除塵濾料的覆膜處理對袋式除塵器壓力損失的影響

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測試和分析了過濾風速和過濾時間對于除塵器壓力損失的影響。試驗結果表明：除塵器壓力損失隨著過濾風速的增大和粉塵堆積而增大;在相同風機頻率下，除塵濾料覆膜將減少氣體流量和降低過濾風速;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除塵設備，其壓力損失是氣流通過袋式除塵器的流動阻力，決定著除塵系統的能耗、過濾效率和清灰周期[1]，包括設備結構阻力和過濾阻力，主要影響因素有：除塵器的結構、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]研究了除塵器結構和過濾介質阻力與過濾速度的關系;丁建東等[7]探索了濾餅層阻力與過濾速度和反吹風速的關系;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，清灰效果好的優勢正廣泛地應用于過濾行業，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，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(潔華控股股份有限公司)，該系統是一套模仿工業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，由風機抽風、粉塵加料器加灰、空氣預熱器加熱來進行定量定溫過濾粉塵測試濾袋材質的性能。圖1是該系統的示意圖，箱體中裝6個圓袋式濾袋，3個一排分別排列在箱體中，此裝置屬于下進風外濾式除塵器。

此裝置通過風機使空氣進入除塵器，風量通過控制風機頻率來控制，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，可以計算出過濾風速;進出口壓差和花板壓差的監控可以實時發現除塵器中壓力變化;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速的關系體現著濾料本身的性能。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(通過調節風機頻率來控制)，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個風機頻率(5、10、15、20、25Hz)，待風速穩定后，運行設備。過濾風速可以由相應的流量來確定，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的實驗。

含塵濾料壓力測試：當粉塵進入濾料，并且形成粉塵層，濾袋的壓力損失會發生變化。將覆膜濾袋裝置在除塵器箱體中，實驗在一定的風速下進行，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據。將對照組未覆膜處理的聚苯硫醚濾袋也進行相應的實驗。

2結果與討論

2.1覆膜處理在清潔狀態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構阻力和過濾介質的阻力。除塵器的總阻力：ΔP=ΔPc+ΔPf=ΔPc+ΔP0+ΔPd。ΔPc-結構阻力損失，Pa;ΔPf-過濾阻力損失，Pa;ΔP0-過濾介質阻力損失;ΔPd-粉塵層的阻力損失。

結構阻力與除塵器的設計有關，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。過濾介質的阻力損失是任一流速下過濾介質兩端的壓力降，與粉塵無關，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。

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機頻率下的過濾風速，表2為過濾風速的計算結果。

由表2可知，風機風量決定著風機的送風量，在相同頻率下，通過不同濾料的風量不同，過濾速度也不同，覆膜濾料的處理風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速的變化。從圖3可知，除塵器在清潔狀態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性，其相關系數分別為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速的增加上升幅度更大，因此覆膜濾料宜選擇較小風速。

2.2覆膜處理在粉塵狀態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結論

a)  除塵器的壓力損失與過濾風速呈線性關系，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，隨著過濾風速的增加上升幅度更大，因此覆膜濾料適宜選擇較小風速。

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勢。