過濾式除塵器

1、1 過濾式除塵器過濾可定義為借助于多孔介質(zhì)將氣溶膠粒子從氣流中分離的過程。用纖維層(濾布、濾紙、金屬絨、袋式除塵器等)、顆粒層(礦渣、石英砂、活性炭粒等)或液滴對(duì)氣體進(jìn)行凈化都屬于同樣的過濾機(jī)理。過濾方法對(duì)微細(xì)粒子有較高的捕集效率，所以，其應(yīng)用非常廣泛，它是目前煙塵凈化的主要方法之一。1.1 過濾機(jī)理氣體中的粒子往往比過濾層中的空隙要小得多，因此通過篩濾效應(yīng)收集粒子的作用是有限的。塵粒之所以能從氣流中分離出來，主要是攔截、慣性碰撞和擴(kuò)散效應(yīng)。其次還有靜電力、重力和熱泳力作用等。如圖11所示，分析過濾機(jī)理時(shí)，需知道繞捕集體流動(dòng)的介質(zhì)的流場(chǎng)。通常按兩種情況考慮：黏性流和勢(shì)流。在我們經(jīng)常遇到的過濾過

2、程，黏性流假設(shè)往往更接近實(shí)際。圖11 經(jīng)典過濾機(jī)理1.1.1 攔截效應(yīng)攔截機(jī)理認(rèn)為：粒子有大小而無質(zhì)量，因此，不同大小的粒子都跟著氣流的流線而流動(dòng)，如圖12所示如果在某一流線上的粒子中心點(diǎn)正好使dp2能接觸到捕集體(又稱“靶”)，則該粒子被攔截。這根流線就是該粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，在此流線以下范圍為b大小同為dp的所有粒子均被攔截。于是，這根流線是離捕集體最遠(yuǎn)處能被攔截粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，即極限軌跡。圖12 攔截效應(yīng)設(shè)纖維為直徑Dc=2a的圓柱體，對(duì)于繞靜止圓柱體的勢(shì)流，其流函數(shù)由式(11)給=v01-ar2rsin(11)當(dāng)=2時(shí)，r=a+dp2，代人流線方程，有v01-ar2rsin=v01-aa+

3、dp22a+dp2(12)當(dāng)r時(shí)，有rsin=b，代人上式后，兩端同除以纖維半徑a，立即得到攔截效率R=ba=1+dp2a-11+dp2a=1+R-11+R(13)式中R攔截參數(shù)，R=dpDc。式(13)應(yīng)滿足0R1于是有1+R-11+R0，1+R-11+R1(14)解不等式，有0R5-12，或0dp5-12Dc(15)在實(shí)際問題的分析中，dpDc，所以基本上總能滿足式(15)的條件。故在下面的效率分析中，不再討論粒子大小的適用范圍。對(duì)于繞靜止圓柱體的黏性流，由式(13)，用上述同樣的推倒方法得到攔截效率R=1La1+Rln1+R-2+RR21+R(16)式中La=2.002-lnReD，Re

4、D為繞直徑Dc圓柱體流動(dòng)的雷諾數(shù)，ReD=v0Dc如果捕集體為直徑Dc的球體，其效率為R=b²a²(17)對(duì)于繞靜止球體的勢(shì)流，由流函數(shù)表達(dá)式（1.56），得出球體對(duì)粒子的攔截效率對(duì)于繞靜止球體的黏性流，由流函數(shù)表達(dá)式（1.58），得出球體對(duì)粒子的攔截效率在此，有兩點(diǎn)需要說明：（1）應(yīng)用攔截效率計(jì)算式時(shí)，當(dāng)過濾速度很大時(shí)，才能用勢(shì)流假設(shè)，但在實(shí)際應(yīng)用中，通常過濾速度很低，如纖維過濾速度<0.1ms。因此用黏性流假設(shè)下的攔截效率計(jì)算式較合理。(2)關(guān)于繞靜止圓柱體和靜止球體的流場(chǎng)描述有很多種模型，本書介紹的是最簡(jiǎn)單、最常用的模型孤立體模型。一些較復(fù)雜的模型主要考慮了相鄰

5、捕集體的存在對(duì)流場(chǎng)的影響，如哈佩爾(Happel)模型、庫韋巴拉(Kuwabara)模型、布林克曼(Brinkman)模型等。值得慶幸的是，對(duì)于攔截效應(yīng)，無論模型多么復(fù)雜，只要給出流函數(shù)表達(dá)式，總能很容易地得到攔截效率理論計(jì)算式。其他過濾效應(yīng)卻沒有如此幸運(yùn)，往往只能得到經(jīng)驗(yàn)式、半經(jīng)驗(yàn)式或數(shù)值解。4.1.2 慣性碰撞效應(yīng)開始時(shí)，粒子沿流線運(yùn)動(dòng)，繞流時(shí)，流線彎曲。有質(zhì)量為m的粒子由于慣性作用而偏離流線，與捕集體相撞而被捕集。最遠(yuǎn)處能被捕集的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是極限軌跡。如圖4.3中的虛線所示。 圖 4.3 慣性碰撞效應(yīng)求慣性碰撞效率的方法是建立粒子的運(yùn)動(dòng)方程，由運(yùn)動(dòng)方程求極限軌跡，再求出偏軸距b，然后

6、分別由和。求得繞圓柱體和球體的慣性碰撞效率。但由于求解軌跡方程十分困難，難以確定偏軸距b，故無法得到慣性碰撞效率的分析解。評(píng)論與實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，斯托克斯數(shù)足表征慣性碰撞效應(yīng)的重要參數(shù)，其定義為式中 張弛時(shí)間，s： 來流速度，ms；圓柱體或球體直徑，m；粉塵真密度，kgrn3；粉塵直徑，m；氣體動(dòng)力黏度，Pa·s。繞圓柱體和球體的慣性碰撞效率如圖4.4所示?？梢姂T性碰撞效率是雷諾數(shù)和斯托克斯數(shù)的函數(shù)。圖4.4 慣性碰撞效率與雷諾數(shù)和斯托克斯數(shù)的關(guān)系對(duì)圓柱體的慣性碰撞效率；對(duì)球體的慣性碰撞由于很難給出分析解，實(shí)際應(yīng)用中，常給出數(shù)值解或經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式。如在0.5< <100的范圍內(nèi)，

7、Robinson給出在勢(shì)流中對(duì)圓柱體的慣性碰撞效率的近似表達(dá)式通常遠(yuǎn)大于0.5，若很小，則可忽略慣性效應(yīng)。研究證明，對(duì)圓柱體，當(dāng)116，。上式有很寬的適用范圍，用數(shù)值積分可較方便地求解。人們并不滿意這樣一個(gè)積分式，于是提出許多經(jīng)驗(yàn)式，其中，Landahl和Herman得出對(duì)于雷諾數(shù)約為10左右的圓柱體慣性碰撞效率經(jīng)驗(yàn)式有較好的近似此式在常規(guī)纖維過濾中(如布袋除塵)是適用的。對(duì)球體的慣性碰撞效率，當(dāng)>0.3時(shí)，對(duì)勢(shì)流，Herne給出下式當(dāng)>1.213時(shí)，對(duì)黏性流，Nielsen和Hill給出對(duì)球體的慣性碰撞效率經(jīng)驗(yàn)式式中，參數(shù)由下式計(jì)算4.1.3 擴(kuò)散效應(yīng)當(dāng)氣溶膠粒子很小(<1

