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同，空氣過(guo)濾技術是(shi)凈化(hua)處理送風系(xi)統(tong)中室(shi)外 空氣中懸浮顆粒的技術。所以(yi)采用空氣過(guo)濾技術的目的是(shi)為了滿足室(shi)內衛生標(biao)準1生產工藝(yi) 對(dui)空氣質量的要(yao)求以(yi)及(ji)潔凈間、無菌室(shi)等特殊要(yao)求。

第一節空氣過濾理論

過(guo)濾(lv)就(jiu)是利用多(duo)(duo)孔體從氣(qi)體中除去分散粉(fen)塵顆(ke)粒(li)的(de)(de)凈化過(guo)程。過(guo)濾(lv)時，由(you)于(yu)(yu)慣性碰(peng)撞、 攔截、擴散以及靜電(dian)力(li)、重力(li)等作用，使懸(xuan)浮(fu)于(yu)(yu)氣(qi)體中的(de)(de)粉(fen)塵顆(ke)粒(li)沉積于(yu)(yu)多(duo)(duo)孔體表面或容納 于(yu)(yu)多(duo)(duo)孔體中。作為過(guo)濾(lv)器的(de)(de)多(duo)(duo)孔體材(cai)料，其(qi)結構是纖維狀(zhuang)的(de)(de)、多(duo)(duo)孔狀(zhuang)的(de)(de)，或者是這些結構的(de)(de) 組合體，統稱過(guo)濾(lv)材(cai)料。

含顆(ke)粒(li)的(de)流體(ti)以(yi)一(yi)定速度(du)通過(guo)(guo)(guo)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)材料(liao)時,其中的(de)顆(ke)粒(li)在(zai)其表面(mian)被捕集，并逐漸形成(cheng)粉(fen)(fen) 塵(chen)層(ceng)，其中少(shao)部(bu)分(fen)還可能嵌人(ren)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)內部(bu)。此粉(fen)(fen)塵(chen)層(ceng)也就成(cheng)為(wei)新的(de)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)材料(liao)，從而提高了捕集 效率。但隨(sui)著粉(fen)(fen)塵(chen)層(ceng)的(de)加厚，過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)材料(liao)的(de)透氣(qi)性逐漸降低，阻力相應增加。此時必(bi)須除(chu)去粉(fen)(fen) 塵(chen)層(ceng)，或稱再(zai)生6過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)過(guo)(guo)(guo)程需定期(qi)地進行清灰再(zai)生，也可以(yi)定期(qi)更(geng)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屬于(yu)(yu)過濾(lv)凈化技術的范疇，他們(men)的工作原(yuan)理(li)有許多相(xiang)同之 處，其區別(bie)在于(yu)(yu)：

①空(kong)氣(qi)過(guo)(guo)濾技術多用于(yu)通風及空(kong)調(diao)進氣(qi)系統中(zhong)，凈(jing)化大氣(qi)中(zhong)的粉塵顆粒(li)，使進人室(shi)內 的空(kong)氣(qi)更為清潔(jie)干凈(jing)。利用空(kong)氣(qi)過(guo)(guo)濾不僅能捕集亞(ya)微米粒(li)子，甚至(zhi)能捕集有毒粒(li)子及承擔某 些(xie)生產工藝過(guo)(guo)程中(zhong)空(kong)氣(qi)的超細凈(jing)化。

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(qi)過濾速度很低， —般為0. 6?1. 6m/min，兩者相(xiang)差10?60倍。

