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術不(bu)同，空氣(qi)過濾技術是(shi)凈(jing)化(hua)處理送(song)風系統中室外 空氣(qi)中懸浮(fu)顆(ke)粒的技術。所以(yi)采用(yong)空氣(qi)過濾技術的目的是(shi)為了滿足室內衛生標準(zhun)1生產(chan)工藝 對(dui)空氣(qi)質量的要求以(yi)及(ji)潔凈(jing)間(jian)、無菌室等特(te)殊要求。

第一節空氣過濾理論

過濾就是(shi)(shi)利用多孔(kong)(kong)(kong)體從(cong)氣(qi)(qi)體中(zhong)除去分(fen)散粉(fen)塵顆粒的凈化過程(cheng)。過濾時，由(you)于(yu)(yu)慣(guan)性(xing)碰撞、 攔截(jie)、擴散以及靜電(dian)力(li)、重(zhong)力(li)等作用，使(shi)懸浮(fu)于(yu)(yu)氣(qi)(qi)體中(zhong)的粉(fen)塵顆粒沉積于(yu)(yu)多孔(kong)(kong)(kong)體表面或(huo)容納 于(yu)(yu)多孔(kong)(kong)(kong)體中(zhong)。作為過濾器的多孔(kong)(kong)(kong)體材(cai)料(liao)，其(qi)結構是(shi)(shi)纖維狀(zhuang)(zhuang)的、多孔(kong)(kong)(kong)狀(zhuang)(zhuang)的，或(huo)者是(shi)(shi)這些(xie)結構的 組合(he)體，統稱(cheng)過濾材(cai)料(liao)。

含顆(ke)(ke)粒的(de)(de)流體以一(yi)定速(su)度通過(guo)(guo)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)材(cai)料(liao)時,其中(zhong)的(de)(de)顆(ke)(ke)粒在其表(biao)面被(bei)捕(bu)集，并逐漸形成(cheng)粉(fen) 塵(chen)層(ceng)，其中(zhong)少部(bu)分還(huan)可能(neng)嵌人濾(lv)(lv)料(liao)內部(bu)。此(ci)粉(fen)塵(chen)層(ceng)也就成(cheng)為(wei)新的(de)(de)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)材(cai)料(liao)，從而提高了捕(bu)集 效率。但(dan)隨著粉(fen)塵(chen)層(ceng)的(de)(de)加(jia)厚(hou)，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)材(cai)料(liao)的(de)(de)透氣性逐漸降低，阻力(li)相應增加(jia)。此(ci)時必須除去粉(fen) 塵(chen)層(ceng)，或稱再(zai)生(sheng)(sheng)6過(guo)(guo)濾(lv)(lv)過(guo)(guo)程需(xu)定期(qi)地進行清(qing)灰再(zai)生(sheng)(sheng)，也可以定期(qi)更換被(bei)堵(du)塞的(de)(de)濾(lv)(lv)料(liao)。

一、空氣過濾的特征

空氣過濾與袋式除塵技(ji)術都(dou)屬(shu)于(yu)過濾凈(jing)化(hua)技(ji)術的范疇，他們的工作原理(li)有許(xu)多相同之 處，其區別在于(yu)：

①空氣過濾技術多(duo)用于通風及空調進氣系(xi)統(tong)中(zhong)，凈化(hua)大氣中(zhong)的粉塵顆粒，使進人室內 的空氣更(geng)為清(qing)潔干凈。利用空氣過濾不僅能捕集(ji)亞微(wei)米(mi)粒子，甚至(zhi)能捕集(ji)有毒粒子及承(cheng)擔某 些生產工藝過程中(zhong)空氣的超(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(suo)用濾(lv)料空隙率大得多。

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(guo)濾速度很低(di)， —般(ban)為0. 6?1. 6m/min，兩者相差10?60倍。

