除尘滤料的覆膜处理对袋式除尘器压力损失的影响

摘要：采用PTFE覆膜和未覆膜处理聚苯硫醚非织造滤料，通过滤料性能测控系统测试和分析了过滤风速和过滤时间对于除尘器压力损失的影响。试验结果表明：除尘器压力损失随着过滤风速的增大和粉尘堆积而增大;在相同风机频率下，除尘滤料覆膜将减少气体流量和降低过滤风速;在相同过滤速度下，覆膜滤料的过滤阻力大于未覆膜滤料的阻力。

袋式除尘器是一种高效的工业除尘设备，其压力损失是气流通过袋式除尘器的流动阻力，决定着除尘系统的能耗、过滤效率和清灰周期[1]，包括设备结构阻力和过滤阻力，主要影响因素有：除尘器的结构、滤袋特性、过滤速度、粉尘特征、清灰方式和烟气温度等[2-5]。赵友军等[6]研究了除尘器结构和过滤介质阻力与过滤速度的关系;丁建东等[7]探索了滤饼层阻力与过滤速度和反吹风速的关系;D.Thomas等[8]研究了粉尘沉积厚度与压力损失的变化。PTFE覆膜滤料，以捕集效率高，清灰效果好的优势正广泛地应用于过滤行业，但是覆膜的缺点在于压力损失会有所增大。本文采用滤料性能测控系统，研究滤料PTFE覆膜处理对压力损失的影响，并探索过滤速度和粉尘沉积、压力损失的关系。

1试验

1.1实验材料与仪器

实验材料：PTFE覆膜和未覆膜处理的聚苯硫醚(PPS)非织造布滤袋(规格：Φ130mm×1000mm);滑石粉(18μm，上海亮江钛白化工制品有限公司)。表1为两种滤料的基本性能。

实验仪器：滤料性能测控系统(洁华控股股份有限公司)，该系统是一套模仿工业用袋式除尘器的仪器，可在线检测滤料的工作性能。它采用滤袋过滤系统，由风机抽风、粉尘加料器加灰、空气预热器加热来进行定量定温过滤粉尘测试滤袋材质的性能。图1是该系统的示意图，箱体中装6个圆袋式滤袋，3个一排分别排列在箱体中，此装置属于下进风外滤式除尘器。

此装置通过风机使空气进入除尘器，风量通过控制风机频率来控制，范围从5～50Hz，在整个装置中安装有浓度测试仪，检测过滤后气体浓度;通过流量测试仪，可以计算出过滤风速;进出口压差和花板压差的监控可以实时发现除尘器中压力变化;在滤袋的底部还装有压力传感器，可以测试清灰时的瞬时压力变化。

1.2试验方法

清洁滤料性能测试：清洁滤料的压力损失与过滤风速的关系体现着滤料本身的性能。先将6个PTFE覆膜聚苯硫醚滤袋装置在除尘器箱体中。选择不同的过滤速度(通过调节风机频率来控制)，由于覆膜滤料的过滤速度不能过大，最终选择相对较小的5个风机频率(5、10、15、20、25Hz)，待风速稳定后，运行设备。过滤风速可以由相应的流量来确定，压力损失由进出口压差确定。对照组未覆膜处理的聚苯硫醚滤袋也进行相应的实验。

含尘滤料压力测试：当粉尘进入滤料，并且形成粉尘层，滤袋的压力损失会发生变化。将覆膜滤袋装置在除尘器箱体中，实验在一定的风速下进行，选择滑石粉作为粉尘，按200g/15min的标准加料，过滤时间10h，记录这10h进出口压差的实时数据。将对照组未覆膜处理的聚苯硫醚滤袋也进行相应的实验。

2结果与讨论

2.1覆膜处理在清洁状态下对压力损失的影响

除尘器的进出口压差即表示除尘器的压力损失，清洁滤料试验中包括结构阻力和过滤介质的阻力。除尘器的总阻力：ΔP=ΔPc+ΔPf=ΔPc+ΔP0+ΔPd。ΔPc-结构阻力损失，Pa;ΔPf-过滤阻力损失，Pa;ΔP0-过滤介质阻力损失;ΔPd-粉尘层的阻力损失。

