采用ＫＣｌ氣溶膠與多種人工塵對(duì)高效過濾器進(jìn)行容塵實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，氣溶膠因難以在可接受的時(shí)間內(nèi)完成容塵實(shí)驗(yàn)，并不適合用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)。分別采用ＩＳＯ?。粒矇m與氣相法白炭黑粉末，通過喂塵器串聯(lián)旋風(fēng)分離器的發(fā)塵方法進(jìn)行容塵實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明氣相法白炭黑＋旋風(fēng)分離器的發(fā)塵方法能夠發(fā)生較為接近高效過濾器實(shí)際使用場(chǎng)合的人工塵顆粒，使高效過濾器在較小的容塵量下獲得較快的阻力增長(zhǎng)速度，有效縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，且容塵實(shí)驗(yàn)中幾乎不存在管道落灰現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)方法具備較好的可操作性，適合用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)。
1、引言
近年來，各類工業(yè)建筑尤其是潔凈室的綜合運(yùn)行能耗評(píng)價(jià)需求迅猛增長(zhǎng)［１］。高效過濾器作為其中的重要能耗部件之一，其容塵性能決定了使用壽命和能耗，是評(píng)價(jià)高效過濾器產(chǎn)品性能的重要參數(shù)之一。然而，在現(xiàn)有的高效過濾器評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系中，高效過濾器的容塵性能試驗(yàn)方法尚不明確、不成熟。
目前，ＥＮ?。罚罚梗海玻埃保玻郏玻菖cＩＳＯ１６８９０－３：２０１６［３］規(guī)定的一般通風(fēng)用過濾器的容塵性能試驗(yàn)方法在全球范圍內(nèi)獲得了廣泛認(rèn)可，但其采用的人工塵源（ＡＳＨＲＡＥ塵、Ａ２塵）僅適用于一般通風(fēng)用空氣過濾器，與高效過濾器實(shí)際使用中面對(duì)的塵源相比平均粒徑較大，并不適用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)。多位學(xué)者曾采用平均粒徑較小的ＫＣｌ氣溶膠作為高效過濾材料容塵實(shí)驗(yàn)塵源［４-８］，這種高效濾材的容塵實(shí)驗(yàn)可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成。ＧＢ／Ｔ １３５５４—２０２０［９］標(biāo)準(zhǔn)附錄也建議采用ＫＣｌ氣溶膠作為高效過濾器容塵性能試驗(yàn)的塵源，然而，高效過濾器的濾材面積遠(yuǎn)大于高效濾材容塵實(shí)驗(yàn)中僅約１００ｃｍ２的過濾面積，由于ＫＣｌ氣溶膠發(fā)生器受限于發(fā)生原理，其發(fā)塵濃度遠(yuǎn)低于采用喂塵器發(fā)生的人工塵，所以采用ＫＣｌ氣溶膠作為高效過濾器容塵性能試驗(yàn)的塵源可能存在實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)的問題。
為探究高效過濾器容塵性能試驗(yàn)用人工塵與發(fā)塵方法，本文對(duì)ＫＣｌ氣溶膠及多種人工塵進(jìn)行粒徑分布測(cè)試，分別采用氣溶膠與人工塵對(duì)高效過濾器進(jìn)行容塵實(shí)驗(yàn)，通過掃描電鏡照片觀察顆粒物沉積情況，分析高效過濾器采用不同人工塵的容塵阻力表現(xiàn)，探究適合用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)的塵源與發(fā)塵方法，為高效過濾器容塵性能試驗(yàn)方法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供參考。
2、實(shí)驗(yàn)裝置