二、空氣過濾理論

在(zai)(zai)過(guo)濾(lv)(lv)技術中(zhong)，濾(lv)(lv)材是(shi)用(yong)于(yu)(yu)捕(bu)(bu)集(ji)顆(ke)(ke)粒的(de)(de)捕(bu)(bu)集(ji)物，它是(shi)由許(xu)多(duo)單個的(de)(de)捕(bu)(bu)集(ji)體（或球形顆(ke)(ke) 粒）以(yi)一定(ding)方式排(pai)列組合而(er)成(cheng)的(de)(de)，在(zai)(zai)單個捕(bu)(bu)集(ji)體之間還存(cun)在(zai)(zai)有孔隙(xi)。一般的(de)(de)顆(ke)(ke)粒尺寸往往遠(yuan) 小(xiao)于(yu)(yu)這些孔隙(xi)，所(suo)以(yi)篩濾(lv)(lv)效應的(de)(de)作用(yong)是(shi)非(fei)常(chang)小(xiao)的(de)(de)（濾(lv)(lv)材表(biao)面形成(cheng)粉塵堆積的(de)(de)塵濾(lv)(lv)層(ceng)篩分(fen)作用(yong) 除外(wai)），顆(ke)(ke)粒之所(suo)以(yi)能從氣體中(zhong)被分(fen)離出來，主要是(shi)依靠慣性碰撞、直接攔(lan)截、擴(kuo)散(san)以(yi)及(ji)重(zhong) 力沉降、靜電吸引等作用(yong)。這些都與(yu)非(fei)均一繞流(liu)捕(bu)(bu)集(ji)體時(shi)的(de)(de)運動情(qing)況有

1.孤立捕(bu)(bu)集體(ti)的(de)(de)(de)捕(bu)(bu)集機(ji)理(li) 當氣體(ti)夾帶(dai)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)流(liu)過(guo)單獨的(de)(de)(de)捕(bu)(bu)集體(ti)（圓柱纖 維)時，有可能(neng)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)捕(bu)(bu)集機(ji)理(li)如圖7-1所示。當 待凈化的(de)(de)(de)氣體(ti)繞過(guo)捕(bu)(bu)集體(ti)時，流(liu)線(xian)(xian)要(yao)偏析(xi)，并且 氣體(ti)中的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)因其大(da)小不同產(chan)生(sheng)不同的(de)(de)(de)被捕(bu)(bu)集機(ji) 理(li)：①其中較(jiao)大(da)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)由于慣性(xing)作用仍然向前作直 線(xian)(xian)運(yun)動，于是就(jiu)脫離(li)流(liu)線(xian)(xian)而(er)撞到捕(bu)(bu)集體(ti)上，產(chan)生(sheng) “慣性(xing)碰(peng)撞”；②有些較(jiao)小的(de)(de)(de)顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)則仍然跟(gen)隨流(liu)線(xian)(xian) 而(er)運(yun)動，若顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)半徑小于流(liu)線(xian)(xian)到捕(bu)(bu)集體(ti)表面的(de)(de)(de)距 離(li)，此(ci)種顆(ke)(ke)(ke)粒(li)(li)(li)也會(hui)被捕(bu)(bu)下(xia)來，產(chan)生(sheng)“直接攔截”；

③更細(xi)的微(wei)粒雖遠離(li)捕集體(ti)(ti)(ti)，但(dan)在(zai)布朗擴(kuo)散作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong) 下(xia)，也有可能會撞到(dao)捕集體(ti)(ti)(ti)上，產生(sheng)(sheng)“擴(kuo)散效(xiao) 應(ying)(ying)(ying)④若在(zai)外(wai)力(li)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)卞，如(ru)(ru)重(zhong)(zhong)力(li)、靜(jing)電(dian)力(li)等(deng)，則 顆(ke)粒產生(sheng)(sheng)沉(chen)降(jiang)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，也可能會撞到(dao)捕集體(ti)(ti)(ti)分(fen)別(bie)稱為“重(zhong)(zhong)力(li)沉(chen)降(jiang)”、“靜(jing)電(dian)吸引”等(deng)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)： 由(you)此可見(jian)，捕集機理是多種(zhong)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)的綜(zong)合，其影(ying)響(xiang)因(yin)素有流速、粒徑、溫度(du)(du)、外(wai)力(li)場(chang)等(deng)，是十 分(fen)復雜的，它們的影(ying)響(xiang)趨(qu)勢如(ru)(ru)圖(tu)7-2所示。一(yi)般(ban)在(zai)粒徑很小時，以擴(kuo)散效(xiao)應(ying)(ying)(ying)為主；粒徑大(da)(da)及 流速高時，慣性效(xiao)應(ying)(ying)(ying)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)突出；攔截(jie)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)則介于其間；重(zhong)(zhong)力(li)沉(chen)降(jiang)在(zai)大(da)(da)粒徑、低流速下(xia)有較大(da)(da) 作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)；化纖織(zhi)物(wu)的靜(jing)電(dian)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)產生(sheng)(sheng)靜(jing)電(dian)效(xiao)應(ying)(ying)(ying)。如(ru)(ru)果顆(ke)粒與捕集體(ti)(ti)(ti)間有溫度(du)(du)梯度(du)(du)，則有熱遷移效(xiao) 應(ying)(ying)(ying)，但(dan)在(zai)空氣過濾器內(nei)這種(zhong)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)很小。