结构阻力与除尘器的设计有关，是气流的沿程损失，主要由气流的流动速度和密度等因素决定。过滤介质的阻力损失是任一流速下过滤介质两端的压力降，与粉尘无关，可以反映滤料的特性，在相同厚度、孔隙率和纤维直径下，其阻力与过滤速度成正比。粉尘层的阻力与粉尘的单位含尘量、黏度和过滤速度有关。

过滤速度是含尘气流通过滤布时的速度，表达式：V=Q/(S˙60)，其中：Q—处理风量(m3/h);V—过滤速度(m/min);S—总过滤面积(m2)。

按照上述表达式分别计算两种滤料在不同风机频率下的过滤风速，表2为过滤风速的计算结果。

由表2可知，风机风量决定着风机的送风量，在相同频率下，通过不同滤料的风量不同，过滤速度也不同，覆膜滤料的处理风量和过滤速度都小于未覆膜处理滤料，原因是覆膜滤料表面的膜孔隙微小而致密(如图2所示)，微孔膜阻碍了气流通过滤料，从而导致过滤速度的减小，未覆膜处理的滤料纤维间孔隙大，透气性好。

图3是PTFE覆膜滤袋和未覆膜滤袋的压力损失随过滤风速的变化。从图3可知，除尘器在清洁状态下的进出口压力损失随着过滤速度的增大而增大。滤料的覆膜处理对除尘器的压力损失有明显的影响，其压力损失大于未覆膜处理滤料。覆膜和未覆膜处理滤料拟合曲线分别为：y=204.6x+778.1和y=98.0x+777.4，都具有很好的线性相关性，其相关系数分别为R2=0.96和R2=0.92，说明过滤速度和压力损失呈线性关系。从拟合曲线中可以看出覆膜滤料的斜率(k=204.6)大于未覆膜滤料(k=98.0)，表明覆膜滤料相比未覆膜滤料，其压力损失随着过滤风速的增加上升幅度更大，因此覆膜滤料宜选择较小风速。

2.2覆膜处理在粉尘状态下对压力损失的影响

图4是滤料的压力损失随过滤时间的变化。图4可知，随着过滤时间的增加，粉尘在滤袋上堆积，在前4h里，粉尘堆积使得除尘器的压力损失迅速提高，PTFE覆膜滤料和未腹膜滤料分别提高了10%和16%，随后压力损失的增长趋于平缓。除尘器在前4h过滤过程中，粉尘主要起着填充滤料孔隙的作用，4h后是粉尘层逐渐增厚的时期。在前4h里覆膜滤料的压力损失大于未覆膜滤料的压力损失，在这之后，未覆膜滤料的压力损失大于覆膜滤料。如图5为覆膜滤料和未覆膜处理滤料在10h后的粉尘层扫描电镜图片，从图5中可知：覆膜滤料的粉尘层整齐而致密，并且未见纤维裸露，说明PTFE微孔膜阻隔了滤料和粉尘。未覆膜处理的滤料清晰可见裸露在外的纤维，粉尘填充在纤维周围，粉尘层相对松散，当粉尘层形成后，粉尘层成为了阻力损失的主体，未覆膜滤料上纤维杂乱易于堆积粉尘，导致粉尘层更易增厚，从而在后期未覆膜滤料的压力损失大于覆膜滤料。因此滤料的覆膜处理，并未造成较大的压力损失，反而微孔膜的存在利于清灰，使压力损失有所下降。

3结论

a)  除尘器的压力损失与过滤风速呈线性关系，在相同过滤速度下，覆膜滤料的阻力损失大于未覆膜滤料。覆膜滤料的压力损失，随着过滤风速的增加上升幅度更大，因此覆膜滤料适宜选择较小风速。

b) 在实际过滤过程中，粉尘层成为阻力增加的主因，覆膜滤料易于清灰使之压力损失比未覆膜处理滤料的小，因此滤料的覆膜处理更具优势。