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除尘器的空气过滤与净化技术

信息来源:   时间:2018-03-28 16:47:18 

除尘器的空气过滤与净化技术

与净化处理粉尘颗粒物的各种除尘技术不同,空气过滤技术是净化处理送风系统中室外 空气中悬浮颗粒的技术。所以采用空气过滤技术的目的是为了满足室内卫生标准1生产工艺 对空气质量的要求以及洁净间、无菌室等特殊要求。

第一节空气过滤理论

过滤就是利用多孔体从气体中除去分散粉尘颗粒的净化过程。过滤时,由于惯性碰撞、 拦截、扩散以及静电力、重力等作用,使悬浮于气体中的粉尘颗粒沉积于多孔体表面或容纳 于多孔体中。作为过滤器的多孔体材料,其结构是纤维状的、多孔状的,或者是这些结构的 组合体,统称过滤材料。

含颗粒的流体以一定速度通过过滤材料时,其中的颗粒在其表面被捕集,并逐渐形成粉 尘层,其中少部分还可能嵌人滤料内部。此粉尘层也就成为新的过滤材料,从而提高了捕集 效率。但随着粉尘层的加厚,过滤材料的透气性逐渐降低,阻力相应增加。此时必须除去粉 尘层,或称再生6过滤过程需定期地进行清灰再生,也可以定期更换被堵塞的滤料。

一、空气过滤的特征

空气过滤与袋式除尘技术都属于过滤净化技术的范畴,他们的工作原理有许多相同之 处,其区别在于:

①空气过滤技术多用于通风及空调进气系统中,净化大气中的粉尘颗粒,使进人室内 的空气更为清洁干净。利用空气过滤不仅能捕集亚微米粒子,甚至能捕集有毒粒子及承担某 些生产工艺过程中空气的超细净化。

②空气过滤器的纤维组织常是金属网格、无纺织物或特殊纸质滤材,可根据净化的不 同要求使用不同的滤材,但其空隙率比袋式除尘所用滤料空隙率大得多。

③空气过滤器的人口质量浓度一般低于5mg/ms,比袋式除尘器排出口的质量浓度低 得多。空气过滤器的出口质量浓度有的可以低到以lffi3空气几个微粒计算,这是任何除尘 器都不能达到的。

④空气过滤器的过滤速度较高,一般为0.1?2.5m/s,而袋式除尘器过滤速度很低, —般为0. 6?1. 6m/min,两者相差10?60倍。

二、空气过滤理论

在过滤技术中,滤材是用于捕集颗粒的捕集物,它是由许多单个的捕集体(或球形颗 粒)以一定方式排列组合而成的,在单个捕集体之间还存在有孔隙。一般的颗粒尺寸往往远 小于这些孔隙,所以筛滤效应的作用是非常小的(滤材表面形成粉尘堆积的尘滤层筛分作用 除外),颗粒之所以能从气体中被分离出来,主要是依靠惯性碰撞、直接拦截、扩散以及重 力沉降、静电吸引等作用。这些都与非均一绕流捕集体时的运动情况有

1.孤立捕集体的捕集机理 当气体夹带颗粒流过单独的捕集体(圆柱纤 维)时,有可能产生的捕集机理如图7-1所示。当 待净化的气体绕过捕集体时,流线要偏析,并且 气体中的颗粒因其大小不同产生不同的被捕集机 理:①其中较大颗粒由于惯性作用仍然向前作直 线运动,于是就脱离流线而撞到捕集体上,产生 “惯性碰撞”;②有些较小的颗粒则仍然跟随流线 而运动,若颗粒半径小于流线到捕集体表面的距 离,此种颗粒也会被捕下来,产生“直接拦截”;