8、)，這些粒子在隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)就不再沿流線繞流捕集體，此時(shí)，擴(kuò)散效應(yīng)將起作用。粒子向捕集體的擴(kuò)散過程十分復(fù)雜，其擴(kuò)散效率通常是捕集體繞流雷諾數(shù)和粒子貝克萊特(Peclet)數(shù)Pe的函數(shù)。貝克萊特?cái)?shù)Pe定義為式中，常數(shù)D為擴(kuò)散系數(shù)，m2s。對(duì)于<1粒子的布朗擴(kuò)散，由斯托克斯一愛因斯坦公式給出式中 庫寧漢修正系數(shù)； 玻耳茲曼常數(shù)， =1.38×10-23JK。當(dāng)< (分子平均自由程)時(shí)，蘭格米爾(Langmuir)給出式中 T絕對(duì)溫度，K； R氣體常數(shù)，J(kg·K)。 m氣體摩爾質(zhì)量，虹； p氣體壓力，Pa。對(duì)圓柱體的擴(kuò)散效率，根據(jù)雷諾數(shù)和貝克萊特?cái)?shù)Pe分3種情況：(

9、1) <1，Pel在小Pe的黏性流中，Stechkina導(dǎo)出擴(kuò)散效率(2) <1，Pel纖維過濾器常處于這一范圍。Langmuir給出式中， 這里順便給出Stechkina考慮其他圓柱體存在并有孔隙率影響時(shí)擴(kuò)散效率的理論解軸。式中，。(2) 1，Pel這屬于勢(shì)流范圍，在煙塵凈化中較少遇到這種情況。Stairmend給出對(duì)球體的擴(kuò)散效率，在<1，Pe<1的黏性流中，Crawford給出當(dāng)考慮周圍有其他球體存在時(shí)，Pfeffer給出其中式中 床層孔隙卒。式(4.23)適用于雷諾數(shù)較大的顆粒層除塵器的擴(kuò)散效率估算，結(jié)果略偏大。而式(4.22)則適用于雷諾數(shù)較小(過濾速度小)的

10、顆粒層除塵器的擴(kuò)散效率估算。粒子間的相互擴(kuò)散和粒子向捕集體的擴(kuò)散行為是極為復(fù)雜的物理現(xiàn)象，直到現(xiàn)在仍是氣溶膠科學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容之一。特別是表面有相互作用力存在時(shí)，其擴(kuò)散機(jī)理更加復(fù)雜。這里將不做進(jìn)一步討論。但有一點(diǎn)必須明確：當(dāng)如1時(shí)，可忽略擴(kuò)散效應(yīng)。4.1.4 重力沉降作用重力沉降效率的推導(dǎo)和其他幾種捕集機(jī)理相比甚為簡(jiǎn)單，若重力機(jī)降方向與氣流方向一致，無論對(duì)圓柱體還是球體，顯然有式中，G稱為重力參數(shù)，。若是水平流，則若是上升流，則在上升流中，重力起負(fù)作用。除非粒子很大，在大多數(shù)情況下，重力沉降效率很小，故分析中常忽略重力沉降作用。4.1.5 靜電力作用氣溶膠粒子和捕集體通常帶有電荷，這會(huì)影響粒子

11、的沉積。粒子和捕集體的自然帶電量是很少的，此時(shí)靜電力可以忽略不計(jì)。但如果有意識(shí)地人為給粒子和捕集體荷電，以增強(qiáng)凈化效果時(shí)，靜電力作用將非常明顯。粒子和捕集體間的靜電力主要有4種：庫侖力、象力(感應(yīng)力)、空間電荷力和外加電場(chǎng)力。對(duì)于粒子在圓柱體上的電力沉降，Pich做過較系統(tǒng)的理論分析40。表4.1列出了主要的靜電捕集效率的理論結(jié)果。表4.1 不同電力作用下靜電捕集效率的理論結(jié)果帶電情況靜電捕集效率式中參數(shù)粒子帶電q圓柱體帶電(庫侖力) 粒子中性圓柱體帶電(感應(yīng)力)勢(shì)流： 黏性流： 粒子帶電q圓柱體帶電中性(感應(yīng)力)勢(shì)流： 黏性流： 外加電場(chǎng)力41勢(shì)流： 黏性流： 注：攔截效率；、無量綱參數(shù)，即

12、某種電力與斯托克斯阻力之比；粉塵介電常數(shù)；通慮材料的介電常數(shù)；其他符號(hào)意義同前。對(duì)于球形捕集體上的電力沉降，Nielsen和Hill提出一種“粒子流函數(shù)”的簡(jiǎn)化方法41。當(dāng)只有庫侖力時(shí)，靜電收集效率為當(dāng)粒子和捕集體(無論是圓柱體還是球體)帶異性電荷時(shí)，Kc為負(fù)，0。只有外加電場(chǎng)力作用時(shí)，靜電收集效率為式中，、為無量綱參數(shù)，其定義是某種電力與斯托克斯阻力（）之比。如表4.2所示。對(duì)于球形捕集體，為求感應(yīng)電荷力的收集效率，可將式(4.28)中的用，或用代替，即可得感應(yīng)電荷力的收集效率。和的計(jì)算式見表4.2。表4.2 粒子與球形捕集體間的電力帶電情況力式中參數(shù)粒子帶電q圓柱體帶電(庫侖力)粒子中性圓

13、柱體帶電(感應(yīng)力)粒子帶電q圓柱體帶電中性(感應(yīng)力)外加電場(chǎng)力41備注一粒子與圓柱體之間的距離；圓柱體直徑；庫寧漢修正系數(shù)；遠(yuǎn)處來流速度；平均場(chǎng)強(qiáng)；真空介電常數(shù)；球體相對(duì)介電常數(shù)前面討論的都是單一電力的收集效率。不同電力同時(shí)作用的效率推導(dǎo)較復(fù)雜，且多種電力聯(lián)合作用的效率不一定高于單一電力的收集效率。理論研究表明，對(duì)于大多數(shù)具有重要物理意義的情況，得到的結(jié)果是驚人的：效率與流場(chǎng)無關(guān)。 上面較系統(tǒng)地討論了各種過濾機(jī)理的捕集效率。為對(duì)各機(jī)理捕集作用的大小有一個(gè)宏觀的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)將效率隨粒徑的變化關(guān)系定性地繪于圖4.5中。(設(shè)靜電作用時(shí)，粒子和捕集體均帶電)。從圖中看出，粒徑在0.5微米左右，綜合過濾效率