本實(shí)驗(yàn)采用的通風(fēng)用空氣過濾器性能試驗(yàn)裝置（見圖１）依據(jù)Ｔ／ＣＲＡＡ ４３０～４３２—２０１７［１０］及ＥＮ?。罚罚梗海玻埃保驳认嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)搭建。該試驗(yàn)臺(tái)主要由變頻風(fēng)機(jī)、噴嘴流量計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)件）、混合式靜壓箱、人工發(fā)生裝置、溫濕度傳感器、壓力傳感器、粗效過濾器、高效過濾器及風(fēng)管管道等結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成。
圖１ 通風(fēng)用空氣過濾器性能試驗(yàn)裝置
其中氣溶膠發(fā)生裝置在本文中指如圖２所示的大顆粒ＫＣｌ氣溶膠發(fā)生裝置，在該裝置中，ＫＣｌ溶液經(jīng)霧化噴頭發(fā)生大顆粒ＫＣｌ氣溶膠，氣溶膠與加熱至１００℃的潔凈壓縮空氣充分混合，進(jìn)入風(fēng)管系統(tǒng)。
圖２ 大顆粒ＫＣｌ氣溶膠發(fā)生裝置
人工塵發(fā)生裝置為由電動(dòng)機(jī)、送料帶、混合管等結(jié)構(gòu)組成的人工塵喂塵器，用于向過濾器連續(xù)、穩(wěn)定地發(fā)送人工塵。該喂塵器氣源為壓縮空氣，壓力范圍為０～５００ｋＰａ，送料帶電動(dòng)機(jī)速度范圍為０～４ｍｍ／ｓ。為去除人工塵中較大粒徑顆粒、控制人工塵粒徑分布，喂塵器發(fā)出的人工塵在進(jìn)入混合室前采用圖３所示的旋風(fēng)分離器進(jìn)一步處理。該分離器借助離心力將人工塵中的大粒徑粒子從氣流中分離并捕集于器壁，再借助重力作用使塵粒落入灰斗。
圖３ 旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)尺寸（單位：ｍｍ）
粒子計(jì)數(shù)器為Ｐａｌａｓ?。校颍铮恚铩。玻埃埃皻馊苣z粒徑譜儀，該粒徑譜儀基于激光散射原理測(cè)量氣溶膠粒徑分布，采樣流量為５Ｌ／ｍｉｎ，粒徑測(cè)量范圍為０．２～１０μｍ。
因ＫＣｌ氣溶膠與人工塵采用不同的發(fā)生方法與發(fā)生裝置，且粒徑分布也存在較大差異，故分別設(shè)計(jì)氣溶膠容塵實(shí)驗(yàn)與人工塵容塵實(shí)驗(yàn)，單獨(dú)開展實(shí)驗(yàn)研究并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文在粒徑分布實(shí)驗(yàn)中，選取計(jì)數(shù)濃度、濃度百分比與質(zhì)量累積分布作為評(píng)價(jià)不同氣溶膠與人工塵的指標(biāo)，采用質(zhì)量累積分布百分比為５０％所對(duì)應(yīng)的粒徑大?。促|(zhì)量中值直徑）對(duì)比實(shí)驗(yàn)塵源粒徑分布。
3、ＫＣｌ氣溶膠容塵實(shí)驗(yàn)
3.1容塵實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)樣品選用效率等級(jí)為Ｈ１３的玻纖高效過濾器，尺寸為４９２ｍｍ×４９２ｍｍ×７０ｍｍ。實(shí)驗(yàn)氣溶膠由大顆粒ＫＣｌ氣溶膠發(fā)生裝置采用２０℃的飽和ＫＣｌ溶液發(fā)生，在實(shí)驗(yàn)風(fēng)量６００ｍ３／ｈ、面風(fēng)速約０．７５ｍ／ｓ的條件下，發(fā)生的ＫＣｌ氣溶膠粒徑分布如圖４所示，其質(zhì)量中值直徑約為１．８μｍ。記錄實(shí)驗(yàn)中高效過濾器阻力隨容塵時(shí)間的變化。
圖４?。耍茫鞖馊苣z計(jì)數(shù)分布、質(zhì)量累積與離散分布
3.2結(jié)果與分析
過濾器阻力增長(zhǎng)曲線如圖５所示，容塵開始至結(jié)束共計(jì)３２．１ｈ，其中發(fā)塵時(shí)長(zhǎng)２１．８ｈ，夜間停止發(fā)塵１０．３ｈ。Ｈ１３玻纖高效過濾器阻力由１６３Ｐａ增至１９５Ｐａ，其阻力在前８．３ｈ內(nèi)的平均增速約為１．３３Ｐａ／ｈ，而在后１３．５ｈ內(nèi)平均增速約為１．８５Ｐａ／ｈ，過濾器總?cè)輭m量為２８．５ｇ。
