[提要] 薄膜復(fù)合濾料是國外近年發(fā)展起來的新一代產(chǎn)品，用在袋式除塵器如空氣過濾器上，具有凈化效率高、運(yùn)行阻力低、清灰容易、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本文論述了我國新開發(fā)的復(fù)合濾料的性能和試驗(yàn)原理，提供了很有價(jià)值的效率，阻力和剝離等性能參數(shù)，并提出了有關(guān)的計(jì)算式。

　　1. 前言

　　袋式除塵器（包括空氣過濾器）常用的濾料是毛織品、合成纖維、玻璃纖維等。運(yùn)用的過濾機(jī)理有慣性碰撞、截留、擴(kuò)散、靜電等。其除塵效率高，對(duì)于1μm左右粒徑的塵粒，可達(dá)98~99%以上。 常用的袋式除塵器過濾原理示于圖1。含塵氣體通過濾料時(shí)，由于多種過濾機(jī)理的作用，塵粒從氣體中分離，并會(huì)深入到濾料深層，使濾料纖維間隙逐漸減小，并在濾料表面形成粉塵初層和集塵層。袋式除塵器正是依靠粉塵初層和集塵層，能夠達(dá)到很高的除塵效率。但是。由于粉塵深入濾料深層，以及濾料表面形成的粉塵層，使袋式除塵器的阻力變得相當(dāng)高。 袋式除塵器阻力 ΔP可以用下式表示： ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3 Pa (1) 其中，ΔP1、ΔP2、ΔP3分別為除塵器結(jié)構(gòu)阻力、濾料本身阻力和粉塵層阻力。在袋式除塵器結(jié)構(gòu)、濾料及結(jié)構(gòu)、處理風(fēng)量、過濾風(fēng)速、氣體參數(shù)一定時(shí)，ΔP1和ΔP2均為定值，即這兩部分阻力無法調(diào)整。 粉塵層阻力ΔP3可以用下式確定： ΔP3=α.δ. ρ.μ. ν/60 [Pa] (2) 式中α——粉法層的平均比阻，m/kg； δ——粉塵層厚度，m； ρ——粉塵密度，kg/m3； μ——處理氣體的動(dòng)力粘度，Pa，S； ν——過濾風(fēng)速，m/min； ΔP3也可表示為： ΔP3=αμy1ντ60－2 [Pa] （3） 式中τ——濾袋的連續(xù)過濾時(shí)間，S； y1——除塵器進(jìn)口含塵濃度kg/m3；除塵器處理的氣體和粉塵確定之后，α和μ保持不變。在進(jìn)口濃度y1確定后，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間τ和μ制約著ΔP3，要減低運(yùn)行阻力，不是降低過濾風(fēng)速v就是降低連續(xù)運(yùn)行時(shí)間τ（清灰時(shí)間間隔）。必須付出的代價(jià)是：過濾面積增加，而使除塵器結(jié)構(gòu)龐大；頻繁清灰而使清灰能耗增大，并使濾袋使用壽命縮短。從式（3）還可以得出，其他條件不變時(shí)，除塵器進(jìn)品含塵濃度愈高，ΔP3值愈高；清灰要頻繁才能降低運(yùn)行阻力。

　　上述分析說明，要保證除塵效率，又要降低運(yùn)行阻力（即能耗），又要延長使用壽命，需要對(duì)傳統(tǒng)濾料進(jìn)行一次“革命”，即要找出一種濾料，使其能既保證高的除塵效率，又能夠大大減少濾料表面的粉塵堆積量，即減小其厚度和濾料的深層粉塵，實(shí)現(xiàn)表面過濾，以使運(yùn)行阻力減小，并延長濾袋的使用壽命。

　　上海市凌橋環(huán)保設(shè)備廠研制成功了用聚四氟乙烯作為原料，經(jīng)過特殊工藝制成微孔薄膜并復(fù)合在基布鞋表面的復(fù)合濾料。為了掌握這種新型濾料的特性，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了袋式除塵器試驗(yàn)臺(tái)架，并對(duì)整機(jī)進(jìn)行了一年多的試驗(yàn)研究，著重對(duì)濾袋的除塵效率、阻力進(jìn)行了實(shí)測。期間，還委托東北大學(xué)對(duì)濾袋的剝離率作了專項(xiàng)測定，取得了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并從中總結(jié)出了一些規(guī)律。這些數(shù)據(jù)及其所表明的規(guī)律，對(duì)于我國袋式除塵器技術(shù)水平提高，復(fù)合濾料的工業(yè)應(yīng)用是有價(jià)值的。

