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除尘布袋过滤机理
 

一、孤立体捕集机理


   纤维层滤料由众多单纤维构成,首先研究单一纤维的捕集机理。当含尘气流绕流纤维体时,发生拦截效应、惯性效应、扩散效应、静电效应、重力效应,从而捕集尘粒,如图2 -1所示。
  1惯性效应 
    当尘粒沿流线运动接近纤维体时,气体绕流,而较大质量的尘粒受惯性力作用偏离流线,切向运动,与纤维碰撞而截留。 
  2拦截效应
    当尘粒沿流线运动接近纤维体时,大多数细小的尘粒随气流绕流,只有半径大于或等于尘粒中心至纤维边缘之间距离的尘粒,被纤维拦截钩附。
  3.扩散效应
    粒径≤0.1μm的微粒在流体分子热运动的作用下产生不规则的布朗扩散,脱离流线,被纤维捕集。对于0. lμm的微粒,在常温下每秒扩散距离可达17 μm。粒径越小、含尘气体温度越高,扩散效益越明显。
  4静电效应
    因受摩擦感应或外加电场的作用,使尘粒或纤维荷电,当两者电荷极性相反时,在库仑力的作用下,尘粒被纤维吸引而捕集。
  5重力效应
    当尘粒粒径较大、质量较重,而气流速度较小时,尘粒在重力作用下,脱离运动轨迹,沉落纤维表面而捕集。
    此外,还有分子间吸引的范德华效应、温差造成的热致迁移效应、浓度差异引起的浓度扩散效应。
    以上各种捕集效应是以单一纤维作孤立捕集体来描述的,实际上,起过滤作用的是按一定组织结构排列的众多纤维集合体,纤维之相互发生影响。同时,过滤。过程通常不是一种效应起作刊用,而是多种效应同时起作用,各种捕集效应所起的捕集作用因尘粒大小、流速高低而异。 
    可见,对粒径大于1.0μm的尘粒,以惯性碰撞、重力和拦截效应为主,对粒径小于0. 2μm的尘粒,以分子扩散和静电效应为主;当流速大于15cm/s时,惯性碰撞作用加强,当流速小于5 cm/s时,重力、拦截、扩散效应明显。

    二、纤维层过滤机理

纤维层是由众多单纤维或纱线按一定组织结构排列构成的多孔集合体。纤维层的过滤机理除了上述惯性效应、拦截效应、扩散效应、静电效应、重力效应之外,还有筛孔效应。

    含尘气流通过纤维层时,气体中粒径大于纤维、纱线间孔隙或尘间孔径的粉尘,即被筛分捕集,此谓筛分效应。

    在工业除尘领域,常用的纤维层滤料有机织布和针刺毡两大类。这两类纤维层滤料的组织结构和制造工艺并不一样,初期的过滤机理也不相同。 

  1机织布纤维层过滤机理

机织布是由纤维纺成纱线,再用纱线织成多种织纹的二维平面结构纤维集合体。机织布的纤维层较薄,通常厚度小于1mm,纤维间抱合紧密而孔隙小,线间交叉孔隙较大,孔道直通,孔径约为30~60μm,总体空隙率约为35%~50%,其中实际起透气及过滤作用的线间空隙仅为30~40%。含尘气流通过纤维层时,粉尘主要受惯性效应、拦截效应、扩散效应、以及筛分效应的综合作用。部分尘粒依附于纤维表面,被勾留堆积,进而桥接,衍生出粉尘层,部分细微尘粒穿透纤维层。清灰再生时,由于纤维层内孔道平直,积灰容易松动离散。从过滤机理分析,机织布纤维层的初期过滤虽有一定体过滤作用,但更接近面过滤作用。

  2.针刺毡纤维层过滤机理

针刺毡是将纤维用机械或化学方式压延络全,或将纤维成网(絮棉)叠合,再用针刺(或水刺)交勾络全制成的三维空间结构纤维集合体。

针刺毡纤维层较厚,通常厚度为1.5~2.5mm,纤维间形成空隙结构,孔道曲折,分布均匀,孔径约为10~40μm,孔隙率可达70~80%。含尘气流通过纤维层时,粉尘主要受惯性效应、拦截效应、扩散效应以及筛分效应的综合作用。部分尘粒被纤维依附勾留,部分尘粒渗入纤维层内部孔隙,与纤维构成铜雀台娱乐捕集体,继而向表面扩展,形成粉尘层,少部分细微尘穿透纤维层。清灰再生时,由于纤维层内孔道曲折,积尘不易松动逃逸。从过滤机理分析,初期针刺毡纤维层的过滤机理与空气过滤器类似,以体过滤为主,随着表面粉尘层的建立,逐渐向面过滤过渡。

三、容尘纤维过滤机理

纤维层滤料的设计孔径为20~60μm,难以捕集细粉尘,实验室测试其初期过滤效率仅为50~80%,显然不能满足工业除尘的要求。

作为高效除尘设备的袋式除尘器,纤维层滤料的真正过滤作用是依靠黏附于纤维层表面的一次粉尘层。袋式除尘器投运以后,随着过滤进程,以清洁滤料纤维层为“核心”,衍生出粉尘层。初期建立的粉尘层是不稳固的,清灰后容易松动脱落,但总有部分尘粒残留在纤维层表面,经过多次过滤——清灰,逐步形成清灰后不再剥离的稳定粉尘层,称为一次粉尘层。建立一次粉尘层后的清洁纤维层称为容尘纤维层。一次粉尘层是由细粒尘组成的多孔结构,已与滤料表层纤维黏附成一体。容尘纤维层与清洁纤维层相比,孔径小、孔道弯曲、孔隙率降低,从过滤机理分析,即使对微粒1μm以下的微粒尘,也可达到99.9%的过滤效峦柑ㄓ槔郑

四、覆膜纤维层过滤机理

覆膜滤料是将一层膨化聚四氟乙烯微孔薄膜(ePTFE膜)用热压或胶黏等方法复合

在常规纤维层滤料表面制成的高端除尘滤料。ePTFE膜呈立体网状结构,孔形不规则,孔道弯曲,孔径仅为0.2~3.0μm,孔隙率可达80~90%,是至今最为合理的纤维类微孔结构。在过滤机理上,除了共有的惯性、拦截、扩散、静电等常规效应外,筛孔效应起主导作用。以此微孔薄膜代替一次粉尘层,即使在过滤初期,细微尘粒也难以渗入纤维层内部,实现名副其实的面过滤。其过滤效率可达99.99%,比非覆膜常规滤料高一个数量级。ePTFE膜具有不黏性,表面张力低,具有极佳的清灰剥离性能。

对常规纤维层滤料表面采取压光、烧毛、涂膜等后处理措施,以及开发高密面层梯度结构纤维层滤料,都是旨在改善纤维层滤料表面微孔结构,尽量减少粉尘在纤维层内沉积,实现由体过滤向表面过滤的转化,只是其效果仍比不上覆膜滤料优良。



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