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东北大学硕十学位论文 摘要 滤料过滤性能测试装置及应用研究 摘要 本论文由五个部分组成。 第一部分是概述，叙述了粉尘的基本特性与过滤除尘的关系、粉尘 的危害，介绍了常用除尘器的分类及应用原理等。还专门介绍了袋式除尘 器的发展状况，阐述了袋式除尘器过滤除尘的方法。 第二部分论述了滤料的性质、概念，以及在袋式除尘器中的应用。 第三部分从除尘净化空气入手，简述了滤料过滤性能测试装置的基 本原理，并结合我国的实际，参考日本、德国等国的资料，自行研制了“新 型滤料过滤性能测试装置”，详述了系统装置各部分的结构与功能。测试 装置有它独特的优点，可保证粉尘发射均匀，滤料安装接近实际，测试 数据真实可信。 第四部分叙述了对测试装置的实际应用情况。结果表明测试装置可以 应用于滤料过滤性能的测试。利用该测试装置对不同滤料进行了过滤性能 测试。通过测试结果分析与研究，发现四种滤料在经过老化实验后，阻 力值没有明显增高。涤纶针刺毡的清灰周期在数十个喷吹周期过后呈稳定 状态等结论。 第五部分对本文做了最后的结语。 关键词：过滤性能，测试装置，粉尘，滤料，袋式除尘器 东北大学硕士学位论文 摘要 ar e s e a r c ho nt h et e s td e v i c eo f f i l t r a t i n gp e r f o r m a n c e o ff i l t e rm e d i u m a b s t r a c t t h i st h e s i s1 n c l u d e sf i v ep a r t s i nt h ef i r s tp a r t ，t h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c sa n dh a r m l e s so f d u s t ，f i l t r a t i o nt h e o r y , t h e c a t e g o r ya n da p p l i c a t i o no f d u s tc o l l e c t o rh a v eb e e nl i s t e d a st h ef o c u s ，t h et e c h n o l o g yo f b a g f i l t e ra n df i l t r a t i o na l s ob e e ns t u d i e d i nt h es e c o n dp a r t ，t h ec o n c e p t ，s p e c i f i c a t i o no ff i l t e rm e d i u m ，a n dt h ea p p l i c a t i o no f f i l t e rw e r ed i s c u s s e d i nt h et h i r dp a r t ，b a s e do nt h ep r i n c i p l eu s e di nt h ef i l t r a t i n gp e r f o r m a n c et e s td e v i c e ， a n do nr e f e r e n c eo fi n f o r m a t i o nf r o mj a p a na n dg e r m a n ，an e w s t y l et e s te q u i p l m e t uh a s b e e nd e v e l o p e d t h e r ea r es o m ea d v a n t a g e so nt h ed e v i c e ，s u c ha sd u s tf e e d i n ge q u a b l y a n du n i f o r m l y , f i l t e rm e d i u m i n s t a l l i n ge a s i l ya n dr e a s o n a b l e ，a n dt h ed a t ac o l l e c t e dt r u l y a n d c o r r e c t l y i nt h ef o u r t h p a r t ，t h ea p p l i c a t i o no ft h e t e s td e v i c ew e r er e p r e s e n t e d t h e nt h e p e r f o r m a n c eo f s o m ef i l t e rm e d i u mh a v eb e e n t e s t e d ，t h er e s u l ts h o wt h a tt h en e w l yd e v i c e i ss u i t a b l et op r a c t i c e ，a l s os o m ec o r r e c tc o n c l u s i o na r et r u s t ，f o re x a m p l ea f t e rt h ea g i n g