常用過(guò)濾材料對(duì)微細(xì)顆粒過(guò)濾性能的研究

劉曉培，鄭 琰，邱乾勝，常德強(qiáng)，毛 寧，柳靜獻(xiàn)

（東北大學(xué)，沈陽(yáng) 110189）

1 前言

以能源消耗為主的現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶來(lái)了嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題?？諝庵泻写罅康膽腋∥⒓?xì)顆粒物，極易誘發(fā)哮喘、慢性鼻炎、肺心病等疾病。尤其近幾年來(lái)，人們逐漸意識(shí)到，在可吸入顆粒物中，粒徑小于2.5微米的大氣顆粒物（即PM2.5）更可怕，它們甚至?xí)┻^(guò)肺泡進(jìn)入血液，危害到人體的器官。因此，細(xì)顆粒物已成為大氣污染物防治的重點(diǎn)。

目前，在我國(guó)應(yīng)用的高效除塵技術(shù)有靜電除塵和袋式除塵。近年來(lái)隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，靜電除塵器因?qū)Τ?xì)飛灰的捕集率較低，已然不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。而袋式除塵器能滿足目前苛刻的排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于袋式除塵技術(shù)，濾料是其核心部件之一。目前，市場(chǎng)上的濾料種類(lèi)很多，本文選擇了幾種典型濾料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究其對(duì)微細(xì)顆粒物的過(guò)濾性能。

2 實(shí)驗(yàn)方法及裝置

2.1 實(shí)驗(yàn)條件及裝置

根據(jù)目前市場(chǎng)上濾料的使用情況，選取了7種常用的濾料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。濾料樣品的性能參數(shù)見(jiàn)下表。

樣品的性能參數(shù)表

實(shí)驗(yàn)所采用的裝置如圖1所示。該裝置由管道系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、測(cè)壓系統(tǒng)和粒子計(jì)數(shù)系統(tǒng)組成；實(shí)驗(yàn)塵源為室外的大氣塵；濾料樣品直徑為240mm，實(shí)際過(guò)濾部分直徑為215mm。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)對(duì)7種常用的過(guò)濾材料的過(guò)濾效率和阻力進(jìn)行了測(cè)試。其中，針對(duì)空氣中的顆粒物，過(guò)濾效率采用計(jì)數(shù)效率，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

（1）濾料阻力性能測(cè)試：調(diào)整系統(tǒng)流量為2.16、3.24、4.32、5.4、6.48m3/h，對(duì)應(yīng)濾料的過(guò)濾風(fēng)速為0.5、1、1.5、2、2.5、3m/min時(shí)的阻力；

（2）過(guò)濾效率測(cè)試：使計(jì)數(shù)器充分自凈，在風(fēng)速為1m/min的條件下，先測(cè)試下游粒子數(shù)，再測(cè)試上游粒子數(shù)；

（3）替換濾料，重復(fù)（1）、（2）過(guò)程，直至7塊樣品測(cè)試完畢。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

3.1 濾料的阻力特性與濾料結(jié)構(gòu)的關(guān)系

將7種濾料樣品的阻力進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖2所示。

圖2 濾料樣品的阻力特性

圖2中的數(shù)據(jù)顯示，濾料的風(fēng)速與阻力成線性關(guān)系。7種濾料中，樣品6與樣品7分別為PTFE針刺氈覆膜和滌綸覆膜，它們的阻力高于其他濾料；樣品4為PPS水刺氈，其阻力略高于剩余的4種濾料。

3.2 濾料過(guò)濾效率與粉塵粒徑的關(guān)系

為考察濾料對(duì)不同粒徑粉塵的過(guò)濾效果，對(duì)濾料樣品在風(fēng)速為1m/min的條件下的過(guò)濾效率進(jìn)行了測(cè)試，濾料樣品1、樣品2及樣品4的過(guò)濾效果如圖3所示。

圖3 不同濾料在1m/min下的過(guò)濾效率

從圖3中可以看出，幾種濾料的測(cè)試結(jié)果顯示出一致的趨勢(shì)。當(dāng)粉塵粒徑小于1μm時(shí)，濾料的過(guò)濾效率明顯下降；當(dāng)粉塵粒徑為1μm時(shí)，濾料樣品的過(guò)濾效率呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。對(duì)2.5μm粒子的過(guò)濾效率在75%～88%之間。

3.3 濾料過(guò)濾效率與濾料結(jié)構(gòu)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)研究了濾料結(jié)構(gòu)對(duì)濾料過(guò)濾效率的影響，濾料樣品在風(fēng)速為1m/min的條件下，對(duì)2.5μm粉塵的過(guò)濾效率數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 不同濾料在風(fēng)速1m/min下對(duì)2.5μm顆粒的除塵效率

圖4顯示，除塵效率最高的為樣品2，即PTFE水刺貼層；常規(guī)針刺氈、PPS水刺、PPS針刺氈和PTFE針刺氈覆膜的除塵效率相差不大；最低的為P84水刺貼層。實(shí)驗(yàn)中的7種濾料對(duì)2.5μm粉塵的除塵效率均低于90%，因此除塵效率尚有很大的提升空間。

4 結(jié)論

針對(duì)大氣中細(xì)微顆粒物的控制，通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段研究了常規(guī)針刺氈、PTFE水刺貼層、P84水刺貼層、PPS水刺、PPS針刺氈、PTFE針刺氈覆膜及滌綸覆膜等7種過(guò)濾材料的過(guò)濾性能，得到如下結(jié)論：

（1）濾料的過(guò)濾效率均隨被捕集的顆粒物粒徑的增加而增加，不同濾料對(duì)不同粒徑粉塵的除塵效率不同；

（2）濾料的過(guò)濾效率與濾料結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，PTFE水刺貼層的除塵效率較高，且其阻力較低，效果較好；

（3）PTFE針刺氈覆膜和滌綸覆膜的阻力較高，但其除塵效率并沒(méi)隨著阻力的增高而明顯增大，說(shuō)明該膜質(zhì)量和覆膜工藝尚需提高；

（4）實(shí)驗(yàn)中所有濾料對(duì)超細(xì)顆粒物的捕集效率都不高，因而優(yōu)化濾料結(jié)構(gòu)或開(kāi)發(fā)新型濾料勢(shì)在必行。