圖５ 過濾器阻力增長(zhǎng)曲線
圖６展示了該過濾器濾紙?jiān)谌輭m終止時(shí)的掃描電鏡照片。圖６ａ為將玻纖濾料上、下２層剝離后拍攝的中間層表面照片，能夠清晰地觀察到濾料纖維及少量沉積的ＫＣｌ顆粒；而在圖６ｂ顯示的濾料迎風(fēng)面表面照片中，大量ＫＣｌ顆粒沉積于濾料表層的纖維上，顯著增加了濾料表層的填充率。
圖６ 過濾器樣品在容塵終止時(shí)不同濾料層的掃描電鏡照片
在上述實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)２１．８ｈ的發(fā)塵，過濾器僅容塵２８．５ｇ。盡管ＫＣｌ氣溶膠具有較小的質(zhì)量中值直徑，相同容塵質(zhì)量顆粒數(shù)較多，也更容易沉積于濾料內(nèi)部導(dǎo)致阻力增長(zhǎng)較快。但由于ＫＣｌ氣溶膠的發(fā)生濃度極低，導(dǎo)致高效過濾器阻力增長(zhǎng)非常緩慢，若以通用的將２～３倍初阻力作為高效過濾器容塵終阻力，容塵實(shí)驗(yàn)難以在實(shí)驗(yàn)室能夠接受的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)完成。若將本實(shí)驗(yàn)中尺寸為４９２ｍｍ×４９２ｍｍ的受試過濾器更換為同濾材的尺寸為６１０ｍｍ×６１０ｍｍ的高效過濾器，在相同的容塵量下，過濾器的阻力變化會(huì)更加不明顯，容塵實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)將進(jìn)一步增加。此外，本實(shí)驗(yàn)過程中存在ＫＣｌ氣溶膠對(duì)實(shí)驗(yàn)氣流濕度變化敏感導(dǎo)致已容塵過濾器阻力降低的現(xiàn)象，此前多位學(xué)者在進(jìn)行濾料與過濾器容塵實(shí)驗(yàn)中均關(guān)注過這一問題［１１-１３］?；谏鲜銮闆r，采用常規(guī)氣溶膠發(fā)生器發(fā)生ＫＣｌ氣溶膠的方法不適用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)。需考慮采用人工塵作為高效過濾器容塵性能試驗(yàn)的塵源。
4、人工塵容塵實(shí)驗(yàn)
人工塵廣泛應(yīng)用于一般通風(fēng)用過濾器的容塵性能試驗(yàn)，采用人工塵模擬大氣塵，能夠消除由于大氣塵的多樣性和多變性造成的測(cè)試結(jié)果差異。ＩＳＯ?。保玻保埃常保海玻埃保兑?guī)定了采用亞利桑那沙漠沙粒制造的４個(gè)等級(jí)的試驗(yàn)粉塵（ＩＳＯ?。粒薄粒吹缆穳m），均由機(jī)動(dòng)車行駛環(huán)境中存在的化合物組成［１４］。ＩＳＯ?。保叮福梗埃常海玻埃保逗停牛巍。罚罚梗海玻埃保卜謩e規(guī)定采用Ａ２道路塵和ＡＳＨＲＡＥ塵作為一般通風(fēng)用過濾器的容塵性能試驗(yàn)的塵源，Ａ２塵的化學(xué)成分如表１所示，而ＡＳＨＲＡＥ塵則由７２％（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）的Ａ２塵、２３％的炭黑與５％的棉絨組成。
表１?。粒矇m化學(xué)成分
ＡＳＨＲＡＥ塵組分中因存在平均粒徑較大的棉絨，與高效過濾器實(shí)際使用情況并不相符，故不適合用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)。為探究適合高效過濾器容塵性能試驗(yàn)的人工塵源，選用Ａ２塵、１２５０目ＣａＣＯ３、ＳｉＯ２ＡＲ（分析純）、亞微米ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３ＡＲ（分析純）、０．０５ＣＲ?。粒欤玻希场庀喾ò滋亢诘确蹓m作為受試塵源。上述粉塵多為Ａ２道路塵中單一組分物質(zhì)或相近物質(zhì)，對(duì)大氣塵中的對(duì)應(yīng)組分有一定程度的模擬作用，涵蓋不同粒徑范圍，生產(chǎn)加工工藝成熟，價(jià)格低，易獲取。為了既能保證人工塵主要組分不變，又能使人工塵整體保持較小粒徑，采用旋風(fēng)分離器串聯(lián)喂塵器的發(fā)塵方法去除含塵氣流中的較大粒子。實(shí)驗(yàn)對(duì)受試塵源依次進(jìn)行發(fā)塵，測(cè)試其在使用與不使用旋風(fēng)分離器情況下的粒徑分布特性。并選用合適的人工塵與發(fā)塵方法，進(jìn)一步探究其對(duì)高效過濾器容塵性能的影響。
