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)(ji)術不同，空(kong)氣(qi)過濾技(ji)(ji)術是(shi)(shi)凈化(hua)處理(li)送風系統中(zhong)室外 空(kong)氣(qi)中(zhong)懸(xuan)浮顆(ke)粒的(de)(de)技(ji)(ji)術。所以采用空(kong)氣(qi)過濾技(ji)(ji)術的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)(shi)為了(le)滿足(zu)室內衛生標準1生產工(gong)藝(yi) 對空(kong)氣(qi)質量的(de)(de)要(yao)(yao)求以及潔凈間、無菌室等特殊要(yao)(yao)求。

第一節空氣過濾理論

過(guo)濾(lv)就(jiu)是利用(yong)(yong)多(duo)孔體(ti)(ti)(ti)(ti)從氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)除去(qu)分(fen)散粉塵顆粒(li)的凈化過(guo)程。過(guo)濾(lv)時，由于慣(guan)性碰撞、 攔截、擴散以及靜(jing)電(dian)力(li)、重(zhong)力(li)等作用(yong)(yong)，使懸浮于氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)的粉塵顆粒(li)沉積于多(duo)孔體(ti)(ti)(ti)(ti)表面或(huo)容納 于多(duo)孔體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)。作為過(guo)濾(lv)器(qi)的多(duo)孔體(ti)(ti)(ti)(ti)材(cai)料(liao)，其(qi)結構是纖維(wei)狀(zhuang)的、多(duo)孔狀(zhuang)的，或(huo)者是這(zhe)些結構的 組合體(ti)(ti)(ti)(ti)，統稱過(guo)濾(lv)材(cai)料(liao)。

含顆(ke)粒(li)的(de)流體(ti)以一(yi)定(ding)速(su)度通過(guo)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)材(cai)料(liao)時(shi),其中(zhong)的(de)顆(ke)粒(li)在(zai)其表面被捕集，并逐漸形(xing)成(cheng)粉(fen)(fen) 塵(chen)層(ceng)(ceng)，其中(zhong)少部分還可能(neng)嵌人濾(lv)(lv)(lv)料(liao)內部。此(ci)粉(fen)(fen)塵(chen)層(ceng)(ceng)也就成(cheng)為新(xin)的(de)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)材(cai)料(liao)，從而提(ti)高(gao)了捕集 效率。但隨著粉(fen)(fen)塵(chen)層(ceng)(ceng)的(de)加厚，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)材(cai)料(liao)的(de)透氣(qi)性逐漸降低，阻力相(xiang)應增(zeng)加。此(ci)時(shi)必(bi)須除去粉(fen)(fen) 塵(chen)層(ceng)(ceng)，或稱再(zai)生(sheng)6過(guo)濾(lv)(lv)(lv)過(guo)程需定(ding)期(qi)(qi)地進行清灰再(zai)生(sheng)，也可以定(ding)期(qi)(qi)更換被堵塞的(de)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)。

一、空氣過濾的特征

空氣過濾與袋式除塵技術都(dou)屬于過(guo)濾凈化技術的范疇，他(ta)們的工(gong)作原理有許多相同之 處，其區別(bie)在于：

①空(kong)氣(qi)(qi)(qi)過濾技術多(duo)用(yong)于通風及空(kong)調進氣(qi)(qi)(qi)系統中(zhong)，凈化(hua)大(da)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)的(de)粉塵顆粒，使(shi)進人室(shi)內(nei) 的(de)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)更為清潔干凈。利(li)用(yong)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)過濾不僅(jin)能(neng)捕(bu)集(ji)亞微米粒子，甚至能(neng)捕(bu)集(ji)有毒粒子及承擔某(mou) 些(xie)生產工藝(yi)過程中(zhong)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)的(de)超細凈化(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，而袋式除塵器過濾速度(du)很低， —般為0. 6?1. 6m/min，兩者相差10?60倍。

