洁净技术讲稿4

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,空 气 洁 净 技 术,1,4.,空气过滤器的特性,在空气净化系统中，空气过滤器是核心设备，因而有必要对其特性全面地了解。,4.1,空气净化系统中过滤器的作用和分类,表,4-1,是我国国家标准对过滤器进行分类，共分,5,档，分别为粗、中、高中、亚高和高效，其中高效中又分了,ABCD4,档，分类的指标基准为额定风量效率和阻力，其中在注的一栏注明测试所用的气溶胶种类即用什么方法测出的效率，那么如何判别其高低，一般讲,DOP,法、钠焰法、油雾法和计数法（粒径为,0.3m,）的效率值基本上可比。,2,方法,DOP,发 比色法 人工尘计重法,99.97 100 100,效,95 99 100,8085 9397 100,率,5060 8085 99,2030 4555 96,1520 3035 92,3,国外也有用统一的测试标准分类的,名称 计数效率（%） 阻力（,Pa）,（对粒径为0.3,m,的尘粒）,粗效过滤器 ,F,，,对于高效过滤器甚至为几十倍，因而,u,、,v,差异甚大。,7,4.3 效率,效率、穿透率的概念。,分级效率与总效率的关系。,1,n,各粒径分级效率；,n,1,n,n,各粒径微粒含量所占全体的比例。,4.1节给出部分效滤检测方法的效率值的对比，差异较大，因此提到效率，必须说明是什么方法测得的效率。,与效率（穿透率）有关的一个指标称净化系数，为,穿透率的倒数， ，表示经过滤器后微粒浓度降低的程度，也说明过滤前后浓度相差的倍数。,8,4.4 阻力,过滤器初力主要由两部分组成：滤料阻力和结构阻力，作为设备还有进出口阻力（很小），一般作为定值附加阻力不作讨论。,（1）滤料阻力,纤维过滤器的阻力是由于气流通过纤维层时受到纤维迎风面的阻挡而形成的，涉及到过滤速度和纤维直径，当然与,Re,有关，由于,d,f,很小，,v,很小，,cm,量级，所以,Re,很小，一般在层流范围，我们常用气流受到的阻力实际是压强单位,Pa，,分析时还得从受力开始，单位长度的单根纤维当气流垂直流过时，这时其所受的压力也就是对气流形成的阻力，为气流动压与迎风面积的乘积再乘以阻力系数。,N/m （4-10）,9,若滤料内纤维长度为,L,，,则滤料所受力即为气流形成的阻力,FL,。,设滤料厚为,H,，,面积为,S,，,填充率,则单位面积上的阻力即我们习惯上称的阻力,（,Pa）,将4-10代入得,（,Pa）,10,P,与,v,、,H,、,、,及,d,f,有关，与,C,有关，而,C,本身可能与纤维排列方式，,、,纤维表面形状及,Re,有关，需用实验方法确定具体值。经实验和理论推导得出具体表达式,Pa（4-15）,为纤维断面形状系数，,m,2,为实验指数，与纤维材料有关。,实际上每种纤维滤料的阻力值都是实测的，理论计算影响因素太多，与实测有出入。,11,（2）过滤器全阻力,由滤料的阻力公式可看出，阻力与滤速成正比。在滤速较低范围内呈直线关系，所以滤料阻力可写为,（4-16）,测滤料阻力与测过滤器阻力发现的问题：差值。,结构阻力,计为,P,2,，阻力肯定与空气流速相对应，滤料对应的为滤速,v,，,而隔板形成的通道（结构因素）对应的是面速,u,。,因而,过滤器总阻力,（4-18）,对不同的过滤器,n,值略有不同，1,n,0.3,m,某粒径的穿透率；,d,为0.3,m,的某一粒径。,仅适用于高效过滤器。该公式与实测结果较吻合。,13,14,对于效率较低的过滤器范围也可进行换算。