常用过滤材料对微细颗粒过滤性能的研究

刘晓培，郑 琰，邱乾胜，常德强，毛 宁，柳静献

（东北大学，沈阳 110189）

1 前言

以能源消耗为主的现代工业的迅猛发展，带来了严重的大气污染问题。空气中含有大量的悬浮微细颗粒物，极易诱发哮喘、慢性鼻炎、肺心病等疾病。尤其近几年来，人们逐渐意识到，在可吸入颗粒物中，粒径小于2.5微米的大气颗粒物（即PM2.5）更可怕，它们甚至会穿过肺泡进入血液，危害到人体的器官。因此，细颗粒物已成为大气污染物防治的重点。

目前，在我国应用的高效除尘技术有静电除尘和袋式除尘。近年来随着环保标准的不断提高，静电除尘器因对超细飞灰的捕集率较低，已然不能满足排放标准的要求。而袋式除尘器能满足目前苛刻的排放标准。对于袋式除尘技术，滤料是其核心部件之一。目前，市场上的滤料种类很多，本文选择了几种典型滤料，通过实验研究其对微细颗粒物的过滤性能。

2 实验方法及装置

2.1 实验条件及装置

根据目前市场上滤料的使用情况，选取了7种常用的滤料进行了实验研究。滤料样品的性能参数见下表。

样品的性能参数表

实验所采用的装置如图1所示。该装置由管道系统、采样系统、测压系统和粒子计数系统组成；实验尘源为室外的大气尘；滤料样品直径为240mm，实际过滤部分直径为215mm。

图1 实验装置

2.2 实验方法

本实验对7种常用的过滤材料的过滤效率和阻力进行了测试。其中，针对空气中的颗粒物，过滤效率采用计数效率，具体实验过程如下：

（1）滤料阻力性能测试：调整系统流量为2.16、3.24、4.32、5.4、6.48m3/h，对应滤料的过滤风速为0.5、1、1.5、2、2.5、3m/min时的阻力；

（2）过滤效率测试：使计数器充分自净，在风速为1m/min的条件下，先测试下游粒子数，再测试上游粒子数；

（3）替换滤料，重复（1）、（2）过程，直至7块样品测试完毕。

3 实验数据与结果分析

3.1 滤料的阻力特性与滤料结构的关系

将7种滤料样品的阻力进行对比，结果如图2所示。

图2 滤料样品的阻力特性

图2中的数据显示，滤料的风速与阻力成线性关系。7种滤料中，样品6与样品7分别为PTFE针刺毡覆膜和涤纶覆膜，它们的阻力高于其他滤料；样品4为PPS水刺毡，其阻力略高于剩余的4种滤料。

3.2 滤料过滤效率与粉尘粒径的关系

为考察滤料对不同粒径粉尘的过滤效果，对滤料样品在风速为1m/min的条件下的过滤效率进行了测试，滤料样品1、样品2及样品4的过滤效果如图3所示。

图3 不同滤料在1m/min下的过滤效率

从图3中可以看出，几种滤料的测试结果显示出一致的趋势。当粉尘粒径小于1μm时，滤料的过滤效率明显下降；当粉尘粒径为1μm时，滤料样品的过滤效率呈现缓慢上升的趋势。对2.5μm粒子的过滤效率在75%～88%之间。

3.3 滤料过滤效率与滤料结构的关系

实验研究了滤料结构对滤料过滤效率的影响，滤料样品在风速为1m/min的条件下，对2.5μm粉尘的过滤效率数据如图4所示。

图4 不同滤料在风速1m/min下对2.5μm颗粒的除尘效率

图4显示，除尘效率最高的为样品2，即PTFE水刺贴层；常规针刺毡、PPS水刺、PPS针刺毡和PTFE针刺毡覆膜的除尘效率相差不大；最低的为P84水刺贴层。实验中的7种滤料对2.5μm粉尘的除尘效率均低于90%，因此除尘效率尚有很大的提升空间。

4 结论

针对大气中细微颗粒物的控制，通过实验手段研究了常规针刺毡、PTFE水刺贴层、P84水刺贴层、PPS水刺、PPS针刺毡、PTFE针刺毡覆膜及涤纶覆膜等7种过滤材料的过滤性能，得到如下结论：

（1）滤料的过滤效率均随被捕集的颗粒物粒径的增加而增加，不同滤料对不同粒径粉尘的除尘效率不同；

（2）滤料的过滤效率与滤料结构有很大关系，PTFE水刺贴层的除尘效率较高，且其阻力较低，效果较好；

（3）PTFE针刺毡覆膜和涤纶覆膜的阻力较高，但其除尘效率并没随着阻力的增高而明显增大，说明该膜质量和覆膜工艺尚需提高；

（4）实验中所有滤料对超细颗粒物的捕集效率都不高，因而优化滤料结构或开发新型滤料势在必行。