③更细的微粒虽远离捕集体,但在布朗扩散作用 下,也有可能会撞到捕集体上,产生“扩散效 应④若在外力作用卞,如重力、静电力等,则 颗粒产生沉降作用,也可能会撞到捕集体分别称为“重力沉降”、“静电吸引”等效应: 由此可见,捕集机理是多种效应的综合,其影响因素有流速、粒径、温度、外力场等,是十 分复杂的,它们的影响趋势如图7-2所示。一般在粒径很小时,以扩散效应为主;粒径大及 流速高时,惯性效应作用突出;拦截效应则介于其间;重力沉降在大粒径、低流速下有较大 作用;化纤织物的静电作用产生静电效应。如果颗粒与捕集体间有温度梯度,则有热迁移效 应,但在空气过滤器内这种作用很小。

2.复合捕集物的捕集效率

实际的过滤器内,捕集体是以一定方式组合成群体的。气体绕流孤立捕集体的情况显然 与绕流复合捕集物中单个捕集体的情况 有所不同,这样复合捕集物中单个捕集 体的捕集效率就会与孤立捕集体的不同,

要做一定修正。当含有颗粒的气体连续 不断地碰撞许多个捕集体,这和一次碰 撞孤立捕集体也有所不同,可见过滤器 的过滤机理是很复杂的,所以实际工程 应用中往往要借助于实验获得一些数据 和经验。

复合捕集物的捕集作用与孤立捕集 体的重大区别在于孤立捕集体不产生筛分作用,而复合捕集物则产生筛分作用。复合捕集鞠

甴孤立捕集体组合在一起,形成无数细小孔道,这些孔道可以有效阻留粒径较大的微粒。粉 尘堆积产生架桥现象又会形成新的?和产生新的筛分作用,并进一步捕集更细小的尘粒, 队而提高复合捕集体的除尘效果。

(9)过滤器的捕集效率

在研究捕集机理时都做了一定的假设:①粉尘颗粒到达捕集体表面时就被捕集;②已附 在捕集体表面的颗粒对以后的捕集过程没有影响。实际的过滤过程要复杂得多,因为颗粒还

会有反弹,还会被气流二次冲刷下来,造成返混而降低效率;但也因滤材上附有粉尘层而提 高捕集效率。

假设随着粉尘层之增厚,每根纤维(捕集体)均匀地变粗,单个捕集体的效率&也会 发生变化。通过因式分解,得出过滤器的捕集效率随时间?的变化为:

”-(卜一4-5々fe>] 的)

式中,7为捕集物的捕集效率;?为空隙率;"为气体的黏度;ps, 为气体及颗粒的 密度;夂A为颗粒及纤维的直径;7T为单体捕集体的捕集效率;4为过滤时间;Ci为入 口含尘质量浓度。

在时间间隔r内的平均效率为:

7av (:7-.2>

实际应用中空气过滤器的效率都是通过试验或现场实测取得的。为了使试验有统一的标 准,国家对试验粉尘、试验装置和试验方法做了统一规定。

三、空气过滤器的性能表示

空气过滤器的性能通常用过滤效率、穿透率、过滤阻力、过滤速度和容尘量等参数

1.过滤效率

过滤效率定义为在额定风量下过滤器前后空气含尘质量浓度之差与过滤器前空气含尘质 量浓度之比的百分数。不同形式空气过滤器的过滤效率变化范围很大。因此检查过滤效率往 往采用不同颗粒大小的试验尘和检测方法。对效率低的粗效过滤器,可采用人工尘或模拟大 气中粉尘的大气试验尘,而对效率高的空气过滤器,则采用平均尘粒粒径为0. 3fzm的人工 试验尘和相应的检验方法:如钠焰法、油雾法、邻苯二甲酸二辛酯法等。显然,对同一种过 滤器,不同的试验尘和检测方法的结果是不同的,相互之间没有可比性。因此,空气过滤器 酐标明的过滤化效率是指对某种特定的试验尘和检测方法所测得的结果。这一点与袋式除尘 器的除尘效率是不同的。空气过滤器的过滤效率常用下式表达:

X100M = fl :X 1M 涔 (7,3)

不同级别的过滤器串联使用时,总过滤效率训可按下式计算:

= (7-4)

f■‘ 式中,?…tf0刀虹滤效卑祐廉单tvAuv 乃为並猜萝,気的含尘歐骨波度: fl. ???, !??为第一、第二直至”级过滤器的效率。

当含尘质量浓度以“mg/m3”计时,其效率称为计重效率;以“粒/L”计时,称为计 霞敗率;当以某一粒径范围内的颗粒浓度“粒/L”计时,称为粒径分组计数效率。

2.穿透率

粉尘颗粒通过过滤而未能过滤下来的颗粒数量称为穿透率。穿透率与过滤效率之和为

100^,穿透率用下式表示s

K^—X100% = l-ri (f-li

m

式中,K为穿透率,%;其他符号同前。

空气过滤器运行初始阶段,粉尘的穿透率较高,随着在运行过程中过滤器上粉尘的增 加,净化效率有所增加,穿透率降低,因而过滤器运行稳定后穿透率稳定降低,显然这对运 行要求是有利的。

■3.阻力

:#气过滤器的阻力在运行之初和以后的运行过程中是不断变化的,因而通常采用两种阻 力(初阻力及终阻力)来表示其性能。过滤器的初阻力是指过滤器未积尘时在额定风量下的 阻*?■.终阻力是指过滤器使用一定时间后,其积坐量达到一定数量时的阻力。因此终阻力与

容尘量有关4终阻力的确定,除了滤料本身的因素外,还要考虑过滤速度H及其他技术经济 指标,一般都把达到初阻力2?4倍时的阻力定为终阻力。

过滤阻力用下式表示:

hp ==av +bvz (7-6)

式中,Af为过滤阻力,Paj r为过滤器的迎风面速度.印/s.; a、6为实验系数,由制 造单位提供。

随着使用时间的增长,过滤器上的粉尘量逐渐增多,压力损失也随之增大。

4-面速度和过滤速度

衡量过滤器处理风量的能力通常用面速度表示,有时也用过滤速度表示,对平板过滤器

来说二者是一致的。

面速度是指过滤器断面上通过的气流速度,一般以fli/s表示K ,过滤速度是指通过过滤 器滤料面稷上的气流速度。由于对过滤器的要求不同,在鍵滤器内设置的滤料面积也不同, 有时大于过滤器的断面面积数十倍。因而过滤速度比面速度小,通常用m/miri或cm/s 表不。

过滤速度的大小与过滤器的性能有直接关系。过滤速度过高会降低净化效率,增加阻

力;-因此为了降低阻力,高效过滤器的滤速通常都很小,而过滤料的面积则很大。

面速度一般用下式表示:

? =夢 17-7)

式中,为迎风面速度,ifl/約Q为通过过滤器的风量,mVsi: J为过滤器迎风面 积,jm2 ■>

应当指出,过滤器迎风面积是指空气过滤器框内面积,计算时不应把边框包括在内。

5.容尘量及寿命

空气过滤器的容尘量是指过滤器由初阻力变化到终阻力时所能容纳和截留的额定粉尘 量,琪每平方米过滤面积上的粉尘量(kg)表示。对于空气过滤器,容尘量具有比:一般工 业除尘器(如袋式除尘器)更为重要的意义,因为餘尘器在达到额定的容尘量时,往往通过 清灰使黏附于除尘器滤料上的粉尘落人灰斗,阻力下降,重新恢复到接近原来的状态。但对

气过滤器则不然,过滤器达到额定容尘量后需要取下来清洗再生(如泡沫过滤器),有 *重新更换滤料。因而容尘量的大小也决定了过滤器的寿命。容尘量愈大,过滤器的寿命 .由此可见容尘量是表示空气过滤器寿命长短的一项重要性能指标。

容尘量的多少与空气过滤器滤材有关,比较理想的滤材结构是梯度型结构,即滤材结构 疏吃过渡到密集.这种结构既能得到较大的容尘量,又能获得最高的效率。

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