,效率值增加,10%,15,4.7 过滤器的串联效率,在过滤器串联后总效率的计算,若两个相同型号的过滤器串联运行时，由于它们过滤的粉尘的粒径不同，,1,和,2,是不同的，,2,n,2,n,n,，即小粒径的微粒粒数多，粒数的比例大，而,1,2,n,1,，所对应的粒径相当于最大穿透粒径,d,max,，,而其它粒径微粒的比例，由于高效过滤器的效率高，一般,n,2,n,2,，n,3,n,3,而,n,1,+n,2,+n,n-2,=1,两式相比,一、二两级的过滤效率究竟能差别多大，表4-6给出一实际计算例子，按教材的计算结果，第二级的效率比第一级下降了0.041%，而穿透率确由0.045%升高到0.086%，增加近一倍。从串联的第二级开始效率已接近过滤器对最大穿透粒径的过滤效率，到第三级几乎仅剩,d,max,粒径微粒，其效率与第二级几乎相同，若再串联多级，从第二级以后，效率相同，对于空气洁净工程，由于两级高效过滤器串联后效率已经很高，而第二级过滤效率下降的影响又很小，所以多级过滤器串联总效率的公式能用，但我们应知道第二级过滤器效率略有下降这一实际情况。,18,19,（2）中效过滤器串联效率,由于中效过滤器对小粒径微粒的过滤效率较低，而小粒径的微粒个数在大气尘中占绝大多数，如大气尘中0.5,m,的微粒数占到91.68%，对,计数,效率而言，对小微粒的过滤效率决定其总效率，因而串联后第二级中效过滤器的效率与第一级差别很小，可以认为不变，公式 能用，仍用表4-6算例中的粒径分布，0.3,m,占46%，0.4,m,占20%，0.5,m,占34%，,0.3,=0.4，,0.4,=0.47,0.5,=0.54，,可算得第一、二级,一,=0.46 ，,二,=0.458。但对于计重效率，总串联效率公式不适用，以两级为例，第二级效率会下降很大，因大于等于0.5,m,的微粒的总重占到99%，而5,m,的占80%，若用串联公式,2,需用新粒微分布情况下的效率值。,20,4.8 使用期限,（1）过滤器的寿命,过滤器使用寿命，特别是高效过滤器由于造价较高，其使用寿命的长短直接关系到空调净化系统的运行、维护费用。,正常使用的过滤器其使用寿命是由积尘量决定的，达到容尘量时即到达使用期限。而积尘量是不易在运行中测得，是靠过滤器前后阻力即压差的变化来反映。一般情况下，当过滤器的终阻力等于初阻力的2倍时，即阻力增加了1倍时，即达到额定容尘量，过滤器使用寿命结束。,当过滤器前空气含尘浓度用,N,1,mg/m,3,表示，过滤器效率为,，,额定处理风量为,Q,0,m,3,/h，,每天运行,t,小时，则一天积尘量为：,g/d,21,达到容尘量,P,0,所需的时间,T,0,即为使用寿命,（天）（4-24）,一般情况过滤器特别是中效以上的过滤器所处理的空气都是室外新风与室内回风的混合空气，当大气含尘浓度,为,M,，室内洁净级别以及新回风的比例已知，过滤器前的浓度,N,1,可计算,22,（2）寿命和运行风量的关系,P,0,一定,y,时，运行时间与运行风量成反比。,T,1,为当风量低于额定风量运行时，达到容尘量时所用的时间更长（并不代表寿命），其寿命肯定增加。但增加量不能是简单比例关系，因为容尘量的达到是用终阻力来判断的，我们曾在介绍过滤器全阻力时给出公式,m,=1.11.36,，,也可写成，,实际为初阻力与风量的关系，终阻力肯定也是类似的形式，即过滤器阻力与风量的,m,次方成正比，,m,1,，,当在部分风量下运行时，过滤器达到了容尘量值,g/m,2,，,但其阻力还未达到终阻力。这时仍能继续使用一段时间，直到阻力达到终阻力值为止。,23,用,K,表示运行风量与额定风量之比，据日本学者的实测结果，而当,K,=0.5，,即为额定风量一半时，达到终阻力的运行时数为额定风量下运行时数的3.4倍。公式4-264-29为根据实测曲线拟合的方程，其中4-27中的常数项应为,23.86,，是过滤器的初阻力值。