二、空氣過濾理論

在(zai)(zai)過濾技術(shu)中，濾材是(shi)(shi)用(yong)于捕集(ji)顆(ke)粒(li)的(de)(de)捕集(ji)物，它是(shi)(shi)由許(xu)多單個(ge)的(de)(de)捕集(ji)體(ti)（或球形(xing)顆(ke) 粒(li)）以(yi)一定方式(shi)排列(lie)組合(he)而成(cheng)的(de)(de)，在(zai)(zai)單個(ge)捕集(ji)體(ti)之間(jian)還存在(zai)(zai)有孔隙。一般的(de)(de)顆(ke)粒(li)尺寸往往遠 小于這些(xie)孔隙，所(suo)(suo)以(yi)篩濾效應的(de)(de)作用(yong)是(shi)(shi)非(fei)(fei)常小的(de)(de)（濾材表面(mian)形(xing)成(cheng)粉(fen)塵(chen)(chen)堆(dui)積的(de)(de)塵(chen)(chen)濾層篩分(fen)作用(yong) 除外），顆(ke)粒(li)之所(suo)(suo)以(yi)能從氣體(ti)中被分(fen)離出來，主(zhu)要是(shi)(shi)依靠慣性碰撞(zhuang)、直接攔截、擴散以(yi)及(ji)重 力沉降(jiang)、靜電吸引等作用(yong)。這些(xie)都(dou)與非(fei)(fei)均一繞流(liu)捕集(ji)體(ti)時的(de)(de)運(yun)動情況有

1.孤立捕(bu)(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)的捕(bu)(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)機(ji)理 當氣體(ti)夾帶顆粒(li)流過(guo)單獨的捕(bu)(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)（圓(yuan)柱纖 維)時，有(you)可能(neng)產(chan)生(sheng)的捕(bu)(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)機(ji)理如圖(tu)7-1所示。當 待凈化的氣體(ti)繞過(guo)捕(bu)(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)時，流線(xian)要偏析(xi)，并且(qie) 氣體(ti)中的顆粒(li)因(yin)其大(da)小不同(tong)產(chan)生(sheng)不同(tong)的被(bei)捕(bu)(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)機(ji) 理：①其中較大(da)顆粒(li)由于(yu)慣(guan)性(xing)(xing)作用(yong)仍(reng)然向前(qian)作直 線(xian)運(yun)動，于(yu)是就脫離流線(xian)而撞(zhuang)到捕(bu)(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)上，產(chan)生(sheng) “慣(guan)性(xing)(xing)碰(peng)撞(zhuang)”；②有(you)些較小的顆粒(li)則仍(reng)然跟隨流線(xian) 而運(yun)動，若顆粒(li)半(ban)徑小于(yu)流線(xian)到捕(bu)(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)表面的距 離，此(ci)種顆粒(li)也會被(bei)捕(bu)(bu)(bu)(bu)下來，產(chan)生(sheng)“直接(jie)攔截”；

③更細的(de)微粒(li)(li)(li)(li)雖遠離捕(bu)(bu)集(ji)(ji)(ji)體，但(dan)在(zai)布朗擴(kuo)散作(zuo)用 下，也(ye)有(you)(you)(you)可(ke)(ke)能(neng)會撞到(dao)捕(bu)(bu)集(ji)(ji)(ji)體上，產生“擴(kuo)散效 應(ying)(ying)④若在(zai)外(wai)力(li)(li)作(zuo)用卞，如重(zhong)力(li)(li)、靜電力(li)(li)等(deng)(deng)，則(ze) 顆(ke)粒(li)(li)(li)(li)產生沉(chen)(chen)降作(zuo)用，也(ye)可(ke)(ke)能(neng)會撞到(dao)捕(bu)(bu)集(ji)(ji)(ji)體分別稱為“重(zhong)力(li)(li)沉(chen)(chen)降”、“靜電吸引(yin)”等(deng)(deng)效應(ying)(ying)： 由此可(ke)(ke)見(jian)，捕(bu)(bu)集(ji)(ji)(ji)機理是(shi)多種效應(ying)(ying)的(de)綜(zong)合，其(qi)影響因素有(you)(you)(you)流速、粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)、溫度(du)(du)、外(wai)力(li)(li)場等(deng)(deng)，是(shi)十 分復雜的(de)，它們的(de)影響趨勢(shi)如圖7-2所(suo)示。一般在(zai)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)很小時，以擴(kuo)散效應(ying)(ying)為主；粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)大(da)及 流速高(gao)時，慣(guan)性效應(ying)(ying)作(zuo)用突出；攔截效應(ying)(ying)則(ze)介于其(qi)間(jian)；重(zhong)力(li)(li)沉(chen)(chen)降在(zai)大(da)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)、低(di)流速下有(you)(you)(you)較大(da) 作(zuo)用；化纖織物的(de)靜電作(zuo)用產生靜電效應(ying)(ying)。如果顆(ke)粒(li)(li)(li)(li)與(yu)捕(bu)(bu)集(ji)(ji)(ji)體間(jian)有(you)(you)(you)溫度(du)(du)梯度(du)(du)，則(ze)有(you)(you)(you)熱遷移效 應(ying)(ying)，但(dan)在(zai)空氣過濾器內(nei)這種作(zuo)用很小。

