CN105352842A - 气体除尘用纤维滤料的pm2.5粉尘过滤特性试验方法 - Google Patents

气体除尘用纤维滤料的pm2.5粉尘过滤特性试验方法 Download PDF

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朱锐钿
倪冰选
郑锦维
谢栋梁
冼嘉媚
雷李娜
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Abstract

本发明公开了一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，该方法将一定浓度的含尘气体在规定流量下经过纤维滤料试验样品，粉尘在纤维滤料试验样品表面不断累积形成粉饼，导致阻力增加，阻力达到一定值时，脉冲气体对试样进行反冲清灰，试样又继续过滤含尘气体，如此重复一定次数后，记录试样初始阻力、各个阶段残余阻力、清灰周期、各个阶段试验时间，计算纤维滤料试验样品的PM2.5粉尘排放浓度、PM2.5粉尘过滤效率。该方法能在实验室模拟实际生产中的复杂工况条件进行纤维滤料PM2.5粉尘过滤特性测试对于评价纤维滤料的过滤特性具有重要意义，同时有利于指导纤维滤料生产企业改进工艺和滤料应用企业的选型和使用。

Description

气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法
技术领域
本发明涉及滤料粉尘过滤特性的技术领域，特别涉及一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法。
背景技术
在化工、石油、冶金、电力及其他行业中，常产生高温含尘气体。由于不同工艺需要或者回收能量抑或达到环保排放标准，都需要对这些高温含尘气体进行除尘，采用简单的气固分离除尘设备是远远达不到如此苛刻要求的。近几年来，采用纤维滤料的过滤技术来实现高温除尘室目前最有效方式之一，也是颗粒物净化工业上最有前途技术之一。纤维滤料被广泛应用于含尘气体的除尘中，比如布袋式除尘器主要是通过纤维滤料对含尘气体进行过滤，从而净化气体。
从近年来雾霾天气发生的频率及所造成的危害来看，我国大气污染治理已刻不容缓！2013年9月10日，国务院发布了《大气污染防治行动计划》，要求到2017年，重点区域的PM2.5年平均浓度比2012年下降15％-25％，优良天数逐年提高；环保部2013年9月份发布的《环境空气细颗粒物污染综合防治技术政策》明确提出，鼓励研发示范各种细颗粒物及氮氧化物、挥发性有机物等前体污染物的新型高效净化技术，包括袋式除尘、电除尘、电袋复合除尘等。
气体除尘用纤维滤料一般关注下列特性：(1)除尘温度，工业气体所要净化的含尘气体温度高，有时候竟达到600℃～1400℃；(2)除尘颗粒，比如烟尘颗粒小于5μm～10μm，甚至在亚微米级；(3)除尘净化标准，比如要求出口浓度为10mg/Nm3～30mg/Nm3；(4)“高效低阻”，经济性能好；(5)清灰性能，比如可在线反吹、变形小、使用寿命长；(6)耐腐蚀能力，比如优良的耐高温气体腐蚀能力、化学性能稳定。
针对上述的除尘过滤特性的试验方法，特别是PM2.5粉尘过滤特性，目前属于国内和国际的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，包括下列步骤：
R1、对试验仪器进行参数设置；
R2、将经过干燥的粉尘加入粉尘喂入装置(1)并生成指定粉尘浓度的含尘气体；
R3、将纤维滤料试验样品安装到滤料夹具(8)上；
R4、称量绝对滤料的质量并装入PM2.5分离组件(20)后的绝对滤料装置(10)中，所述绝对滤料的质量记为MAF；
R5、开动抽气泵(19)，测量起始洁净的所述纤维滤料试验样品的初始阻力，进行初始测试阶段的过滤特性试验，记录全过程的瞬时阻力值；
R6、取出滤料夹具；
R7、取出上述绝对滤料并称重，记为MAF′；
R8、记录残余阻力和试验时间；
R9、分别计算经过所述纤维滤料试验样品过滤后的粉尘气体的PM2.5粉尘排放浓度和PM2.5粉尘过滤效率。
优选的，所述一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法还包括下列步骤：
将所述滤料夹具8重新安装到实验仪器上，重新更换纤维滤料试验样品，进行老化处理阶段；
重复所述气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法的步骤，得到经过所述老化处理阶段后的纤维滤料试验样品的初始阻力、残余阻力、PM2.5粉尘排放浓度和PM2.5粉尘过滤效率。
优选的，所述初始测试阶段的清灰周期为10-100个，所述初始测试阶段的清灰定压500-5000Pa。
优选的，所述老化处理阶段的清灰周期为1000-10000个，其中每次清灰的定时间为5-50s。
优选的，所述PM2.5粉尘排放浓度的计算公式如下：
