除塵器的空氣過濾與凈化技術

與凈化處理粉塵顆粒物的各種除塵技(ji)術(shu)不(bu)同，空氣過濾(lv)技(ji)術(shu)是凈化(hua)處理送(song)風系統中(zhong)室(shi)外 空氣中(zhong)懸浮顆粒的(de)技(ji)術(shu)。所以采(cai)用空氣過濾(lv)技(ji)術(shu)的(de)目的(de)是為了滿足室(shi)內(nei)衛生標準1生產工藝 對(dui)空氣質量的(de)要求(qiu)以及潔凈間、無菌室(shi)等特(te)殊(shu)要求(qiu)。

第一節空氣過濾理論

過(guo)濾(lv)就(jiu)是利用多(duo)孔體從氣體中(zhong)除去(qu)分(fen)散粉(fen)塵顆(ke)粒的(de)(de)凈化(hua)過(guo)程。過(guo)濾(lv)時，由(you)于(yu)慣性碰撞、 攔截、擴散以及靜電力、重力等作(zuo)用，使懸浮于(yu)氣體中(zhong)的(de)(de)粉(fen)塵顆(ke)粒沉積于(yu)多(duo)孔體表面或容納(na) 于(yu)多(duo)孔體中(zhong)。作(zuo)為過(guo)濾(lv)器的(de)(de)多(duo)孔體材(cai)料，其結構(gou)是纖維狀的(de)(de)、多(duo)孔狀的(de)(de)，或者是這些結構(gou)的(de)(de) 組合體，統(tong)稱(cheng)過(guo)濾(lv)材(cai)料。

含顆粒的流體以(yi)一定速度通過(guo)(guo)(guo)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)材料(liao)時(shi)(shi),其中的顆粒在其表面被捕集，并逐漸形(xing)成(cheng)(cheng)粉 塵層(ceng)，其中少部分還可能嵌人濾(lv)料(liao)內部。此(ci)粉塵層(ceng)也就成(cheng)(cheng)為(wei)新的過(guo)(guo)(guo)濾(lv)材料(liao)，從(cong)而提高(gao)了捕集 效(xiao)率(lv)。但(dan)隨著粉塵層(ceng)的加厚(hou)，過(guo)(guo)(guo)濾(lv)材料(liao)的透氣性逐漸降低，阻力相應增(zeng)加。此(ci)時(shi)(shi)必須除去粉 塵層(ceng)，或稱再(zai)生(sheng)6過(guo)(guo)(guo)濾(lv)過(guo)(guo)(guo)程需定期地進行清(qing)灰再(zai)生(sheng)，也可以(yi)定期更(geng)換被堵塞的濾(lv)料(liao)。

一、空氣過濾的特征

空氣過濾與袋式除塵技(ji)術都屬于(yu)(yu)過濾凈化技(ji)術的范疇，他們(men)的工作原(yuan)理(li)有許多相同之 處，其(qi)區別在于(yu)(yu)：

①空氣(qi)過(guo)濾技術多用于(yu)通風及空調進氣(qi)系(xi)統(tong)中，凈化(hua)大氣(qi)中的粉塵(chen)顆(ke)粒(li)，使進人室內 的空氣(qi)更為(wei)清潔干凈。利用空氣(qi)過(guo)濾不僅能捕(bu)集亞微米粒(li)子(zi)，甚(shen)至能捕(bu)集有(you)毒(du)粒(li)子(zi)及承擔(dan)某 些生產(chan)工藝過(guo)程中空氣(qi)的超(chao)細凈化(hua)。

②空氣過濾器的纖維組織常是金屬網格、無紡織物或特殊紙質濾材，可根據凈化的不 同要求使用不同的濾材，但其空隙率比袋式除塵所用(yong)濾(lv)料空隙(xi)率大得多(duo)。

③空氣過濾器的人口質量濃度一般低于5mg/ms，比袋式除塵器排出口的質量濃度低 得多。空氣過濾器的出口質量濃度有的可以低到以lffi3空氣幾個微粒計算，這是任何除塵 器都不能達到的。

④空氣過濾器的過濾速度較高，一般為0.1?2.5m/s，而袋式除塵器過濾速度(du)很低， —般為0. 6?1. 6m/min，兩(liang)者相差10?60倍。