14、最低。粒徑在0.011.0微米之間的顆粒物稱為亞微米粒子，關(guān)于亞微米粒子收集是氣溶膠科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。 眾多的研究者對(duì)孤立捕集體對(duì)粒子的攔截、慣性碰撞、擴(kuò)散、靜電力、重力等各效應(yīng)同時(shí)作用時(shí)的捕集機(jī)理，進(jìn)行過大量的理論研究和試驗(yàn)，建立了許多繁難的數(shù)理模型42。但到目前為止，還沒有得到較普遍認(rèn)可的令人滿意的理論結(jié)果。許多研究者認(rèn)為各效應(yīng)同時(shí)作用時(shí)可直接用疊加原理，但理論研究發(fā)現(xiàn)這種簡(jiǎn)單的疊加是不合理的，而且誤差很大(有的計(jì)算結(jié)果會(huì)大到難以置信的程度，如效率接近1，甚至高于1)。于是，近似地把各效應(yīng)同時(shí)作用下的綜合效率用串聯(lián)模式來處理較符合實(shí)際43。圖 4.5 各機(jī)理的捕集效率隨粒徑的變化

15、關(guān)系 （4.30） 式中 攔截效率；靜電捕塵效率。 慣性碰撞效率；擴(kuò)散效率；顯然，這種處理方法從理論上講也是不嚴(yán)格的，但所得結(jié)果不會(huì)導(dǎo)致太大的偏差。4.2 過濾層的收集效率上節(jié)描述了孤立捕集體對(duì)粒子的收集機(jī)理，但在實(shí)際應(yīng)用中，無論是纖維層過濾還是顆粒層過濾，過濾層都是以很多捕集體的集合形式而存在。因此，過濾層的收集效率是多個(gè)孤立捕塵體的群體貢獻(xiàn)。纖維層過濾是目前主要的煙塵凈化方法之一。近幾年來在世界范圍內(nèi)，纖維過濾器(如袋式除塵器)的應(yīng)用，無論在數(shù)量上還是在投入上都比基他除塵設(shè)備具有更快的增長(zhǎng)速度。特別是覆膜技術(shù)（在慮料表面覆一層多微孔、極光滑的EPTFE薄膜，即膨體聚四氟乙烯薄膜)的應(yīng)用與推

16、廣，使纖維層過濾效率更高、清灰效率更好。甚至可凈化有一定黏性的煙塵。從而，進(jìn)一步促進(jìn)了纖維過濾技術(shù)的發(fā)展。纖維層過濾分兩種過濾方式：內(nèi)部過濾和表面過濾。內(nèi)部過濾又稱深層過濾，首先是含塵氣體通過潔凈濾料，這時(shí)，起過濾作用的主要是纖維，因而符合纖維過濾的機(jī)理；然后，阻留在濾料內(nèi)部的粉塵將和纖維一起參與過濾過程。當(dāng)纖維層達(dá)到一定的容塵量后，后續(xù)的塵粒將沉積在纖維表面，此時(shí)，在濾料表面所形成的粉塵層對(duì)含塵氣流將起主要過濾作用，這就是表面過濾。對(duì)于厚而蓬松、空隙率較大的過濾層，如針刺氈，內(nèi)部過濾作用較明顯；對(duì)于薄而緊、空隙率較小的過濾層，如編織濾布、覆薄濾料，主要表現(xiàn)為表面過濾。無論何種方式，收集效率和

17、過濾阻力都隨過濾時(shí)間而變化，這一現(xiàn)象稱非穩(wěn)態(tài)過濾，如圖4.6所示。于是，過濾層的收集效率既是孤立捕塵體(單根纖維、塵粒)收集效率率的函數(shù)，又是過濾時(shí)間的函數(shù)。由于研究非穩(wěn)態(tài)過濾對(duì)評(píng)價(jià)纖維濾料的收塵性能(效率、粉塵載荷、壓損等)和運(yùn)行管理(清灰方式、清灰效果、清灰時(shí)間控制、慮料使用壽命等)具有重要意義，所以關(guān)于非穩(wěn)態(tài)過濾一直是纖維過濾理論及應(yīng)用中的一個(gè)重要研究課題，許多研究者提出了非穩(wěn)態(tài)過濾的效率和壓力損失模型，其中，關(guān)于內(nèi)部過濾的非穩(wěn)態(tài)過程研究比較成熟，而在表面非穩(wěn)態(tài)過濾效率方面的研究較少，同時(shí)還存在著建模方法不完善、表達(dá)式較復(fù)雜、某些參數(shù)難以確定等問題。因此，本文將根據(jù)表面過濾的“塵濾塵”現(xiàn)

18、象，采用經(jīng)典的顆粒過濾理論，建立物理意義明確的表面非穩(wěn)態(tài)過濾的效率計(jì)算式。4.2.1 纖維層過濾理論過濾過程分3個(gè)階段(如圖4.6所示)：潔凈慮料得穩(wěn)態(tài)過濾、含塵濾料的非穩(wěn)態(tài)過濾和濾料表面非穩(wěn)態(tài)過濾。傳統(tǒng)的過濾理論主要考慮潔凈慮料和含塵慮料過濾階段。圖4.6 效率和阻力隨過濾時(shí)間變化的非穩(wěn)態(tài)過程效率變化曲線；2阻力變化曲線；3潔凈濾料； 4清灰對(duì)于潔凈纖維濾料的過濾理論有兩個(gè)基本的假設(shè)條件：(1)塵粒一旦與纖維表面接觸，就被捕集。(2)沉積的微粒對(duì)于過濾過程沒有進(jìn)一步的影響。在這種過程中，兩個(gè)基本參數(shù)過濾效率和壓力損失都與時(shí)間無關(guān)，即過濾過程是穩(wěn)態(tài)的。潔凈濾料開始過濾時(shí)，表現(xiàn)為內(nèi)部過濾，粒子進(jìn)

19、入濾料內(nèi)部，隨過濾過程的進(jìn)行，沉積在濾料中的粒子如同球形捕集體，開始與纖維共同參與對(duì)后續(xù)粒子的收集作用。設(shè)濾料充填率為，纖維直徑2，過濾層迎風(fēng)面積A，層厚H，氣溶膠進(jìn)人纖維層前的速度v0。在如圖4.7所示的濾料中取微元體，厚dh。粒子在此微元體內(nèi)的濃度為c，單一纖維各過濾效應(yīng)的綜合收集效率，已沉積的靜止單個(gè)粒子對(duì)后續(xù)運(yùn)動(dòng)的粒子的綜合收集效率為。W為已捕集的粒子數(shù)。為粒子考慮粒子多分散性、非球形及相互影響的修正系數(shù)，當(dāng)無試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，取=1。在面積為A的微元體dh內(nèi)，纖維總長(zhǎng)為L(zhǎng)Adha2，則粒子在單位時(shí)間內(nèi)在微元體纖維上的沉降量為(4.31)式中 v過濾層中的氣流速度，vv0/（1）圖 4.7

