濾料的覆膜處理對袋式除塵器壓力損失的影響

殷依華，韓　建，于　斌

(浙江理工大學(xué) a.材料與紡織學(xué)院；b.浙江省產(chǎn)業(yè)用紡織材料制備技術(shù)研究重點實驗室，杭州　310018)

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濾料的覆膜處理對袋式除塵器壓力損失的影響

殷依華a，韓建b，于斌b

(浙江理工大學(xué) a.材料與紡織學(xué)院；b.浙江省產(chǎn)業(yè)用紡織材料制備技術(shù)研究重點實驗室，杭州310018)

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(jī)頻率下，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；壓力損失；覆膜濾料；過濾風(fēng)速

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。

表1兩種濾料的基本性能

濾料類型厚度/mm平方米質(zhì)量/(g·m-2)透氣率/(L·m-2·s-1)平均孔徑/μmPTFE覆膜濾料2.10584.882.24.4未覆膜濾料3.23578.0300.412.7

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(jī)抽風(fēng)、粉塵加料器加灰、空氣預(yù)熱器加熱來進(jìn)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(jìn)風(fēng)外濾式除塵器。

圖1　濾料性能測試系統(tǒng)

此裝置通過風(fēng)機(jī)使空氣進(jìn)入除塵器，風(fēng)量通過控制風(fēng)機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)出口壓差確定。對照組未覆膜處理的聚苯硫醚濾袋也進(jìn)行相應(yīng)的實驗。

含塵濾料壓力測試：當(dāng)粉塵進(jìn)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(jìn)行，選擇滑石粉作為粉塵，按200g/15min的標(biāo)準(zhǔn)加料，過濾時間10h，記錄這10h進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)的實驗。

2　結(jié)果與討論

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(jìn)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(dá)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(dá)式分別計算兩種濾料在不同風(fēng)機(jī)頻率下的過濾風(fēng)速，表2為過濾風(fēng)速的計算結(jié)果。

表2兩種濾料在不同風(fēng)機(jī)頻率下的過濾參數(shù)

風(fēng)機(jī)頻率/Hz處理風(fēng)量/(m3/h)覆膜濾料未覆膜濾料過濾速度/(m/min)覆膜濾料未覆膜濾料總過濾面積/m2540600.260.401070820.460.54151031260.680.83201331880.881.25251882571.251.692.53

由表2可知，風(fēng)機(jī)風(fēng)量決定著風(fēng)機(jī)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2　兩種濾料在清潔狀態(tài)下的電鏡掃描

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(jìn)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。

圖3　兩種濾料壓力損失隨過濾風(fēng)速的變化

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。

圖4　兩種濾料壓力損失隨過濾時間的變化

圖5　兩濾料粉塵層掃描電鏡圖

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。

[1] 李茹雅,祁君田,殷煥榮.布袋除塵器過濾效率影響因素研究[J].熱力發(fā)電,2012,41(1):6-9.

[2] 郭中強(qiáng),雷賢卿.袋除塵器阻力的影響因素分許[J].水泥,2014(8):50-54.

[3] 付海明.纖維過濾介質(zhì)非穩(wěn)態(tài)過濾壓力損失的研究[J].紡織學(xué)報,2009,30(4):15-18.

[4] SILVA C R N. NEGRINI V S, AGUIAR, M L. Influence of gas velocity on cake formation and detachment[J]. Powder Technology,1999,(101)165-172.

[5] 石偉,郝文閣,龐維福.袋式除塵器反吹風(fēng)清灰效果試驗研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2006,6(6):71-73.

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(責(zé)任編輯：張祖堯)

Influence of Coating Processing of Filtering Material on Pressure Loss of Bag Filter

YINYihuaa,HANJianb,YUBinb

(a.College of Materials and Textiles; b.Key Laboratory of Industrial Textile Materials and Manufacturing Technology of Zhejiang Province, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

PPS non-woven filtering materials were processed with PTFE coating and non-coating. The influence of filtration velocity and filtration time on pressure loss of the filter was measured and analyzed by filtering material property measurement and control system. The experimental results show that the pressure loss of bag filter increases when the filtration velocity increases and the dust accumulates. The coating of filtering material will reduce gas flow and filtration velocity at the same fan frequency. The filtration resistance of coated filtering material is greater than that of non-coated filtering material at the same filtration velocity.

bag filler; pressure drop; coating filtering material; filtration velocity

2015-09-18

教育部高校博士學(xué)科點專項科研基金(20133318110001)

殷依華(1990-)，女，浙江嘉興人，碩士研究生，研究方向為產(chǎn)業(yè)用紡織材料。

韓建，E-mail：hanjian8@zstu.edu.cn

TS 171.9

A

1009-265X(2016)05-0043-03