二、空氣過濾理論

在(zai)過(guo)濾(lv)技術中，濾(lv)材是用(yong)于捕(bu)(bu)(bu)集(ji)顆(ke)粒(li)的(de)捕(bu)(bu)(bu)集(ji)物(wu)，它是由許多單個的(de)捕(bu)(bu)(bu)集(ji)體（或(huo)球形(xing)顆(ke) 粒(li)）以一定方式排列組合(he)而(er)成的(de)，在(zai)單個捕(bu)(bu)(bu)集(ji)體之間(jian)還存在(zai)有(you)孔隙。一般的(de)顆(ke)粒(li)尺(chi)寸往往遠 小(xiao)于這(zhe)些孔隙，所(suo)以篩(shai)濾(lv)效(xiao)應的(de)作(zuo)用(yong)是非常小(xiao)的(de)（濾(lv)材表(biao)面形(xing)成粉(fen)塵堆(dui)積的(de)塵濾(lv)層篩(shai)分(fen)作(zuo)用(yong) 除外），顆(ke)粒(li)之所(suo)以能從氣體中被(bei)分(fen)離(li)出來，主要是依靠慣(guan)性碰撞、直接攔截、擴散以及重 力沉降、靜電吸引等作(zuo)用(yong)。這(zhe)些都與非均一繞流捕(bu)(bu)(bu)集(ji)體時(shi)的(de)運動情(qing)況有(you)

1.孤立捕集(ji)體(ti)(ti)的(de)捕集(ji)機(ji)理(li) 當氣體(ti)(ti)夾帶顆粒流(liu)過單獨的(de)捕集(ji)體(ti)(ti)（圓柱纖 維)時，有可能(neng)產(chan)生(sheng)的(de)捕集(ji)機(ji)理(li)如圖(tu)7-1所示。當 待(dai)凈化的(de)氣體(ti)(ti)繞過捕集(ji)體(ti)(ti)時，流(liu)線(xian)要偏(pian)析，并且 氣體(ti)(ti)中(zhong)的(de)顆粒因(yin)其大小(xiao)不同(tong)產(chan)生(sheng)不同(tong)的(de)被捕集(ji)機(ji) 理(li)：①其中(zhong)較大顆粒由于慣性作用仍(reng)然向前(qian)作直 線(xian)運(yun)動(dong)，于是就脫離(li)流(liu)線(xian)而(er)(er)撞到(dao)捕集(ji)體(ti)(ti)上，產(chan)生(sheng) “慣性碰(peng)撞”；②有些較小(xiao)的(de)顆粒則仍(reng)然跟隨(sui)流(liu)線(xian) 而(er)(er)運(yun)動(dong)，若顆粒半徑小(xiao)于流(liu)線(xian)到(dao)捕集(ji)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)的(de)距(ju) 離(li)，此(ci)種(zhong)顆粒也會被捕下(xia)來(lai)，產(chan)生(sheng)“直接攔截”；

③更細的(de)微粒(li)雖遠離捕(bu)(bu)集體，但在(zai)(zai)布(bu)朗擴(kuo)散(san)(san)作用(yong)(yong) 下(xia)，也(ye)有(you)可能(neng)會撞到(dao)捕(bu)(bu)集體上，產(chan)(chan)生“擴(kuo)散(san)(san)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao) 應(ying)(ying)④若在(zai)(zai)外(wai)力(li)(li)作用(yong)(yong)卞，如(ru)重(zhong)力(li)(li)、靜電力(li)(li)等(deng)，則(ze) 顆(ke)粒(li)產(chan)(chan)生沉(chen)降作用(yong)(yong)，也(ye)可能(neng)會撞到(dao)捕(bu)(bu)集體分別稱(cheng)為(wei)“重(zhong)力(li)(li)沉(chen)降”、“靜電吸引”等(deng)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)： 由此可見，捕(bu)(bu)集機理是多(duo)種效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)的(de)綜(zong)合，其影響因素有(you)流(liu)速(su)、粒(li)徑、溫(wen)度(du)、外(wai)力(li)(li)場等(deng)，是十 分復雜的(de)，它們的(de)影響趨(qu)勢(shi)如(ru)圖7-2所示。一(yi)般在(zai)(zai)粒(li)徑很小時，以擴(kuo)散(san)(san)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)為(wei)主(zhu)；粒(li)徑大及 流(liu)速(su)高(gao)時，慣性效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)作用(yong)(yong)突(tu)出；攔截效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)則(ze)介于其間(jian)；重(zhong)力(li)(li)沉(chen)降在(zai)(zai)大粒(li)徑、低流(liu)速(su)下(xia)有(you)較(jiao)大 作用(yong)(yong)；化纖織物的(de)靜電作用(yong)(yong)產(chan)(chan)生靜電效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)。如(ru)果顆(ke)粒(li)與(yu)捕(bu)(bu)集體間(jian)有(you)溫(wen)度(du)梯(ti)度(du)，則(ze)有(you)熱遷移效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao) 應(ying)(ying)，但在(zai)(zai)空氣(qi)過(guo)濾器內這種作用(yong)(yong)很小。