C P M 2.5 = M A F ′ - M A F MFC 3 × T - - - ( 1 )
其中，CPM2.5为PM2.5粉尘的排放浓度，单位为mg/m3；MAF′为所述绝对滤料试验后质量，单位为mg；MAF为所述绝对滤料试验前质量，单位为mg；MFC3为PM2.5气体流速，单位为m3/h；T为试验时间，单位为h。
优选的，所述PM2.5粉尘过滤效率的计算公式如下:
E P M 2.5 = C 0 × P P M 2.5 - C P M 2.5 C 0 × P P M 2.5 × 100 % - - - ( 2 )
其中，EPM2.5为PM2.5粉尘的过滤效率，单位为％；C0为入口粉尘浓度，单位为mg/m3；CPM2.5为PM2.5粉尘排放浓度，单位为mg/m3；PPM2.5为PM2.5粉尘占所有粒径粉尘的百分数，单位为％。
优选的，所述试验仪器设置的参数包括入口粉尘浓度、清灰喷吹压力、清灰喷吹时间、气体流速(MFC1、MFC2和MFC3)、清灰阻力、清灰周期。
优选的，所述初始阻力和所述残余阻力是通过所述试验仪器的压缩空气罐11上方的压力显示与控制PIC的元件读取。
优选的，所述粉尘的干燥过程如下：在105～110℃温度下干燥3h以上，在外部的干燥器中放置1h以上。
优选的，所示步骤R1对试验仪器进行参数设置之前还包括：
R0、记录实验室温度、相对湿度及大气压力。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
近年来，我国大气污染日益严重、雾霾天气频现，其中化工、冶金、火电、垃圾焚烧、水泥等工业排放的PM2.5粉尘是主要元凶，目前适用于此领域纤维滤料的主要标准如ISO11057-2011《空气质量可清洗过滤介质的过滤特性的试验方法》、GB/T6719-2009《袋式除尘器技术要求》、VDI3926-1：2004《评价可清洁滤料测试方法》等对滤料过滤性能的考核使用粉尘均是全粒径粉尘(粒径为100μm以下)，并无涉及PM2.5粉尘的相关过滤特性测试，本发明与现有测试方法相比，具有多参数可调节的优点，同时能在实验室模拟实际生产中的复杂工况条件(高浓度发尘、不同清灰压力、老化周期、老化时间等)进行纤维滤料PM2.5粉尘过滤特性测试，获得残余阻力、PM2.5粉尘排放浓度、PM2.5粉尘过滤效率等结果，对于评价纤维滤料的过滤特性具有重要意义，同时有利于指导纤维滤料生产企业改进工艺和滤料应用企业的选型和使用。
附图说明
图1是本实施例中公开的试验方法的试验仪器；
图2是本发明中公开的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法的流程步骤图；
图3是本实施例中公开的另一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法的流程步骤图；
其中，FI—气体流速测量和显示；FICR—气体流速测量、显示、控制和记录；FIRW—粉尘流速测量、显示和记录；KS—信号发生器和计时器；PDIRS+—阻力测量、显示、记录和开关装置(引发脉冲清灰)；PIC—压力显示和控制；PIR—压力显示和记录；QIR—浓度测量、显示和记录；TIR—温度测量、显示和记录；
1—粉尘喂入装置(带称重***)；2—粉尘和空气混合单元；3—光度计(监测粉尘浓度)；4—水平清洁气体管道；5—垂直含尘气体管道；6—粉尘容器；7—含尘气体后端过滤器；8—滤料夹具；9—脉冲清灰喷吹管道；10—绝对滤料装置；11—压缩空气罐；12—阀门；13—环境空气入口；14—吹洗空气；15—压缩空气(0.6MPa)；16—控制和数据采集***；17—工业用PC机；18—质量流量控制器；19—抽气泵；20—PM2.5分离组件。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例公开的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法适用于各类工业气体除尘用纤维滤料，包括覆膜滤料和未覆膜滤料，这些滤料应用于包括垃圾焚烧厂、燃煤电厂、水泥厂、钢铁冶金等工业领域的气体除尘处理。
其中，纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性参数包括初始阻力、残余阻力、PM2.5粉尘排放浓度、PM2.5粉尘过滤效率。
一、术语定义
1.粉尘浓度
单位体积气体中含有粉尘的质量或颗粒数，按照统计方式不同可分为数量浓度和质量浓度。本文件中的浓度均指质量浓度，单位为g/m3或者mg/m3。
2.清灰周期
两次脉冲清灰之间的时间间隔，单位为s。
3.清灰时间
进行脉冲清灰时压缩空气的喷吹时间，单位为ms。
4.初始阻力
指滤料在尚未进行粉尘过滤试验的洁净状态下的阻力，单位为Pa。
5.残余阻力
在一定的过滤风速下，当滤料阻力达到清灰阻力规定值时，按规定条件进行清灰之后滤料的阻力称为残余阻力，单位为Pa。