4.1旋風(fēng)分離器進(jìn)氣壓力與喂塵速率對(duì)人工塵粒徑分布的影響
旋風(fēng)分離器的性能表現(xiàn)直接影響所發(fā)人工塵的粒徑分布。在結(jié)構(gòu)尺寸、粉塵物性確定的情況下，影響旋風(fēng)分離器性能表現(xiàn)的主要因素為進(jìn)口氣流速度與氣體含塵濃度，前者由喂塵器進(jìn)氣壓力決定，而后者由喂塵速率決定。因此設(shè)計(jì)多種喂塵器進(jìn)氣壓力與喂塵速率組合，測(cè)量氣相法白炭黑粉末在不同發(fā)塵條件下的質(zhì)量累積粒徑分布，實(shí)驗(yàn)在６００ｍ３／ｈ風(fēng)量下進(jìn)行，結(jié)果如圖７所示?？梢娫诓皇褂眯L(fēng)分離器的情況下，進(jìn)氣壓力與喂塵速率對(duì)受試塵的質(zhì)量累積分布特性沒有顯著影響，而在相同的進(jìn)氣壓力與喂塵速率下，旋風(fēng)分離器的使用能夠顯著降低受試塵的質(zhì)量中值直徑。在所有的實(shí)驗(yàn)組合中，采用喂塵器串聯(lián)旋風(fēng)分離器的發(fā)塵方式在進(jìn)氣壓力０．５ＭＰａ、喂塵速率４．５ｇ／ｍｉｎ的條件下能夠獲得最小的質(zhì)量中值直徑（約為２．１３μｍ）。這說明，在本實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，適當(dāng)提高進(jìn)氣壓力與喂塵速率，能夠提高旋風(fēng)分離器的性能表現(xiàn)，得到整體粒徑分布更小的粒子。
圖７ 不同進(jìn)氣壓力與喂塵速率條件下氣相法白炭黑的質(zhì)量累積分布情況
4.2人工塵粒徑分布特性
在６００ｍ３／ｈ風(fēng)量、０．５ＭＰａ進(jìn)氣壓力下，采用喂塵器與喂塵器串聯(lián)旋風(fēng)分離器２種方法發(fā)生多種粉塵。實(shí)驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)旋風(fēng)分離器性能并定性對(duì)比不同塵源的粒徑分布特性，故僅在正常發(fā)塵操作的情況下測(cè)試粒徑分布，并不嚴(yán)格控制使用與不使用旋風(fēng)分離器時(shí)的發(fā)塵質(zhì)量或發(fā)塵濃度相同。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖８所示。
圖８ 人工塵發(fā)塵濃度、濃度百分比與質(zhì)量累積分布情況
由圖８可以觀察到：第一，旋風(fēng)分離器的使用會(huì)不同程度地降低各粒徑擋的粒子濃度；第二，所有受試人工塵發(fā)塵濃度均遠(yuǎn)高于ＫＣｌ氣溶膠計(jì)數(shù)濃度，Ａ２塵、氣相法白炭黑的整體發(fā)塵濃度較高，但它們的濃度能否滿足容塵實(shí)驗(yàn)的時(shí)長(zhǎng)要求仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；第三，受試塵源中，Ａｌ２Ｏ３ＡＲ、亞微米ＳｉＯ２、氣相法白炭黑的高濃度粒徑擋較小且較集中，大部分集中在小于１μｍ的范圍內(nèi)；第四，旋風(fēng)分離器能夠明顯降低受試塵源的質(zhì)量中值直徑，氣相法白炭黑在使用分離器的條件下，質(zhì)量中值直徑約為２．１３μｍ，能夠反映受試塵的整體粒子處于較小水平。
在上述粉塵中，Ａ２塵與氣相法白炭黑在粒徑特性上各具一定代表性，在３．３節(jié)中將進(jìn)一步研究這２種粉塵作為高效過濾器容塵性能試驗(yàn)用塵源的可行性。圖９顯示了在使用分離器與不使用分離器的情況下，Ａ２塵與氣相法白炭黑發(fā)塵濃度各自的比值?？芍S粒徑的增大，旋風(fēng)分離器對(duì)粒子的去除效果逐漸增強(qiáng)，但由于粉塵堆積密度、團(tuán)聚能力等物理性質(zhì)的差異，分離器對(duì)不同塵源的去除效果有所不同。
圖９ 發(fā)塵濃度比值（在０．５μｍ處歸一化處理）
4.3容塵實(shí)驗(yàn)方法
