钢铁行业袋式除尘用滤料孔径与微细粉尘捕集特性关系研究.docx

网铁行业袋式除尘用滤料孔径与微细粉尘捕集特性关系研究选用钢铁行业袋式除尘用滤料,采用泡点法进行孔径及孔径分布测试,并进行了除尘滤料冷静态过滤性能测试。通过对实验数据分析得到:针刺滤料平均孔径为22. 2226. 83 u m,孔径分散程度较高;覆膜针刺过滤材料平均孔径仅为1. 0 u m左右,孔径分布较为集中；针刺滤料的孔径会影响到其透气性,透气性随着最大孔径的增加而增加;针刺滤料孔径及孔径分布对过滤效率有直接的影响,孔径越大,孔径分布分散程度越高，过滤效率越低,过滤阻力越小;过滤风速为1. Om/min时覆膜滤料对微细颗粒物的捕集效率达到80%左右,约为普通针刺毡滤料的2、4倍，阻力约为普通针刺毡滤料的1432倍。为了进一步加强钢铁行业的烟粉尘等大气污染物治理，2012年10月环保部颁布T GB286622012钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准1、GB286632012炼铁工业大气污染物排放标准2、GB286642012炼钢工业大气污染物排放标准3、GB286652012轧钢工业大气污染物排放标准4和GB161712012炼焦化学工业大气污染物排放标准5等一系列新排放标准，并要求2015年开始执行最严限值。钢铁行业烧结、球团、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等典型工序，就颗粒物污染而言,烧结工序最严重，其次是炼铁和炼钢工序6-7。尽管固定污染源大都安装了高效的电除尘器、袋式除尘器，或湿式除尘器，颗粒污染物的总排放量已经下降,但通过对除尘后和钢铁厂环境空气颗粒物测试可知，除尘装置对各工序排放的细颗粒物的捕集能力有限，导致环境细颗粒污染严重8 o袋式除尘可用于钢铁行业原料运输、烧结球团、高炉槽上槽下、出铁场、高炉煤气、喷煤制粉、铸铁机、转炉二次除尘、炼钢电炉、轧钢等工序的尘源除尘。过滤材料的过滤性能决定了袋式除尘设备对微细粉尘的捕集特性，而非织造过滤材料的过滤性能与其结构参数密切相关。非织造过滤材料的结构参数包括:纤维直径、孔隙率、孔径及孔径分布、比表面积、过滤精度、压力损失、透气性、纳污容量、纤维迁移以及过滤材料的相容性等9 o纤维过滤材料的过滤作用是通过其内部的孔径通道来实现的，因而其过滤精度在很大程度上取决于其孔径及孔径分布。本文对钢铁行业袋式除尘常用的针刺过滤材料样品进行孔径及孔径分布、透气性和过滤性能测试，研究孔径、孔径分布、透气性与过滤性能的关系，为微细粉尘的捕集提供理论参考。1试验部分1.1 试验装置试验装置采用东华大学过滤材料测试平台，如图1所示。图1滤料过滤性能测试装置该滤料测试平台为清洁滤料过滤性能装置。配备两台GRIMM颗粒物监测仪，测试受试滤料两侧0. 2320 u m分级粒径粉尘计重浓度。过滤流体为环境气溶胶，转子流量计控制过滤风速;DPIOOO-HIB微电脑数字压力计读取受试滤料两侧的压力;滤料的分级过滤效率由颗粒物监测仪读数计算而得。测试时，通过改变风速得出清洁滤料阻力、过滤效率等之间关系。试验用仪器及试样参数见表1和表2。表1滤料过滤性能测试仪器u m * 腱108邸啾浦相牖2版DP1000-U8爆眼撕穗时丫阑D 物般撕腹片敛CFPI相睚也椭植1.2 试验方法孔径测试可采用显微镜观察法、射线小角度散射测量法、泡点法、压汞法和气体吸附脱附法等，本试验采用泡点法进行测试，泡点法测量孔径的原理是以表面张力引起毛细孔中液体上升为理论依据。当毛细孔浸在某种液体中时，在表面张力的作用下，毛细孔中的液体将会上升到某一高度，直到毛细孔中的表面张力与毛细孔中的液柱重力达到力平衡9,此时可按下式计算出孔的半径：R = 2仇a«46式中出为从科四曲M海读JR体A力,P&弭力兄的牛落，网阴力洒赚的本诉张力队01；&力麴站他的榭毓,（。）02试验结果及讨论2. 1环境气溶胶分布特征试验过滤流体为环境气溶胶，采用GRIW颗粒物监测仪测试粉尘的粒径分布。图2反映了不同粒径范围的单位粒径间距中的颗粒物质量浓度。可以看出：随粒径的增加，单位粒径间距的颗粒物浓度降低，粒径为0230.3um的颗粒物质量浓度最高为4. 158mg/m3, > 10 H m的颗粒物质量浓度均为0mg/m3o图2环境气溶胶粒径分布而粒径为2. 0-3. 0 hid（即PM2. 5）的颗粒物质量浓度为3. 553mg/m3,仅小于粒径为0. 23-0. 3 11nl和0.3-0. 4 11nl两个区段的颗粒物质量浓度，说明环境气溶胶中PM2.5质量浓度比较高。3. 2试样孔径及孔径分布特性1号一6号样品的孔径测试结果见表3,其中1号一4号样品为针刺毡，5号一6号为覆膜针刺毡。可以看出：6种针刺毡滤料中1号滤料的最大孔径为80. 47 urn,其次为4号、2号和3号，6号最小孔径为8. 51um0 6号滤料的泡点压力最大为5. 344kPa,其次为5号、3号和2号，1号滤料的泡点压力最小为0. 565kPao表3试样孔径的测试参数样品平均孔径/最大孔径/|xtn最小孔径/Ilin标准偏差/阳1】泡点压力/kPa1号26. 