p r o c e s s ，t h ep r e s s u r eo ff o u rk i n d so ff i l t e rh a v en o ti n c r e a s e do b v i o u s l y ；t h ec y c l eo f c l e a r i n gd u s to f d a c r o n n e e d l e df e l tg o ts t a b l ea f t e rt e n so f p u l s eb l o w i nt h ef i f t h p a r t ，a l lc o n c l u s i o n a l el i s t e d k e y w o r d s ：f i l t r a t i n gp e r f o r m a n c e ，t e s td e v i c e ，d u s t ，f a b r i cf i l t e r ，b a gf i l t e r 5 东北大学硕士学位论文 第一章概述 第一章概述 1 1 粉尘的基本特性及其与过滤除尘的关系 1 1 1 粉尘的物理性质 ( 1 ) 粉尘的成分。粉尘由机械作用产生时，在形成过程中不伴有化学 变化，其化学成分基本上与原生物的成分相同。烟尘的成分与原生物的成 分有较大的变化。 ( 2 ) 粉尘的密度。根据实验方法和应用场合不同，粉尘的密度分为真 密度和容积密度两种。 自然状态下堆积起来的粉尘在颗粒之间及颗粒内部充满空隙，通常把松 散状态下单位体积粉尘的质量称为粉尘的容积密度。如果设法排除颗粒之 间及颗粒内部的空气，则可测出在密实状态下单位体积粉尘的质量，称它 为真密度，研究单个尘粒在空气中的运动时应用真密度，计算灰斗体积时 应使用容积密度。 ( 3 ) 粉尘的比表面积。单位质量粉尘的总表面积称为比表面积。粉尘 的许多物化性质，往往与其比表面积大小有关。粉尘颗粒越细，其比表面 积越大。表面能也随之增大，这就增加了表面活性，对粉尘的湿润，溶解， 凝聚，附着，吸附，爆炸等性质都有直接影响，所以它是一种不可忽视的 性质。粉尘的比表面积值的变化范围很广，大部分烟尘在1 0 0 0 l 0 0 0 0 c m 2 g 的范围内变化 ( 4 ) 粉尘的湿润性尘粒是否易于被水( 或其他液体) 润湿的性质称 为湿润性。湿润现象是分子力作用的一种表现。如果水分子问的引力小于 固体分子间的引力，固体就能被水所润湿i 反之，为不易被润湿；或者说， 当粉尘粒子与水接触时，接触面能扩大而互相附着时，就是能湿润；反之 接触面趋于缩小而互相不能附着，则为不能润湿粉尘的湿润性不仅与粉 尘的性质，如粒径、表面粗糙度、荷电性、含水率等有关，而且与液体的 表面张力、尘粒和液体间的粘附力及气温气压等因素有关。 6 东北大学硕士学位论文 第一章概述 ( 5 ) 粉尘的含水率。粉尘的含水率可能从百分之零点一到百分之几十， 无机物一般比较小，有机物特别是植物，则比较大。含水率也和附着力有 关系，特别是能影响清灰作用，并和静电特性有关，所以要从清灰和捕集 两方面加以研究。 ( 6 ) 粉尘的粘附性。粉尘颗粒附在固体表面上，或者粉尘颗粒彼此相 互附着在一起的现象称为粘附，后者亦称为凝聚。粘附性是分子间引力作 用的结果。在气体介质中产生的粘附力主要有范德华力、静电力和毛细力 等。影响粉尘的粘附的因素很多，现象也很复杂，有很多问题尚待研究。 一般情况下，粉尘的粒径小，形状不规则、表面粗糙，含水率高，湿润性 好及荷电量大时，易于产生粘附现象。粘附现象还与周围的介质的性质有 关，如空气的温度和湿度、粒子运动状况等。对于滤袋来说，粉尘如果没 有一定的粘附力将失去捕集粉尘的性能，而粘附力过大，清灰又将困难， 所以附着力最好在适当的范围内。 ( 7 ) 粉尘的安息角。粉尘通过小孔连续落到水平面上时，堆积成的锥 体母线与水平面的夹角称为静安息角或自然堆积角，使光滑平板倾斜到粉 尘开始下滑时的倾角叫做动安息角或滑动角。 ( 8 ) 粉尘的静电性。粉尘通常都带有电荷，这是由于激烈的撞击、摩 擦、放射性照射、电晕放电等原因而荷电的。粉尘粒子的静电性对捕集和 清灰都有很大的影响。 1 1 2 粉尘的爆炸性 许多固体物质，在一般情况下是不易引燃或不能燃烧的，但当它们被 粉碎成粉尘后，其总表面积增加，化学活性也显著增强。因此，在空气中 的粉尘达到一定浓度，并在外界明火、点火花、高温、摩擦等作用下、就 会发生爆炸。能发生爆炸的粉尘称为爆炸性粉尘。 有爆炸性的粉尘发生爆炸应具备两个条件：一是粉尘的浓度在爆炸界 限之内；二是存在能量足够且具有定温度的火源能发生爆炸的最低粉 尘浓度称为爆炸浓度下限；最高粉尘浓度称为爆炸浓度上限。粉尘浓度 低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限时，均无爆炸危险。 7 东北大学硕士学位论文 第一章概述 1 1 3 粉尘浓度 粉尘的浓度是指粉尘和气体的混合比率，在除尘技术中常用重量浓度 表示，即用单位体积空气中所含粉尘的重量表示( g m 3 ，r a g m 3 ，g n m 3 ) 。 也有用个数浓度即单位体积空气中所含粉尘颗粒数( 粒厘米3 ) 表示的， 多用于空气净化。 