20、濾料內(nèi)部已沉積粒子的纖維層動(dòng)態(tài)過濾當(dāng)慮料潔凈時(shí)，含塵氣體流經(jīng)面積為A纖維層時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)氣流中粒子的減少量為Av0dc，此量應(yīng)等于在微元體纖維上粒子的 沉降量令，上式可寫成（4.32）積分上式，得潔凈慮料的纖維層效率公式(4.33)以往教科書通常只給出潔凈慮料的纖維層效率公式（4.33）。從實(shí)際應(yīng)用情況看，潔凈慮料只在新慮料開始使用的很短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，在以后的過濾過程中，潔凈慮料將不復(fù)存在，非穩(wěn)態(tài)過濾貫穿整個(gè)過程，因此，潔凈慮料的纖維層效率公式無太大實(shí)用價(jià)值，但它是分析非穩(wěn)態(tài)過濾的基礎(chǔ)。如果在微元內(nèi)已沉積數(shù)量為W個(gè)粒子，這些粒子變?yōu)椴都w，其單一粉塵的捕集效率（塵濾塵現(xiàn)象）為在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)后續(xù)

21、粒子的捕集量為（4.34）含塵氣體流經(jīng)面積為A的非潔凈纖維層時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)粒子的減少量為Av0dn，此量應(yīng)等于纖維和已沉積粒子共同捕集的粒子量令 ，上面改寫為（4.32）積分上式，得潔凈慮料得纖維層效率公式（4.33）以往教科書通常只給出潔凈慮料的纖維層效率公式（4.33）。從實(shí)際應(yīng)用情況看，潔凈慮料只在新慮料開始使用的很短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，在以后的過濾過程中，潔凈慮料將不復(fù)存在，非穩(wěn)態(tài)過濾貫穿整個(gè)過程，因此，潔凈慮料的纖維層效率公式無太大實(shí)用價(jià)值，但它是分析非穩(wěn)態(tài)過濾的基礎(chǔ)。如果在微元內(nèi)已沉積數(shù)量為W個(gè)粒子，這些粒子變?yōu)椴都w，其單一粉塵的捕集效率（塵濾塵現(xiàn)象）為在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)后續(xù)粒子的捕集量為

22、（4.34）含塵氣體流經(jīng)面積為A的非潔凈纖維層時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)粒子的減少量為Av0dn，此量應(yīng)等于纖維和已沉積粒子共同捕集的粒子量令，上式改寫為（4.35）設(shè)在微元體dh內(nèi)，原有已沉積的粒子數(shù)W是靠纖維過濾作用經(jīng)歷了時(shí)間t后才形成的，于是(4.36)所以，（4.35）可進(jìn)一步寫成(4.37)將,代入上式，積分并整理得內(nèi)部過濾時(shí)纖維層的非穩(wěn)態(tài)過濾效率(4.38)顯然，當(dāng)t0時(shí)，上式為潔凈慮料的過濾效率，于是穩(wěn)態(tài)過濾可看成非穩(wěn)態(tài)過濾的一個(gè)特例。隨著粒子不斷沉積在慮料中，慮料得孔隙率逐漸變小，當(dāng)慮料得孔隙率等于粒子層的孔隙率時(shí)，粒子開始在慮料表面沉積形成很薄得粉塵層。隨后，沉積在慮料表面粉塵層將參與

23、過濾作用，效率進(jìn)一步增加，即表面過濾開始。在纖維過濾過程中，具有意義的是表面過濾。以往的研究者是把內(nèi)部過濾和表面過濾同時(shí)考慮，其分析過程極為繁難。得出的計(jì)算式也較復(fù)雜。這里應(yīng)用顆粒過濾理論建立表面過濾的效率計(jì)算式。為此，先介紹顆粒層過濾理論。4.2.2 顆粒層過濾理論顆粒過濾與纖維過濾雖有相同的過濾機(jī)理，但前者的建模卻有較大的難度，于是人們提出很多過濾模型。在大多數(shù)情況下可把一個(gè)顆粒看成一個(gè)球。這樣，在過濾過程中，可把一種顆粒介質(zhì)看成是許多球形捕集體的集合。其建模思想是：以單元床層作橋梁，把顆粒層過濾效率和孤立球捕塵體的效率聯(lián)系起來?？紤]到國(guó)內(nèi)很少有文獻(xiàn)介紹顆粒層過濾理論方面的內(nèi)容，為此，這里

24、將簡(jiǎn)述研究較成熟、應(yīng)用較普遍、模型較簡(jiǎn)單的球體組成的過濾介質(zhì)收塵效率理論45。4.2.2.1 顆粒過濾的基本概念(1)周期長(zhǎng)度l假定顆粒過濾介質(zhì)是由許多單元層組成的。單元層厚度稱為周期長(zhǎng)度l，其定義如下：對(duì)于由幾乎等大小的顆粒組成的、各邊長(zhǎng)為Nl的立方體過濾器，此立方體內(nèi)有N3個(gè)顆粒，顆粒平均直徑為dc，如圖4.8所示。顯然，其體積存在如下關(guān)系(4.39)式中 N單元層數(shù)量； l周期長(zhǎng)度，m； dc顆粒平均直徑，m； 顆粒層孔隙率。其周期長(zhǎng)度是l (4.40)由此式可見，l與是同一量級(jí)。圖 4.8 顆粒層過濾模型如果顆粒過濾層總厚為H，則單元層數(shù)為N=Hl。在一個(gè)單元層中單位面積內(nèi)顆粒球的數(shù)量

25、Nc為 （4.41）將式(4.40)代人上式得每一單元層的顆粒球的數(shù)量 (4.42)(2)單元層效率與顆粒層效率取的關(guān)系過濾實(shí)踐證明：氣溶膠粒子在顆粒層中的濃度變化遵循對(duì)數(shù)律，即 (4.43)式中 c氣溶膠粒子的質(zhì)量濃度，kgm3； 過濾系數(shù)。過濾系數(shù)通常是時(shí)間和位置的函數(shù)，但在任意時(shí)刻將上式用于單元層，可認(rèn)為是常數(shù)，原因是l很小。因此，從z=(i1)l到z=il對(duì)式(4.43)積分，得單元層效率為因l很小，將上式級(jí)數(shù)展開，取前兩項(xiàng)有極好的近似，得可見，單元層效率近似為常數(shù)。因顆粒層是單元層串聯(lián)組成，于是單元層效率與顆粒層效率的關(guān)系 （4.44）（3）單元層效率與孤立球捕集效率的關(guān)系對(duì)于孤立球

26、捕集體，若某個(gè)顆粒球的效率為，則捕集的粒子量為 （4.45）在某一單元層中有Nc個(gè)顆粒球，其過濾風(fēng)速近似為vv0/，一個(gè)單元層的效率為(4.46)將式（4.42）代入上式，得單元層效率與孤立球捕集效率的關(guān)系(4.47)這一結(jié)果表明，顆粒層過濾是孔隙率和孤立球收集效率的函數(shù)。對(duì)上式孔隙慮求極值，易得當(dāng)孔隙率0.6時(shí)，顆粒層效率最高。要使孔隙率達(dá)到0.6，對(duì)纖維層說是容易實(shí)現(xiàn)的，但對(duì)顆粒層，其孔隙率通常在0.3左右，實(shí)際中難以達(dá)到0.6。但對(duì)纖維過濾，由于其過濾機(jī)理與顆粒層過濾相同，于是，這一結(jié)果的重要意義在于它告訴人們：為使纖維層和顆粒層獲得較高得內(nèi)部過濾效率，應(yīng)盡量提高孔隙率。4.2.2.2