二、空氣過濾理論

在過濾技(ji)術中，濾材是(shi)(shi)用于(yu)捕集(ji)顆粒(li)(li)的(de)(de)捕集(ji)物，它是(shi)(shi)由許多(duo)單(dan)(dan)個的(de)(de)捕集(ji)體（或(huo)球形(xing)(xing)顆 粒(li)(li)）以(yi)一定方(fang)式(shi)排列組(zu)合而(er)成(cheng)(cheng)的(de)(de)，在單(dan)(dan)個捕集(ji)體之間還存在有孔隙。一般的(de)(de)顆粒(li)(li)尺(chi)寸往(wang)往(wang)遠 小于(yu)這些(xie)(xie)孔隙，所(suo)以(yi)篩濾效應(ying)的(de)(de)作用是(shi)(shi)非(fei)常小的(de)(de)（濾材表面形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)粉塵堆積的(de)(de)塵濾層篩分作用 除外(wai)），顆粒(li)(li)之所(suo)以(yi)能從氣體中被分離出來，主要(yao)是(shi)(shi)依(yi)靠(kao)慣性碰撞、直接攔(lan)截、擴散以(yi)及重 力沉降(jiang)、靜電吸(xi)引等作用。這些(xie)(xie)都與非(fei)均(jun)一繞流(liu)捕集(ji)體時(shi)的(de)(de)運動(dong)情況有

1.孤(gu)立捕(bu)集(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)捕(bu)集(ji)機(ji)理 當氣體(ti)(ti)夾帶顆(ke)(ke)粒(li)(li)流(liu)過單(dan)獨的(de)(de)捕(bu)集(ji)體(ti)(ti)（圓(yuan)柱纖 維)時，有可(ke)能(neng)產生(sheng)的(de)(de)捕(bu)集(ji)機(ji)理如圖7-1所示(shi)。當 待凈化的(de)(de)氣體(ti)(ti)繞過捕(bu)集(ji)體(ti)(ti)時，流(liu)線(xian)(xian)要偏(pian)析(xi)，并且 氣體(ti)(ti)中的(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)(li)因其(qi)(qi)大(da)小(xiao)不同產生(sheng)不同的(de)(de)被捕(bu)集(ji)機(ji) 理：①其(qi)(qi)中較(jiao)大(da)顆(ke)(ke)粒(li)(li)由于慣性作用(yong)仍然(ran)向(xiang)前作直 線(xian)(xian)運(yun)動(dong)，于是(shi)就(jiu)脫(tuo)離流(liu)線(xian)(xian)而撞到捕(bu)集(ji)體(ti)(ti)上，產生(sheng) “慣性碰撞”；②有些較(jiao)小(xiao)的(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)(li)則仍然(ran)跟隨(sui)流(liu)線(xian)(xian) 而運(yun)動(dong)，若(ruo)顆(ke)(ke)粒(li)(li)半徑小(xiao)于流(liu)線(xian)(xian)到捕(bu)集(ji)體(ti)(ti)表面的(de)(de)距 離，此種顆(ke)(ke)粒(li)(li)也會(hui)被捕(bu)下來，產生(sheng)“直接攔截”；

③更細的微粒(li)雖(sui)遠離捕集體，但(dan)在(zai)(zai)(zai)布(bu)朗擴(kuo)散作(zuo)(zuo)用(yong) 下，也有(you)可能(neng)會撞到捕集體上，產(chan)生(sheng)“擴(kuo)散效(xiao)(xiao) 應(ying)④若(ruo)在(zai)(zai)(zai)外力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)卞，如重力(li)(li)、靜電(dian)力(li)(li)等(deng)，則 顆粒(li)產(chan)生(sheng)沉降(jiang)(jiang)作(zuo)(zuo)用(yong)，也可能(neng)會撞到捕集體分別稱為(wei)“重力(li)(li)沉降(jiang)(jiang)”、“靜電(dian)吸引”等(deng)效(xiao)(xiao)應(ying)： 由此可見，捕集機理是多(duo)種(zhong)效(xiao)(xiao)應(ying)的綜合，其影響因素有(you)流速、粒(li)徑(jing)、溫(wen)(wen)度(du)(du)、外力(li)(li)場等(deng)，是十 分復雜(za)的，它們的影響趨勢如圖7-2所示。一(yi)般在(zai)(zai)(zai)粒(li)徑(jing)很小時，以擴(kuo)散效(xiao)(xiao)應(ying)為(wei)主；粒(li)徑(jing)大(da)及 流速高時，慣性效(xiao)(xiao)應(ying)作(zuo)(zuo)用(yong)突出；攔截(jie)效(xiao)(xiao)應(ying)則介于其間(jian)；重力(li)(li)沉降(jiang)(jiang)在(zai)(zai)(zai)大(da)粒(li)徑(jing)、低流速下有(you)較大(da) 作(zuo)(zuo)用(yong)；化纖織(zhi)物的靜電(dian)作(zuo)(zuo)用(yong)產(chan)生(sheng)靜電(dian)效(xiao)(xiao)應(ying)。如果顆粒(li)與捕集體間(jian)有(you)溫(wen)(wen)度(du)(du)梯度(du)(du)，則有(you)熱(re)遷移效(xiao)(xiao) 應(ying)，但(dan)在(zai)(zai)(zai)空氣過濾器(qi)內(nei)這種(zhong)作(zuo)(zuo)用(yong)很小。