2.復(fu)合捕集(ji)物的捕集(ji)效率(lv)

實際的過(guo)濾器內，捕(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)(ti)是(shi)以一定(ding)方式組合(he)成(cheng)群體(ti)(ti)的。氣(qi)體(ti)(ti)繞流(liu)(liu)孤(gu)立捕(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)(ti)的情況顯(xian)然 與(yu)繞流(liu)(liu)復合(he)捕(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)物中單(dan)個捕(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)(ti)的情況 有所不(bu)同(tong)，這樣(yang)復合(he)捕(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)物中單(dan)個捕(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji) 體(ti)(ti)的捕(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)效(xiao)率就會(hui)與(yu)孤(gu)立捕(bu)(bu)(bu)集(ji)(ji)體(ti)(ti)的不(bu)同(tong)，

要做一定修正。當含有顆粒(li)的氣體連續 不斷地碰(peng)撞許多(duo)個捕集體，這和(he)一次碰(peng) 撞孤立捕集體也有所(suo)不同，可見(jian)過濾器(qi) 的過濾機理是很復雜(za)的，所(suo)以實際(ji)工程 應用中往往要借(jie)助于實驗(yan)獲得一些數(shu)據 和(he)經驗(yan)。

復合(he)捕集(ji)物(wu)的(de)(de)捕集(ji)作用與孤立捕集(ji) 體的(de)(de)重大區(qu)別在于孤立捕集(ji)體不產生篩分作用，而(er)復合(he)捕集(ji)物(wu)則產生篩分作用。復合(he)捕集(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)過濾器的捕集效率

在研究捕(bu)(bu)(bu)集機理時都做了一(yi)定的假設：①粉塵顆(ke)粒到達捕(bu)(bu)(bu)集體表(biao)面時就被捕(bu)(bu)(bu)集；②已(yi)附(fu) 在捕(bu)(bu)(bu)集體表(biao)面的顆(ke)粒對以后的捕(bu)(bu)(bu)集過程(cheng)沒有(you)影(ying)響。實際的過濾過程(cheng)要復雜得多，因為(wei)顆(ke)粒還(huan)

會有反彈，還會被氣流二次沖刷下來，造成返混而降低(di)效率(lv)；但(dan)也因(yin)濾材上附有粉塵層而提 高捕集效率(lv)。

假(jia)設(she)隨著(zhu)粉塵(chen)層之增(zeng)厚(hou)，每根纖維（捕(bu)集體(ti)）均勻地變粗，單個捕(bu)集體(ti)的效(xiao)率(lv)&也會(hui) 發生變化。通過(guo)因(yin)式分(fen)解(jie)，得出過(guo)濾(lv)器(qi)的捕(bu)集效(xiao)率(lv)隨時間？的變化為：

”-(卜一4-5々fe>] 的)

式中，7為(wei)捕集物(wu)的(de)(de)捕集效(xiao)率；￡為(wei)空隙(xi)率；"為(wei)氣(qi)體(ti)的(de)(de)黏度(du)；ps, 為(wei)氣(qi)體(ti)及顆粒的(de)(de) 密度(du);夂A為(wei)顆粒及纖維的(de)(de)直徑；7T為(wei)單體(ti)捕集體(ti)的(de)(de)捕集效(xiao)率；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內的平均效率為：