2.復合捕(bu)集物(wu)的捕(bu)集效率

實際的過(guo)濾(lv)器內，捕(bu)集(ji)(ji)體(ti)是以一(yi)定(ding)方式組合成(cheng)群體(ti)的。氣體(ti)繞流(liu)孤(gu)立捕(bu)集(ji)(ji)體(ti)的情(qing)況(kuang)顯(xian)然(ran) 與繞流(liu)復合捕(bu)集(ji)(ji)物中(zhong)單個捕(bu)集(ji)(ji)體(ti)的情(qing)況(kuang) 有所不同，這樣復合捕(bu)集(ji)(ji)物中(zhong)單個捕(bu)集(ji)(ji) 體(ti)的捕(bu)集(ji)(ji)效率就會與孤(gu)立捕(bu)集(ji)(ji)體(ti)的不同，

要做一定修(xiu)正。當含(han)有(you)顆粒的氣體(ti)連續 不斷地碰(peng)撞許多個(ge)捕集(ji)體(ti)，這和(he)一次碰(peng) 撞孤立捕集(ji)體(ti)也有(you)所(suo)不同(tong)，可見過濾(lv)器 的過濾(lv)機理是很復雜的，所(suo)以(yi)實際工(gong)程 應用中往往要借助于實驗(yan)獲得(de)一些(xie)數據(ju) 和(he)經(jing)驗(yan)。

復合捕(bu)(bu)集(ji)物(wu)的捕(bu)(bu)集(ji)作(zuo)用(yong)與孤立(li)捕(bu)(bu)集(ji) 體(ti)的重大區別在于孤立(li)捕(bu)(bu)集(ji)體(ti)不產(chan)生篩分(fen)作(zuo)用(yong)，而(er)復合捕(bu)(bu)集(ji)物(wu)則(ze)產(chan)生篩分(fen)作(zuo)用(yong)。復合捕(bu)(bu)集(ji)鞠

甴孤立捕集體組合在一起，形成無數細小孔道，這些孔道可以有效阻留粒徑較大的微粒。粉 塵堆積產生架橋現象又會形成新的?和產生新的篩分作用，并進一步捕集更細小的塵粒， 隊而提高復合捕集體的除塵效果。

(9)過濾器的捕集效(xiao)率

在研究捕(bu)集(ji)(ji)機理時都做(zuo)了(le)一定的(de)(de)假設：①粉塵顆(ke)粒(li)到達捕(bu)集(ji)(ji)體表(biao)面時就(jiu)被(bei)捕(bu)集(ji)(ji)；②已附(fu) 在捕(bu)集(ji)(ji)體表(biao)面的(de)(de)顆(ke)粒(li)對以后的(de)(de)捕(bu)集(ji)(ji)過程沒有影響。實際的(de)(de)過濾過程要復雜得多，因為(wei)顆(ke)粒(li)還

會(hui)有反彈，還會(hui)被氣流(liu)二次(ci)沖(chong)刷下來，造成返混而(er)降低效率；但也因濾材上附有粉(fen)塵層而(er)提(ti) 高捕集效率。

假設隨著粉塵層之(zhi)增厚，每根纖(xian)維（捕集體）均勻地變粗，單個捕集體的效率&也(ye)會 發生(sheng)變化。通過(guo)因式分解，得出(chu)過(guo)濾器的捕集效率隨時(shi)間？的變化為：

”-(卜一4-5々fe>] 的)

式中(zhong)，7為(wei)捕集物的(de)捕集效率(lv)(lv)；￡為(wei)空隙(xi)率(lv)(lv)；"為(wei)氣體(ti)的(de)黏(nian)度(du)；ps, 為(wei)氣體(ti)及顆粒的(de) 密度(du);夂A為(wei)顆粒及纖維的(de)直徑；7T為(wei)單(dan)體(ti)捕集體(ti)的(de)捕集效率(lv)(lv)；4為(wei)過濾時間；Ci為(wei)入 口含塵質量濃度(du)。

在時間間隔r內(nei)的平均(jun)效率為：

7av (:7-.2>

實(shi)際應用中(zhong)空氣過濾器(qi)的效(xiao)率(lv)都(dou)是(shi)通(tong)過試(shi)驗(yan)或現場實(shi)測取得(de)的。為了使試(shi)驗(yan)有統一(yi)的標 準，國家對試(shi)驗(yan)粉塵、試(shi)驗(yan)裝置和(he)試(shi)驗(yan)方法(fa)做了統一(yi)規定(ding)。

