轴流风机空气过滤器的优化

近年来，随着装置的大型化，催化裂化等装置的供风大多采用了轴流风机。而且，要求其吸人的介质必须洁净，所含颗粒的粒度需控制在微米级。由于风机所处的地域不同，过滤器选型对过滤效益有较大的影响。从已了解到的情况看，目前在用的过滤器存在着一些问题：过滤效果差。维护工作量大、影响机组的安全运行等。

    风机常用三种形式的过滤器在使用中均出现了不同程度的缺陷：

   （1）卷廉式过滤器 维护工作量极大，在压差控制上无法实现该系统配置的自动控制功能，过滤器始终处于高压差的工作状态。

   （2）脉冲式自洁过滤器 是国外过滤器公司的改良产品，具备合理的自洁功能。但由于只有单层过滤，对处于海洋性气候的用户，其自洁功能显得力不从心。

   （3）三级过滤型过滤器 从过滤形式上是较合理的模式，但原过滤器设计的负荷过高，过滤器人口待滤气体的尘埃夹带效应增大，相应滤芯消耗也较大。
针对上述情况，结合对大流量风机过滤器的改造，对过滤器的工艺设计、结构设计、过滤材料选用和性能比较测试，安全元件计算软件编制、过滤器制造、过滤元件制造、过滤器使用准则编制、工业应用考核等方面进行优化探索。以三级过滤模式推出高效合理的空气过滤器系统。

    l 轴流风机空气过滤器的优化方案

    空气过滤器优化方案的原则和目标为：

    用自行设计的空气过滤器取代进口过滤器，滤芯使用寿命延长到不少于1.5年；过滤效果及精度符合机组要求；具有较低的初试压差；安全性能高于进口设备；采用双负压门保护；维护费用远低于进口设备，单套装置的维护费可减少50％。

    1.1 空气过滤器的优化工艺方案

    我们拟订了两个空气过滤器优化方案：在原过滤器自洁滤芯外侧增加粗滤层或采用三级过滤；最终选用了6排布置的三级过滤方案，理由为：前者加粗滤层后单滤芯处理量比高于后者，但自洁功能将无法保留，一次性投资较小，而后者除了投资大外，其它性能均优于前者。

    1.2 空气过滤器优化结构设计

    过滤器的结构设计包括平面设置、立面布置、重心位置、结构刚性、通道布置、负压门位置布置、负压门结构、负压门密封、防雨隔栅结、滤芯固定方式、粗滤层固定方式等诸多因素。当工艺参数确定后，结构设计需要根据现场条件确定，包括用户的要求也要融合到结构的设计中去。

   （1）过滤器立面图见图1，该过滤器的高度为3814mm。考虑到负压门非正常工况脱落的飞行距离最短原则，负压门布置在翼侧下方。

   （2）过滤器的平面尺寸为 7687mm×7062mm。通道宽度为750mm，侧向进含尘空气，底部中出净化风。 

    （3）过滤器采用304钢板制作，对于处在湿润环境中的江南用户，优质的选材是必要的

    1.3 过滤器的操作维护要求

    （1）过滤元件应保证过滤质量；

    （2）滤芯和滤料按标志方向安装；

    （3）每组滤芯和滤料固定用压板不少于两块；

    （4）当过滤器压差达到设计限定值时应更换滤料；

    （5）滤料不易重复使用；

    （6）当过滤器压差在更换滤料后仍无明显下降时应更换滤芯；

    （7）不允许不装滤料单独使用滤芯。

     2 三级过滤器的过滤元件介绍

    该型过滤器的滤芯为一次性元件，其结构特点决定了三级过滤元件各自的功能

    2.1 精滤层元件（滤芯）特性

   （1）具有高过滤效率和高的纳污能力；

   （2）可在连续温度120℃和瞬时温度150℃的环境下工作；

   （3）元件的重量轻；

   （4）性能价格比较高；

   （5）具有较小的阻力降。

    2.2 精滤层元件（滤料或衬垫）特点

   （1）高洁净效率。粗滤层元件由连续的玻璃纤维从衬垫一边穿到另一边交织而成。这些玻璃纤维交*处用热硬化性塑料粘合剂联结，形成了一个结实、丰厚且富有弹性的衬垫。这种特性非常重要，因为传统的短玻璃纤维在搬运。操作时容易断裂，而该元件属于永久连续性联结，纤维不仅是连续的，在各个方向上都粘连，形成了永久衬垫接点，使纤维结构不受影响。确保了高的回弹性和强度，排除了过滤器进口系统的玻璃鼓泡的可能。

   （2）高纳污能力。粗滤层元件另一个独特的设计是具有密度梯度，这使它的纳污能力提高50％。衬垫从前到后同时通过提高纤维数量减小直径达到逐步提高空气清洁效率和深度上分布污垢的能力。在气流的压缩下，95.25mm厚的垫层的效率还可得以进一步提高。安装时注意颜色标记：进气侧为白色，出气边为黄色，确保安装时的流向正确。

