機(jī)加工車間不同靜電過濾器對顆粒物凈化性能的實(shí)驗(yàn)分析

白建民　馬勇

摘 要：油霧是機(jī)加工車間空氣中的首要污染物，影響著加工工件的清潔度、精密設(shè)備的運(yùn)行、車間環(huán)境的治理以及工人的工作效率及身體健康。為了更有效過濾回風(fēng)中的油霧顆粒以及凈化回風(fēng)空氣，從改善空調(diào)箱過濾裝置的角度出發(fā)，研究對比了兩種靜電過濾器對油霧顆粒/VOC的過濾凈化效率。同一風(fēng)速下，上游的油霧顆粒濃度越大，兩種靜電過濾器的過濾效率越高，其中IFD靜電過濾器對油霧顆粒的過濾性能更好;在凈化VOC方面，因AC系列靜電過濾器的臭氧自發(fā)生量更高，因此其對VOC的去除效果更佳。

關(guān)鍵詞：油霧;靜電過濾器;過濾性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.018

0 引言

機(jī)械加工設(shè)備在對金屬或其他材料的坯料進(jìn)行加工的過程中，將散發(fā)大量熱量，常使用具有冷卻、潤滑、洗滌、防銹等功能的工藝潤滑油（如金屬加工液）對工件進(jìn)行潤滑和降溫，以使其獲得一定形狀和精度[1]。但與此同時(shí)金屬切削液在高溫下易產(chǎn)生大量油霧并彌漫于加工車間內(nèi)，既危害到人體健康又影響工作效率，即使油霧濃度僅為0. 41～0. 55 mg/m3，工人長期接觸這種油霧仍會導(dǎo)致慢性支氣管炎、胸部不適和氣道刺激等[2-3]。

機(jī)械加工車間的首要污染物是金屬切削液霧化或蒸發(fā)到空氣中的油霧，其次是金屬切削液在高溫作用下衍生出的VOC有害氣體。另一方面對有舒適性空調(diào)的現(xiàn)代化機(jī)械加工車間，多采用空調(diào)箱集中回風(fēng)形式對車間內(nèi)的空氣進(jìn)行熱濕處理，與此同時(shí)車間內(nèi)的油霧和VOC也會從回風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)箱，若在空調(diào)箱內(nèi)安裝靜電過濾器，既可以過濾油霧顆粒又可以對VOC起到凈化作用。

本文旨在利用某空氣過濾器試驗(yàn)臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，采用不同靜電過濾器對油霧顆粒等進(jìn)行凈化處理，比較不同類型的靜電過濾器對油霧顆粒和金屬加工液衍生有害氣體的凈化效果，因此首先利用過濾器性能測試臺對AC系列靜電過濾器與IFD靜電過濾器進(jìn)行一些列實(shí)驗(yàn)測試，以研究兩者對油霧和VOC的處理效果，為后續(xù)在機(jī)械加工車間的空調(diào)箱內(nèi)加裝靜電過濾裝置提供一些參考。

1 靜電過濾器對油霧顆粒/VOC的凈化機(jī)理

靜電過濾器除顆粒物的機(jī)理大致相同，都是先利用高壓放電使顆粒物荷電，然后在電場力的作用下使荷電顆粒物聚集于集塵模塊內(nèi)，靜電過濾器對顆粒物的凈化原理如圖1所示。

靜電過濾器對有害氣體也能起到去除的作用是因?yàn)槠湓谕娗闆r下會產(chǎn)生一定的量的臭氧，臭氧自身的強(qiáng)氧化性可以與甲醛、苯等可揮發(fā)性行有機(jī)化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程如公式（1）和（2）所示[4]。

由公式1和公式2可知：臭氧氧化甲苯等可揮發(fā)性有機(jī)化合物的過程中，臭氧既發(fā)生著自分解反應(yīng)，又與甲苯等可揮發(fā)性有機(jī)化合物發(fā)生著復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)相關(guān)資料顯示，其中間反應(yīng)產(chǎn)物會有芳香醛、芳香酸、甲酸等，最終的產(chǎn)物中主要是含有COOH—、C=O和C-O等官能團(tuán)的物質(zhì)[5]。

2 空氣過濾器性能測試臺及靜電過濾器介紹

2.1 空氣過濾器性能測試臺

測試臺系統(tǒng)圖見圖2，該性能測試臺包括風(fēng)量測量箱、污染物加入口、混合段、均流孔板1、上游采樣孔、實(shí)驗(yàn)用過濾器、均流孔板2、下游采樣孔和凈化機(jī)組，各部分通過不銹鋼板風(fēng)管連接，凈化機(jī)組兩端通過帆布軟接頭與上下的不銹鋼風(fēng)管連接。

