常用過濾材料對微細顆粒過濾性能的研究

劉曉培，鄭 琰，邱乾勝，常德強，毛 寧，柳靜獻

（東北大學，沈陽 110189）

1 前言

以能源消耗為主的現代工業的迅猛發展，帶來了嚴重的大氣污染問題。空氣中含有大量的懸浮微細顆粒物，極易誘發哮喘、慢性鼻炎、肺心病等疾病。尤其近幾年來，人們逐漸意識到，在可吸入顆粒物中，粒徑小于2.5微米的大氣顆粒物（即PM2.5）更可怕，它們甚至會穿過肺泡進入血液，危害到人體的器官。因此，細顆粒物已成為大氣污染物防治的重點。

目前，在我國應用的高效除塵技術有靜電除塵和袋式除塵。近年來隨著環保標準的不斷提高，靜電除塵器因對超細飛灰的捕集率較低，已然不能滿足排放標準的要求。而袋式除塵器能滿足目前苛刻的排放標準。對于袋式除塵技術，濾料是其核心部件之一。目前，市場上的濾料種類很多，本文選擇了幾種典型濾料，通過實驗研究其對微細顆粒物的過濾性能。

2 實驗方法及裝置

2.1 實驗條件及裝置

根據目前市場上濾料的使用情況，選取了7種常用的濾料進行了實驗研究。濾料樣品的性能參數見下表。

樣品的性能參數表

實驗所采用的裝置如圖1所示。該裝置由管道系統、采樣系統、測壓系統和粒子計數系統組成；實驗塵源為室外的大氣塵；濾料樣品直徑為240mm，實際過濾部分直徑為215mm。

圖1 實驗裝置

2.2 實驗方法

本實驗對7種常用的過濾材料的過濾效率和阻力進行了測試。其中，針對空氣中的顆粒物，過濾效率采用計數效率，具體實驗過程如下：

（1）濾料阻力性能測試：調整系統流量為2.16、3.24、4.32、5.4、6.48m3/h，對應濾料的過濾風速為0.5、1、1.5、2、2.5、3m/min時的阻力；

（2）過濾效率測試：使計數器充分自凈，在風速為1m/min的條件下，先測試下游粒子數，再測試上游粒子數；

（3）替換濾料，重復（1）、（2）過程，直至7塊樣品測試完畢。

3 實驗數據與結果分析

3.1 濾料的阻力特性與濾料結構的關系

將7種濾料樣品的阻力進行對比，結果如圖2所示。

圖2 濾料樣品的阻力特性

圖2中的數據顯示，濾料的風速與阻力成線性關系。7種濾料中，樣品6與樣品7分別為PTFE針刺氈覆膜和滌綸覆膜，它們的阻力高于其他濾料；樣品4為PPS水刺氈，其阻力略高于剩余的4種濾料。

3.2 濾料過濾效率與粉塵粒徑的關系

為考察濾料對不同粒徑粉塵的過濾效果，對濾料樣品在風速為1m/min的條件下的過濾效率進行了測試，濾料樣品1、樣品2及樣品4的過濾效果如圖3所示。

圖3 不同濾料在1m/min下的過濾效率

從圖3中可以看出，幾種濾料的測試結果顯示出一致的趨勢。當粉塵粒徑小于1μm時，濾料的過濾效率明顯下降；當粉塵粒徑為1μm時，濾料樣品的過濾效率呈現緩慢上升的趨勢。對2.5μm粒子的過濾效率在75%～88%之間。

3.3 濾料過濾效率與濾料結構的關系

實驗研究了濾料結構對濾料過濾效率的影響，濾料樣品在風速為1m/min的條件下，對2.5μm粉塵的過濾效率數據如圖4所示。

圖4 不同濾料在風速1m/min下對2.5μm顆粒的除塵效率

圖4顯示，除塵效率最高的為樣品2，即PTFE水刺貼層；常規針刺氈、PPS水刺、PPS針刺氈和PTFE針刺氈覆膜的除塵效率相差不大；最低的為P84水刺貼層。實驗中的7種濾料對2.5μm粉塵的除塵效率均低于90%，因此除塵效率尚有很大的提升空間。

4 結論

針對大氣中細微顆粒物的控制，通過實驗手段研究了常規針刺氈、PTFE水刺貼層、P84水刺貼層、PPS水刺、PPS針刺氈、PTFE針刺氈覆膜及滌綸覆膜等7種過濾材料的過濾性能，得到如下結論：

（1）濾料的過濾效率均隨被捕集的顆粒物粒徑的增加而增加，不同濾料對不同粒徑粉塵的除塵效率不同；

（2）濾料的過濾效率與濾料結構有很大關系，PTFE水刺貼層的除塵效率較高，且其阻力較低，效果較好；

（3）PTFE針刺氈覆膜和滌綸覆膜的阻力較高，但其除塵效率并沒隨著阻力的增高而明顯增大，說明該膜質量和覆膜工藝尚需提高；

（4）實驗中所有濾料對超細顆粒物的捕集效率都不高，因而優化濾料結構或開發新型濾料勢在必行。