27、顆粒層過濾效率將式（4.47）直接代入式（4.44），得潔凈顆粒慮料的過濾效率(4.48)對(duì)于在顆粒內(nèi)部已沉積粉塵的非穩(wěn)態(tài)過濾的理論分析較復(fù)雜，原因是：過濾層有顆粒和粉塵兩種介質(zhì)，且在顆粒層中的積塵量隨過濾層呈指數(shù)變化，故較難得到分析解。在實(shí)際應(yīng)用中，顆粒層過濾效率通常按潔凈顆粒濾料的過濾效率計(jì)算。4.2.3 表面過濾理論顆粒層過濾表面也有內(nèi)部過濾和表面過濾之分，但由于顆粒比纖維的直徑通常大數(shù)十倍、甚至數(shù)百倍，其內(nèi)部孔洞直徑也大得多，所以主要表現(xiàn)為內(nèi)部過濾，故討論顆粒層表面過濾的文獻(xiàn)較少。但纖維層過濾主要靠表面過濾，特別是對(duì)于編織濾布、薄濾料、微孔或經(jīng)表面處理的濾料。對(duì)于纖維慮料來說，潔凈濾料

28、使用的時(shí)間極短，于是，潔凈濾料的效率公式很快失去使用意義。為防止過度清灰，濾料表面應(yīng)留有一定的粉塵層，內(nèi)部過濾效率由動(dòng)態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定。而纖維層表面過濾將貫穿整個(gè)非穩(wěn)態(tài)過濾過程。因此，纖維層表面非穩(wěn)態(tài)過慮的研究有十分重要的實(shí)用意義。有的研究者采取類似于潔凈濾料過濾效率的建模方法，得出纖維層表面有粉塵層的非穩(wěn)態(tài)過濾效率公式46,還有的研究者把內(nèi)部積塵和表面過濾作用同時(shí)考慮，導(dǎo)出效率與容塵量的非穩(wěn)態(tài)過濾關(guān)系式44。但由于上述研究均拘泥于傳統(tǒng)纖維過濾建模方法，對(duì)“塵濾塵”機(jī)理的分析不夠深入，且有些參數(shù)較難確定。為下面討論方便，有必要對(duì)表面過濾現(xiàn)象加以描述：表面過濾屬“塵慮塵”現(xiàn)象，要實(shí)現(xiàn)表面過濾，首先應(yīng)在

29、慮料表面形成一較薄的粉塵層，假定在過濾過程中，粉塵層的孔隙率基本保持不變，隨過濾時(shí)間增加，所收集的粒子直接導(dǎo)致粉塵層增厚,效率提高，而且沉積的粉塵層均質(zhì)，即各向同性。于是，“塵慮塵”現(xiàn)象和顆粒層過濾過程是相同的。所以，可引用經(jīng)典的球形顆粒層過濾理論。圖 4.9 表面過濾分析“塵慮塵”過程如圖5所示。設(shè)粉塵層粒子孔隙率，當(dāng)任意粉塵層厚為h時(shí)，塵粒如同球形顆粒，直接利用式(4.48)得濾料表面沉積塵對(duì)含塵氣體的凈化效率為(4.49)式中 單個(gè)沉積粒子對(duì)氣體粒子的捕集效率； N粉塵單元層數(shù)，。請(qǐng)注意圖4.9中微元體dh的取法，這是數(shù)理分析的關(guān)鍵，也是建模方法的創(chuàng)新點(diǎn)。設(shè)含塵氣流初始濃度為，在時(shí)間內(nèi)厚

30、度為H、面積為A的濾料迎風(fēng)表面上沉積的粉塵層外側(cè)，粉塵層增厚dh，所增加的粉塵層的體積，應(yīng)等于在時(shí)間內(nèi)收集的粉塵的體積(包括孔隙的體積)，即有下式成立：（4.50）因單元層效率，對(duì)式(4.49)冪級(jí)數(shù)展開，有（4.51）注意到在表面過濾開始時(shí)，必須有一較薄的粉塵層，其厚度不小于單元層厚。將式(4.51)代人式(4.50)，在區(qū)間 (因很小，)和時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)式(4.50)積分，得 (4.52)將式（4.52）帶入式（4.51）得表面非穩(wěn)態(tài)過濾效率計(jì)算式（4.53）式中 粉塵層的孔隙率； 單一塵對(duì)氣體中粉塵的收集效率。由顆粒層過濾理論，可知粉塵單元層厚約等于粉塵粒徑，即在計(jì)算時(shí)可取。式(4.53)

31、的形式簡(jiǎn)潔、物理意義明確，對(duì)纖維表面過濾和顆粒層表面過濾都適用。在常溫下，取參數(shù)如表4.3，由式(4.53)計(jì)算所得出的表面非穩(wěn)態(tài)過濾效率隨時(shí)間和粉塵粒徑的變化規(guī)律繪于圖4.10中。表4.3 表面非穩(wěn)態(tài)過濾理論比較的參數(shù)選取參數(shù)質(zhì)量濃度粉塵密度纖維直徑過濾風(fēng)速粉塵層孔隙率纖維層充填率取值202.2×103200.020.30.6根據(jù)圖4.10的變化規(guī)律有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：1)表面過濾開始時(shí)，粉塵層對(duì)細(xì)塵的過濾效率較低，面對(duì)較大塵粒的過濾效率較高。隨過濾時(shí)間的增加，粉塵層的增厚，粉塵層對(duì)細(xì)塵的過濾效率將高于對(duì)粗塵的過濾效率。這是符臺(tái)表面過濾機(jī)理的，原因是：由于細(xì)塵單元層的效率較低，在開始時(shí)

32、，塵濾塵的效率較低。在氣體含塵質(zhì)量濃度不變的情況下，隨過濾時(shí)間的增加，積塵粉餅總厚增加，由于細(xì)塵單元層的厚度較薄，單元層的層數(shù)急劇增加，其過濾效率比粗塵具有更快的增長(zhǎng)速度。2)由圖中新計(jì)算式得出的變化曲線看出，表面非穩(wěn)態(tài)過濾效率隨過濾時(shí)間的增加提高很快，這和實(shí)際過濾情況是一致的，如覆膜濾料在數(shù)十秒的時(shí)間內(nèi)，過濾效率就接近100。這也意味著過濾阻力增加極快，其結(jié)果會(huì)使粉塵(未沉積和已沉積的粉塵)在較大的壓力和較高的過濾層內(nèi)部風(fēng)速的共同作用下穿過過濾層，導(dǎo)致效率急劇下降。對(duì)非覆膜濾料，如果過度清灰，破壞了纖維表面的粉塵層，會(huì)失去表面過濾作用，也會(huì)導(dǎo)致效率下降。可以說清灰管理是過濾凈化技術(shù)的一個(gè)重要

