空气洁净技术讲稿(64张)课件.pptx
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- 空气 洁净 技术 讲稿 64 课件
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1、 空空 气气 洁洁 净净 技技 术术 4.空气过滤器的特性空气过滤器的特性 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。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空气净化系统中过滤器的作用和分类 表表4-1是我国国家标准对过滤器进行分类,共分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,其中高效档,分别为粗、中、高中、亚高和高效,其中高效中又分了中又分了ABCD4档,分类的指标基准为额定风量效档,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率和阻力
2、,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,一般讲低,一般讲DOP法、钠焰法、油雾法和计数法(粒法、钠焰法、油雾法和计数法(粒径为径为0.3m)的效率值基本上可比。)的效率值基本上可比。方法方法 DOP发发 比色法比色法 人工尘计重人工尘计重法法 99.97 100 100 效效 95 99 100 8085 9397 100 率率 5060 8085 99 2030 4555 96 1520 3035 92 国外也有用统一的测试标准分类的国外也有用统一的测试标准分类的 名称名称 计数效率(计数效率(%)阻力(
3、阻力(Pa)(对粒径为(对粒径为0.3m的尘粒)的尘粒)粗效过滤器粗效过滤器 F,对于高效过滤器甚至为几十倍,因而对于高效过滤器甚至为几十倍,因而u、v差异甚大。差异甚大。3600FQufQfQv028.03600101046 4.3 效率效率 效率、穿透率的概念。效率、穿透率的概念。分级效率与总效率的关系。分级效率与总效率的关系。1 1n n 各粒径分级效率;各粒径分级效率;n1nn 各粒径微粒含量所占全体的比例。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较大,因此提到效
4、率,必须说明是什么方法测得的效率。效率。与效率(穿透率)有关的一个指标称净化系数,为与效率(穿透率)有关的一个指标称净化系数,为 穿透率的倒数,穿透率的倒数,表示经过滤器后微粒浓度降,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。低的程度,也说明过滤前后浓度相差的倍数。nnnnn2211KKc1 4.4 阻力阻力 过滤器初力主要由两部分组成:滤料阻力和结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。作为定值附加阻力不作讨论。(1)滤料阻力)滤料阻力 纤维过滤器的阻力是由
5、于气流通过纤维层时受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,当然与纤维直径,当然与Re有关,由于有关,由于df很小,很小,v很小,很小,cm量级,所以量级,所以Re很小,一般在层流范围,我们常用气很小,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流受到的阻力实际是压强单位Pa,分析时还得从受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,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
6、面积的乘积再乘以阻力系数。流动压与迎风面积的乘积再乘以阻力系数。N/m (4-10)22122afafvdCvdCF 若滤料内纤维长度为若滤料内纤维长度为L,则滤料所受力即为气流形成则滤料所受力即为气流形成的阻力的阻力FL。设滤料厚为设滤料厚为H,面积为面积为S,填充率填充率 则单位面积上的阻力即我们习惯上称的阻力则单位面积上的阻力即我们习惯上称的阻力 (Pa)将将4-10代入得代入得 (Pa)224ffdHSdHSL2244ffdFHdSHSFSFLPfadHvCP22 P与与v、H、及及df有关,与有关,与C有关,而有关,而C本本身可能与纤维排列方式,身可能与纤维排列方式,、纤维表面形状及
7、纤维表面形状及Re有有关,需用实验方法确定具体值。经实验和理论推导关,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得出具体表达式 Pa(4-15)为纤维断面形状系数,为纤维断面形状系数,m2为实验指数,与纤维材料有关。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。算影响因素太多,与实测有出入。纤维断面外接圆面积纤维断面积58.022120fmdvHP (2)过滤器全阻力)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。在滤速较低由滤料的阻力公式可看出,阻力与滤速成正比。在滤速较
8、低范围内呈直线关系,所以滤料阻力可写为范围内呈直线关系,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。测滤料阻力与测过滤器阻力发现的问题:差值。结构阻力结构阻力计为计为P2,阻力肯定与空气流速相对应,滤料对应的为滤速,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)对应的是面速而隔板形成的通道(结构因素)对应的是面速u。因而因而 过滤器总阻力过滤器总阻力 (4-18)对不同的过滤器对不同的过滤器n值略有不同,值略有不同,1n0.3m某粒径的穿透率;某粒径的穿透率;d为为0.3m的某一粒径。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