三、空氣過(guo)濾(lv)器的性能表示

空氣過(guo)濾(lv)器的(de)性能通常(chang)用過(guo)濾(lv)效(xiao)率、穿透率、過(guo)濾(lv)阻力、過(guo)濾(lv)速度(du)和容塵(chen)量等參數

1.過濾效率

過濾效率定義為在額定風量下過濾器前后空氣含塵質量濃度之差與過濾器前空氣含塵質 量濃度之比的百分數。不同形式空氣過濾器的過濾效率變化范圍很大。因此檢查過濾效率往 往采用不同顆粒大小的試驗塵和檢測方法。對效率低的粗效過濾器，可采用人工塵或模擬大 氣中粉塵的大氣試驗塵，而對效率高的空氣過濾器，則采用平均塵粒粒徑為0. 3fzm的人工 試驗塵和相應的檢驗方法：如鈉焰法、油霧法、鄰苯二甲酸二辛酯法等。顯然，對同一種過 濾器，不同的試驗塵和檢測方法的結果是不同的，相互之間沒有可比性。因此，空氣過濾器 酐標明的過濾化效率是指對某種特定的試驗塵和檢測方法所測得的結果。這一點與袋式除塵 器的除塵效(xiao)率(lv)是不(bu)同的。空氣過(guo)濾器的過(guo)濾效(xiao)率(lv)常用下式(shi)表達(da)：

X100M = fl :X 1M 涔 （7，3)

不同(tong)級別的過濾器串(chuan)聯使用時，總過濾效率訓可(ke)按下式計算(suan)：

= (7-4)

f■‘ 式中(zhong),?…tf0刀(dao)虹濾(lv)(lv)效(xiao)卑祐廉單tvAuv 乃(nai)為(wei)(wei)並猜蘿,気的含塵歐(ou)骨波度： fl. ???, !??為(wei)(wei)第(di)一(yi)、第(di)二(er)直至”級(ji)過濾(lv)(lv)器的效(xiao)率。

當含(han)塵(chen)質(zhi)量濃(nong)度以“mg/m3”計時，其(qi)效(xiao)率(lv)稱為計重效(xiao)率(lv)；以“粒/L”計時，稱為計 霞敗(bai)率(lv)；當以某一粒徑范(fan)圍內的顆粒濃(nong)度“粒/L”計時，稱為粒徑分組計數效(xiao)率(lv)。

2.穿透率

粉塵顆粒(li)(li)通過(guo)過(guo)濾而未能過(guo)濾下(xia)來的顆粒(li)(li)數(shu)量稱為穿透率。穿透率與過(guo)濾效率之和為

100^,穿透率用下式表示s

K^—X100% = l-ri (f-li

m

式(shi)中，K為穿透率，％;其他符號同前。

空氣過(guo)濾器(qi)運行(xing)(xing)初始(shi)階段，粉塵(chen)的穿透(tou)(tou)率較高，隨(sui)著在(zai)運行(xing)(xing)過(guo)程(cheng)中過(guo)濾器(qi)上粉塵(chen)的增(zeng) 加(jia)，凈化效率有所(suo)增(zeng)加(jia)，穿透(tou)(tou)率降低，因而過(guo)濾器(qi)運行(xing)(xing)穩定(ding)后穿透(tou)(tou)率穩定(ding)降低，顯然這對(dui)運 行(xing)(xing)要求(qiu)是有利的。

■3.阻力

:#氣(qi)過(guo)濾器(qi)的阻(zu)(zu)力(li)在運(yun)行(xing)之初和(he)以后的運(yun)行(xing)過(guo)程中是(shi)不斷變化的，因而(er)通(tong)常采用兩種阻(zu)(zu) 力(li)（初阻(zu)(zu)力(li)及終(zhong)阻(zu)(zu)力(li)）來表示其(qi)性(xing)能。過(guo)濾器(qi)的初阻(zu)(zu)力(li)是(shi)指過(guo)濾器(qi)未積(ji)(ji)塵時在額定風量(liang)下的 阻(zu)(zu)*?■.終(zhong)阻(zu)(zu)力(li)是(shi)指過(guo)濾器(qi)使用一定時間后，其(qi)積(ji)(ji)坐(zuo)量(liang)達(da)到一定數量(liang)時的阻(zu)(zu)力(li)。因此(ci)終(zhong)阻(zu)(zu)力(li)與

容塵量(liang)有關4終阻力(li)的確定(ding)，除(chu)了濾料本身(shen)的因素外，還要考慮過濾速度(du)H及(ji)其(qi)他技(ji)術(shu)經濟(ji) 指標，一般都把達到(dao)初阻力(li)2?4倍(bei)時的阻力(li)定(ding)為終阻力(li)。

