除塵濾料的覆膜處理對袋式除塵器壓力損失的影響

大氣網(wǎng)訊:摘要：采用PTFE覆膜和未覆膜處理聚苯硫醚非織造濾料，通過濾料性能測控系統(tǒng)測試和分析了過濾風(fēng)速和過濾時間對于除塵器壓力損失的影響。試驗結(jié)果表明：除塵器壓力損失隨著過濾風(fēng)速的增大和粉塵堆積而增大;在相同風(fēng)機頻率下，除塵濾料覆膜將減少氣體流量和降低過濾風(fēng)速;在相同過濾速度下，覆膜濾料的過濾阻力大于未覆膜濾料的阻力。

袋式除塵器是一種高效的工業(yè)除塵設(shè)備，其壓力損失是氣流通過袋式除塵器的流動阻力，決定著除塵系統(tǒng)的能耗、過濾效率和清灰周期[1]，包括設(shè)備結(jié)構(gòu)阻力和過濾阻力，主要影響因素有：除塵器的結(jié)構(gòu)、濾袋特性、過濾速度、粉塵特征、清灰方式和煙氣溫度等[2-5]。趙友軍等[6]研究了除塵器結(jié)構(gòu)和過濾介質(zhì)阻力與過濾速度的關(guān)系;丁建東等[7]探索了濾餅層阻力與過濾速度和反吹風(fēng)速的關(guān)系;D.Thomas等[8]研究了粉塵沉積厚度與壓力損失的變化。PTFE覆膜濾料，以捕集效率高，清灰效果好的優(yōu)勢正廣泛地應(yīng)用于過濾行業(yè)，但是覆膜的缺點在于壓力損失會有所增大。本文采用濾料性能測控系統(tǒng)，研究濾料PTFE覆膜處理對壓力損失的影響，并探索過濾速度和粉塵沉積、壓力損失的關(guān)系。

1試驗

1.1實驗材料與儀器

實驗材料：PTFE覆膜和未覆膜處理的聚苯硫醚(PPS)非織造布濾袋(規(guī)格：Φ130mm×1000mm);滑石粉(18μm，上海亮江鈦白化工制品有限公司)。表1為兩種濾料的基本性能。

實驗儀器：濾料性能測控系統(tǒng)(潔華控股股份有限公司)，該系統(tǒng)是一套模仿工業(yè)用袋式除塵器的儀器，可在線檢測濾料的工作性能。它采用濾袋過濾系統(tǒng)，由風(fēng)機抽風(fēng)、粉塵加料器加灰、空氣預(yù)熱器加熱來進行定量定溫過濾粉塵測試濾袋材質(zhì)的性能。圖1是該系統(tǒng)的示意圖，箱體中裝6個圓袋式濾袋，3個一排分別排列在箱體中，此裝置屬于下進風(fēng)外濾式除塵器。

此裝置通過風(fēng)機使空氣進入除塵器，風(fēng)量通過控制風(fēng)機頻率來控制，范圍從5～50Hz，在整個裝置中安裝有濃度測試儀，檢測過濾后氣體濃度;通過流量測試儀，可以計算出過濾風(fēng)速;進出口壓差和花板壓差的監(jiān)控可以實時發(fā)現(xiàn)除塵器中壓力變化;在濾袋的底部還裝有壓力傳感器，可以測試清灰時的瞬時壓力變化。

1.2試驗方法

清潔濾料性能測試：清潔濾料的壓力損失與過濾風(fēng)速的關(guān)系體現(xiàn)著濾料本身的性能。先將6個PTFE覆膜聚苯硫醚濾袋裝置在除塵器箱體中。選擇不同的過濾速度(通過調(diào)節(jié)風(fēng)機頻率來控制)，由于覆膜濾料的過濾速度不能過大，最終選擇相對較小的5個風(fēng)機頻率(5、10、15、20、25Hz)，待風(fēng)速穩(wěn)定后，運行設(shè)備。過濾風(fēng)速可以由相應(yīng)的流量來確定，壓力損失由進出口壓差確定。對照組未覆膜處理的聚苯硫醚濾袋也進行相應(yīng)的實驗。

含塵濾料壓力測試：當(dāng)粉塵進入濾料，并且形成粉塵層，濾袋的壓力損失會發(fā)生變化。將覆膜濾袋裝置在除塵器箱體中，實驗在一定的風(fēng)速下進行，選擇滑石粉作為粉塵，按200g/15min的標準加料，過濾時間10h，記錄這10h進出口壓差的實時數(shù)據(jù)。將對照組未覆膜處理的聚苯硫醚濾袋也進行相應(yīng)的實驗。