粉尘浓度过高，将促进粉尘凝聚，使粉尘的表面颗粒增大，这对捕尘 是有利的；但对于滤袋。由于清灰次数增多而有不利的一面。在这种情况 下，粉尘中必然含有较多的粗大粒子，所以，最好增设预收尘器。一般袋 式除尘器的入口粉尘浓度以低于1 0 9 m 3 为好，出口粉尘则取决于净化效 率。 1 2 粉尘的危害 空气中粉尘的危害是多方面的，主要表现为对人健康的危害，对生产 及产品质量的影响和对大气的污染三个方面。 1 2 1 粉尘对人体的危害 有毒的粉尘。如金属微粒( 铅、铬、镍、锰等) 进入人体后可损害血 液、大脑等，严重时可引起中毒，以致死亡。而一般性的粉尘进入人体后 可能引起各种尘肺病。如硅肺病、石棉肺病、煤肺病等。由于粉尘的比表 面积增加，化学活性、吸附性及悬浮性增强，一般地说，粉尘越细，对人 体的危害也就越严重大于1 0 t t m 的粉尘，由于重力和碰撞作用而很容易 沉积到上呼吸道的粘液中，不能到达肺内；而1 0 $ t m 5 u m 的粉尘可进入 到呼吸系统内部，但大都沉积到气管和支气管内，只有一部分进入到肺泡 内；5 9 m 以下的粉尘则大部分能沉积在肺泡内，其中2 $ t m 的粉尘在肺泡 内的沉积率最高，所以5 t t m 以下的粉尘对人体的危害最严重，是防治的 重点。 8 东北大学硕士学位论文 第一章概述 1 2 2 粉尘对生产的影响 空气中的粉尘对生产的影响有以下三方面： ( 1 ) 影响产品质量，有些产品对杂质要求很严格，混入粉尘后影响 产品的质量等级甚至成为废品，如集成电路、感光胶片、化学试剂及医药 品。对粉尘要求严格的产品应在洁净室内进行生产。 ( 2 ) 磨损设备等，有些精密仪器及微电机等混入粉尘后可造成磨损， 降低精度和寿命。空气机械设备如大型通风机、鼓风机、和空气压缩机等， 由于通过该种设备的空气中含有粉尘而造成严重磨损，降低其运行寿命。 粉尘还可能造成电气开关失灵，破坏电机绝缘等，影响生产正常进行。 ( 3 ) 粉尘的爆炸，一些粉尘具有爆炸性，如煤尘、镁粉、铝粉、纤维 尘和面粉等。 1 2 3 粉尘对大气的污染 粉尘是大气污染物之一，全世界每年排入大气中的粉尘量约为1 亿 吨，我国每年排入大气的粉尘量约为0 2 8 亿吨。排放到大气的粉尘粒径 大于l o t t m 的能较快沉降到地面称为降尘，降尘可污染地面，对植物生长 有影响，并成为二次扬尘的的尘源；粒径小于l o t t m 的粉尘能较长时间在 大气中漂浮，称为飘尘大气飘尘可能吸附有害气体、液体及某些金属元 素，随着人们的呼吸而进入肺部，造成疾病或中毒。另外，大气飘尘还会 降低大气的可见度，促使烟雾的形成，使太阳的辐射能受到影响。 鉴于粉尘的失控排放能造成这么多的危害，除尘工作对于保护人们的 身体健康、保证产品质量和生产的正常进行及保护大气环境有着极为重要 的意义。 1 3 常用除尘器 除尘方法有多种多样，不同的方法其除尘机理不同，其效果及应用范 围也各不相同。下面对目前主要的除尘方法做简单介绍 除尘机理：除尘的过程是将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除 9 东北大学硕士学位论文 第一章概述 尘器，使颗粒相对于其运载气流产生一定的位移，并从气流中分离出来， 最终沉积到捕集体表面上。 除尘器的分类： 根据主要除尘机理的不同，目前常用的除尘器可以分为以下几类： 重力除尘，如重力沉降室； 惯性除尘，如惯性除尘器； 离心力除尘，如旋风除尘器： 过滤除尘，如空气过滤器，袋式除尘器； 湿式除尘，如喷淋塔，旋风水膜除尘器： 静电除尘，如电除尘器。 ( 1 ) 重力沉降室 重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中分离的。含尘气体进入沉 降室后，由于截面积扩大，风流速度迅速下降，风流呈层流或接近层流状 态，使较重较大的尘粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。重力沉降室的主要 优点是：结构简单，投资少，压力损失小，维修管理容易。但它的体积大， 效率低，多数作为高效除尘器的预除尘装置，适用于除去5 0 蛐以上的粉 尘，重力沉降室的压力损失一般为5 0 1 3 0 p a 。 ( 2 ) 惯性除尘器 为了改善重力沉降室的除尘效果，可在其中设置各种形式的挡板，利 用尘粒的惯性作用使其和挡板发生碰撞而被分离。这种除尘器称为惯性除 尘器，它除了借助惯性作用以外，还利用了离心力和重力的作用。当气流 在冲击或方向转变前速度越大，方向转变的曲率半径越小，则除尘效率越 高惯性除尘器主要用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。一般 用于多级除尘中的第一级除尘，扑集2 0 岫以上的粗尘粒，压力损失一般 为i 0 0 - - 1 0 0 0 p a 。 ( 3 ) 旋风除尘器 旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的惯性离心力，使 尘粒从气流中分离的旋风除尘器结构简单，体积小，维护方便对于 1 0 一2 0 舳的粉尘净化效率为9 0 左右。旋风除尘器在通风工程中有着非 常广泛的应用。 