,利用4个公式，将,K,值的影响作为一参数得出一综合方程 （4-30）,为过滤器工作过程的阻力与风量及运行时间的关系，当达到终阻力时，如,H,=2,H,0,为常数，风量已知时,K,为常数，将,T,解出即为过滤器寿命,T,0,，,其解为下式，该公式是根据实测结果回归得到的应该有一定的普遍意义。,24,许仲麟先生1997年又提,出一个估计运行时间,T,与,风量比,K,关系的理论分析的,近似方法。,通过图可形象反映在不同,风量下运动时间和过滤器阻力,的关系，过滤器在额定风量,Q,0,下运行初阻为,H,0,，,达到额定容尘量,P,0,时，阻力增加达到终阻力，这时运行时间,T,0,为寿命；风量大于,Q,0,时即，其初阻力即大于,H,0,，,又因风量大，阻力上升较快，较早就达到终阻力，寿命短；风量小于,Q,0,时,K,1,，,初阻力即小于,H,0,，,又因阻力上升较慢，达到终阻所用的时间长，寿命长。,25,具体分析,K,1,情况。设处理风量,Q,1,Q,0,，,即,K,1,，达到终阻力时所用的时间为,T,1.0,，,阻力增加值,H=H,0,。仅考虑高效和亚高效过滤器，在净化系统中所关心的也是它们的使用寿命。,当容尘量为定值时得出,运行时间与风量成反比,T,1,为在,Q,1,风量下运行达到,P,0,时所用的时间，但过滤器的阻力还没有达到终阻力，主要的两个因素都与风量小于额定风量有关，一是由于风量较低，积尘达到容尘量，但阻力仍低于终阻力，第二个因素是由于风量较低，其初阻力要身就低于额定风量下的初阻力，二者都进步延长了过滤器达到终阻力的时间，使用寿命增加。,26,具体分析如下：前面过滤器阻力一节曾讲过对于高效过滤器和亚高效过滤器，其阻力和通过风量的关系可近似看成直线关系，误差不大，我们将其看成直线关系即成正比关系。在,Q,1,Q,0,，,即,K,1,情况下，运行了,T,0,/K,时间后达到额定容尘量,P,0,，,但由于,Q,与,H,成正比,27,即同样达到,P,0,，,Q,1,风量情况的阻力较终阻力小（1-,K,）,倍，所以还要靠继续积尘增加阻力，由于积尘量和阻力增加值近似成正比，而积尘量又与时间成正比，所以在,Q,1,风量下运行，达到终阻力所需的时间在的基础上还要再增加。,这还是没考虑由于风量低于额定风量初阻力减小的影响，实际由于风量为,Q,1,(Q,1, Q,0,K,1),，,由,H,、,Q,成正比关系，初阻力本身也降为,KH,0,，,减少了(1-,K,),倍，在,Q,1,风量下要达到初阻力,H,0,需多积尘运行一段时间。,因为前提,H=H,0,，,如果在,Q,0,风量下运动，补上(1-,K,),H,0,阻力，所需时间为(1-,K,),T,0,，,那么可得在,Q,1,风量下运行实际需要延长的时间为：,28,考虑由于,Q,1,Q,0,造成的两个影响因素，在风量低于额定风量，即,K,Q,0,，,则取 ，以,Q,1,为基准，则,代入具体,K,值得 ，则， 为达到终阻时间亦即寿命。,T,1,-,T,0,为缩短的运行时间。表,4-7,为,K,取不同值时过滤器寿命与额定风量下使用寿命的倍数关系，表,4-8,为用两种计算方法和实测值的比较，可看出三者之间是较吻合的。,29,30,4.9 计重效率的估算,对于高效、亚高效过滤器的效率一般均用计数效率表示，只有计算其使用寿命时要用到计重效率，所以需要从计数效率换算成计重效率，最为可靠的方法应是通过大量实验找出二者的关系，但没有人做过这些工作，所以只能用分析的方法进行估算。