2.復合捕集物的捕集效率(lv)

實(shi)際的(de)過濾(lv)器內，捕(bu)(bu)集體(ti)(ti)(ti)是以一定方(fang)式(shi)組合(he)成群(qun)體(ti)(ti)(ti)的(de)。氣體(ti)(ti)(ti)繞流孤(gu)立捕(bu)(bu)集體(ti)(ti)(ti)的(de)情(qing)況(kuang)顯然(ran) 與繞流復(fu)合(he)捕(bu)(bu)集物中單個捕(bu)(bu)集體(ti)(ti)(ti)的(de)情(qing)況(kuang) 有(you)所(suo)不同(tong)，這樣(yang)復(fu)合(he)捕(bu)(bu)集物中單個捕(bu)(bu)集 體(ti)(ti)(ti)的(de)捕(bu)(bu)集效率就會與孤(gu)立捕(bu)(bu)集體(ti)(ti)(ti)的(de)不同(tong)，

要做一(yi)定修正。當含有顆粒的(de)氣體連續(xu) 不斷地碰(peng)撞許多個捕集(ji)體，這和一(yi)次碰(peng) 撞孤立捕集(ji)體也有所不同，可(ke)見過濾器 的(de)過濾機理是很復雜的(de)，所以實際工程 應用中往往要借助于實驗(yan)獲(huo)得(de)一(yi)些數據 和經驗(yan)。

復合捕集(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)的(de)捕集(ji)(ji)(ji)(ji)作用(yong)與孤立捕集(ji)(ji)(ji)(ji) 體(ti)的(de)重大(da)區別在(zai)于孤立捕集(ji)(ji)(ji)(ji)體(ti)不產(chan)生篩分(fen)作用(yong)，而復合捕集(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)則產(chan)生篩分(fen)作用(yong)。復合捕集(ji)(ji)(ji)(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(lv)器的捕集效(xiao)率

在(zai)研(yan)究(jiu)捕集機理時都(dou)做了一定的(de)(de)假(jia)設：①粉塵顆粒到達捕集體(ti)表面時就被捕集；②已附 在(zai)捕集體(ti)表面的(de)(de)顆粒對以后的(de)(de)捕集過程沒有影響。實(shi)際的(de)(de)過濾過程要復雜(za)得(de)多(duo)，因為顆粒還

會有反彈，還會被(bei)氣流二次沖刷下(xia)來，造成返混(hun)而降低效率；但(dan)也因濾材上附有粉塵層而提 高捕集效率。

假(jia)設(she)隨(sui)著粉塵層之增厚，每根(gen)纖維（捕(bu)(bu)(bu)集體）均勻地(di)變(bian)粗(cu)，單個(ge)捕(bu)(bu)(bu)集體的(de)(de)效(xiao)率&也(ye)會 發生(sheng)變(bian)化。通過因式分解，得出過濾器的(de)(de)捕(bu)(bu)(bu)集效(xiao)率隨(sui)時間？的(de)(de)變(bian)化為(wei)：

”-(卜一4-5々fe>] 的)

式(shi)中，7為(wei)(wei)捕(bu)(bu)集物的(de)捕(bu)(bu)集效(xiao)率(lv)；￡為(wei)(wei)空隙率(lv)；"為(wei)(wei)氣(qi)體(ti)的(de)黏度；ps, 為(wei)(wei)氣(qi)體(ti)及顆粒的(de) 密度;夂A為(wei)(wei)顆粒及纖維的(de)直徑；7T為(wei)(wei)單體(ti)捕(bu)(bu)集體(ti)的(de)捕(bu)(bu)集效(xiao)率(lv)；4為(wei)(wei)過濾時間；Ci為(wei)(wei)入 口含塵質量濃度。