33、內(nèi)容。圖 4.10 表面非穩(wěn)態(tài)過濾效率隨時(shí)間的變化規(guī)律3)需要說明的是圖4.10僅表示表面非穩(wěn)態(tài)過濾效率，表面過濾剛開始時(shí)，實(shí)際纖維濾料層的效率不為零，因?yàn)閮?nèi)部過濾作用始終存在，纖維濾料的效率為（4.55）由式（4.38）確定。4.3過濾層壓力損失壓力損失是過濾式除塵器的重要性能之一。過濾層壓力變化和過濾效率一樣是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，分析時(shí)按兩部分考慮：潔凈濾料壓損和含塵濾料壓損。建立壓力損失數(shù)理模型的意義不僅在于對(duì)設(shè)備能耗的評(píng)價(jià)，更重要的是濾料壓損的變化與濾料中的積塵量有直接聯(lián)系，從而可利用壓損模型實(shí)現(xiàn)清灰過程的自動(dòng)控制。因此，本節(jié)將較全面地論述纖維層壓損和顆粒層壓損理論。4.3.1纖維層壓力損失

34、壓損的分析方法有微觀分析法和宏觀分析法。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，通常纖維層過濾風(fēng)速很低，屬層流范圍，所以過濾過程的壓力損失的分析要比層流狀態(tài)容易些。4.3.1.1 纖維層壓損微觀分析法微觀分析法是先從單根纖維和單一塵粒的受力分析人手，再累加以求總阻力的方法。對(duì)于低速過濾過程，假定繞單根圓柱狀纖維的流動(dòng)為黏性流是合理的，由繞圓柱體黏性流的流函數(shù)，Lamb和Davies導(dǎo)出作用于單根纖維上的力為（4.56）式中 單根纖維所受的力，Nm；氣體動(dòng)力黏度，Pa·s； 氣流速度，ms；繞纖維流動(dòng)的雷諾數(shù)。穿過纖維層的阻力為所有纖維的阻力之和，則有（4.57）式中 纖維充填率；H纖維層厚度，m；纖維半徑

35、，m。式中，為潔凈濾料阻力修正系數(shù)，主要考慮各纖維對(duì)流場(chǎng)和相互間的影響。若在纖維層中沉積粒子，則單一球所受阻力服從斯托克斯律（4.58）式中 單一球所受的力，N： 粉塵粒子的孔隙率： 其他符號(hào)意義同前。若在纖維層中積塵量為，則粒子數(shù)為（4.59）由沉積粒子造成的總阻力為（4.60）式中 張弛時(shí)間，s： 考慮粒子分散度、球形度及相互間影響的修正系數(shù)。于是過濾過程中的總阻力為（4.61）由于纖維過濾效率很高，作為近似計(jì)算，取效率為100，則沉積粒子量近似為 （4.62）而式（4.61）中的和通常由試驗(yàn)確定。將式(4.62)代入式(4.61)中，得（4.63）4.3.1.2 纖維層壓損宏觀分析法宏觀

36、分析法是以整個(gè)濾料層考慮，而不分析單根纖維和單一粒子的阻力大小。因流動(dòng)為層流，由達(dá)西(Darcy)公式可知潔凈纖維層阻力與濾層厚度和來流速度的一次方成正比（4.64）（4.65）式中 常數(shù)；纖維滲透系數(shù)，其他符號(hào)物理意義同前。假定過濾效率為100，將在濾料中沉積的粒子量折合成粒子沉積厚度，有（4.66）式中 V過濾時(shí)間為t通過濾料層含塵氣體的總體積，；A過濾面積，。注意到 ，同樣由達(dá)西公式，得（4.67）（4.68）式中 常數(shù)；粒子滲透系數(shù)。于是過濾過程中的總阻力的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的宏觀式為（4.69）比較式(4.69)和式(4.63)，我們發(fā)現(xiàn)微觀分析法和宏觀分析法所揭示的纖維層過濾壓損變化規(guī)律

37、是一樣的。作為機(jī)理分析，常用微觀分析法。作為實(shí)際應(yīng)用，人們更喜歡使用宏觀表達(dá)式，原因是，對(duì)于特定的濾料，式(4.69)中的常數(shù)、易由試驗(yàn)確定，若想理論計(jì)算，可由纖維層和粉塵層的孔隙特征查表得到滲透系數(shù)后計(jì)算、。4.3.2 顆粒層壓力損失顆粒層壓損的分析方法同樣也有微觀分析法和宏觀分析法。表面上看，纖維濾料和顆粒濾料都應(yīng)有相同的壓損數(shù)理模型，但在進(jìn)行具體分析時(shí)，顆粒濾料的壓損建模要復(fù)雜得多。判定顆粒層的流態(tài)是繞顆粒流動(dòng)的雷諾數(shù)，當(dāng)35時(shí)為層流，當(dāng)700時(shí)為紊流，在實(shí)際應(yīng)用中，顆粒層凈化器的過濾風(fēng)速在0.31.0ms之間，顆粒濾料的直徑在3mm左右，所以雷諾數(shù)的范圍大致在40150之間，屬過渡區(qū)。

38、 4.3.2.1 顆粒層壓損微觀分析法在用微觀分析法討論潔凈顆粒濾料壓損時(shí)，常對(duì)過渡區(qū)采用層流阻力和紊流阻力相疊加的辦法，這就是有名的爾崗(Ergun)公式（4.70）式中 H顆粒層厚度；顆粒層孔隙率；過濾風(fēng)速，ms：阻力修正系數(shù)。麥克唐納(MacDonald)得出；顆粒直徑，m。由爾崗(Ergun)公式計(jì)算得出的潔凈顆粒濾料的阻力往往低于實(shí)測(cè)值47。在顆粒層沉積粉塵時(shí)，作者曾用微觀分析法通過較復(fù)雜嚴(yán)格地推導(dǎo)，得出顆粒層過濾狀態(tài)的壓力損失48（4.71）式中 粒子沉積率，由試驗(yàn)確定，孔隙率的函數(shù)。潔凈顆粒壓力損失，Pa：濾料容塵量，kg；總過濾效率。總過濾效率可近似取1；于是非穩(wěn)態(tài)壓力損失的微

39、觀表達(dá)式為式(4.70)與式(4.71)之和。(4.72)式中符號(hào)物理意義同前。4.3.2.2 顆粒層壓損宏觀分析法對(duì)沉積粒子用宏觀分析法，問題變得十分簡(jiǎn)單，因粒子遠(yuǎn)小于過濾顆粒，將符合層流假設(shè)，直接利用式(4.67)即可。其壓損是潔凈濾料的壓損式(4.70)與粉塵層的壓損式(4.67)之和，于是有(4.73)式中符號(hào)物理意義同前。式(4.73)比式(4.72)更簡(jiǎn)便實(shí)用。4.4 纖維濾料纖維過濾具有收集效率高、運(yùn)行較穩(wěn)定、特別是對(duì)微細(xì)粒子有很好的捕集效果，因而得到了廣泛應(yīng)用。隨著耐溫、抗腐蝕、覆膜等多種新型濾料的不斷問世以及清灰技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了取代某些高效煙塵凈化設(shè)備、進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍

40、的趨勢(shì)。4.4.1 濾料的性能纖維濾料性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到纖維過濾器的好壞。而纖維濾料性能主要靠纖維的物化性能來實(shí)現(xiàn)。因此纖維的物化性能應(yīng)滿足如下要求：1)耐溫性能好，作為工業(yè)用纖維，耐溫應(yīng)高于200；2)斷裂強(qiáng)度越高越好，相對(duì)強(qiáng)度應(yīng)大于0.5Ntex；3)有較高的韌性，斷裂伸長(zhǎng)應(yīng)在15左右；4)良好的耐酸、堿及有機(jī)溶劑腐蝕性；5)具有良好的疏水性、耐磨性和阻燃性；6)良好的可紡性，原料來源穩(wěn)定可靠。纖維可分三大類：天然纖維、合成纖維和無機(jī)纖維。為滿足生產(chǎn)加工濾料的要求，有必要對(duì)如長(zhǎng)度、細(xì)度、斷裂強(qiáng)度、初始模量、吸濕性和阻燃性等纖維的主要理化性能加以介紹。(1)纖維長(zhǎng)度纖維長(zhǎng)度是指在無外力作用

41、伸直時(shí)所測(cè)兩端間距離。纖維可紡性與纖維長(zhǎng)度有關(guān)。在保證成紗有一定強(qiáng)度的前提下，單纖維越長(zhǎng)，可紡支數(shù)越高。如棉纖維長(zhǎng)度一般不低于25mm，實(shí)際棉纖維長(zhǎng)度在2538mm之間。對(duì)合成纖維和金屬絲來說，纖維長(zhǎng)度范圍可根據(jù)需要切斷，一般切成棉型、中長(zhǎng)型和毛型。纖維長(zhǎng)度范圍分別是3338mm、5176mm和76102mm。(2)纖維細(xì)度細(xì)度即纖維的粗細(xì)程度。單纖維越細(xì)，則纖維在成紗、成網(wǎng)、成織物或氈時(shí)更均勻，成品變形小、尺寸穩(wěn)定性好。細(xì)度在我國(guó)法定計(jì)量單位中稱“線密度”，單位：tex。1000m的纖維重為lg時(shí)為l tex。(3)纖維斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度是用來衡量纖維品質(zhì)的主要指標(biāo)之一。斷裂強(qiáng)度常用相對(duì)強(qiáng)度來

42、表示，單位是Ntex。（4.74）式中 相對(duì)強(qiáng)度，Ntex：P絕對(duì)強(qiáng)力，即在連續(xù)增加的外力作用直到斷裂時(shí)所能承受的最大負(fù)荷，N；纖維細(xì)度，kgm。(4)相對(duì)伸長(zhǎng)率相對(duì)伸長(zhǎng)率為拉力作用下直到纖維斷裂時(shí)所伸長(zhǎng)部分與纖維原長(zhǎng)之比（4.75）式中 纖維拉伸后總長(zhǎng)，m； 纖維原長(zhǎng)，m。紡織纖維的伸長(zhǎng)率一般在15較合適，兩種纖維混用時(shí)，應(yīng)考慮它們的伸長(zhǎng)率相同或相近。(5)初始模量在物理和工程上，材料的應(yīng)力與其應(yīng)變的比稱為模量。應(yīng)變量與伸長(zhǎng)率相同。對(duì)纖維來說，模量是其抵抗外力變形的量度。纖維的初始模量為纖維被拉伸的伸長(zhǎng)率為1時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線起始段直線部分的斜率，單位是mNtex。纖維的初始模量越大，表示纖

43、維越不易變形。(6)吸濕性纖維吸濕性是指在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下(20，相對(duì)濕度65)纖維的吸水率，一般用回潮率w表示(4.76)式中 G纖維濕重，kg； 纖維于重，kg。纖維吸濕性對(duì)濾料的選擇具有重要意義。表4.4列出了常用纖維原料的回潮率。表4.4常用纖維原料的回潮率纖維名稱棉布羊毛絲亞麻滌綸棉綸腈綸丙綸Nomex芳砜綸回潮率/%11.11511120.44.5207.56.28(7)耐熱性耐熱性表示在同一時(shí)間內(nèi)不同溫度下，或同一溫度下不同時(shí)間內(nèi)纖維理化機(jī)械性能的保持程度。對(duì)大多數(shù)纖維原料來說，隨溫度升高，理化機(jī)械性能發(fā)生變化，最后熔融或分解。表4.5列出了部分常用纖維原料的有關(guān)耐熱性。表4.5

44、 部分常用纖維原料的有關(guān)耐熱性纖維名稱棉羊毛棉綸6棉綸66滌綸腈綸丙綸Nomex芳砜綸熔點(diǎn)/215253256163175370400強(qiáng)度保持率/%(100,80d)6841434396100100100強(qiáng)度保持率/%(130,80d)101213137555100100（8）耐腐蝕性酸、堿和有機(jī)溶劑對(duì)纖維及其制品均會(huì)發(fā)生腐蝕作用，使其強(qiáng)度降低，但腐蝕程度要視酸堿種類、濃度、溫度和接觸時(shí)間長(zhǎng)短而定。表4.6列出了部分纖維對(duì)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕程度。表4.6 部分纖維對(duì)酸、堿和有機(jī)溶劑的耐腐蝕程度化學(xué)物質(zhì)酸堿溶劑耐腐蝕等級(jí)優(yōu)良中差優(yōu)良中差優(yōu)良中差滌綸棉綸腈綸丙綸維綸改性維綸Nomex芳砜綸玻璃

45、纖維（9）阻燃性根據(jù)燃燒的難易程度將纖維分為易燃、可燃、阻燃和不燃4類。無機(jī)纖維通常是不燃纖維，主要有玻纖、金屬纖維、石棉、含硼纖維和陶瓷纖維等。測(cè)定纖維燃燒性常用極限指數(shù)法，簡(jiǎn)稱“LOI”法。極限指數(shù)法是指當(dāng)已點(diǎn)燃的纖維離開火源仍能繼續(xù)燃燒時(shí)，環(huán)境中氮和氧的最低百分率(4.77)式中 氧氣的體積分?jǐn)?shù)，；氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)，。因空氣中，氧為21，若纖維的LOI<21，就意味著能在空氣中繼續(xù)燃燒。4.4.2 常用濾料的種類及性能濾料按制作方法分為紡織濾料、無紡濾料、復(fù)合濾料、陶瓷纖維濾料等。按制作材質(zhì)分為天然纖維濾料、合成纖維濾料和無機(jī)纖維濾料。4.4.2.1 紡織濾料早期的濾料多是以紡織物制

46、成的。隨著無紡纖維濾料和化纖工業(yè)的發(fā)展，無紡纖維濾料逐步成為氣體中顆粒物收集的主要過濾原料。但是，由于紡織濾料具有一定的特性和實(shí)際過濾條件的要求，紡織濾料在很多方面仍得到應(yīng)用。機(jī)織的濾料是以合股加捻的經(jīng)、緯紗線或單絲用織機(jī)交織而成的。因經(jīng)、緯紗線都經(jīng)過加捻，所以紗線密度比較大。被過濾的粒子幾乎只能從經(jīng)、緯線間的空隙經(jīng)過。機(jī)織濾料的孔隙率一般只有3040，而且是直通的。紡織濾料和無紡纖維濾料相比，有如下優(yōu)缺點(diǎn)：1)可制成具有較大強(qiáng)度和耐磨性的濾料；2)尺寸穩(wěn)定性好；3)易形成平整光滑表面或薄形柔軟的織物，易于清灰；4)易調(diào)整織物的緊密程度，既可制成較疏松的也可制成緊密的濾料；5)內(nèi)部過濾作用小，