　　2. 實(shí)驗(yàn)原理和裝置 為了提高可比性，復(fù)合濾料制作的濾袋和普通的濾袋（濾袋的基布鞋是同一廠家的產(chǎn)品）被分別安裝在兩臺(tái)相同型號(hào)的同一結(jié)構(gòu)的脈沖除塵器上。兩臺(tái)除塵器各有標(biāo)準(zhǔn)圓袋24條，每袋過濾面積為14.4m2。兩臺(tái)除法器同時(shí)進(jìn)行測定，并保證每次測定時(shí)，兩面三刀臺(tái)除塵器的進(jìn)口含塵濃度、過濾風(fēng)速相同、脈沖壓力、寬度和周期相等。試驗(yàn)裝置原理見圖2。 1——袋式除塵器 2——風(fēng)機(jī) 3風(fēng)量調(diào)節(jié)閥 4——采樣儀 5——微壓計(jì) 6——濾膜采樣器 7——采樣嘴 8——畢托管 9——U型管壓差計(jì) 10——喂灰裝置 圖2試驗(yàn)裝置圖 兩臺(tái)風(fēng)機(jī)是高壓離心風(fēng)機(jī)，壓縮空氣由專用空壓機(jī)提供。調(diào)節(jié)風(fēng)量采用特殊型號(hào)的調(diào)節(jié)閥。采用的粉塵濃度測定儀為靜壓平衡型。風(fēng)量測定采用動(dòng)壓法，測點(diǎn)布置和測定方法均提案 國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。

　　2.1除塵效率的測定 除塵效率η采用濃度法進(jìn)行測定，即 η=×100% 式中y1——除塵器進(jìn)口含塵濃度，g/m3； y2——除塵器出口含塵濃度，g/m3； 由于除塵器和法蘭連接處采用嚴(yán)格的密封措施，因此可不對(duì)式（4）作漏風(fēng)率修正。 試驗(yàn)裝置采用一臺(tái)喂灰器同時(shí)供兩臺(tái)除塵器使用，兩臺(tái)除塵器的進(jìn)口含塵濃度y1經(jīng)采取措施，保持相等。 y1和y2分別由以下二式確定： y1=△τmg/m3 (5) y2= (6) 式中G——加灰量，g； τ——加灰時(shí)間，s； L——采樣流量，Nm3/s； X1X2——采樣儀累積流量計(jì)初、終讀數(shù)，m3； K——流量計(jì)讀數(shù)修正系數(shù)： G1G2——濾膜初、終重，g； P——采樣儀負(fù)壓表讀數(shù)，mmHg； B——當(dāng)?shù)卮髿鈮褐担琺mHg； T0——取273°，P0——取760mmHg。 風(fēng)量L按下式計(jì)算 式中 Pd——動(dòng)壓值，Pa； ρ0——換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體密度，kg/m3; F——測量斷面面積，m3; 采用的是標(biāo)準(zhǔn)畢托管，并經(jīng)標(biāo)定，故式（7）不需作修正。式（7）中的Pd是平均值。 除塵效率試驗(yàn)結(jié)果表示于圖3。

　　2.2濾袋阻力的測定 濾袋的阻力由布置在濾袋內(nèi)、外兩側(cè)的靜壓探頭并通過U型管的示值直接測得。 P=Pw-PI （8） 式中Pw、PI分別為濾袋外內(nèi)的壓力（Pa）。 顯然式（8）適用于外濾式布袋除塵器。

　　2.3粉塵剝離率性的測定 對(duì)于不同濾料在清灰時(shí)粉塵剝離效果的評(píng)定，從不同的角度考慮可以采用不同的方法。不論采用哪種評(píng)定方法，從式（2）、（3）和（4）都可以看出，采用清灰前后濾袋阻力的變化值能夠比較不同條件下濾袋的粉塵剝離能力。為了提高，可比性，委托東北大學(xué)測定了剝離率。復(fù)合濾料的效果有明顯提高。