2.1覆膜處理在清潔狀態(tài)下對壓力損失的影響

除塵器的進出口壓差即表示除塵器的壓力損失，清潔濾料試驗中包括結(jié)構(gòu)阻力和過濾介質(zhì)的阻力。除塵器的總阻力：ΔP=ΔPc+ΔPf=ΔPc+ΔP0+ΔPd。ΔPc-結(jié)構(gòu)阻力損失，Pa;ΔPf-過濾阻力損失，Pa;ΔP0-過濾介質(zhì)阻力損失;ΔPd-粉塵層的阻力損失。

結(jié)構(gòu)阻力與除塵器的設(shè)計有關(guān)，是氣流的沿程損失，主要由氣流的流動速度和密度等因素決定。過濾介質(zhì)的阻力損失是任一流速下過濾介質(zhì)兩端的壓力降，與粉塵無關(guān)，可以反映濾料的特性，在相同厚度、孔隙率和纖維直徑下，其阻力與過濾速度成正比。粉塵層的阻力與粉塵的單位含塵量、黏度和過濾速度有關(guān)。

過濾速度是含塵氣流通過濾布時的速度，表達式：V=Q/(S˙60)，其中：Q—處理風(fēng)量(m3/h);V—過濾速度(m/min);S—總過濾面積(m2)。

按照上述表達式分別計算兩種濾料在不同風(fēng)機頻率下的過濾風(fēng)速，表2為過濾風(fēng)速的計算結(jié)果。

由表2可知，風(fēng)機風(fēng)量決定著風(fēng)機的送風(fēng)量，在相同頻率下，通過不同濾料的風(fēng)量不同，過濾速度也不同，覆膜濾料的處理風(fēng)量和過濾速度都小于未覆膜處理濾料，原因是覆膜濾料表面的膜孔隙微小而致密(如圖2所示)，微孔膜阻礙了氣流通過濾料，從而導(dǎo)致過濾速度的減小，未覆膜處理的濾料纖維間孔隙大，透氣性好。

圖3是PTFE覆膜濾袋和未覆膜濾袋的壓力損失隨過濾風(fēng)速的變化。從圖3可知，除塵器在清潔狀態(tài)下的進出口壓力損失隨著過濾速度的增大而增大。濾料的覆膜處理對除塵器的壓力損失有明顯的影響，其壓力損失大于未覆膜處理濾料。覆膜和未覆膜處理濾料擬合曲線分別為：y=204.6x+778.1和y=98.0x+777.4，都具有很好的線性相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)分別為R2=0.96和R2=0.92，說明過濾速度和壓力損失呈線性關(guān)系。從擬合曲線中可以看出覆膜濾料的斜率(k=204.6)大于未覆膜濾料(k=98.0)，表明覆膜濾料相比未覆膜濾料，其壓力損失隨著過濾風(fēng)速的增加上升幅度更大，因此覆膜濾料宜選擇較小風(fēng)速。

2.2覆膜處理在粉塵狀態(tài)下對壓力損失的影響

圖4是濾料的壓力損失隨過濾時間的變化。圖4可知，隨著過濾時間的增加，粉塵在濾袋上堆積，在前4h里，粉塵堆積使得除塵器的壓力損失迅速提高，PTFE覆膜濾料和未腹膜濾料分別提高了10%和16%，隨后壓力損失的增長趨于平緩。除塵器在前4h過濾過程中，粉塵主要起著填充濾料孔隙的作用，4h后是粉塵層逐漸增厚的時期。在前4h里覆膜濾料的壓力損失大于未覆膜濾料的壓力損失，在這之后，未覆膜濾料的壓力損失大于覆膜濾料。如圖5為覆膜濾料和未覆膜處理濾料在10h后的粉塵層掃描電鏡圖片，從圖5中可知：覆膜濾料的粉塵層整齊而致密，并且未見纖維裸露，說明PTFE微孔膜阻隔了濾料和粉塵。未覆膜處理的濾料清晰可見裸露在外的纖維，粉塵填充在纖維周圍，粉塵層相對松散，當(dāng)粉塵層形成后，粉塵層成為了阻力損失的主體，未覆膜濾料上纖維雜亂易于堆積粉塵，導(dǎo)致粉塵層更易增厚，從而在后期未覆膜濾料的壓力損失大于覆膜濾料。因此濾料的覆膜處理，并未造成較大的壓力損失，反而微孔膜的存在利于清灰，使壓力損失有所下降。

3結(jié)論

a)  除塵器的壓力損失與過濾風(fēng)速呈線性關(guān)系，在相同過濾速度下，覆膜濾料的阻力損失大于未覆膜濾料。覆膜濾料的壓力損失，隨著過濾風(fēng)速的增加上升幅度更大，因此覆膜濾料適宜選擇較小風(fēng)速。

b) 在實際過濾過程中，粉塵層成為阻力增加的主因，覆膜濾料易于清灰使之壓力損失比未覆膜處理濾料的小，因此濾料的覆膜處理更具優(yōu)勢。