东北大学硕士学位论文第一章概述 ( 4 ) 漫式躲尘器 湿式除尘器是通过含尘气体与液滴或液膜的接触使尘粒从气流中分 离的装鬣。它的优点是结构简单，投资低，占地磷袄小，除耋| 兰效率离，能 嗣慰进蠢有害气薅戆净纯。它适寰处理毒瀑炸霆黢或同瓣含鸯多爨骞害毖 的气体，它的缺点是有用物料不能干法回收，泥浆处理比较尉难，为了蛾 免永系污染，肖时需设置专门的废水巯理设备，商湓烟气洗涤后，温度下 薄，会影响濯气在大气孛熬扩教。 ( 5 ) 电除点l 三器 电除尘嚣又称静电除尘器，它是利用电场产生的静电力使尘粒从气 滚孛分褒熬。泡除尘器是一耱寒效豫袅器，宅懿德点燕； 1 电除尘器适用于微被控制，对粒径为l 一2 脚的尘粒，效率可 达9 8 9 9 ： 2 奄豫尘嚣豹錾力鞍 羲，约1 0 0 - - 2 0 0 p a ； 3 可处理高温( 5 0 0 以下) 高湿气体； 4 适用于火型的正程，处理气体薰愈大。经济效果愈明最。 毫豫垒器翡疆患楚： 1 设备庞大，占地面积大； 2 耗用钢材多，次投资大； 3 蘩鞫复杂，裁逵安装豹耩度要求嵩； 4 对粉尘的比电阻有一定要撤。 6 ) 袋式豫尘器 袋式除尘器是使含尘气体通过过滤材料将粉尘分离搪集的装餮，袋式 除建器属于过滤除尘，它以织物为过滤材料，利用滤料殿表面所粘附的粉 尘朦作魏过滤蘑矜察粉垒。 袋式赊尘嚣是一辨高效的予式除焱器，对l 姗的粉尘。豫尘效攀可达 9 0 以上。袋式除尘器的优点是；净化效率高，性能稳定可靠，结构简单， 搽作方便，箍繁的予垒便予露彀等；英缺点楚：不适宜予斋添、嵩瀑、腐 蚀燃烟气，不趱宜予皴结饿强和暇漫挫强豹粉尘等。但是近冬来，髓蔷过 东北大学硕士学位论文 第一章概述 滤技术及滤料制造技术的进步，滤料的各方面性能有了很大改善，袋式除 尘器的除尘效果也越来越好，适用面也越来越广，袋式除尘器的发展有着 非常广阔的前景。 1 - 4 袋式除尘器 1 4 1 袋式除尘器的发展状况 我国袋式除尘器在五十年代主要采用原苏联型式的产品，在国内开始 有专业除尘设厂生产袋式除尘器，自今以近半个世纪。六、七十年代在少 数几个设计、研究单位的开发下，在参照美国、日本等国的脉冲型、机械 回转反吹型除尘器的基础上开始生产自己的产品。1 9 7 3 年我国第一届环保 工作会议后，国内开始出现一批生产袋式除尘器的企业，其中大部分己成 为生产袋式除尘器的骨干企业，也为我国袋式除尘器的产品品种模式奠定 了良好的基础。进入八十年代在全国第二次环保工作会议，特别是1 9 8 3 年 在南京召开的“全国环保设备展览会”的促进下，又有一批以袋式除尘器 为主要产品的环保设备厂诞生，使我国袋式除尘器的生产达到了一定的规 模。在我国改革开放的大好形势下，各设计、科研单位以及大专院校在学 习、引进、消化移植的基础上，结合国内各行业应用的需要和生产厂一道 开发研制了多种类型的袋式除尘器，致使国内的各种袋式除尘器产品品种 日趋先进、完善、齐全。当前，我国袋式除尘器技术及设备的现状，就产 品品种、产品性能、应用范围以及使用效果等方面与国外相比虽有差距， 但以比较接近，有的以达到国际先进水平。 袋式除尘器是种高效除尘设备，它除尘机理主要是过滤，用滤料及 附着在滤袋上的粉尘层来过滤粉尘。袋式除尘器也叫做过滤式除尘器。袋 式除尘器的最大优点是除尘效率高。在实验室实验可高达9 9 9 9 ，在实际 应用中也可达9 9 9 每标准立方米粉尘排放浓度可达到2 m g ，这也是袋式 除尘的机理所决定的。我田在实际污染物控制时，袋式除尘器在治理大气 污染、粉尘污染、二氧化硫污染方面均大有用武之地袋式除尘嚣的最大 缺点是需要更换滤袋，过去由于滤料品种少，质量欠佳，缝制技术不太过 关，以及系统的其他技术原因，换袋周期比较短，有的短短几个月就得换 1 2 东北大学硎士学位论文 第章概述 袋，增鸯l 了运转费霜帮维护工佟，给瘸户带来不使。弼瑶在密予滤辩鹩发 展，晶秽增多，质量提高，缝剑技术也有长足的进步，以及系统其她技术 水平平的提高，滤袋使用寿命大幅度提高到2 年以上，甚至更长的时间，满 足了用户的要求。袋式除垒器效率最赭的优点是不可取代的，而羧袋周期 短躲缺点是可以克暇的。闲鼗，袋式除尘器在令瑟五十年还蟪缮到更热迅 猛的发展。 1 4 2 袋式除尘器的作用原理 袋式滁尘爨是巍艇体、滤袋、涛灰装置、荻斗等组成粒。滤袋燕壶薄 而致密的滤料制成，滤料零身孔径较大，一般为2 0 5 0 “m ，因此新滤袋 的除尘效率是不高的，对l 硒酶尘粒，只有4 0 蠢右，禽尘气体通过滤料 射，随饕它们深入滤拱蠹郝，健终维阉空熬逡灏交小最终形成辫蓑予滤辩 表硒的粉尘层( 初层或一次粉尘层) 。袋式除尘器的过滤作用主要是依靠 这个初屡及驻艏逐渐堆积起来的粉尘朦进行的，这时的滤料只是起着形成 藜攫霸支跨它熬嚣絮豹佟爆( 蒙蹩覆骥滤辩鹃甄憩与她强毒琴羁，谬冕蘑 文) ，随着粉尘在滤袋上的积聚，滤袋两侧的压差增大，粉尘层内部的空 隙嶷小，空气邋过滤料孑乙敝时的流速增高，这样会把粘附在缝隙阃的尘禳 带走，使羧尘效率下辫，舅势阻力过大，会搜滤袋容易羧辐，逶最蓉绞最 量下降，因此除尘器运行一段时间后要及时清灰，清灰时不能破坏韧层， 以免效率下降。 1 4 3 袋式除尘器的过滤风速 过滤风速楚指单位时间单位面积滤料上通过的空气囊，也称为气布 比。袋式除尘器的性能很大程度上取决于过滤风速的大小。