2.復(fu)合(he)捕(bu)集物的(de)捕(bu)集效率(lv)

實際(ji)的(de)(de)過濾器內，捕集(ji)體(ti)是(shi)以一(yi)定方式組(zu)合成群體(ti)的(de)(de)。氣體(ti)繞(rao)流孤立捕集(ji)體(ti)的(de)(de)情(qing)況顯然 與繞(rao)流復合捕集(ji)物中單(dan)個(ge)捕集(ji)體(ti)的(de)(de)情(qing)況 有(you)所不同，這樣復合捕集(ji)物中單(dan)個(ge)捕集(ji) 體(ti)的(de)(de)捕集(ji)效率就會(hui)與孤立捕集(ji)體(ti)的(de)(de)不同，

要(yao)做一(yi)定修正(zheng)。當含有顆粒的(de)氣(qi)體連續 不斷地碰撞(zhuang)許多個捕(bu)集體，這(zhe)和(he)一(yi)次碰 撞(zhuang)孤(gu)立捕(bu)集體也有所(suo)不同，可見過濾器(qi) 的(de)過濾機理是很復(fu)雜的(de)，所(suo)以實際工程 應用中往(wang)往(wang)要(yao)借助于實驗(yan)獲得(de)一(yi)些數(shu)據 和(he)經驗(yan)。

復合捕集物的(de)捕集作用與(yu)孤(gu)立(li)(li)捕集 體的(de)重大區別在于孤(gu)立(li)(li)捕集體不產生篩(shai)分作用，而(er)復合捕集物則產生篩(shai)分作用。復合捕集鞠

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(guo)濾(lv)器的捕集效率

在研究捕(bu)集(ji)機理時都做了一定(ding)的(de)(de)假(jia)設(she)：①粉(fen)塵顆粒(li)(li)到達捕(bu)集(ji)體表面時就被(bei)捕(bu)集(ji)；②已(yi)附(fu) 在捕(bu)集(ji)體表面的(de)(de)顆粒(li)(li)對以后的(de)(de)捕(bu)集(ji)過(guo)程沒(mei)有影(ying)響。實際(ji)的(de)(de)過(guo)濾過(guo)程要復雜得(de)多，因為顆粒(li)(li)還

會(hui)有反(fan)彈，還會(hui)被(bei)氣(qi)流二次沖刷(shua)下來(lai)，造成(cheng)返混(hun)而降(jiang)低(di)效(xiao)率；但也因濾材上附有粉塵(chen)層而提 高捕集效(xiao)率。

假設隨(sui)著粉塵(chen)層(ceng)之增(zeng)厚，每根纖維（捕集(ji)體(ti)）均勻地變粗，單個捕集(ji)體(ti)的效率(lv)&也會 發生變化。通過(guo)因式(shi)分解，得出過(guo)濾器的捕集(ji)效率(lv)隨(sui)時間？的變化為：

”-(卜一4-5々fe>] 的)

式中，7為捕(bu)集(ji)(ji)(ji)物(wu)的捕(bu)集(ji)(ji)(ji)效率(lv)；￡為空(kong)隙率(lv)；"為氣(qi)體(ti)的黏度(du)；ps, 為氣(qi)體(ti)及顆粒(li)的 密度(du);夂A為顆粒(li)及纖維的直徑(jing)；7T為單體(ti)捕(bu)集(ji)(ji)(ji)體(ti)的捕(bu)集(ji)(ji)(ji)效率(lv)；4為過濾時間；Ci為入 口含塵質量濃度(du)。

在(zai)時間間隔r內的(de)平均效率為：

7av (:7-.2>

實際應用(yong)中空氣(qi)過(guo)濾器的效(xiao)率都是通過(guo)試驗(yan)或現場實測取得的。為了(le)使試驗(yan)有統一(yi)的標 準，國家對試驗(yan)粉塵、試驗(yan)裝置和(he)試驗(yan)方法做了(le)統一(yi)規定。