9、。仅适用于高效过滤器。该公式与实测结果较吻合。23.0/12ddeKK 对于效率较低的过滤器范围也可进行换算。对于效率较低的过滤器范围也可进行换算。效率值增加效率值增加10%3.05.01.03.05.01.0 4.7 过滤器的串联效率过滤器的串联效率 在过滤器串联后总效率的计算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,滤的粉尘的粒径不同,1 1和和2是不同的,是不同的,2 2 n2nn,即,即小粒径的微粒粒数多,粒数的比例大,而小粒径的微粒粒数多,粒数的比例大,而 1 1 2 2 n1,所对应的粒径
10、相当于最,所对应的粒径相当于最大穿透粒径大穿透粒径dmax,而其它粒径微粒的比例,由于高效过滤器而其它粒径微粒的比例,由于高效过滤器的效率高,一般的效率高,一般n2 n2,n3n3,而而 n1+n2+nn-2=1 两式相比两式相比 一、二两级的过滤效率究竟能差别多大,表一、二两级的过滤效率究竟能差别多大,表4-6给出一实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降了0.041%,而穿透率确由,而穿透率确由0.045%升高到升高到0.086%,增加近,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一倍。从串联的
11、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,到第三级几乎仅剩径的过滤效率,到第三级几乎仅剩dmax粒径微粒,其效率与粒径微粒,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,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。略有下降这一实际情况
12、。(2)中效过滤器串联效率)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,如大气小粒径的微粒个数在大气尘中占绝大多数,如大气尘中尘中0.5m的微粒数占到的微粒数占到91.68%,对,对计数计数效率而言效率而言,对小微粒的过滤效率决定其总效率,因而串联后,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,公式认为不变,公式 能用,仍用表能用,仍用表4-6算例中的粒径分布,算例中的粒径分布,0.3m占占46%,
13、0.4m占占20%,0.5m占占34%,0.3=0.4,0.4=0.47,0.5=0.54,可可算得第一、二级算得第一、二级一一=0.46,二二=0.458。但对于计重。但对于计重效率,总串联效率公式不适用,以两级为例,第二效率,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,因大于等于级效率会下降很大,因大于等于0.5m的微粒的总的微粒的总重占到重占到99%,而,而5m的占的占80%,若用串联公式,若用串联公式2需需用新粒微分布情况下的效率值。用新粒微分布情况下的效率值。n111121 4.8 使用期限使用期限(1)过滤器的寿命)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
14、较过滤器使用寿命,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。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,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来反映。一般情况下,当过滤器的终阻力等于初阻力的力的2倍时,即阻力增加了倍时,即阻力增加了1倍时,即达到额定容尘倍时,即达到额定容尘
15、量,过滤器使用寿命结束。量,过滤器使用寿命结束。当过滤器前空气含尘浓度用当过滤器前空气含尘浓度用N1mg/m3表示,过滤器表示,过滤器效率为效率为,额定处理风量为额定处理风量为Q0m3/h,每天运行每天运行t小时小时,则一天积尘量为:,则一天积尘量为:g/dtQNP031110 达到容尘量达到容尘量P0所需的时间所需的时间T0即为使用寿命即为使用寿命 (天)(天)(4-24)一般情况过滤器特别是中效以上的过滤器所处理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,当大气含尘浓度气含尘浓度为为M,室内洁净级别以及新回风
16、的比例,室内洁净级别以及新回风的比例已知,过滤器前的浓度已知,过滤器前的浓度N1可计算可计算tQNPT0310010rrnSNSMN1111(2)寿命和运行风量的关系)寿命和运行风量的关系 P0一定一定y时,运行时间与运行风量成反比。时,运行时间与运行风量成反比。T1为当风量低于额定风量运行时,达到容尘量时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达到是用终阻力来判断的,我们曾在
17、介绍过滤器全阻力时给出公式阻力时给出公式 m=1.11.36,也可写成,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的形式,即过滤器阻力与风量的m次方成正比,次方成正比,m1,当在部分风量下运行时,过滤器达到了容尘当在部分风量下运行时,过滤器达到了容尘量值量值g/m2,但其阻力还未达到终阻力。这时仍能继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。续使用一段时间,直到阻力达到终阻力值为止。tQNPT03100101001QQTTmCvPHmQCPH 用用K表示运行风量与额定风量之比,