滤速过商会使 滤辩主遮逮形艘建浮麴羚爱爱，骧力急溺增嬲。峦乎滤喜毒薄弱弱莲蔑遘夫， 使粉尘颗粒渗入到滤料内部，并使一部分透过滤料，造成出口含尘浓度增 加。 选震较毫熬过滤强逮霹疆壤参过滤嚣积，霞莰备枣罄纯；毽理飘力增 大。除尘效率下降，清灰频繁。影响滤袋的寿命滤速较低时，除坐效率 东北大学硕士学位论文第一章概述 高，设备也庞大。每一个过滤系统根据它的清灰方式、滤料、粉尘性质、 处理气体温度等因素，都有一个最佳的过滤风速。一般粒度越小，密度越 小，粘性越大的粉尘清灰便越困难，允许的过滤风速越小；入口含尘浓度 较高时，允许的过滤风速应该低些，当入口含尘浓度很高时，应设前级除 尘器，一般处理高温烟气时的过滤风速应低于处理常温烟气时的过滤风 速。 1 4 4 袋式除尘器的清灰方法 袋式除尘器目前常用的清灰方法有机械振动清灰、气流清灰和脉冲喷 吹清灰方式。 ( 1 ) 机械振动清灰是滤袋在机械结构的作用下，产生上下、左右运动 或振动，从而使粉尘脱落，这种清灰方法的效果较好，工作性能稳定。但 滤袋受机械作用损坏很快，滤袋检修及更换工作量大，近年来应用趋少。 ( 2 ) 气流清灰是利用气流从与滤尘相反的方向通过滤袋和粉尘层，使 粉尘从滤袋上脱落，这种方法多用于内滤式。采用气流清灰时，滤袋内必 须有防瘪环，避免滤袋被压瘪。反吹气流清灰的效果好，滤袋磨损少，特 别适用于粉尘粘性小和玻璃纤维滤袋除尘器。 ( 3 ) 还可以用喷嘴喷出压缩空气进行清灰，压缩空气清灰，其优点是 在清灰过程中不问断除尘器的正常工作，清灰强度大，允许过滤风速高， 缺点是必须有压缩空气。 1 5 课题的提出及意义 近些年来各国对环境保护工作越来越重视，各国大气环境质量标准不 断提高。澳大利亚。美国，加拿大等国家由于粉尘排放控制标准的提高， 从1 0 年前已逐渐将一些电站的电除尘器改为袋式除尘器，以满足政府及 公众对排放标准的要求。而近年来对颗粒污染物危害的深入研究，使人们 认识到颗粒污染物产生危害的主要原因是微细粉尘即p m 2 5 粉尘。在现有 的除尘器中，袋式除尘器是控制p i i 2 5 粉尘捧放最有效的手段之一。在垃 圾焚烧炉的烟尘处里上。以前我们大都采用电除尘嚣，但由于捧放烟尘中 1 4 东北大学硕士学位论文 第一章概述 含有二恶等有害物质，日本等国己规定应采用袋式除尘器来处理，我国也 做出了相同的规定。这些都说明袋式除尘器在控制粉尘排放中起着愈来愈 重要的作用。 袋式除尘器的核心部件，即袋式除尘器实现净化功能的关键，决定于 过滤材料。过滤材料的质量与水平，决定了袋式除尘器的应用范围和运行 状态。因此过滤材料的性能相当重要。东北大学滤料检测中心自成立以来， 一直致力于滤料性能检测方面的工作，并取得了良好的效果。 但是，由于世界各国滤料检测的检测设备，检测方法，测试标准都各 不相同，使滤料检测结果没有可比性。因此2 0 0 2 年1 0 月2 7 - 3 0 日在“日 本国际滤料性能研讨会”上，日方代表向国际标准化委员会提出提案，制 定滤料性能评价的国际标准( i s o ) 。为更好的参与滤料标准制定，尽快与 国际接轨，东北大学滤料检测中心参考了德国与日本的一些资料，设计开 发了一套新的滤料过滤性能测试装置系统。并应用这套测试装置系统对滤 料的过滤性能进行测试研究，为我国早日在滤料检测标准方面与世界接轨 做出我们应有的努力。 1 6 本章小结 本章分为五个小节，前四小节分别叙述了粉尘的基本特性及与过滤除 尘的关系及粉尘的危害，介绍了常用除尘器的分类及应用原理、特点等。 同时还专门用一节的内容介绍了袋式除尘器的发展状况，阐述了袋式除尘 器应用布袋除尘与通过粉尘层过滤的原理。袋式除沉器的构造，袋式除尘 器的除尘高效性，以及袋式除尘器的清灰方法本章也做了说明。最后一节 谈了各国政府都非常重视环保工作，积极采取行之有效的措施来治理大气 污染，防治粉尘对人们所产生的危害，进而提出了本文的“滤料过滤性能 测试装置及应用研究”的主题。表明从事滤料过滤性能及其测试装置的研 究具有重要意义。 东北大学硕士学位论文 第二章常见滤料类型及其特性 第二章常见滤料类型及其特性 2 1 滤料的发展史 在人类历史记载中很早就提到了粉尘的危害和人们试图过滤粉尘的 尝试。在p l i n y 的记录中，早在公元5 0 年，罗马人就在用一种气泡状的 薄膜罩在脸上来防止吸入粉尘，这可能是滤料最早的形式。p l l o u x 则记 录在公元l5 0 年埃及的采矿人员利用一个机织的布袋罩在头上来过滤粉 尘。到了公元1 5 0 0 年就有记录显示人们开始用湿布覆住人的嘴和鼻子以 加强过滤效果。到了1 9 世纪初采矿用呼吸器开始使用，毛纺布料和其他 材料也开始用于制作滤料。到了现代，滤料的发展就更快了，不但有各种 天然材质如棉线和毛制品的滤料，而且还开发出多种人造材质的滤料，这 些滤料大大扩展了滤料的应用范围。早期的滤料品种从所需的材料来看， 局限于聚酯( 涤纶) 与玻璃纤维两大类。一般的使用温度t 1 3 0 的常 温烟气用聚酯类，1 3 0 t 过滤藏逮稳定霹溪； ( 5 ) 可测定粉尘浓度； ( 6 ) 可测定滤科前后的压力； ( 7 ) 渣获祭孛 霹控； ( 8 ) 可记录测定数据； 一套滤耩毪缝滔试装置蓠先应该舆备戳上8 条基本彀能。