依据就是大气尘的质量分布与数量分析的关系，如表2-28，根据对大于某一粒径的计数效率为100%和对应大于等于该粒径的质量百分比来进行估算，再将计算效率折算成0.5,m,粒径的计算效率，绘制成图4-21曲线供换算，已知0.5,m,粒径的计数效率，可查出所对应的计重效率，仅是估算，不准确之处在于在确定某一粒径的计数效率100%时，认为小于该粒径的微粒全部通过，对其效率为零，与实际不符。但用于工程计算已足够了。,31,32,33,4.10 滤纸过滤器,滤料是用纤维滤纸制成的过滤器，实际上包括指高效和亚高效过滤器。对于高效过滤器而言仅有玻璃纤维和超细玻璃纤维滤纸，对亚高效过滤器除玻璃纤维外还可用丙纶纤维滤纸。,（1）高效过滤器,滤纸均为折叠形，分为有隔板和无隔板两种，迎风面为正方形，深度方向尺寸较小，有隔板为150,mm,或220,mm，,无隔板的为80,mm，,制成合适的框架及合理的密封措施很方便并联使用，1992年以前，即国家标准“高效空气过滤器”,GB13554-92,颁布以前，高效过滤器主要是型号、尺寸不统一，其中,GB,系列尺寸相对较统一些。,34,35,GB-01,高宽深，484484220，风量1000,m,3,/h，,GB-02 320320260（500）,GB-03 630630220（1500）,无隔板系列,WGP-01 48448480（1000）,1.5WGP-01 72648480（1500）,2WGP-01 96848480（2052）,WGP-03 63063080（1500）,超高效过滤器,CGB-1000 610610150（1000）,CGB-1500 610915150（1500）,CGB-2000 610,1220,150,（,2000,）,还有一些厂家自行生产的规格型号，有十多个厂家生产。,36,92年颁布的国标对过滤器的型号规格的代号含意作了统一规定，共由6部分组在。,1 2 3 4 5 6, ,1.产品名称 代号,G,含义：高效过滤器,2.结构类型,Y,或,W,有隔板或无隔板,3.性能类别,ABCD,按效率和阻力的高低分类见表4-1,4.耐火级别 1、2、3 按耐火程度分三级：,(1) 过滤器全部材料是不燃性的；,(2) 滤料为不燃性材料，分隔板框架可用可燃性材料；,(3)过滤器全部材料可用易燃性材料。,5.基本规格 4、59 共6个规格，每一编号代表一种规格，括号代表无隔板,37,规格代号 外形尺寸,mm,额定风量,m,3,/h,H W D,4 400 400 150(80) 500 (650),5 500 500 150(80) 750 (1000),6 600 600 150(80) 1000 (1500),7 700 700 150(80) 1500 (2000),8 800 800 150(80) 2000 (2500),9 900 900 150(80) 2500 (3000),无隔板进深虽短但额定风量大,有隔板进深为220,mm,时，额定风量增加50%,表中尺寸宽度增加50%或1倍时，额定风量同比增长，无隔板7号和7号以上规格宽度不得加大.,38,6.其它规格 代号,S、Z、K,表中深度为220,mm,时,S，,当宽度为1.5倍时用,Z，,当宽度为2倍时用,K。,如,GY-A-3-6；GY-A-3-6KS,的含义,国家统一标准，目前,GB,系列在大量使用，许多工厂并未完全执行该标准。,有分隔板的过滤器还有一种形式是斜分隔板，即分隔板沿纵深的起折高度不同，因而起支撑作用，所形成的空气通道呈三棱锥体，正迎合空气沿通道逐渐减少的实际。同样的外形尺寸，斜分隔板过滤器的过滤面积大，而处理相同风量时阻力小，国外产品较多。如我国的无锡净化设备厂生产直隔板,GB-01 484484220 99.99%，,钠焰法，初阻值240,Pa，,斜隔板,XG-01 484484220 99.99%，,钠焰法，初值180，少1/4。