838(). 476.6423.340.5652号23. 1867.095.4416. 960.6763号22.6061.484.6415. 230. 7384号)”3 一 Jj72.514. 5818. 220. 6275号1.0537. 850. 865.561.2006号0.478.510.311.055. 344泡点压力随最大孔径的增加而减小，这是由于最大孔径较大时，液体被吹出所需的气压相对较小。1号一4号样品的最小孔径较为接近，说明纤维对颗粒物截留和阻筛作用也较为接近。1号一6号样品的孔径分布如图3所示。从图中可以看出:1号一4号样品的孔径分布较为分散。1号滤料孔径分布范围跨度最大，并且在2025 Um孔径范围内所占比例最高为13.01%;尽管2号、3号和4号滤料平均孔径、最大孔径和最小孔径较为接近，但其孔径分布差别较大，3号滤料孔径分布最分散，孔径在440hiii时，孔径间距为2 所占比例在3. 13%6.62%变化，其余孔径范围内所占比例均小于2. 20%。2号和4号滤料孔径在1015um占比最高,分别为15. 94%和15. 64%,其余孔径处较为相似。从1号一4号样品的孔径分布可以看出：针刺加工形成的微孔较大，大孔径的孔隙多，孔隙率也大，会影响到对微细颗粒物的捕集性能和滤料的透气性能。5号和6号为覆膜针刺毡滤料，孔径分布较为集中，5号滤料孔径在0.472 uni占96.71%, 6号滤料孔径在0. 13-5 u m占99. 04%,孔径总体相对较小，这些孔径主要是由PTFE在拉伸成膜过程中会形成的网状交错结构，而这些网状交错结构中会有许多细小的微孔而形成，这些微孔尺寸较小，微细粉尘及大颗粒的杂质不能顺利通过，因此能有效地形成阻截，起到较好的捕集效果。2. 3透气性1号一6号样品的透气性测试结果如图4所示。可以看出：1号样品的最大孔径为80.47 |xm,透气性最大为24.15m3/( min),其次是4号、2号和3号,分别为 19.52,19.24,17.86 m3/(m2*min)0 5 号和6号覆膜滤料透气性小于普通针刺毡,6号最大孔径为8.51 |im,其选三性最小为3.43 m'/(nfmin),约为1号样品的1/7,样品透气性随最大孔径的增加而增加。透气性与孔径之间的关系，说明大部分气体都经大孔径孔隙流走，而粒子在纤维上的附着情况与空气动力学阻力有关。过滤材料的孔径大，空气动力学阻力小，不能有效地截留气流中的颗粒物，则通过过滤材料的颗粒物数量多，过滤效果差，因而很难达到理想的过滤效果。表2试样的基本测试参数样品滤料名称单位面积质量/厚度/纤维直径/mm1号美塔斯针刺心4822.23152号聚笨破醍复合叶刺毡5882.14163号不锈钢涯导电聚酯针刺毡5552.33164号抗静业聚酯针刺毡5572.47155号度联聚酯针刺毡5021.86146号筮腴杭毋电针刺也4541.6216而覆膜针刺过滤材料的微孔小而多，空气动力学阻力大，纤维对颗粒物起到较强的截留和阻筛作用，加之孔隙率较低，透气性较差，过滤效率高。18 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 80 5内径/Um18is窃窃变3军：墓窈窃军援：汶.mBIIIx*上.K4支；H，VI:.:交.8.：翠泞>:.:交衣:次,穹：窗您喙的吃：芸a期：制系设设M:魏2B:聚：缪窈窗聚：聚翠翠：r;d:，16 2 4 6 8 10 1214 16 18 202224 2628 30 3234 36 38 404244 4648 SO52 S456 S860 bl.5直径/.mloo r80留60窗40国20国O_«_i_«_«_I_I_I_>_I_«i_«_I_I_«0.5 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 37.9丸径600857u I号试本事:l> 2号£式才干:c3号试本车:<14 号试 牛羊；一5 号认中手；f6 号求*F图3试样孔径分布8透气皮；鼓大孔径.o o o o4 3 2 10图4试样透气性及孔径2. 4过滤性能10粒径/ mn1OO匚o -t-：I1O粒 4 / pmb<1 £i 5庶 风£,为 1.0 in / itiivt ; 1> ii 风 £,沟 1.5 in / milt o1号；一2号；一-3号；4 号：.5 号：06 甘。图5试样在清洁状态下的过滤效率采用计重法测试了滤料在清洁状态下的过滤性能。图5为过滤风速分别为1. 0,L5m/n)in时; 6种过滤材料的分级过滤效率。可以看出：过滤材料纤维直径较为接近时，过滤效率受孔径和孔径分布影响较大。3号滤料孔径分布最分散，并且在某些孔径处所占比例基本相等，对于粒径范围在0. 2320 um的颗粒物而言，过滤风速为1. 0, 1. 5m/min时任何粒径的颗粒物穿透滤料的可能性比其他样品的可能性都大，捕集性能最差。对于粒径在0. 23l.Oum的微细颗粒物，3号滤料的过滤效率最低，仅为2096左右。对于0.231. Ohm的微