霖为为了确定含瑗瓣 实验条传，嚣隳在各种条件下进行实验，蔫要比较不网实验_ 菸转下嬲实验结果， 而且需瓣找出影响测定结果的各种因素新的溯试装麓在测试滤料时，上述条 羚均能够实臻； 3 9 东北大学硕士学位论文第三章滤料过滤性能测试装置的研究 ( 1 ) 可以控制滤料测试条件。如通过m 4 2 5 4 0 l 发尘器控制发尘量，通过转 子流量计控制过滤风速，通过i p c 一6 1 0 1 2 工控机控制脉冲喷吹的次数和持续时 间等。因此，各种滤料都可以在相同条件下进行性能检测，便于比较各种滤料 的性能； ( 2 ) 通过调节发尘器的转速，可以调节在0 1 2 0 9 m 3 ( 2 m m i n 的滤速下) 范围内稳定调节发尘量； ( 3 ) 通过空压机产生的高压气体和扩散管道，使发尘器供给的粉尘迅速分 散均匀； ( 4 ) 通过l z b - 1 5 转子流量计可以在o 4 m m i n 的范围内调节过滤风速； ( 5 ) 通过g o y e n 粉尘浓度探测仪可以测试主风简和横风筒内的粉尘浓度； ( 6 ) 通过i s p 一3 一s o d s 精密微压差计可以测定滤料前后静压和静压差； ( 7 ) 通过i p c 一6 1 0 1 2 工控机可以设定脉冲喷吹的条件、次数和持续时间， 通过空压机控制喷吹气体的压强： ( 8 ) 检测过程中滤料阻力随时间变化，由工控机以1 h z 的速率将阻力变化 即时记录下来。滤料和滤膜的初重和末重可以由j d 2 0 0 0 - 2 型电子天平和d t g l 6 0 型精密天平测定。 在滤料性能测试方面，新研制的测试系统装置可以进行以下几项实验测试： ( 1 ) 洁净滤料的阻力特性； ( 2 ) 滤料的静态特性实验，包括滤料的静态阻力特性，静态除尘效率，容 尘量实验等； ( 3 ) 滤料的动态特性实验，包括滤料的动态阻力特性，动态除尘效率，粉 尘剥离率实验等： ( 4 ) 滤料的透气度实验。 柏 东北大学顽士学位论文第三章滤料过滤性能测试装簧的研究 3 3 本章小结 这一章是本文的核心篇章，从治理环境，除尘净化空气入手，介绍了国际 豫尘雾豹金韭、专家翎为滤料过滤性戆拣准豹绞一掇徼豹努力。瘩魏摄述了国 内外滤料过滤性能测试系统装置的现状，简述了应用于滤料过滤性能测试装置 中过滤的基本原理与方法，并着重讨论了匿本1 2 种过滤装置系统酶往能与特点。 本章结仓我重蚋实璐，参考基本、德国簿国的资料，疆到设计了糕予我们自己 的“新溅滤料过滤性能测试装置”，详述了系统装最各部分的结构与功能。通过 对测试装置关键部位“喷辩器、滤耨卡盘拆帮装萋”的研究设诗，使奉测试装 罴具备了它独特的优越性。从面保证了粉尘发射更均匀化，滤斟安装能够产生 熙模拟予实际工作状态化的表面张力。最终增强了测试数据的真实性与可信性。 l 东北大学硕士学位论文 第四章滤料性能测试装置的应用 第四章滤料性能测试装置的应用 4 1 实验准备 4 1 1 实验材料 实验所用粉尘为石灰粉尘和滑石粉，滑石粉真密度为2 8 3 9 c m 3 ，粉尘的质 量中位径“。= 1 2l zm 。受检滤料分别选用上海凌桥除尘设备厂提供的覆膜涤纶针 刺毡与非覆膜涤纶针刺毡，上海宝钢劳防厂提供的覆膜7 2 9 机织滤布与非覆膜 7 2 9 机织滤布等。 4 1 2 实验基本参数的确定 1 粉尘供给的稳定性与供粉量的确定 通过调节供粉机转子的转动速率调节供粉机的给尘量，对供粉机的给尘量进 行标定控制，按5 9 m 3 即1 5 9 h 标定给尘量。在同一个转动速率下，分次测试供 粉机的供粉量，给尘时间每次6 分钟，然后收集并用电子称称量是否达到1 5 9 ， 在给尘时间不变的前提下，反复操作直到每6 分给尘量为1 5 9 ，此时读出供粉 机的转速读数为：1 4 5 。即现在的供粉给尘量为1 5 克，6 分，1 5 克孙时。 在同一个转动速率下，分3 次测试供粉机的供粉量，每次3 0 分钟，第一次 供粉7 4 7 9 ，第二次供粉7 4 2 9 ，第三次供粉7 5 6 9 ，在这个转速下平均3 0 分供 粉7 4 8 3 9 ，误差 l ，证明供粉机能稳定供粉 2 粉尘在气流中的均匀性 在整个实验的过程中，我们必须保证粉尘在被喷吹到过滤风道后是均匀分布 的。为此我们进行了粉尘分布均匀性的测试。 在主风筒中受检滤料高度我们放置了一个1 l o m m 2 8 0 m 的铁丝网，在铁丝 网上均匀放置了8 个滤膜，将横风简完全封闭，把灰斗口打开。让气流从下部 通过，粉尘在随高压气流通过铁丝网时滤膜将捕获通过其气流中的粉尘，其余 粉尘将随气流从无滤膜处通过。分别记录滤膜的初重和末重。即可求得各个位 置的滤膜增重从而知道粉尘分布的均匀性测试数据如衰4 - 1 ： 东北大学_ 醺士学位论文第麟章滤料性能测试装置的应用 裘4 - 1 生风筒内粉尘均匀性测试 t a b l e 4 - 1u n i f o r m i t y t e s t o f t h e d u s t i n t h e m a i n a i n q c n x p i p e 【膜号l 号2 号3 号4 号5 号6 号7 号8 号 e 襁莺o 0 3 8 0 80 0 4 3 5 40 0 4 3 4 60 。