,39,（2）亚高效过滤器,有两种形式，,一为折叠形纸过滤器，与高效过滤器相同，只是滤纸的纤维径和填充率有差别，,另一种形式是,管形纸过滤器,，,特点：,阻力低，其结构阻力很小，而折叠式结构阻力很大，初值一般为折叠式的1/51/4左右；,折叠式的最终处理方式为抛弃，而管形为非全抛弃形，外框及底板可继续使用，仅更换滤管；,便于利用小块滤料；,重量轻，仅为折叠式一半；,可制成任意形状；,不用胶无异味；,效益较大，初次购买造价以折叠式相对值为,1,，管式为,0.71,，省近,30%,。更换费用相对值为,0.550.62，运行时阻力低省电1/101/8。,40,4.11 纤维层过滤器,滤料是由纤维采用一定方法填充而成，纤维分天然纤维，如棉、羊毛、人造纤维、玻璃纤维（熔化后喷成细丝）和化学纤维如丙纶、晴纶、涤纶纤维等与仿织用的相类似，用非纺织的手段制成滤料有纤维毡和所谓无纺布两种，主要有喷粘结剂法和热熔法等，根据填充率、厚度的不同可分为粗效和中效过滤器。,（1）初效过滤器,对初效过滤器的最大要求是容尘量大，阻力小，结构上要求简单，结构形式主要有：,1）平板式，外框，中间滤料为纤维毡式，平铺，仅有几根钢丝覆面加强，也有用多孔薄金属板覆盖表面加强，迎面风速与滤速相同，但并联安装可人字型安装，可降低滤速。外形尺寸有：小：48542025，大：61061025。,41,2）折叠式，外框，中间滤料可以是纤维毡或无纺布绕固定金属杆折叠，滤速小于面速。,外形尺寸有：496477110，520520120等。,3）袋式，角钢框，滤材为毡式，制成楔形袋式，有楔形支撑。,4）卷绕式，滤材为毡式或平板自动卷绕式折叠形自动卷纸，根据阻力自控更新滤料。,42,43,44,（2）中效过滤器,也要求阻力较低容尘量大，其结构形式主要有：,1）袋式，板式基本与初效相同，玻璃纤维毡，无仿布。,2）折叠式，分两种，一种与初效的相同，另一种带分隔板的与高效的形式相同，无仿布，长丝无纺布。,3）插片板式，滤材为毡式或复合无纺布，平铺若干插片组成一个单元。,45,46,4.12 发泡材料过滤器,即泡沫塑料过滤器，通过化学处理的方法使泡沫塑料具有通气性作为滤料，多数用于初效，可做成袋式，也有少量用于中效过滤器，做成袋式，由于泡沫塑料的孔隙率不好控制，影响其过滤性能（不稳定），其应用比纤维型过滤器少得多。,47,4.13 自净器,自净器是一种空气净化装置，主要由风机、粗中效过滤和末级过滤器，以及送风口、进风口组成，设备在房间内处理室内空气，对净化系统起辅助补充作用或独立承担室内空气的净化任务。,特点：布置灵活、移动方便（可有轮子），体积小，通电即能运行，自净器按末级过滤器分为两类：过滤式自净器（末级为高效或亚高效过滤器），静电自净器（末级静电过滤器）。,自净器的作用主要有：,1）设置在乱流洁净室的四角和其它涡流区以减少灰尘滞留的机会。,2）作为操作点的临时净化措施，在面对自净器洁净气流的距离上，可形成一洁净空气笼罩的地段，以过滤式自净器为例，这一地段的洁净度和周围洁净程度之比可见图。,3）作为循环机组是一种最简易的形成洁净环境的设备。,48,4.13.1 过滤式自净器,由风机（粗效）中效和高（亚高）效过滤器及送风口、进风口组成，形式有：移动柜式，高约1.71.8,m。,窗式，风量13001700,m,3,/h。,悬挂式（,FFU)。,49,50,51,4.13.2 静电自净器,一般过滤效率略低于过滤式自净器，因而除了用在洁净室起辅助作用外，在静电自净器中的初效过滤器内侧加一层活性碳过滤器，还能吸咐烟气、异味及其它有害气体，用于要求较高会议室、客房等场合净化室内空气。