汽车数量大幅增长的同时,汽车尾气也 给环境污染带来了很大的影响。有关研究表明,城市空气污染中 大量的物质来自汽车尾气,需要采用净化技术对汽车排放的废弃进行净化,减少环境污染。目前针对汽油机汽车和柴油机汽车 别人使用了催化净化器和颗粒捕集器,这些物理、化学的方法能 够减少汽车尾气中的污染物。
          2.1  Fe-Cr-Al 纤维毡催化剂载体

          汽车尾气催化净化器载体作为催化剂的承载体,其性能直接关系到催化剂的转化率、使用寿命和整个催化净化器的装配 要求,对整个催化转化系统的性能都有很大的影响,在使用催化 剂载体的时候,需要考虑其具备一些特殊性 :①足够的比表面 积。催化剂的活性成分都负载于载体表面,载体比表面积大,有 利于活性成分的高度分散,增加废气和催化剂的接触面积,从而提高活性成分的利用率,降低成本。②机械强度需要良好的。载 体在承受高温腐蚀性热气流不断冲刷的同时还要承受路面不平整和汽缸振动引起的剧烈振动。③耐高温性应该足够。汽车发 动机排气温度的范围较宽,通常的工作温度在 500℃ ~800℃,有 时甚至超过 1000℃。④较低的热膨胀系数和热容量。热膨胀系数小能够保证催化剂经受温度的急剧变化而不破裂,热容量低则可使其达到催化反应所需温度的时间缩短,提高催化净化效 率。⑤良好的耐腐蚀性能,以抵抗排气成分和颗粒物上吸附的金属氧化物等物质的侵蚀,保证使用寿命。⑥适用于某种再生形 式,如催化再生、燃油添加剂再生或电加热再生等。除此以上特 点需要满足以外,催化剂载体要实现其理想的功能还应该吸水性适当,并且其制作材料应该丰富化,所成产的成本比较低。

          随着材料科技的发展,催化剂载体的种类也越来越多,上个世纪八十年代,在 20 世纪 80 年代,技术更加成熟,非尾气加热催化剂由于适宜金属载体的出现而成为现实可能,它比起亚的催化剂效果更好,更加具有优势,尤其与陶瓷载体单靠发动机排 气和反应放热为催化剂来相比,而且能够将起燃时间能够大大的缩短。而且金属催化剂利用了金属的导电性,能够在 30 秒内 就能够将起燃温度达到 350℃。
          因此 Fe-Cr-Al 金属纤维毡被应用于汽车尾气的净化器装置 中,是一种非常好的金属载体材料,具有良好的加工性能,满足当今时代的经济价值和环保需求。
          2.2   颗粒捕集器
          通过对多种捕集柴油机排气微粒途径的研究比较,柴油机颗粒捕集器(DPF,diesel particulatefilter)被公认为是柴油机微 粒排放后处理的主要方式??帕2都鞯墓丶际跏枪瞬牧?的选择与过滤体的再生,其中又以后者尤为重要??帕2都魇?一种物理性的降低排气微粒的方法,在过滤过程中,颗?;峄嬖诠颂灞砻?,导致柴油机排气背压增加,当排气背压达到 20KPa 时,柴油机工作开始明显恶化,导致动力性和经济性等性 能降低,必须及时除去沉积的微粒,才能使微粒捕集器继续正常工作。
          对于过滤体材料必须满足一定的要求:微粒过滤效率得需 要高的,排气阻力是低的,机械强度高和抗震动性能良好,而且 在高温高热状态下能够抗抵,经耐住腐蚀。陶瓷无法和金属材料抗衡强度,更别体积韧性和导热性。
          在现代技术条件下,开发的铁铬铝(Fe-Cr-Al),一种合金新 材料,能够耐受高温高热高腐蚀,而且这种新材料升温快且热容小,能够帮助排气微粒迅速地起燃,并且其抗机械振动性能好, 能够忍耐高温,高温冲击性强,满足更高的生产生活需求,未来 适用领域将会广泛。
          柴油车尾气颗粒捕集器由 Fe-Cr-Al 纤维制成,作为一种新 的环保产品,也是世界最新出现的一种。使用该种捕集器后,柴 油车排放的尾气经检测达到欧Ⅳ尾气排放标准,如果柴油发动 机尾气颗粒捕集器安装,能够降低柴油机排气时候的噪音,这些 优势让不少汽车生产商购置。
              综上所述,金属多孔材料的重要性突出,不仅应用于高温气 体过滤除尘、还可以用于汽车尾气净化方面,随着能源环保的日益发展,金属多孔材料需要 有新的发展变化,以满足人们对于新材料的需求。因此,未来还需要基于用户需求,加强金属多孔材料的研究与开发,利用金属 多孔材料的性能(导电、导热、空隙、耐高温、耐腐蚀性等),充分挖掘出金属多孔材料更多的功能,设计出更多的金属多孔材料制成的产品,并不断拓展金属多空材料的应用领域,形成发现 用户需求—设计产品—制备生产—实际应用的体系。

            参考文献

          [1] 苏娜 , 杨延安 , 左彩霞 , 等 . 金属纤维毡滤袋在高温烟气除尘领域的优势 [J]. 中 国环保产业 ,2016(2):35-36.

          [2] 张小庆 , 侯力强 , 石丹 , 等 . 金属纤维毡在气体 / 液体中过滤性能的差异与关系 [J]. 粉末冶金技术 ,2017,35(5):392-397.

          [3] 郑锦维 , 朱锐钿 , 周思远 , 等 . 除尘滤袋用 PPS 纤维毡滤料 PM_(2.5) 及高温过 滤特性研究[J]. 化纤与纺织技术 ,2017,46(3):23-28.

          [4] 薛婷婷 , 沈恒根 , 梁珍 , 等 . 不同织物构造 PPS 滤料对 PM_(2.5) 的过滤特性影 响分析 [J].安全与环境学报 ,2015,15(3):275-278.

          [5] 娄可宾 , 沈恒根 , 杜柳柳 . 新型玻璃纤维复合滤料在燃煤锅炉烟气治理上的应 用探讨 [J]. 产业用纺织品,2007,25(12):33-36.

                 [6]      薛婷婷,王振华,珍,等.燃煤 + 煤气”锅炉袋式除尘用滤料的试验研究 [J].

                                                                                                                环境工程,2014,32(2):102-106.

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