6.空气动力学当量直径
指某一种类的颗粒，在空气中的沉降速度与一种密度为1000kg/m3的球型粒子的沉降速度一样时，这种球型粒子的直径即为该种颗粒的空气动力学当量直径。
7.PM2.5
指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物，也称细颗粒物。
8.含尘气体
过滤试验中未经过滤料试样的混合有一定浓度粉尘的气体。
9.洁净气体
经过滤料试样过滤以后的气体。
二、方法原理
一定浓度的含尘气体在规定流量下经过纤维滤料试验样品，粉尘在纤维滤料试验样品表面不断累积形成粉饼，导致阻力增加，阻力达到一定值时，脉冲气体对试样进行反冲清灰，试样又继续过滤含尘气体，如此重复一定次数后，记录试样初始阻力、各个阶段残余阻力、清灰周期、各个阶段试验时间，计算纤维滤料试验样品的PM2.5粉尘排放浓度、PM2.5粉尘过滤效率。
三、测试仪器
测试仪器示意图如图1所示，主要包括以下几个部分：
(a)粉尘喂入装置：带有称重***，可以连续监控发尘器中的粉尘质量。
(b)粉尘和空气混合单元：将粉尘与空气进行混合。
(c)垂直含尘气体管道：可以提供通向被测滤料的浓度稳定的含尘气体。
(d)浓度监测***(光度计)：监测含尘气体管道中滤料试样入口粉尘浓度的光度计。
(e)水平清洁气体管道：经过滤料试样过滤后的清洁气体的输送管道，包括夹具。
(f)脉冲清灰***：包含气压罐、阀门等。
(g)抽气泵：用于抽气，使含尘气体穿过滤料试样，同时可以抽走多余的含尘气体。
(h)质量流量控制器：控制和测量含尘气体管道和清洁气体管道的气体流速。
其中，仪器参数允许误差见表1所示。
表1仪器参数允许误差
项目 入口粉尘浓度 清灰喷吹压力 流量计MFC1 流量计MFC2 流量计MFC3 清灰阻力
允许误差 ±7％ ±3％ ±3％ ±3％ ±3％ ±1％
四、试验粉尘
试验粉尘为氧化铝颗粒物，商品名称为PuralNF。试验粉尘直径和所对应累积质量百分数如表2所示。
表2试验粉尘直径和对应累积质量百分数
颗粒直径(μm) 1 2.5 5 10 12 15 20 25
累积质量百分数(％) 12.57 39.76 54.54 66.60 71.70 78.64 86.19 90.47
颗粒直径(μm) 40 45 48 63 75 90 100 200
累积质量百分数(％) 96.57 97.67 98.19 99.66 99.96 100 100 100
五、纤维滤料
纤维滤料采用玻璃纤维绝对滤料，过滤效率在99.95％以上的滤料，用于收集穿透滤料试样的粉尘。
六、试验步骤
本实施例公开的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法的具体流程步骤可以参照附图3所示，包括如下：
S1、记录实验室温度、相对湿度及大气压力；
S2、根据表3和表4进行试验仪器参数设置，包括入口粉尘浓度、清灰喷吹压力、清灰喷吹时间、气体流速(MFC1、MFC2和MFC3)、清灰阻力、清灰周期等；
S3、粉尘在105～110℃温度下干燥3h以上，在外部的干燥器中放置1h以上；
S4、通过调节发尘器螺杆的送尘速度来调整粉尘浓度，根据质量法求含尘气体粉尘浓度；
S5、裁剪直径150mm的圆形滤料试样，将纤维滤料试验样品安装到“滤料夹具8”上；
S6、称量绝对滤料质量并装入“PM2.5分离组件20”后的“绝对滤料装置10”位置，绝对滤料质量记为MAF；
S7、开动“抽气泵19”，测量洁净滤料初始阻力，进行表3中第一阶段(初始测试阶段)的过滤特性试验，记录全过程的瞬时阻力值；
S8、取出“滤料夹具8”；
S9、取出绝对滤料并称重，记为MAF′；
S10、记录残余阻力和试验时间；
初始阻力、残余阻力是通过仪器示意图中“压缩空气罐11”上方的“PIC-压力显示与控制”元件读取的，其中初始阻力是指测试前滤料阻力、残余阻力是指第一阶段或者第三阶段测试完成后滤料的阻力；
S11、分别计算PM2.5粉尘排放浓度和PM2.5粉尘过滤效率。其中计算公式分别如下：
PM2.5粉尘排放浓度按公式(1)计算，结果保留2位小数。
C P M 2.5 = M A F ′ - M A F MFC 3 × T - - - ( 1 )
CPM2.5—PM2.5粉尘的排放浓度，单位为mg/m3；
MAF′—绝对滤料试验后质量，单位为mg；
MAF—绝对滤料试验前质量，单位为mg；
MFC3—PM2.5气体流速，单位为m3/h；
T—试验时间，单位为h。
PM2.5粉尘过滤效率按公式(2)计算，结果保留3位小数。
E P M 2.5 = C 0 × P P M 2.5 - C P M 2.5 C 0 × P P M 2.5 × 100 % - - - ( 2 )
EPM2.5—PM2.5粉尘的过滤效率，单位为％；
C0—入口粉尘浓度，单位为mg/m3；
CPM2.5—PM2.5粉尘排放浓度，单位为mg/m3；
PPM2.5—PM2.5粉尘占所有粒径粉尘的百分数，单位为％。