在時間(jian)間(jian)隔r內的平均效率為(wei)：

7av (:7-.2>

實際應用中空氣過濾器的(de)效率都是(shi)通(tong)過試(shi)驗(yan)(yan)或現場實測取得的(de)。為了使試(shi)驗(yan)(yan)有統一的(de)標 準，國家(jia)對(dui)試(shi)驗(yan)(yan)粉塵、試(shi)驗(yan)(yan)裝置(zhi)和試(shi)驗(yan)(yan)方法(fa)做(zuo)了統一規定(ding)。

三、空氣過濾器的性能表(biao)示

空氣過(guo)濾(lv)器(qi)的性能通常(chang)用過(guo)濾(lv)效率(lv)、穿透率(lv)、過(guo)濾(lv)阻力(li)、過(guo)濾(lv)速度和容塵量等參(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(lv)是不同的(de)。空氣過(guo)濾(lv)器的(de)過(guo)濾(lv)效率(lv)常(chang)用(yong)下式(shi)表達：

X100M = fl :X 1M 涔 （7，3)

不(bu)同級別的(de)過濾器串聯(lian)使用時，總過濾效(xiao)率訓可按下(xia)式計算：

= (7-4)

f■‘ 式中,?…tf0刀虹濾效卑祐廉(lian)單tvAuv 乃為(wei)並(bing)猜蘿,気的含(han)塵(chen)歐骨(gu)波度： fl. ???, !??為(wei)第一(yi)、第二直至”級過(guo)濾器(qi)的效率。

當(dang)含塵質量(liang)濃度(du)以(yi)“mg/m3”計時(shi)(shi)，其效率稱(cheng)為計重效率；以(yi)“粒(li)/L”計時(shi)(shi)，稱(cheng)為計 霞敗率；當(dang)以(yi)某一粒(li)徑(jing)(jing)范(fan)圍內的顆粒(li)濃度(du)“粒(li)/L”計時(shi)(shi)，稱(cheng)為粒(li)徑(jing)(jing)分組計數效率。

2.穿透率

粉塵顆粒通過(guo)過(guo)濾(lv)而(er)未(wei)能(neng)過(guo)濾(lv)下來的顆粒數量(liang)稱為(wei)穿(chuan)(chuan)透率。穿(chuan)(chuan)透率與過(guo)濾(lv)效率之和(he)為(wei)

100^,穿透率用(yong)下式(shi)表示s

K^—X100% = l-ri (f-li

m

式中，K為穿透率，％;其他符(fu)號同前。

空氣過濾(lv)器運行初始階段，粉塵的(de)穿(chuan)透率(lv)(lv)較高，隨著在運行過程中過濾(lv)器上粉塵的(de)增(zeng)(zeng) 加(jia)，凈(jing)化效率(lv)(lv)有所增(zeng)(zeng)加(jia)，穿(chuan)透率(lv)(lv)降(jiang)低，因而過濾(lv)器運行穩(wen)定(ding)(ding)后穿(chuan)透率(lv)(lv)穩(wen)定(ding)(ding)降(jiang)低，顯然(ran)這對運 行要求是有利的(de)。

■3.阻力

:#氣過濾(lv)器(qi)的(de)阻(zu)(zu)力在運(yun)行(xing)之初和以(yi)后的(de)運(yun)行(xing)過程(cheng)中是(shi)不斷變(bian)化的(de)，因而通(tong)常采用(yong)兩種(zhong)阻(zu)(zu) 力（初阻(zu)(zu)力及(ji)終(zhong)(zhong)阻(zu)(zu)力）來(lai)表示其性能。過濾(lv)器(qi)的(de)初阻(zu)(zu)力是(shi)指過濾(lv)器(qi)未積(ji)塵時在額定(ding)風(feng)量下的(de) 阻(zu)(zu)*?■.終(zhong)(zhong)阻(zu)(zu)力是(shi)指過濾(lv)器(qi)使(shi)用(yong)一定(ding)時間后，其積(ji)坐量達(da)到一定(ding)數量時的(de)阻(zu)(zu)力。因此終(zhong)(zhong)阻(zu)(zu)力與