過(guo)濾阻力(li)用(yong)下式表示：

hp ==av +bvz (7-6)

式(shi)中，Af為(wei)過濾阻力，Paj r為(wei)過濾器的(de)迎風(feng)面速(su)度.印/s.; a、6為(wei)實驗系數，由制 造單位(wei)提(ti)供。

隨(sui)著(zhu)使用時間的增(zeng)長，過濾器(qi)上的粉塵量逐漸增(zeng)多,壓力損失(shi)也隨(sui)之增(zeng)大。

4-面速度和過濾(lv)速度

衡量(liang)過(guo)濾(lv)(lv)器處理風量(liang)的能力通常(chang)用面速(su)度表示，有(you)時也用過(guo)濾(lv)(lv)速(su)度表示，對平板過(guo)濾(lv)(lv)器

來說二者是一致的。

面速(su)(su)度是指(zhi)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)器斷面上(shang)(shang)通(tong)過的氣流(liu)速(su)(su)度，一般以(yi)fli/s表示K ,過濾(lv)(lv)(lv)(lv)速(su)(su)度是指(zhi)通(tong)過過濾(lv)(lv)(lv)(lv) 器濾(lv)(lv)(lv)(lv)料面稷上(shang)(shang)的氣流(liu)速(su)(su)度。由于(yu)對過濾(lv)(lv)(lv)(lv)器的要求不同，在鍵濾(lv)(lv)(lv)(lv)器內設(she)置的濾(lv)(lv)(lv)(lv)料面積(ji)也不同， 有(you)時大于(yu)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)器的斷面面積(ji)數十倍。因而(er)過濾(lv)(lv)(lv)(lv)速(su)(su)度比面速(su)(su)度小，通(tong)常用m/miri或(huo)cm/s 表不。

過(guo)濾速度(du)的大小與過(guo)濾器的性能有直(zhi)接關(guan)系(xi)。過(guo)濾速度(du)過(guo)高(gao)會降低凈化效(xiao)率，增(zeng)加阻

力;-因此為了降低阻力，高效過濾器的(de)濾速通常都很小，而過濾料(liao)的(de)面積則很大(da)。

面速度一(yi)般用(yong)下式表示：

? =夢 17-7)

式(shi)中，為(wei)迎(ying)風面速度，ifl/約(yue)Q為(wei)通過過濾器的風量，mVsi: J為(wei)過濾器迎(ying)風面 積，jm2 ■>

應當指出(chu)，過濾(lv)器(qi)迎(ying)風面積(ji)是指空(kong)氣過濾(lv)器(qi)框內面積(ji)，計算(suan)時不(bu)應把(ba)邊框包(bao)括在內。

5.容塵量及壽命

空氣過濾器的容塵量是指過濾器由初阻力變化到終阻力時所能容納和截留的額定粉塵 量，琪每平方米過濾面積上的粉塵量（kg)表示。對于空氣過濾器，容塵量具有比:一般工 業除塵器（如袋式除塵器）更為重要的意義，因為餘塵器在達到額定的容塵量時，往往通過 清灰使黏附于除塵器濾料上(shang)的粉塵落人灰斗，阻力下降，重新恢復到(dao)接近原來的狀(zhuang)態(tai)。但對(dui)

氣過(guo)濾器(qi)(qi)則不然，過(guo)濾器(qi)(qi)達到額定容(rong)塵(chen)量(liang)后需要取(qu)下來清洗再生（如泡沫(mo)過(guo)濾器(qi)(qi)），有 *重新更換濾料。因而容(rong)塵(chen)量(liang)的大小(xiao)也(ye)決(jue)定了過(guo)濾器(qi)(qi)的壽命(ming)(ming)。容(rong)塵(chen)量(liang)愈(yu)大，過(guo)濾器(qi)(qi)的壽命(ming)(ming) .由此可見容(rong)塵(chen)量(liang)是表(biao)示空氣過(guo)濾器(qi)(qi)壽命(ming)(ming)長短的一項(xiang)重要性能(neng)指標。

容塵量(liang)的(de)多(duo)少與空氣過(guo)濾(lv)器濾(lv)材有關，比(bi)較理想的(de)濾(lv)材結構(gou)是梯度(du)型(xing)結構(gou)，即(ji)濾(lv)材結構(gou) 疏吃過(guo)渡到密集.這種結構(gou)既(ji)能得到較大的(de)容塵量(liang)，又能獲得最(zui)高的(de)效率(lv)。

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