,（1）静电自净器的工作原理,我们对暖通空调中讲的工业用电除尘器有的构造及原理有印象，其电场形式为若干大的平板按一定间距平行设立作为集尘极，在两板中间排列若干带刺的杆状金属作为放电极，气体电离，粉尘荷电和收尘在同一区域进行，这种电场为单区式，图4-44,a，,而静电自净器把电离荷电和收尘分成两部分，即电离极和集尘极两个区，以双区式（图,b），,这样做主要是能减小集尘板间距，增大集尘面积，同时还降低电压，便于室内使用。,静电自净器与工业用是除尘器的另一个不同点是采用正电晕放电，而工业用电除尘为负极为放电极，正极为集尘极，采用正电晕放电的优点是产生的臭氧和氮氧化物较少，这对人员活动的场合是适宜的。,52,53,静电自净器的工作原理及流程是，尘粒在电离极附近被电离空气中的正离子附上，带上正电荷，然后到达集尘极在电场力的作用下在接地极板上沉集下来，从空气中被除掉。尘粒的荷电量 及在电场中受的静电力,计算与电除尘器中的计算相同，只是单位不同，这里用的静电系电场强度和电荷单位，而电除尘器中用的牛顿/库仑和库仑，物理意义明确。荷电尘粒在集尘极电场内受到静电力的作有要向接地极移动，这时要受到气流的阻力，空气阻力在,R,e,1,时,（,N）,当静电是力与空气阻力相平衡时，可得出微粒的分离速度或,叫趋进速度,cm/s（4-40）,n,尘粒荷电荷的数目，,e,单位电荷量，,E,2,集尘极电场强度，,C,考虑滑动修正系数。,54,（2）静是自净器的结构,外形半米见方高1米左右，一般为下进行或下侧面进行上面出风，内含风机、集尘极电离极，预过滤器和活性碳过滤器等，4-46为一级静电过滤，4-45为两极静电过滤或称二次电离式，效率更高一些，设活性碳过滤时应在粗效过滤器的后边，即沿气流的下风侧。,55,（3）静电自净器的效率,1）效率表达式,图示集尘极，极板间气流，速度,v,，,总流量,Q,，,集尘极板总有效面积,F,，,长度,L,，,趋进速度,u,e,，,在,dt,时间内气流运行,dx,行程，所对应的集尘极面积为,dA,c,，,所捕集尘量为,经推导得 （4-43）,56,2） 影响因素,公式中出现的三个量,分离速度，,u,e,，,而,u,e,正比于,E,1,、,E,2,，提高二者极电压有利，但有限度，否则会引起放电。,集尘极极板有效积尘长度,F,即,L,，,，,但实际沿集尘板长度并未完全集尘，其原因是电离极电场强度有限，尘粒荷电量不足或没有荷电，所以捕集不全，把有积尘作用的一段长度叫有效积尘长度，实际是把尘粒荷电的因素形象成等效集尘极长度的因素。,风量，由公式,Q,v,57,（4）二次电离式静电自净器,即采用两级静电过滤器串联，我国的产品为图4-45的,JZQ-,型，与型相比单个集尘极板缩短一些，因而总高度并未改变，其过滤效率提高情况，见表4-23。与同类型一次电离式相比，即使气流速度大于一次电离的效率仍高出许多。,58,特殊过滤器,活性炭过滤器,杀菌过滤器,59,4.14 过滤器风口和风口机组,（1）过滤风口,把高效过滤器和风口做成一个部件，作为洁净室的工厂化末端装置，方便设计安装和使用，特别适合于乱流洁净室的设计、改造，选用安装简便宜行系列产品,GKF-10、GKF-20、GKF-30。,60,61,（2）风口机组,过滤风口再加上风机或中（粗效）过滤器，构成过滤单元，用途与过滤风口相同，分管道型和循环型，管道型和风管系统联接，风机补充系统压头的不足，由于系统中已有粗、中效过滤器，所以风口机组只有一道末级过滤器，而循环型直接循环室内空气，所以设有预过滤器，与过滤式自净器不同，风口机组是固定在顶棚上的，控制简单，所用高效过滤器均为,GB,系列，风量从10003000。,62,63,64,