机加工车间不同静电过滤器对颗粒物净化性能的实验分析

白建民　马勇

摘 要：油雾是机加工车间空气中的首要污染物，影响着加工工件的清洁度、精密设备的运行、车间环境的治理以及工人的工作效率及身体健康。为了更有效过滤回风中的油雾颗粒以及净化回风空气，从改善空调箱过滤装置的角度出发，研究对比了两种静电过滤器对油雾颗粒/VOC的过滤净化效率。同一风速下，上游的油雾颗粒浓度越大，两种静电过滤器的过滤效率越高，其中IFD静电过滤器对油雾颗粒的过滤性能更好;在净化VOC方面，因AC系列静电过滤器的臭氧自发生量更高，因此其对VOC的去除效果更佳。

关键词：油雾;静电过滤器;过滤性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.018

0 引言

机械加工设备在对金属或其他材料的坯料进行加工的过程中，将散发大量热量，常使用具有冷却、润滑、洗涤、防锈等功能的工艺润滑油（如金属加工液）对工件进行润滑和降温，以使其获得一定形状和精度[1]。但与此同时金属切削液在高温下易产生大量油雾并弥漫于加工车间内，既危害到人体健康又影响工作效率，即使油雾浓度仅为0. 41～0. 55 mg/m3，工人长期接触这种油雾仍会导致慢性支气管炎、胸部不适和气道刺激等[2-3]。

机械加工车间的首要污染物是金属切削液雾化或蒸发到空气中的油雾，其次是金属切削液在高温作用下衍生出的VOC有害气体。另一方面对有舒适性空调的现代化机械加工车间，多采用空调箱集中回风形式对车间内的空气进行热湿处理，与此同时车间内的油雾和VOC也会从回风口进入空调箱，若在空调箱内安装静电过滤器，既可以过滤油雾颗粒又可以对VOC起到净化作用。

本文旨在利用某空气过滤器试验台进行实验研究，采用不同静电过滤器对油雾颗粒等进行净化处理，比较不同类型的静电过滤器对油雾颗粒和金属加工液衍生有害气体的净化效果，因此首先利用过滤器性能测试台对AC系列静电过滤器与IFD静电过滤器进行一些列实验测试，以研究两者对油雾和VOC的处理效果，为后续在机械加工车间的空调箱内加装静电过滤装置提供一些参考。

1 静电过滤器对油雾颗粒/VOC的净化机理

静电过滤器除颗粒物的机理大致相同，都是先利用高压放电使颗粒物荷电，然后在电场力的作用下使荷电颗粒物聚集于集尘模块内，静电过滤器对颗粒物的净化原理如图1所示。

静电过滤器对有害气体也能起到去除的作用是因为其在通电情况下会产生一定的量的臭氧，臭氧自身的强氧化性可以与甲醛、苯等可挥发性行有机化合物发生化学反应，其反应过程如公式（1）和（2）所示[4]。

由公式1和公式2可知：臭氧氧化甲苯等可挥发性有机化合物的过程中，臭氧既发生着自分解反应，又与甲苯等可挥发性有机化合物发生着复杂的化学反应，根据相关资料显示，其中间反应产物会有芳香醛、芳香酸、甲酸等，最终的产物中主要是含有COOH—、C=O和C-O等官能团的物质[5]。

2 空气过滤器性能测试台及静电过滤器介绍

2.1 空气过滤器性能测试台

测试台系统图见图2，该性能测试台包括风量测量箱、污染物加入口、混合段、均流孔板1、上游采样孔、实验用过滤器、均流孔板2、下游采样孔和净化机组，各部分通过不锈钢板风管连接，净化机组两端通过帆布软接头与上下的不锈钢风管连接。

