试验研究洗涤式金属填料空气过滤器

在化纤制造业中,由于生产工艺需要,在生产过程中需要喷洒大量的化纤油剂,其中很大部分形成油雾滞留在车间内,造成车间内油雾污染较严重,影响工人身体健康。在去除油雾时,若采用粗效纤维空气过滤器(以下简称纤维过滤器)会造成空气的二次污染,而且清洗困难。本文针对化纤制造业中存在的油雾污染问题,对用洗涤式金属填料空气过滤器(以下简称金属填料过滤器)替代工艺性空调系统中的纤维过滤器去除油雾的可行性进行分析。

    1　金属填料过滤器与油雾特性

    金属填料过滤器是一种自净式过滤器,其结构见图1。喷淋溶液会在金属填料的空隙间形成液滴或水雾,成为捕尘体[1]。当尘粒或气溶胶随气流运动逼近过滤器时,由于惯性的作用来不及随气流一同转向仍向前运动,被捕尘体捕集后被喷淋溶液带入蓄液槽。蓄液槽中的喷淋溶液须定期更换,以确保喷淋溶液的清洁。

    化纤制造厂长丝车间内喷洒的化纤油剂是一种混合物,由多种不同性能的表面活性剂溶解于不同的油类、醚类及其替代品中,经过复杂的化学处理而成,其主要组分为润滑剂、乳化剂、抗静电剂及其他添加剂[2]。美国国家工业卫生学者协会(AmericanConferenceofGovernmentIndustrialHygienist,简称ACGIH)、美国环保总署(AmericanEnvironmentalProtectionAgency,简称EPA)、美国国家职业安全与健康学会(NationalInstituteofOccupationalSafetyandHealth,简称NIOSH)等机构研究发现,油雾会影响车间内工人的健康,导致肺炎、支气管炎、哮喘及接触性皮炎等疾病。
           
    笔者对某化纤制造厂的普通车间及长丝车间内的空气进行了取样,以分析油雾的粒径分布。将普通车间测得的数据作为基准,经过数据处理,将长丝车间测得的数据与基准进行对比,发现长丝车间内油雾粒径范围为1～3μm。纤维过滤器对于这一粒径范围内尘粒的除尘效率较低。对于大气尘而言,粒径<10μm的尘粒会被吸入人体。粒径为2～5μm的尘粒容易被呼吸道阻留,留在口鼻、气管、支气管内。粒径<2μm的尘粒会直接进入肺泡,对肺部有较大影响[3]。文献[4]规定,室内化学性可吸入颗粒物(PM10)的平均质量浓度标准为0.15mg/m3。长丝车间内化学性可吸入颗粒物的平均质量浓度明显超标,影响车间内工人的健康,亟须对其进行净化处理。2　可行性分析

    本试验以大气尘作为过滤对象进行研究,在整理分析试验结果的基础上,对采用金属填料过滤器去除油雾的可行性进行分析。

    2.1　试验系统试验

    在室内进行,尘源为大气尘,过滤后的空气被排到室外。填料采用规整式金属波纹刺孔填料,比表面积为500m2/m3,填料表面经过防腐处理。

    试验系统包括风系统、水系统及测量系统(见图2)。风系统由风道、风机、喷嘴流量计组成,可提供不同的断面风速。水系统由管道、布液器、调节阀、浮子流量计、循环泵、蓄液槽组成,可提供喷淋溶液体积流量的范围为0～1m3/h,不同体积流量可提供不同的淋水密度。测量系统由微压计、激光粒子计数器组成,以计算不同试验参数下金属填料的阻力及过滤效率。对某一粒径范围尘粒的过滤效率的计算公式为：
　　　　　　　　
　　2.2　试验参数

    金属填料过滤器的阻力和过滤效率主要取决于金属填料的比表面积、淋水密度及迎面风速。对比表面积为500m2/m3的金属填料在不同的淋水密度、迎面风速下进行试验筛选,选取的淋水密度分别为0.94、2.36kg/(m2·s)。根据长丝车间纤维过滤器前的实测风速,取迎面风速为1.5～2.8m/s。

    2.3　试验结果及分析

    由试验结果可知,金属填料过滤器对于粒径为1μm的尘粒过滤效率为25%～40%,对于粒径为3μm的尘粒过滤效率为85%左右,对于粒径为5μm的尘粒过滤效率为90%左右。过滤器阻力在正常工作范围内(迎面风速为1.5～2.8m/s)为40～120Pa,因此金属填料过滤器的过滤效率达到了中效过滤器的水平,而阻力只为粗效过滤器的水平[6]。

    2.4　喷淋溶液的改进

    金属填料过滤器对于粒径较小的尘粒过滤效率较低,主要原因为金属填料表面的润湿状态不佳,导致金属填料表面形成的液膜不理想。喷淋溶液会在金属填料表面经常形成股状流,缩短了在填料表面的停留时间,甚至部分表面会形成干斑,使过滤效率下降。为改善金属填料表面的润湿状态,可在喷淋溶液中添加表面活性剂,使液膜的分布更加均匀,增大液膜面积,提高过滤效率。

    本试验中采用的表面活性剂为十二烷基磺酸钠,是一种阴离子表面活性剂,很低的浓度下就可使喷淋溶液的表面张力达到最低,从而有效改善金属填料表面的润湿状态。加入表面活性剂后,金属填料过滤器对于粒径为1μm的尘粒的过滤效率大幅度上升,在迎面风速为1.5m/s、淋水密度为2.36kg/(m2·s)的条件下,过滤效率由40%左右上升至70%左右。在迎面风速为2.8m/s、淋水密度为2.36kg/(m2·s)条件下,过滤效率由30%左右上升至60%左右。而对于粒径大于3μm的尘粒,添加表面活性剂前后过滤效率变化不大。

    2.5　可行性分析

    金属填料过滤器与纤维过滤器相比,过滤效率更高。尤其在喷淋溶液中添加表面活性剂后,其对粒径为1μm的尘粒过滤效率能达到70%左右,远远优于纤维过滤器,适于油雾的过滤。与一般的纤维过滤器相比,金属填料过滤器阻力更小。

    由于油雾的特殊性,油雾很容易在纤维过滤器表面聚集,造成过滤器堵塞,增加系统阻力,导致空调系统运行成本增加,也很容易造成空气的二次污染。金属填料过滤器避免了传统过滤器易积尘且不易清洗的弊病,且捕集的尘粒或气溶胶会随时被喷淋溶液带走离开填料表面。不但过滤器对空气二次污染的可能性大大降低,而且随着过滤器使用时间的增加,过滤效率下降及运行阻力上升的可能性也大大降低。由以上分析可知,采用金属填料过滤器去除化纤油剂形成的油雾有较高的可行性。

    3　结语

    ①　下一步试验应建立金属填料过滤器的过滤效率、阻力等性能参数与迎面风速、淋水密度等试验参数的关系,对金属填料过滤器用于去除油雾进行具体研究。

    ②　要进行金属填料过滤器去除油雾的试验,需要与长丝生产车间油雾粒径分布一致的油雾,在油雾发生过程中控制油雾粒径是个难点。

    ③　化纤油剂被捕集后,在喷淋溶液中积聚,当被捕集的油剂积聚到一定数量时,应该将喷淋溶液排放掉,更换新液。是与排污系统相连直接排放还是先对即将排放的喷淋溶液进行处理然后排放,采取何种处理方法,都是有待解决的问题。