47、初始效率低，只有在紡織濾料表面形成粉塵層后，才能過濾較小的粒子，未形成粉塵層或因某種原因使粉塵層遭到破壞時(shí)，效率明顯下降；6)在同樣過濾風(fēng)速情況下，紡織濾料阻力大；7)為達(dá)到應(yīng)有的效率，氣布比較低。紡織濾料的種類很多，幾乎各種材質(zhì)和不同結(jié)構(gòu)的紡織濾料都有所應(yīng)用。其中，208絨布是我國(guó)為袋濾式除塵器專門開發(fā)的一種紡織濾料。它是以滌綸短纖維為原料單面起絨的斜紋織物。因有表面絨毛，有助于形成粉塵層，提高過濾效率。208絨布在清灰時(shí)，粉塵層便遭到破壞，重新濾塵時(shí)效率明顯下降。另外，應(yīng)特別注意防止結(jié)露，因粉塵粘附在絨毛及濾料表面上結(jié)垢后，很難清灰。4.4.2.2 無紡纖維無紡纖維的發(fā)展始于20世紀(jì)60年

48、代，19701980年的10年間產(chǎn)量增長(zhǎng)了79。當(dāng)前，袋濾式除塵器用的無紡纖維絕大部分是針刺氈。針刺氈分為有基布和無基布二類。增加基布是為了提高針刺氈濾料的強(qiáng)度?；际鞘孪瓤椇玫?，生產(chǎn)過程中用上下纖維網(wǎng)將基布夾于其中，然后經(jīng)過預(yù)針刺和主針刺加固，再采取必要的后續(xù)處理技術(shù)即可成為所需要的制剌氈濾料。針刺氈濾料具有如下特點(diǎn)：1)針刺氈濾料中的纖維呈交錯(cuò)隨機(jī)排列，孔隙率高達(dá)7080，根據(jù)前面過濾理論，其孔隙率處在最佳的內(nèi)部過濾狀態(tài)，可充分發(fā)揮其內(nèi)部過濾捕塵功能。這種結(jié)構(gòu)既有利于形成粉塵層，清灰后也不存在直通的孔隙，過濾效率高而穩(wěn)定。2)針刺氈濾料的孔隙率比紡織纖維高1.62.0倍。因而自身的透氣性好

49、、阻力低。3)針刺氈濾料的生產(chǎn)速度快、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、產(chǎn)品成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。4.4.2.3 復(fù)合濾料為揚(yáng)長(zhǎng)避短，可用兩種或兩種以上各具特色的材料加工成濾料，這種濾料稱為復(fù)合濾料。有底布的針刺氈就是一種復(fù)合濾料。這種濾料用基布以增加強(qiáng)力，用纖網(wǎng)以獲得理想的過濾效率?；寂c面層材質(zhì)相同者，嚴(yán)格地講，也屬復(fù)合濾料，只是人們已習(xí)慣于稱之為針刺氈。如在合成纖維Nonaex基布上刺以細(xì)玻纖制成針刺氈，可避免玻纖不抗折的缺點(diǎn)，同時(shí)又可獲得耐溫與抗腐蝕的優(yōu)勢(shì)。在針刺氈濾料或紡織濾料表面覆以微孔薄膜制成的復(fù)合濾料可直接實(shí)現(xiàn)表面過濾，不需要事先形成粉塵層，這不僅顯著提高濾料的捕集效率，而且使粉塵粒子只停留于濾料

50、表面，塵餅容易脫落，清灰效果好，可有效地防止濾料的堵塞和結(jié)垢，因而阻力低。覆膜有助于提高濾料的疏水性，提高了對(duì)濕度較大煙氣凈化的適用性。測(cè)試結(jié)果表明，這種覆膜濾料對(duì)0.011.0的粒子，分級(jí)效率可達(dá)9799以上，總效率可達(dá)99.999。覆膜技術(shù)是纖維過濾凈化的一個(gè)發(fā)展方向。4.4.2.4 玻璃纖維濾料玻璃纖維濾料是由熔融的玻璃液拉制而成的，是一種無機(jī)非金屬材料。玻纖的耐溫性好，可以在260280的高溫下使用，可減少結(jié)露的危險(xiǎn)。經(jīng)過特殊表面處理的玻纖濾料，具有柔軟、潤(rùn)滑、疏水等性能，使粉塵容易剝離，僅用反吹風(fēng)方式即可充分達(dá)到清灰的目的。玻纖在280下，其收縮率為0。與有機(jī)合成纖維比較，尺寸穩(wěn)定性

51、優(yōu)越得多，在使用時(shí)不必?fù)?dān)心透氣性與過濾面積的變化以及因收縮而加大布面張力，加速濾袋破損情況的發(fā)生。玻纖有很好的抗腐蝕性，即使在強(qiáng)堿、強(qiáng)酸的煙氣中，對(duì)其使用壽命的影響也很小。總之，玻璃纖維過濾材料具有耐腐蝕、抗結(jié)露、尺寸穩(wěn)定、粉塵剝離性好等優(yōu)點(diǎn)，是處理含濕量高、溫度高、有腐蝕性化學(xué)成分煙塵的理想濾料。用于袋濾式除塵器的玻璃纖維過濾材料主要有玻璃纖維平幅過濾布，玻璃纖維膨體紗過濾布，玻璃纖維針刺氈濾料。玻纖的曲撓性與合成纖維相差很遠(yuǎn)。玻纖作為濾料，必須經(jīng)過表面處理。表面處理工藝可分為前處理和后處理兩類，所謂前處理玻璃纖維過濾布，是將玻璃纖維紗線經(jīng)表面處理后，再織造成玻璃纖維過濾布；而后處理玻璃纖維

52、過濾材料，則是把玻璃纖維紗制成織造織物或非織造織物，然后用表面化學(xué)處理制成的玻璃纖維。目前，對(duì)于玻纖的表面處理，國(guó)內(nèi)主要有以硅油為主；以聚四氟乙烯為主；以硅油、石墨、聚四氟已烯為主；以耐酸和耐腐蝕為主等四大系列表面處埋配方。如玻纖經(jīng)以硅油、石墨、聚四氟乙烯為主要成分的表面處理后，可大幅度提高耐折性和耐磨性，并具有優(yōu)越的耐熱和疏水性。如在配方中引人耐酸成膜劑，可進(jìn)一步提高耐腐蝕性。 4.4.2.5 防靜電濾料對(duì)于過濾用纖維，自身或使用過程中氣流或粒子的摩擦，或多或少量帶亨一定的電荷。我們知道靜電作用可增強(qiáng)纖維過濾效率。但一些纖維、特別是合成纖維極易荷電。如一般丙綸氈表面電阻可達(dá)1×1014，摩擦1min可產(chǎn)生2000V的高壓靜電。靜電放電可產(chǎn)生的