7av (:7-.2>

實際應用(yong)中空氣過濾器的(de)效(xiao)率都是通(tong)過試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)或現場實測取得(de)的(de)。為了(le)使試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)有統一的(de)標 準，國家對試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)粉塵(chen)、試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)裝置(zhi)和試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)方法做了(le)統一規(gui)定。

三、空氣過濾器的(de)性能表示

空氣過(guo)濾器的性(xing)能通常用過(guo)濾效(xiao)率、穿透率、過(guo)濾阻力、過(guo)濾速度和(he)容塵量等(deng)參(can)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 器的除塵效率是(shi)不同的(de)。空氣過濾器的(de)過濾效率常用下式表達：

X100M = fl :X 1M 涔 （7，3)

不(bu)同級別的過濾器串聯(lian)使(shi)用時，總過濾效率訓(xun)可按下式計算：

= (7-4)

f■‘ 式中,?…tf0刀虹濾效卑祐廉單tvAuv 乃為並猜蘿,気的含塵歐骨波度： fl. ???, !??為第一、第二直至”級過(guo)濾器的效率。

當(dang)含塵質量濃度以(yi)“mg/m3”計時(shi)，其效(xiao)率(lv)(lv)稱(cheng)為(wei)計重(zhong)效(xiao)率(lv)(lv)；以(yi)“粒(li)/L”計時(shi)，稱(cheng)為(wei)計 霞(xia)敗率(lv)(lv)；當(dang)以(yi)某(mou)一粒(li)徑范圍(wei)內的顆(ke)粒(li)濃度“粒(li)/L”計時(shi)，稱(cheng)為(wei)粒(li)徑分(fen)組計數效(xiao)率(lv)(lv)。

2.穿透率

粉塵顆(ke)粒通過(guo)(guo)過(guo)(guo)濾(lv)而未能過(guo)(guo)濾(lv)下來的顆(ke)粒數量稱(cheng)為穿透率(lv)(lv)。穿透率(lv)(lv)與過(guo)(guo)濾(lv)效率(lv)(lv)之和為

100^,穿透率用下式(shi)表示s

K^—X100% = l-ri (f-li

m

式中，K為(wei)穿透率(lv)，％;其他符號同前。

空氣過(guo)(guo)濾器運(yun)行(xing)初始階段，粉塵的穿透(tou)率(lv)較(jiao)高，隨著在運(yun)行(xing)過(guo)(guo)程中過(guo)(guo)濾器上粉塵的增(zeng) 加(jia)，凈化效率(lv)有所(suo)增(zeng)加(jia)，穿透(tou)率(lv)降低，因而過(guo)(guo)濾器運(yun)行(xing)穩(wen)定后(hou)穿透(tou)率(lv)穩(wen)定降低，顯然這對運(yun) 行(xing)要求是(shi)有利(li)的。

■3.阻力

:#氣過(guo)(guo)濾器的阻(zu)(zu)力(li)(li)在運行(xing)之初(chu)和以后(hou)的運行(xing)過(guo)(guo)程(cheng)中是不斷變化的，因而通常(chang)采(cai)用兩種阻(zu)(zu) 力(li)(li)（初(chu)阻(zu)(zu)力(li)(li)及(ji)終(zhong)阻(zu)(zu)力(li)(li)）來(lai)表示其性能。過(guo)(guo)濾器的初(chu)阻(zu)(zu)力(li)(li)是指過(guo)(guo)濾器未積塵時在額定風(feng)量(liang)下的 阻(zu)(zu)*?■.終(zhong)阻(zu)(zu)力(li)(li)是指過(guo)(guo)濾器使用一定時間后(hou)，其積坐(zuo)量(liang)達到(dao)一定數(shu)量(liang)時的阻(zu)(zu)力(li)(li)。因此終(zhong)阻(zu)(zu)力(li)(li)與

容塵量(liang)有關4終阻(zu)(zu)力(li)的確定(ding)，除了濾料本(ben)身(shen)的因素(su)外，還要(yao)考慮(lv)過濾速度H及(ji)其他技術經濟 指標(biao)，一般都把達到(dao)初阻(zu)(zu)力(li)2?4倍時的阻(zu)(zu)力(li)定(ding)為終阻(zu)(zu)力(li)。