4 3 6 2 o0 3 8 4 7 0 0 3 8 3 60 0 4 3 4 20 0 2 8 2 6 试 束重0 。4 0 1 1 20 。4 1 6 1 9o 3 9 7 9 30 4 0 6 5 60 。4 1 1 4 40 、3 9 4 5 70 ，4 5 0 5 90 3 7 2 8 6 增熏 03 6 3 0 4 0 3 7 2 6 50 3 5 4 4 7o 3 6 2 9 40 3 7 2 9 70 3 5 6 2 10 4 0 7 1 70 3 4 4 6 0 第二 裙羹0 1 1 9 2 1o 1 1 8 5 0o 1 1 9 0 70 1 0 4 3 l0 1 2 1 7 10 1 2 0 3 80 1 1 7 猖0 1 2 1 1 1 次测耒囊0 。5 0 5 9 10 4 7 4 0 60 4 7 7 4 90 。4 8 2 3 7 0 4 7 5 1 90 4 7 8 2 60 4 7 9 6 40 4 7 3 4 7 试 增重0 3 8 6 7 00 3 5 5 5 60 3 5 8 2 40 3 7 8 0 60 3 5 3 4 80 3 5 7 8 80 3 6 1 8 60 3 5 2 3 6 第一次溺试灏示平均瑶熏0 3 6 6 7 6 8 ，麓方差为0 。0 1 8 8 ，第= 次溺试显示平淘 增重0 3 6 3 0 2 8 ，均方差为0 0 1 1 1 。两次测试时间均为3 0 分钟，从测试结果来 看，气流中的粉尘分布是均匀的。 3 衮篷气流蘧强懿稳定镶 我们采用舱是l b 3 0 1 0 0 空压机，该空压机最大能产擞8 个大气压的高压气体， 我们实验要求建采用4 5 个大气聪的气体喷吹，为了保证气体能够稳定柱这个 鬟强，我 】热了稳歪嚣。 在确定实验簇本条件都熊达到殿，我们应用本滤料性能测试装鬣进行滤料性 能测试嶷验研究。测试内容包括： ( 1 ) 4 爨滤辩豹1 0 0 0 0 次老让喷欢实验； ( 2 ) 滤料阻力随时间的变化： ( 3 ) 滤辩的过滤效率； ( 4 ) 滤辩的唆吹周期。 4 2 四种滤料的喷吹老化测试 4 2 1 四种滤料的老化实验步骤 l 、取覆貘涤纶韩潮毡、咎覆袋涤绘镑涮毡、覆貘7 2 9 辍绞滤枣、嚣覆貘7 2 9 机织滤布各若平，作为被测试样放柱洁净样品袋内备用； 2 、取直径d = 1 4 0 = = 的匿形稚覆膜涤纶针蒯毡1 块，取滤膜l 片，并分别 称怒它翻拐重； 3 、取供粉机的转速值为1 ，4 5 ，按5 9 m 3 的给尘量发尘，接通电源，并控制 东北大学硕士学位论文 第四章滤料性能测试装置的应用 吸气与压气流量计的参数分别为q , - - 2 3 i m h ，q = 1 5 m h ； 4 、同时调整好工控机，设置反吹次数为1 0 0 0 0 次，脉冲宽度2 0 m s ，脉冲间 隔5 s ，每l s 钟由工控机记录一个数据。 5 、观察系统测试装置的整体运行状态，保证测试正常进行。 6 、老化测试实验结束后做好数据的备份，以作为实验的数据分析。 重复以上的实验步骤，分别进行了其余的三种滤料覆膜涤纶针刺毡、覆膜 7 2 9 机织滤布、非覆膜的7 2 9 机织滤布的1 0 0 0 0 次老化测试实验工作。 4 2 2 四种滤料的老化实验结果与分析 i 、四种滤料老化初始阻力与结尾阻力特性曲线，如下各图： 图4 1 覆膜涤纶针剌毡老化初始阻力曲线 f i g 4 - lt h ob o g i m l i n gr o s i s t a c , oo f m o m b r a n op o b ，t e rf i l t e ri i ia g i n gp r o 嚣 图4 - 2 覆膜涤纶针刺毡老化末尾阻力曲线 f i s 4 _ 2 m 锄d o f r m i s t m ：e o f m e m b n m l o p o y o s t a f i l t , i n a g i n g f 馏s 东北太学碗士学位论文 第阻章滤料性能测试装置的应用 图4 0 涤纶针刺毡老化初始阻力曲线 f i g 4 - 3 t h e b e g i n n i n g r e s i s t a n c e o f p o l y m e r f b t e r i n 越讯g 弘麟s 匿4 0 涤纶舒掰毡的老纯束越罄力鞠线 f i g 4 - 4 枷o f 嬲簖弦酾瓣瑚瓣谴a # 吣嬲 东北大学硕士学位论文 第四章滤料性能测试装置的应用 图4 - 5覆膜7 2 9 滤布老化初始阻力曲线 f i g 4 5 t h eb e g i n m g r e s i s t a n c eo f m e m b r a n e 7 2 9 f i l t o r m e d i a i n a g i n gp l o c e s 8 图4 - 6覆膜7 2 9 滤布的老化末尾阻力曲线 f i g 4 - 6 t h ee a do f r z m t m r o f m e m b r a n z7 2 9f i l t e ri i l c d i ai n 嘲p t o c c 8 5 表北大学硕士学位论文 第姻章滤料性能测试装置的应用 匿4 肆 7 2 9 滤毒老纯初始疆力趣缝 f i g 4 - 7t h eb e g i n n i n gr