18、据日本学者表示运行风量与额定风量之比,据日本学者的实测结果,而当的实测结果,而当K=0.5,即为额定风量一半时,达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到终阻力的运行时数为额定风量下运行时数的3.4倍倍。公式。公式4-264-29为根据实测曲线拟合的方程,其中为根据实测曲线拟合的方程,其中4-27中的常数项应为中的常数项应为23.86,是过滤器的初阻力值。,是过滤器的初阻力值。利用利用4个公式,将个公式,将K值的影响作为一参数得出一综合值的影响作为一参数得出一综合方程方程 (4-30)为过滤器工作过程的阻力与风量及运行时间的关系为过滤器工作过程的阻力与风量及运行时间的关
19、系,当达到终阻力时,如,当达到终阻力时,如H=2H0为常数,风量已知时为常数,风量已知时K为常数,将为常数,将T解出即为过滤器寿命解出即为过滤器寿命T0,其解为下式,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。意义。2290.2519.2106.11555.0481.186.23TKTKKH1555.02)86.23(1555.04)481.1(481.1106.12519.2519.2HKKKT 许仲麟先生许仲麟先生1997年又提年又提 出一个估计运行时间出一个估计运行时间T与与 风量比风量比K关系的理论分析的关系的理论分析的
20、 近似方法。近似方法。通过图可形象反映在不同通过图可形象反映在不同 风量下运动时间和过滤器阻力风量下运动时间和过滤器阻力 的关系,过滤器在额定风量的关系,过滤器在额定风量Q0 下运行初阻为下运行初阻为H0,达到额定容尘量达到额定容尘量P0时,阻力增加时,阻力增加达到终阻力,这时运行时间达到终阻力,这时运行时间T0为寿命;风量大于为寿命;风量大于Q0时即,其初阻力即大于时即,其初阻力即大于H0,又因风量大,阻力上升又因风量大,阻力上升较快,较早就达到终阻力,寿命短;风量小于较快,较早就达到终阻力,寿命短;风量小于Q0时时K1,初阻力即小于初阻力即小于H0,又因阻力上升较慢,达到终又因阻力上升较慢
21、,达到终阻所用的时间长,寿命长。阻所用的时间长,寿命长。具体分析具体分析K1情况。设处理风量情况。设处理风量Q1Q0,即即K1,达到终阻力时所用的时间为,达到终阻力时所用的时间为T1.0,阻力增加值阻力增加值H=H0。仅考虑高效和亚高效过滤器,在净化系统。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。中所关心的也是它们的使用寿命。当容尘量为定值时得出当容尘量为定值时得出 运行时间与风量成反比运行时间与风量成反比T T1 1为在为在Q1风量下运行达到风量下运行达到P0时所用的时间,但过滤器时所用的时间,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的阻力还没有达到终阻
22、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,使用寿命者都进步延长了过滤器达到终阻力的时间,使用寿命增加。增加。1001QQTTKTTQQT00101 具体分析如下:前面过滤器阻力一节曾讲过对具体分析如下: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,其阻力和通过风量于高效过滤器和亚高效过滤器,其
23、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。在看成直线关系即成正比关系。在Q1Q0,即即K1情况情况下,运行了下,运行了T0/K时间后达到额定容尘量时间后达到额定容尘量P0,但由于但由于Q与与H成正比成正比000AQHPQ101AQHPQKHQQAQQQAHHPQPQPQ1100010001010 即同样达到即同样达到P0,Q1风量情况的阻力较终阻力小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,而积尘量又与时间尘量和阻
24、力增加值近似成正比,而积尘量又与时间成正比,所以在成正比,所以在Q1风量下运行,达到终阻力所需的风量下运行,达到终阻力所需的时间在的基础上还要再增加。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,实际由于风量为小的影响,实际由于风量为Q1(Q1 Q0,K1),由由H、Q成正比关系,初阻力本身也降为成正比关系,初阻力本身也降为KH0,减少了减少了(1-K)倍,在倍,在Q1风量下要达到初阻力风量下要达到初阻力H0需多积尘运行需多积尘运行一段时间。一段时间。因为前提因为前提H=H0,如果在如果在Q0风量下运动风量下运动,补上,补上
25、(1-K)H0阻力,所需时间为阻力,所需时间为(1-K)T0,那么可得那么可得在在Q1风量下运行实际需要延长的时间为:风量下运行实际需要延长的时间为:TKT11TKKT12 考虑由于考虑由于Q1Q0造成的两个影响因素,在风量低于造成的两个影响因素,在风量低于额定风量,即额定风量,即KQ0,则取则取 ,以,以Q1为基准,则为基准,则 代入具体代入具体K K值得值得 ,则,则,为达为达到终阻时间亦即寿命。到终阻时间亦即寿命。T1-T0为缩短的运行时间。表为缩短的运行时间。表4-7为为K取不同值时过滤器寿命与额定风量下使用寿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,表命的倍数关系,表4-8
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