三、空氣過濾器的性能(neng)表示

空氣(qi)過濾(lv)器的性能通常用過濾(lv)效(xiao)率(lv)、穿透率(lv)、過濾(lv)阻力(li)、過濾(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 器的除塵效率是(shi)不同的(de)。空氣(qi)過(guo)濾(lv)器(qi)的(de)過(guo)濾(lv)效率常用下式表達：

X100M = fl :X 1M 涔 （7，3)

不同級(ji)別的過(guo)濾器串聯(lian)使用時，總(zong)過(guo)濾效率(lv)訓可按下式計(ji)算(suan)：

= (7-4)

f■‘ 式(shi)中,?…tf0刀虹濾(lv)效卑(bei)祐廉單(dan)tvAuv 乃(nai)為並(bing)猜蘿,気的(de)含(han)塵歐骨波度： fl. ???, !??為第(di)一(yi)、第(di)二直(zhi)至(zhi)”級過濾(lv)器(qi)的(de)效率(lv)。

當(dang)含塵質量濃(nong)(nong)度(du)以“mg/m3”計時，其效(xiao)率(lv)稱(cheng)為(wei)計重(zhong)效(xiao)率(lv)；以“粒(li)(li)/L”計時，稱(cheng)為(wei)計 霞敗率(lv)；當(dang)以某一粒(li)(li)徑(jing)范(fan)圍內的(de)顆粒(li)(li)濃(nong)(nong)度(du)“粒(li)(li)/L”計時，稱(cheng)為(wei)粒(li)(li)徑(jing)分組(zu)計數效(xiao)率(lv)。

2.穿透率

粉塵(chen)顆(ke)粒(li)通(tong)過過濾而未能過濾下(xia)來的顆(ke)粒(li)數(shu)量(liang)稱為穿透率(lv)。穿透率(lv)與過濾效率(lv)之和為

100^,穿透率用下式表示s

K^—X100% = l-ri (f-li

m

式中，K為穿透率，％;其(qi)他符(fu)號(hao)同前。

空氣過(guo)濾器運(yun)行(xing)初始階段，粉塵(chen)的(de)穿透率(lv)較高，隨著(zhu)在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程中過(guo)濾器上粉塵(chen)的(de)增 加，凈化(hua)效率(lv)有所增加，穿透率(lv)降低，因(yin)而(er)過(guo)濾器運(yun)行(xing)穩定后(hou)穿透率(lv)穩定降低，顯然這對運(yun) 行(xing)要求是(shi)有利的(de)。

■3.阻力

:#氣(qi)過(guo)(guo)濾器的阻(zu)(zu)力(li)在運(yun)行之(zhi)初和以后的運(yun)行過(guo)(guo)程(cheng)中是不斷變(bian)化的，因而通常(chang)采用兩種(zhong)阻(zu)(zu) 力(li)（初阻(zu)(zu)力(li)及終阻(zu)(zu)力(li)）來表示(shi)其(qi)性(xing)能。過(guo)(guo)濾器的初阻(zu)(zu)力(li)是指(zhi)過(guo)(guo)濾器未積塵時在額定風(feng)量下的 阻(zu)(zu)*?■.終阻(zu)(zu)力(li)是指(zhi)過(guo)(guo)濾器使用一定時間(jian)后，其(qi)積坐量達到(dao)一定數量時的阻(zu)(zu)力(li)。因此終阻(zu)(zu)力(li)與

容塵量有(you)關4終阻(zu)(zu)力的(de)確定，除了濾料本身的(de)因素外，還要考慮過濾速度(du)H及其他技(ji)術經濟 指標，一般都把達到初阻(zu)(zu)力2?4倍時的(de)阻(zu)(zu)力定為終阻(zu)(zu)力。

過濾阻力(li)用(yong)下(xia)式(shi)表(biao)示：

hp ==av +bvz (7-6)

式中，Af為(wei)(wei)(wei)過(guo)濾阻(zu)力，Paj r為(wei)(wei)(wei)過(guo)濾器的迎風面速度.印/s.; a、6為(wei)(wei)(wei)實驗系數，由制 造(zao)單位提供。

