表面活性剂对金属过滤器效率的影响

2014-08-15

应用能源技术 2014年11期

(中广核工程有限公司，广东深圳 518124)

0 引言

金属填料型洗涤过滤器其除尘机理是通过淋水在填料表面形成水膜，带有灰尘的空气通过填料时，较大的颗粒直接撞击到液膜上被捕获，较小的颗粒也通过空气与液膜的表面接触被液膜捕获。填料式除尘器适用于清除滑动性良好的尘埃，并且兼有气体冷却或吸收作用。

金属填料洗涤过滤器是一种自净湿式过滤器。对于湿式过滤器，通过淋水(或其它溶液)，在过滤材料表面形成液膜，空气中的杂质(包括固体和液体)被液膜捕获，然后被淋下来的水(或其他溶液)带走，流入集水(液)槽后可以集中处理，以避免污染循环的水(液体)。

液体滴在固体表面上，此液体在固体表面可铺展形成一薄层或以一小液滴的形式停留于固体表面。我们称前者为完全润湿，后者为不完全润湿或部分润湿。若在固、液、气三相交界处，作气-液界面的切线，自此切线经过液体内部到达固-液交界线之间的夹角，被称之为接触角(contactangle)，以θ表示之，如图1所示。

图1 不完全润湿形成接触角θ

若用θ和θ’分别表示液体对固体的接触角和气体对固体的接触角。如图2所示θ<90°固体是亲液固体，反之，θ>90°固体是疏液的。但无论何中情况，θ+θ’都是180°。由此可见，气体对固体的“润湿性”与液体对固体的润湿性恰好相反。利用接触角的大小来判断液体对固体的润湿性具有简明、方便直观的优点，但不能反映润湿过程的能量变化。

图2 气液、固液表面的接触角

生物表面活性剂是指由细菌、酵母和真菌等多种微生物生产的具有表面活性剂特征的化合物。我们也可以用表面活性剂对固体表面进行处理，使其表面吸附一层表面活性剂，来改变固体的表面能的大小。这意味着，我们可以采用添加表面活性剂改变固-液，固-气和液-气三个界面的界面张力来调整固体的润湿性能。我们称能使液体润湿或加速润湿固体表面的表面活性剂为润湿剂。

1 表面活性剂改善填料表面润湿状况的实验研究目的

由于金属填料内部结构复杂，为了揭示填料中真实发生的捕捉和过滤过程，进行实验研究并积累一定数量的实验数据是必不可少的手段。

2 实验研究方法

实验是在室内进行，尘源为大气尘，过滤处理后的空气被排到室外。采用的填料为规整式金属波纹刺孔填料，填料表面经过防腐处理。选用了两种比表面积的填料它们分别是500+500(由两个比表面积为500的10 cm厚的填料串联而成)、500+700(由比表面积分别为500和700的10 cm厚的填料串联而成)，两种填料的截面都为590×570 mm(为配合实验台)。尺寸如图3所示。

图3 实验填料尺寸

图4 金属填料过滤器图片

通过加入少量润湿剂，可以有效的减少水的表面张力，提高水对金属表面的润湿特性，使水膜的布置更加均匀，进而进一步增大水膜面积，提高除尘效率。研究使用十二烷基磺酸钠作为润湿剂(属于阴离子表面活性剂)，进行实验研究。

实验中对比表面积为500+500和500+700的两块填料进行了表面活性剂实验，实验测试条件是迎面风速为2.5 m/s，淋水密度为1.89 kg/m2s，活性剂浓度为0.1 g/L。

2.1 试验台

风系统由原有实验台的风道、变频风机、喷嘴流量计组成，为实验提供通过填料过滤器的不同的断面风速。

水系统由管道、布水器、调节阀、浮子流量计、水泵、集液槽组成。

测量系统由微压计、激光粒子计数器组成，分别测量不同状态下填料的阻力、过滤效率。

2.2 试验数据及分析

试验数据及分析，如图5～7所示。

图5 比表面积500+700表面活性对比

图6 阻力对比

实验对比数据如图4～图6所示。从表中可以看出：加入表面活性剂以后，对于粒径较大的颗粒，加润湿剂与不加润湿剂的差别不大，但对于1 μm的颗粒，过滤效率有很大提高，对于两种填料的1 μm的过滤效率提高分别为84.8%和97.9%。这主要是因为，由于金属填料表面的液膜布置更加均匀，液膜有效面积增大，并且由于表面活性剂的使用，改善了颗粒与水之间的浸润，换句话说就是不容易为液膜捕获的小粒径的颗粒也更容易粘在液膜上，因此对于小颗粒的过滤效率有较大的提高。值得一提的是，表面活性剂的使用使金属填料过滤器的效率有很大提高，而阻力的影响不大。

实验中还发现，使用十二烷基磺酸钠作为润湿剂会生成泡沫，从而加重带液，这也是对于较大粒径的粒子有可能加入润湿剂反而降低过滤效率的原因。因此在实际应用当中，应选用无泡型润湿剂。