e s i s t a n c eo f 7 2 9f i l t e rm e d i ai na g i n g p r o c e s s 豳4 _ 8 7 2 9 滤布的老化束尾阻力曲线 瑰4 - 8 t h e e n d o f r e s i s t m o e o f 7 2 9 f i l t e r m e d i a i n a g i n g 黼 东北大学硕士学位论文 第四章滤料性能测试装置的应用 四种滤料老化实验结果分析： ( 1 ) 从图4 - 1 和图4 - 2 可以看出，覆膜涤纶针刺毡老化初始阶段的阻力变 化范围是1 5 0 p a - 2 0 0 p a ；而万次老化末尾的阻力虽然较初期略有偏升，但仍在 1 5 0 p a - 2 0 0 p a 范围变化，因此说老化后的覆膜涤纶针刺毡阻力特性变化不明显。 ( 2 ) 从图4 3 和图4 4 可以看出，涤纶针刺毡的老化初始阶段阻力变化范 围是l o o p a 一1 5 0 p a ；而老化末尾的阻力变化范围仍然是1 0 0 p a - 1 5 0 p a ，虽然老化 阻力略有偏升，但也是不明显。 ( 3 ) 从图4 - 5 和图4 - 6 可以看出，覆膜7 2 9 滤布的老化初始阻力变化范围 是1 5 0 p a 左右，同时1 5 0 p a 偏下的阻力值较多；而末尾老化阻力变化范围是 1 5 0 p a 一2 0 0 p a ，可以明显的看出老化后的阻力值在升高，而且升值幅度在5 0 p a 左右。 ( 4 ) 从图4 7 和图4 - 8 也可以较明显的看出，7 2 9 滤布在老化初期和老化 末期的阻力特性变化，初期的变化范围是在5 0 p a 偏下，而到了老化末期，则阻 力变化范围是5 0 p a 左右，说明7 2 9 滤布老化后的阻力值也在增大。 ( 5 ) 从老化曲线的变化总的可以看出，覆膜滤料的老化初期阻力和末期阻 力要比同类非覆膜的滤料的初期阻力和末期阻力要高。所得结论符合覆膜滤料 的特性。 ( 6 ) 各种滤料的老化末期的阻力值高于老化初期的阻力值的原因在于，粉 尘随着滤料的老化过程逐渐浸入到滤料内部，形成过滤粉尘层的缘故。 4 3 涤纶针刺毡阻力特性 滤料在工作时，由于粉尘性质不同，工作温度不同，喷吹条件不同等等均 影响到除尘器的工作状态。在净化含有油雾等粘结性粉尘时还会由于糊袋使除 尘器阻力居高不下，甚至不能工作。为了解决这一问题，常采用预复层方法， 即在净化含油雾气体前预先在滤袋表面喷复一层松散性粉尘，然后再进行净化。 由于预复层的存在避免了油雾等粘性物质附着于纤维之上，从而使清灰褥以顺 利进行，防止了糊袋现象的发生。为了研究滤料在不同条件工作时的阻力状况， 本文对涤纶针刺毡在不同种类粉尘、有无预复层及不同喷吹压力等条件下进行 了实验研究。所傲实验条件见( 表4 - 2 ) ： 4 l 东北大学硕士学位论文 笫心章滤料性能测试装簧的应用 表4 涤纶钳到毡辍力特性测试条羚 t a b l e 4 - 2t e s tc o n d i t i o no f r e s i s t a n c eo f p o l y e s t e rf i b r ef i l t e r 簪 滤件 粉曼l 主清旋压力预复滕溅速备注 拶 涤纶针刺毡石灰粉 0 ，5 m p a无3 m r a i n1 2 1 5 涤纶钟刺毡石灰粉0 3 m p a无 3 m r a i n1 2 1 0 涤纶钟裁毡石灰耪 0 3 酗晕8石灰耪3 m r a i n1 2 1 4 涤纶针刺毡石撼盼踟婚啜i 细盼0 2 m p a无 3 m m i n1 2 1 2 涤纶钟刺毡石灰耪o 2 m p a粗粉 3 m r a i n1 2 1 3 涤纶针刺毡在祷种不同条件下阻力动态特性曲线： ( 1 ) 采用石灰粉糖尘，无预复层，在脉冲潢灰熙力为0 5 m p a 条件下进行 实验，葳阻力特性的曲线如阔4 _ 9 ： 1 0 0 0 【啊l 阻 i 舯 雌l嘲l ri 睫 i l 【 删哩 i i 8 0 0 jjjj 山 m l 丢6 。 lh 篮枷j i氍1嘲l曩心量塑9 i |譬 噔 fill j 2 0 0 。 一h 1_1- 111q - 1 11 11rr111r1 1 ，一pr 一 h - - 一1 - _ 1 h 1 = 葛：。o r ：譬兰銎罾曼燕吾爵嚣蒋藉鲁甍菊霉辫暑謇喜 啦 瓣瘸蜮心 至! ! 茎兰堡点兰些丝兰塑婴童 鲨型丝丝型垫整兰塑空旦 圈4 一l o 涤纶针刺毡动态清灰周期曲线 f i g 4 - l o 跏a 黼i c c l e a r i 娉d u s t c y c l e o f p o l y e s t e r f i b r e f i k e r ( 2 ) 采用石获粉粉难，用石灰粉预复层，脉冲清灰压力为0 3 m p a 时的阻 力特饿曲线如图4 - 1 1 ，将诧实验数据熬理分析螽褥蹬其清获餍期特往魏线茹圈 4 一1 2 所示。 圈4 - 1 1 涤纶针刺毡阻力动态特性曲线 嚣g 耷l l 鹤潮画。聪妇t 日醛p o 每吲嚣蠡酝# f 瀣雕 东北大学硕士学位论文第四章滤料性能铡试装爨的应用 图4 。1 2 涤鲶针刺穗渤态清获周期曲线 f i g 4 - 1 2d y n a