隨著使用時(shi)間(jian)的增長，過濾器上的粉(fen)塵量逐(zhu)漸增多,壓(ya)力損失也隨之增大。

4-面(mian)速(su)度和過濾速(su)度

衡(heng)量(liang)過濾器(qi)處理風量(liang)的能(neng)力通(tong)常用面速(su)(su)度(du)表(biao)示，有(you)時也(ye)用過濾速(su)(su)度(du)表(biao)示，對(dui)平(ping)板(ban)過濾器(qi)

來說二者是一致的。

面(mian)(mian)(mian)速(su)(su)度(du)是指過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)斷(duan)面(mian)(mian)(mian)上通(tong)過(guo)(guo)的氣流(liu)速(su)(su)度(du)，一般以fli/s表(biao)示K ,過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)速(su)(su)度(du)是指通(tong)過(guo)(guo)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv) 器(qi)(qi)濾(lv)(lv)(lv)(lv)料面(mian)(mian)(mian)稷(ji)上的氣流(liu)速(su)(su)度(du)。由于對過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)的要求不(bu)同，在鍵濾(lv)(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)內設(she)置(zhi)的濾(lv)(lv)(lv)(lv)料面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)也(ye)不(bu)同， 有時大于過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)器(qi)(qi)的斷(duan)面(mian)(mian)(mian)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)數十倍。因而過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)速(su)(su)度(du)比面(mian)(mian)(mian)速(su)(su)度(du)小(xiao)，通(tong)常用m/miri或(huo)cm/s 表(biao)不(bu)。

過(guo)濾(lv)速度(du)的(de)大(da)小與過(guo)濾(lv)器的(de)性能有直接關系(xi)。過(guo)濾(lv)速度(du)過(guo)高(gao)會降低凈化(hua)效(xiao)率，增加阻(zu)

力;-因(yin)此為(wei)了降低阻(zu)力，高效(xiao)過濾(lv)器的(de)(de)濾(lv)速通常(chang)都很小，而過濾(lv)料的(de)(de)面積則(ze)很大。

面(mian)速度一般(ban)用(yong)下式表示：

? =夢 17-7)

式中，為(wei)迎風(feng)面速度，ifl/約Q為(wei)通過(guo)(guo)過(guo)(guo)濾器的風(feng)量(liang)，mVsi: J為(wei)過(guo)(guo)濾器迎風(feng)面 積，jm2 ■>

應當指出(chu)，過(guo)濾(lv)器(qi)迎風面積是指空氣過(guo)濾(lv)器(qi)框(kuang)內(nei)面積，計算時(shi)不應把邊(bian)框(kuang)包括在內(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濾料上(shang)的(de)粉塵落人灰斗，阻力下(xia)降，重新恢復到接近原來的(de)狀態。但對

氣(qi)過濾(lv)(lv)器(qi)則不然(ran)，過濾(lv)(lv)器(qi)達到額定容(rong)塵(chen)量(liang)(liang)后需要取(qu)下來(lai)清洗再(zai)生（如泡沫(mo)過濾(lv)(lv)器(qi)），有 *重新更(geng)換濾(lv)(lv)料。因(yin)而容(rong)塵(chen)量(liang)(liang)的(de)大小(xiao)也決定了過濾(lv)(lv)器(qi)的(de)壽(shou)命。容(rong)塵(chen)量(liang)(liang)愈(yu)大，過濾(lv)(lv)器(qi)的(de)壽(shou)命 .由此(ci)可見容(rong)塵(chen)量(liang)(liang)是表(biao)示空氣(qi)過濾(lv)(lv)器(qi)壽(shou)命長短的(de)一項重要性能指標。

容(rong)塵(chen)量(liang)的(de)多少與空氣(qi)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)器濾(lv)(lv)(lv)材(cai)有關(guan)，比較(jiao)理想(xiang)的(de)濾(lv)(lv)(lv)材(cai)結(jie)構(gou)是梯度型結(jie)構(gou)，即濾(lv)(lv)(lv)材(cai)結(jie)構(gou) 疏吃過(guo)渡(du)到密集.這種結(jie)構(gou)既能得到較(jiao)大的(de)容(rong)塵(chen)量(liang)，又能獲得最高的(de)效率。

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