容(rong)塵量(liang)有關4終(zhong)阻(zu)力(li)(li)的(de)確定(ding)，除了濾(lv)料本身的(de)因素外，還要(yao)考慮過濾(lv)速(su)度H及其他技(ji)術經濟 指標，一般都把達到初阻(zu)力(li)(li)2?4倍時的(de)阻(zu)力(li)(li)定(ding)為(wei)終(zhong)阻(zu)力(li)(li)。

過濾阻力用下式(shi)表示：

hp ==av +bvz (7-6)

式(shi)中，Af為(wei)過(guo)濾(lv)阻(zu)力(li)，Paj r為(wei)過(guo)濾(lv)器的(de)迎風(feng)面速度.印/s.; a、6為(wei)實驗系(xi)數(shu)，由制 造單(dan)位(wei)提供。

隨(sui)著使(shi)用時間的(de)增長，過濾器上的(de)粉(fen)塵量逐漸增多,壓力損(sun)失也隨(sui)之增大。

4-面速度和過濾速度

衡(heng)量過(guo)濾(lv)器(qi)處理風量的能力通常用面速(su)度(du)表(biao)示，有(you)時(shi)也(ye)用過(guo)濾(lv)速(su)度(du)表(biao)示，對平(ping)板過(guo)濾(lv)器(qi)

來說二者是一致的。

面(mian)速度(du)是(shi)指過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)(qi)斷面(mian)上通(tong)(tong)過(guo)(guo)的(de)(de)氣流速度(du)，一(yi)般以(yi)fli/s表示K ,過(guo)(guo)濾(lv)速度(du)是(shi)指通(tong)(tong)過(guo)(guo)過(guo)(guo)濾(lv) 器(qi)(qi)(qi)濾(lv)料面(mian)稷上的(de)(de)氣流速度(du)。由于(yu)對過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)要求不同(tong)，在鍵濾(lv)器(qi)(qi)(qi)內設(she)置的(de)(de)濾(lv)料面(mian)積(ji)也不同(tong)， 有時(shi)大于(yu)過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)斷面(mian)面(mian)積(ji)數十倍。因而過(guo)(guo)濾(lv)速度(du)比面(mian)速度(du)小，通(tong)(tong)常(chang)用m/miri或cm/s 表不。

過濾速度的大小與過濾器的性能有直接關系(xi)。過濾速度過高會降低凈化效率，增加阻

力(li);-因此為了(le)降低阻(zu)力(li)，高(gao)效過濾(lv)器的濾(lv)速通常都很小，而過濾(lv)料的面積則很大(da)。

面速(su)度一般(ban)用(yong)下式表(biao)示：

? =夢 17-7)

式(shi)中(zhong)，為(wei)迎風面(mian)速度，ifl/約Q為(wei)通過(guo)過(guo)濾器的風量，mVsi: J為(wei)過(guo)濾器迎風面(mian) 積(ji)，jm2 ■>

應當指(zhi)出，過濾器(qi)迎風面(mian)積是指(zhi)空(kong)氣過濾器(qi)框內面(mian)積，計(ji)算時不(bu)應把邊框包括在內。

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的(de)粉塵落人(ren)灰斗，阻力下降，重新恢復到接近原來的(de)狀態。但(dan)對

氣過濾(lv)器則不然，過濾(lv)器達到(dao)額定(ding)容塵(chen)(chen)量(liang)后需要(yao)(yao)取下來清洗再生（如泡沫過濾(lv)器），有 *重(zhong)新更換濾(lv)料。因而容塵(chen)(chen)量(liang)的(de)大(da)小也決定(ding)了(le)過濾(lv)器的(de)壽命(ming)。容塵(chen)(chen)量(liang)愈大(da)，過濾(lv)器的(de)壽命(ming) .由此(ci)可見容塵(chen)(chen)量(liang)是表示空(kong)氣過濾(lv)器壽命(ming)長短(duan)的(de)一(yi)項重(zhong)要(yao)(yao)性能指標。

容(rong)塵量的(de)多少與空氣(qi)過濾器(qi)濾材有關(guan)，比較理想的(de)濾材結構(gou)是梯度型結構(gou)，即濾材結構(gou) 疏吃(chi)過渡到密集(ji).這(zhe)種結構(gou)既能得(de)到較大的(de)容(rong)塵量，又能獲得(de)最(zui)高的(de)效(xiao)率。

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