S12、把“滤料夹具8”重新安装到实验仪器上，更换绝对滤料，进行第二阶段，即老化处理阶段；
S13、进行第三阶段，即老化后测试阶段，试样操作同第一阶段，即重复步骤S1-S11。
表3测试程序
表4试验参数设置
项目 单位 设置范围
入口粉尘浓度 g/m3 1-10
含尘气体流速MFC1 m3/h 4
洁净气体流速MFC2 m3/h 0.85
洁净气体流速MFC3 m3/h 1
清灰阻力 Pa 500-5000
清灰喷吹压力 MPa 0.3-1.5
清灰喷吹时间 ms 20-200
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，包括下列步骤：
R1、对试验仪器进行参数设置；
R2、将经过干燥的粉尘加入粉尘喂入装置(1)并生成指定粉尘浓度的含尘气体；
R3、将纤维滤料试验样品安装到滤料夹具(8)上；
R4、称量绝对滤料的质量并装入PM2.5分离组件(20)后的绝对滤料装置(10)中，所述绝对滤料的质量记为MAF；
R5、开动抽气泵(19)，测量起始洁净的所述纤维滤料试验样品的初始阻力，进行初始测试阶段的过滤特性试验，记录全过程的瞬时阻力值；
R6、取出滤料夹具(8)；
R7、取出上述绝对滤料并称重，记为MAF′；
R8、记录残余阻力和试验时间；
R9、分别计算经过所述纤维滤料试验样品过滤后的粉尘气体的PM2.5粉尘排放浓度和PM2.5粉尘过滤效率。
2.根据权利要求1所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，还包括下列步骤：
将所述滤料夹具(8)重新安装到实验仪器上，重新更换纤维滤料试验样品，进行老化处理阶段；
重复所述气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法的步骤，得到经过所述老化处理阶段后的纤维滤料试验样品的初始阻力、残余阻力、PM2.5粉尘排放浓度和PM2.5粉尘过滤效率。
3.根据权利要求1或者2所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，
所述初始测试阶段的清灰周期为10-100个，所述初始测试阶段的清灰定压为500-5000Pa。
4.根据权利要求1或者2所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，
所述老化处理阶段的清灰周期为1000-10000个，其中每次清灰的定时间为5-50s。
5.根据权利要求1或者2所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，
所述PM2.5粉尘排放浓度的计算公式如下：
C P M 2.5 = M A F ′ - M A F MFC 3 × T - - - ( 1 )
其中，CPM2.5为PM2.5粉尘的排放浓度，单位为mg/m3；MAF′为绝对滤料试验后质量，单位为mg；MAF为绝对滤料试验前质量，单位为mg；MFC3为PM2.5气体流速，单位为m3/h；T为试验时间，单位为h。
6.根据权利要求1或者2所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，
所述PM2.5粉尘过滤效率的计算公式如下:
E P M 2.5 = C 0 × P P M 2.5 - C P M 2.5 C 0 × P P M 2.5 × 100 % - - - ( 2 )
其中，EPM2.5为PM2.5粉尘的过滤效率，单位为％；C0为入口粉尘浓度，单位为mg/m3；CPM2.5为PM2.5粉尘排放浓度，单位为mg/m3；PPM2.5为PM2.5粉尘占所有粒径粉尘的百分数，单位为％。
7.根据权利要求1或者2所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，
所述试验仪器设置的参数包括入口粉尘浓度、清灰喷吹压力、清灰喷吹时间、气体流速(MFC1、MFC2和MFC3)、清灰阻力、清灰周期。
8.根据权利要求1或者2所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，
所述初始阻力和所述残余阻力是通过所述试验仪器的压缩空气罐(11)上方的压力显示与控制PIC的元件读取。
9.根据权利要求1或者2所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，所述粉尘的干燥过程如下：在105～110℃温度下干燥3h以上，在外部的干燥器中放置1h以上。
10.根据权利要求1或者2所述的一种气体除尘用纤维滤料的PM2.5粉尘过滤特性试验方法，其特征在于，所示步骤R1对试验仪器进行参数设置之前还包括：
R0、记录实验室温度、相对湿度及大气压力。
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