過濾(lv)阻力用下式表示(shi)：

hp ==av +bvz (7-6)

式(shi)中(zhong)，Af為(wei)過(guo)濾阻(zu)力，Paj r為(wei)過(guo)濾器的迎風(feng)面速度(du).印(yin)/s.; a、6為(wei)實(shi)驗系數，由制 造(zao)單位提供。

隨著使用時間的增(zeng)長，過濾(lv)器上(shang)的粉塵(chen)量(liang)逐(zhu)漸增(zeng)多,壓力損失也隨之增(zeng)大。

4-面速度和過(guo)濾速度

衡量過濾(lv)(lv)器處理風(feng)量的能力通常用(yong)面速度表示(shi)，有(you)時也(ye)用(yong)過濾(lv)(lv)速度表示(shi)，對平板過濾(lv)(lv)器

來說二者是一致的。

面速度(du)是(shi)指(zhi)(zhi)過(guo)濾(lv)(lv)器斷(duan)(duan)面上(shang)通(tong)(tong)過(guo)的氣流(liu)速度(du)，一般(ban)以fli/s表示K ,過(guo)濾(lv)(lv)速度(du)是(shi)指(zhi)(zhi)通(tong)(tong)過(guo)過(guo)濾(lv)(lv) 器濾(lv)(lv)料面稷(ji)上(shang)的氣流(liu)速度(du)。由于對(dui)過(guo)濾(lv)(lv)器的要(yao)求不(bu)同，在鍵濾(lv)(lv)器內設置的濾(lv)(lv)料面積也(ye)不(bu)同， 有(you)時大(da)于過(guo)濾(lv)(lv)器的斷(duan)(duan)面面積數十倍。因而過(guo)濾(lv)(lv)速度(du)比面速度(du)小，通(tong)(tong)常用m/miri或(huo)cm/s 表不(bu)。

過濾(lv)速度(du)的(de)大小與過濾(lv)器的(de)性能(neng)有直(zhi)接(jie)關系。過濾(lv)速度(du)過高會降低凈(jing)化效率，增加阻

力;-因此為了降低阻(zu)力，高效過濾器的濾速通常都很(hen)(hen)小(xiao)，而(er)過濾料(liao)的面積則很(hen)(hen)大。

面速度(du)一般用下式表示：

? =夢 17-7)

式中，為迎風面速度，ifl/約Q為通過過濾(lv)器的風量，mVsi: J為過濾(lv)器迎風面 積，jm2 ■>

應(ying)當指出，過(guo)濾器迎風面(mian)積是指空氣過(guo)濾器框內(nei)面(mian)積，計算(suan)時不應(ying)把邊框包括在(zai)內(nei)。

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(qi)濾料(liao)上(shang)的(de)粉塵落人(ren)灰(hui)斗(dou)，阻力下降，重新恢復到接(jie)近(jin)原來的(de)狀態。但對

氣(qi)過(guo)濾(lv)器(qi)則不然，過(guo)濾(lv)器(qi)達(da)到額定容塵(chen)(chen)量(liang)后需要取(qu)下來(lai)清洗(xi)再生（如泡沫過(guo)濾(lv)器(qi)），有(you) *重新更換濾(lv)料。因而(er)容塵(chen)(chen)量(liang)的(de)(de)大小也決定了過(guo)濾(lv)器(qi)的(de)(de)壽(shou)命(ming)。容塵(chen)(chen)量(liang)愈大，過(guo)濾(lv)器(qi)的(de)(de)壽(shou)命(ming) .由此可(ke)見容塵(chen)(chen)量(liang)是(shi)表示空氣(qi)過(guo)濾(lv)器(qi)壽(shou)命(ming)長短的(de)(de)一項重要性(xing)能指標。

容(rong)塵量(liang)的多少與(yu)空氣過(guo)濾(lv)器濾(lv)材(cai)(cai)有關(guan)，比較理想的濾(lv)材(cai)(cai)結(jie)構是梯度型(xing)結(jie)構，即濾(lv)材(cai)(cai)結(jie)構 疏吃過(guo)渡到密集(ji).這種結(jie)構既(ji)能得(de)到較大的容(rong)塵量(liang)，又能獲得(de)最(zui)高的效率。

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