2.2 静电过滤器

IFD静电过滤器由场电模块和净化模块组合而成。IFD静电过滤器参数如表1所示。

AC系列静电过滤器由金属网格状的初效过滤器、静电离子箱以及带电源的外框架组合而成，其具体参数如表2所示。

3 不同静电过滤器对油雾颗粒及VOC的净化效率实验结果与数据分析

3.1 不同上游油雾发生尘度净化效率的比较

结果如图3、图4、图5、图6所示，其中蓝色曲线代表AC系列静电过滤器。

由图3可知：当上游油雾发尘浓度为100μg/m3时，随着过滤面风速的增大，AC系列静电过滤器与IFD静电过滤器对PM10、PM2.5、PM1油雾颗粒的过滤效率整体上均呈下降趋势。此外，通过两种静电过滤器过滤效率的下降幅度来看，当上游油雾发尘浓度较低为100μg/m3时，风速对两者过滤性能的影响是大致相同。单独分析图4、图5、图6中AC系列静电过滤器和IFD静电过滤器在不同风速下对油雾颗粒的过滤效率，可以发现两种静电过滤器的过滤效率随风速的变化趋势均与图3一致，风速增大，过滤效率降低。当上游油雾发尘浓度较高为800μg/m3时，风速的大小对AC系列静电过滤器的过滤性能影响较大，而风速对IFD静电过滤器的过滤性能影响甚微。纵向比较图3～图6可知，相同的面风速下，AC系列静电过滤器与IFD静电过滤器对油雾颗粒的过滤效率随着上游油雾颗粒浓度的增大而逐渐提高。当上游油雾发尘浓度从200μg/m3依次增大后，相同的风速下，IFD静电过滤器对油雾颗粒的过滤性能始终高于AC系列静电过滤器，并且其过滤效率受风速的影响越来越小。

4 静电过滤器的选择

通过以上实验数据，两种静电过滤器相比较，在油雾过滤性能方面，IFD静电过滤器具有更高的过滤效率，且机械加工车间内的油雾浓度越高，IFD静电过滤器对油雾的过滤性能更佳，当车间内油雾浓度超过标准限值500μg/m3后，IFD静电过滤器在任意风速下对PM10、PM2.5、PM1的过滤器效率能保证在99%以上;在VOC净化性能方面，AC系列静电过濾器对VOC的去除效果更佳，但当车间内的VOC浓度超过标准限值的3倍以上（即1.8mg/m3），则过滤后的空气中VOC就无法控制在标准限值0.6mg/m3以内。

根据上述两种静电过滤器的性能，且考虑到静电过滤器清洗更换的便利性以及油雾/VOC两者对人体的危害性，建议根据机械加工车间内实际的油雾/VOC浓度情况选择合适的静电过滤器种类。

5 结论

（1）当上游油雾发尘浓度一定时，随着风速的增大，AC系列静电过滤器和IFD静电过滤器对油雾的过滤效率都呈现出下降趋势。但是，若上游发生的定量油雾浓度值较小时，过滤效率的下降幅度相对较大;若上游發生的定量油雾浓度值较大时，过滤效率的下降幅度相对较小，尤其是IFD静电过滤器，过滤效率的下降幅度接近于零。

（2）在同一风速下，随着上游油雾发尘浓度的增加，AC系列静电过滤器和IFD静电过滤器对油雾的过滤效率都有所提高。

（3）相同的风速下，IFD静电过滤器对油雾颗粒的过滤性能始终高于AC系列静电过滤器，并且上游发生的定量油雾浓度值越大，IFD静电过滤器对油雾的过滤效率受风速的影响越小。

（4）当上游VOC发生浓度一定时，随着过滤面风速的增大，AC系列静电过滤器与IFD静电过滤器对VOC的过滤效率均呈下降趋势。

（5）在同一风速下，随着上游VOC发生浓度的增加，AC系列静电过滤器和IFD静电过滤器对VOC的过滤效率都有所下降，但下降幅度并不是很大。

（6）AC系列静电过滤器对VOC的过滤效率都大于IFD静电过滤器对VOC的过滤效率，并且带有污染物VOC的空气经AC系列静电过滤器处理后，下游空气中的VOC浓度值相对较小。

（7）当机械加工车间内VOC超过了标准限值0.6mg/m3后，首先考虑对VOC的净化处理，建议使用AC系列静电过滤器。当车间内VOC浓度未超标时，考虑到过滤器更换清洗的便利性，若车间油雾浓度处于0～200μg /m3时，建议仍使用AC系列静电过滤器，当车间油雾浓度超过200μg /m3甚至是超过标准限值500μg /m3后，则建议使用IFD静电过滤器以保证室内空气更为洁净。

参考文献：

[1]刘丽.进出口机械加工设备检测技术[M].北京：电子工业出版社， 2009.

[2]张巍巍，裴宏杰，张春燕，王贵成.金属切削液油雾的形成及控制[J].机床与液压，2008，36（01）：25-30.

[3]赵雷昌.大型结构数控加工厂房的通风空调系统[J].暖通空调， 2010，40（04）：7-10.

[4]钟理，Kuo CH，Zappi M E.臭氧氧化降解废气中的苯及其反应性能[J].华南理工大学学报（自然科学版），1998，26（10）：29-32.

[5]龙丽萍，赵建国，杨利娴，付名利，吴军良，黄碧纯，叶代启. 常温下MnO2/Al2O3催化剂催化臭氧氧化甲苯反应[J].催化学报，2011， （06）：904-916.

作者简介：白建民（1985-），男，上海人，硕士，工程师，研究方向：机械制造。