　　3 試驗(yàn)步驟 為了提高可比性，整個(gè)試驗(yàn)測定過程分三個(gè)不同的階段。第一階段試驗(yàn)粉塵采用滑動(dòng)性好、粘附性較差的滑石粉，第二和第三階段分別采用滑動(dòng)性較差，粘附性較強(qiáng)的碳素粉和電爐粉塵類。 在這三個(gè)階段測試過程中，又分為預(yù)試驗(yàn)和正式試驗(yàn)階段，每次預(yù)試驗(yàn)時(shí)間為1個(gè)月多。預(yù)試驗(yàn)的目的是，觀察不同濾料的兩臺(tái)除塵器阻力和效率變化，并使除塵器運(yùn)行工況充分穩(wěn)定。

　　試驗(yàn)工況分成二組，一組是使過濾風(fēng)速保持不變，改變進(jìn)口含塵濃度，以觀察除塵效率、阻力。另一組除塵器進(jìn)口含塵濃度不變，僅改變過濾風(fēng)速，以尋找除塵效率、阻力隨過濾風(fēng)速而變化的規(guī)律。 試驗(yàn)時(shí)平行采樣兩次，如除塵效率前后相對(duì)誤差超過2%，則重新測定。

　　此外，試驗(yàn)過程中由于管路特性變化而影響風(fēng)量。因此試驗(yàn)時(shí)還需調(diào)節(jié)風(fēng)閥開啟度，隨時(shí)保證兩臺(tái)除塵器的處理風(fēng)量相等，使過濾風(fēng)速保持相同。 在試驗(yàn)過程中遇到許多問題，試驗(yàn)人員經(jīng)過努力將這些問題都有效地解決了。例如，現(xiàn)有的靜壓平衡采樣儀連續(xù)運(yùn)行不能超過30分鐘，這限制了濾膜的增生，為此對(duì)兩臺(tái)采樣儀進(jìn)行了較大的改造，使采樣時(shí)間超過40min也不致燒壞。

　　4 試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)一年多，取得了大量數(shù)據(jù)。本文限于篇幅，并又能說明問題，只列出了滑石粉為試驗(yàn)粉塵的試驗(yàn)結(jié)果。并表示于圖3和圖表。 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析可得：普通濾料η=（1-3.38y1-0.96v1.96×10-3）×100% （9） 復(fù)合濾料η=（1-8.31y1-0.90v0.37×10-4）×100% （10）

　　5 分析意見 與普通濾料相比，復(fù)合濾料的優(yōu)越性是明顯的。

　?。?） 復(fù)（2） 合濾料的除塵效率明顯高于普通濾料 不論采用滑石粉或碳素粉作為試驗(yàn)粉塵，不論參數(shù)（如過濾風(fēng)速）怎樣變化，復(fù)合濾料的除塵效率明業(yè)高于普通濾料，一般高約0.5個(gè)數(shù)量級(jí)。普通濾料的排放濃度則比復(fù)合濾料高3~4倍以上。其經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益明顯。

　　（3） 復(fù)（4） 合濾料的阻力明業(yè)低于普通濾料　復(fù)合濾料的過濾機(jī)理是表面過濾，且粉塵層的剝離效果遠(yuǎn)好于普通濾料，因此剝離效果好，比非復(fù)合膜的濾料高約12%。其好處是，降低了袋式除塵器的阻力，可延長清灰周期，即減少清灰次數(shù)（即頻率），從而節(jié)省清灰用的逆氣流能源消耗，更重要的是延長了布袋及清灰裝置的使用壽命。并為處理高濕度含塵氣體帶來了寬廣的應(yīng)用前景。

　　（5） 入口濃度對(duì)除塵效率的影響 從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，除塵器入口含塵濃度對(duì)除塵效率是有影響聽，其規(guī)律是，除塵效率隨入口濃度的增大而提高。復(fù)合濾料和普通濾料遵循的規(guī)律大致相同，而且復(fù)合濾料更為明業(yè)。這一特點(diǎn)對(duì)處理高濃度含塵氣體具有重要的工業(yè)實(shí)用意義。

　　（6） 過濾風(fēng)速對(duì)除塵效率的影響 在過濾風(fēng)速小于0.5m/min時(shí)，復(fù)合濾料和普通濾料的除塵效率隨過濾風(fēng)速的影響并不明顯。隨著過濾風(fēng)速不斷提高，普通濾料的除塵效率變化明顯，而復(fù)合濾料的除塵效率變化很小。這一試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合濾料可采用較高的過濾風(fēng)速運(yùn)行，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義是很明顯的。