2.2 靜電過濾器

IFD靜電過濾器由場電模塊和凈化模塊組合而成。IFD靜電過濾器參數(shù)如表1所示。

AC系列靜電過濾器由金屬網(wǎng)格狀的初效過濾器、靜電離子箱以及帶電源的外框架組合而成，其具體參數(shù)如表2所示。

3 不同靜電過濾器對油霧顆粒及VOC的凈化效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

3.1 不同上游油霧發(fā)生塵度凈化效率的比較

結(jié)果如圖3、圖4、圖5、圖6所示，其中藍(lán)色曲線代表AC系列靜電過濾器。

由圖3可知：當(dāng)上游油霧發(fā)塵濃度為100μg/m3時(shí)，隨著過濾面風(fēng)速的增大，AC系列靜電過濾器與IFD靜電過濾器對PM10、PM2.5、PM1油霧顆粒的過濾效率整體上均呈下降趨勢。此外，通過兩種靜電過濾器過濾效率的下降幅度來看，當(dāng)上游油霧發(fā)塵濃度較低為100μg/m3時(shí)，風(fēng)速對兩者過濾性能的影響是大致相同。單獨(dú)分析圖4、圖5、圖6中AC系列靜電過濾器和IFD靜電過濾器在不同風(fēng)速下對油霧顆粒的過濾效率，可以發(fā)現(xiàn)兩種靜電過濾器的過濾效率隨風(fēng)速的變化趨勢均與圖3一致，風(fēng)速增大，過濾效率降低。當(dāng)上游油霧發(fā)塵濃度較高為800μg/m3時(shí)，風(fēng)速的大小對AC系列靜電過濾器的過濾性能影響較大，而風(fēng)速對IFD靜電過濾器的過濾性能影響甚微。縱向比較圖3～圖6可知，相同的面風(fēng)速下，AC系列靜電過濾器與IFD靜電過濾器對油霧顆粒的過濾效率隨著上游油霧顆粒濃度的增大而逐漸提高。當(dāng)上游油霧發(fā)塵濃度從200μg/m3依次增大后，相同的風(fēng)速下，IFD靜電過濾器對油霧顆粒的過濾性能始終高于AC系列靜電過濾器，并且其過濾效率受風(fēng)速的影響越來越小。

4 靜電過濾器的選擇

通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，兩種靜電過濾器相比較，在油霧過濾性能方面，IFD靜電過濾器具有更高的過濾效率，且機(jī)械加工車間內(nèi)的油霧濃度越高，IFD靜電過濾器對油霧的過濾性能更佳，當(dāng)車間內(nèi)油霧濃度超過標(biāo)準(zhǔn)限值500μg/m3后，IFD靜電過濾器在任意風(fēng)速下對PM10、PM2.5、PM1的過濾器效率能保證在99%以上;在VOC凈化性能方面，AC系列靜電過濾器對VOC的去除效果更佳，但當(dāng)車間內(nèi)的VOC濃度超過標(biāo)準(zhǔn)限值的3倍以上（即1.8mg/m3），則過濾后的空氣中VOC就無法控制在標(biāo)準(zhǔn)限值0.6mg/m3以內(nèi)。

根據(jù)上述兩種靜電過濾器的性能，且考慮到靜電過濾器清洗更換的便利性以及油霧/VOC兩者對人體的危害性，建議根據(jù)機(jī)械加工車間內(nèi)實(shí)際的油霧/VOC濃度情況選擇合適的靜電過濾器種類。

5 結(jié)論

（1）當(dāng)上游油霧發(fā)塵濃度一定時(shí)，隨著風(fēng)速的增大，AC系列靜電過濾器和IFD靜電過濾器對油霧的過濾效率都呈現(xiàn)出下降趨勢。但是，若上游發(fā)生的定量油霧濃度值較小時(shí)，過濾效率的下降幅度相對較大;若上游發(fā)生的定量油霧濃度值較大時(shí)，過濾效率的下降幅度相對較小，尤其是IFD靜電過濾器，過濾效率的下降幅度接近于零。

（2）在同一風(fēng)速下，隨著上游油霧發(fā)塵濃度的增加，AC系列靜電過濾器和IFD靜電過濾器對油霧的過濾效率都有所提高。

（3）相同的風(fēng)速下，IFD靜電過濾器對油霧顆粒的過濾性能始終高于AC系列靜電過濾器，并且上游發(fā)生的定量油霧濃度值越大，IFD靜電過濾器對油霧的過濾效率受風(fēng)速的影響越小。

（4）當(dāng)上游VOC發(fā)生濃度一定時(shí)，隨著過濾面風(fēng)速的增大，AC系列靜電過濾器與IFD靜電過濾器對VOC的過濾效率均呈下降趨勢。

（5）在同一風(fēng)速下，隨著上游VOC發(fā)生濃度的增加，AC系列靜電過濾器和IFD靜電過濾器對VOC的過濾效率都有所下降，但下降幅度并不是很大。

（6）AC系列靜電過濾器對VOC的過濾效率都大于IFD靜電過濾器對VOC的過濾效率，并且?guī)в形廴疚颲OC的空氣經(jīng)AC系列靜電過濾器處理后，下游空氣中的VOC濃度值相對較小。

（7）當(dāng)機(jī)械加工車間內(nèi)VOC超過了標(biāo)準(zhǔn)限值0.6mg/m3后，首先考慮對VOC的凈化處理，建議使用AC系列靜電過濾器。當(dāng)車間內(nèi)VOC濃度未超標(biāo)時(shí)，考慮到過濾器更換清洗的便利性，若車間油霧濃度處于0～200μg /m3時(shí)，建議仍使用AC系列靜電過濾器，當(dāng)車間油霧濃度超過200μg /m3甚至是超過標(biāo)準(zhǔn)限值500μg /m3后，則建議使用IFD靜電過濾器以保證室內(nèi)空氣更為潔凈。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：白建民（1985-），男，上海人，碩士，工程師，研究方向：機(jī)械制造。