   （3）粗滤层元件喷涂粘稠吸附物，粘稠吸附物大量充满衬垫，在 99℃下不会分解，这种粘性物质对防止尘埃回弹起着关键的作用。

   （4）在合理设计的气体流速下操作有着明显的回弹特性。

   （5）有很好的性能价格比，在同样的时间流量下采用该粗滤层元件使得过滤器寿命高于永久性过滤器。

   2.3 预滤隔栅

   隔栅作为第一道过滤元件，阻挡大片状杂物和防止雨水直接进入第二道粗滤层，底部开有泄水孔。

   3 精滤元件滤材的选型

   对于过滤器最主要的指标之一就是如何保证进人风机气体的洁净程度，而过滤精度又取决于精过滤元件过滤介质的性能。对于滤材，其过滤精度和阻力降是一对呈反比的参数。所以滤材选择时，就需要对这对参数进行适当的匹配。另外，滤材的抗拉强度、破裂强度，孔径等也作为选材的依据。

   3.1 滤材性能

   为对拟用的滤材进一步优化筛选，选择了6种滤材进行对比试验，归类成下列结果：

   （1）国产无纺布90的强度最高，但孔径较大，不适宜单独为我所用。

   （2）进口料价格较高，只作为比较的基准。

   （3）10型复合玻纤纸，用玻璃纤维作为过滤精度保证层，由于玻璃纤维强度低，另用无纺布作为加强层，形成了复合玻纤，过滤精度适合需要。

   （4）5型复合玻纤纸，同IO型复合玻纤纸相比，过滤精度要高约一情，相应的压降也增加

   （5）5型、6型合玻纤纸同属于木浆质过滤纸，其固化后的破裂拉力略高于IO型复合玻纤纸，名义孔径与10型接近。

   对照压降流量曲线，10型复合玻纤纸与在用滤材的压降性能线最接近。因此选用10型作为滤材是较合适的。

   3.2 试样的同条件测试

   为了排除测试手段和标准不同出现的数据矛盾，再次制作实体并采用标准的方法进行测试。

   1.测试内容（见表1）

表1 测试内容

    2.测试结果分析

   （1）气体含尘量-阻力特性曲线

   为了描述稳写流量下过滤元件的阻力降随气体含尘量变化而变化的关系，分别进行了两种试验，用6型滤纸以单纯精滤层模式试验，结果见图2。

   从图2可见：两条曲线的起始点即为未加尘灰的3400m3/h点压降值，两者的差值为 104.5Pa；粗滤层+精滤层模式的阻力曲线基本呈线性，单纯精滤层模式的阻力曲线呈非线性；当无粗滤层时，气体中的尘灰很容易积聚在过滤介质上堵塞流道，造成压降快速上升，在加灰量达到240g时，两条曲线的阻力降差值已经由原104.5下降到99Pa，图2的试验证实了在过滤器中增加粗滤层的必要性。

   （2）含灰量-计量效率特性曲线
   该试验为了描述稳定流量下（试验时取流量值为3400m3/h）不同过滤介质过滤尘灰效率的关系，同样也分别进行了两种试验，用类型6滤纸以单纯精滤层模式试验和用10型滤纸以精滤层+粗滤层模式试验，结果见图3。

   图3曲线显示，类型6滤纸在低含尘量时的过滤效率低于10型滤纸，这是因为前者的过滤孔径大于后者，效率较低属于正常。但随着含尘量的增加，类型6的过滤效率明显上升，实际上这是一种虚的效率，原因是因无粗滤层，滤纸被堵塞，滤纸有效孔径减小，使得过滤效率提高，同时阻力降也大幅度上升。

   （3）粒径-气体含尘计数效率特性曲线

   图4显示了过滤器对粒径-气体含尘计数效率特性的试验曲线，两种过滤介质的过滤精度10型滤纸略高于类型6滤纸，对于4μm以下的尘灰，两种材料均无高的过滤效率，对于大于5μm的尘灰，10型滤纸有 95％以上的粒径过滤效率。

   通过对精过滤元件过滤介质的测试，最终选用了10型滤纸作为滤层元件的滤材。

   4 结束语

   经过上述优化的过滤器已分别用于炼油厂的三轴流主风机上，从目前使用情况看，粗滤层使用寿命可达到6个月以上，精滤层也能满足一个运行周期的使用要求。对过滤器设计初始压差与实际使用测量的数值基本相符合，取得了较好的经济效益。实践表明，作为空气中粉尘含量较大的环境或处于海洋性气候环境的用户，该文介绍的过滤器是一种值得借鉴的形式。