采用Ａ２塵和氣相法白炭黑進(jìn)行了如表２所示的３組容塵實(shí)驗(yàn)。為便于實(shí)驗(yàn)方法推廣，實(shí)驗(yàn)步驟與后續(xù)數(shù)據(jù)處理過程借鑒現(xiàn)行國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)ＥＮ７７９：２０１２。實(shí)驗(yàn)步驟如下：
表２ 容塵實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
１）稱量受試過濾器及旋風(fēng)分離器灰斗在清潔狀態(tài)下的質(zhì)量，以及末端過濾器的初始質(zhì)量。
２）稱量一定質(zhì)量粉塵，置于喂塵器傳送帶上，使其均勻通過喂塵器與旋風(fēng)分離器，以設(shè)定的發(fā)塵濃度進(jìn)入送風(fēng)管道。停止喂塵前，將傳送帶上的殘余負(fù)荷塵掃至汲塵口，振動(dòng)或敲打喂塵管道３０ｓ。
３）發(fā)塵結(jié)束后，保持系統(tǒng)風(fēng)量不變，待系統(tǒng)穩(wěn)定后記錄過濾器阻力，拆卸分離器灰斗并稱重，求得單次灰斗增重。重新安裝灰斗。
４）重復(fù)上述步驟直至過濾器達(dá)到終阻力時(shí)，停止發(fā)生負(fù)荷塵，稱量受試過濾器及末端過濾器終質(zhì)量。
５）對(duì)試驗(yàn)風(fēng)管進(jìn)行掃灰，收集沉積于風(fēng)道中的實(shí)驗(yàn)粉塵，稱量其質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)完畢。
６）對(duì)過濾器每一發(fā)塵階段的容塵量按式（１）進(jìn)行修正，繪制阻力累計(jì)容塵量變化曲線。
式中 Δｍｉ為修正單次容塵量，ｇ；Ｍｉ為單次發(fā)塵量，ｇ；ｍｉ為單次灰斗增重，ｇ；Δｍ為受試過濾器增重，ｇ；Ｍ為總發(fā)塵質(zhì)量，ｇ，Ｍ＝ ΣＭｉ；ｍ為總灰斗增重，ｇ，ｍ＝Σｍｉ。
4.4旋風(fēng)分離器的使用與人工塵種類對(duì)高效過濾器容塵性能的影響
高效過濾器的阻力會(huì)隨容塵量動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)。Ｔｈｏｍａｓ等人提出高效過濾器的容塵過程可分為深層過濾、過渡和表面過濾３個(gè)階段［１５］。其中，深層過濾階段的阻力增長(zhǎng)比較緩慢，而表面過濾階段的阻力則會(huì)呈線性快速增長(zhǎng)。為了更形象地反映高效過濾器在整個(gè)容塵過程中每一時(shí)刻的阻力隨容塵量的增長(zhǎng)速度，判斷過濾器所處容塵階段，引入阻力增長(zhǎng)系數(shù)ｋ２［４］。本文采用阻力增長(zhǎng)曲線中兩點(diǎn)間連線的斜率代表該區(qū)間的ｋ２。圖１０顯示了實(shí)驗(yàn)１～３的阻力與ｋ２隨容塵量變化情況。在實(shí)驗(yàn)１中，過濾器阻力在達(dá)到終阻力前，阻力隨容塵量始終呈線性增長(zhǎng)，阻力增長(zhǎng)系數(shù)ｋ２始終在一定范圍內(nèi)維持不變。在實(shí)驗(yàn)２中，阻力隨容塵量的增長(zhǎng)速度起初緩慢增長(zhǎng)，而后穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，ｋ２值整體高于實(shí)驗(yàn)１。在實(shí)驗(yàn)３中，阻力增長(zhǎng)速度同樣呈現(xiàn)先逐漸增長(zhǎng)隨后穩(wěn)定的情況，但ｋ２在實(shí)驗(yàn)開始階段就高于前２組實(shí)驗(yàn)，并且很快達(dá)到穩(wěn)定。ｋ２值在實(shí)驗(yàn)過程中總體處于較高水平。
圖１０ 不同塵源與發(fā)塵方法下的高效過濾器阻力增長(zhǎng)曲線
圖11顯示了３組實(shí)驗(yàn)在達(dá)到終阻力時(shí)，過濾器樣品不同濾料層的掃描電鏡照片?？梢娫趯?shí)驗(yàn)１結(jié)束時(shí)，大量大粒徑的Ａ２塵顆粒堵塞于迎風(fēng)面表面，且部分顆粒粒徑大于１０μｍ，幾乎將表面的玻璃纖維完全覆蓋，而濾料內(nèi)部幾乎沒有顆粒物沉積。這說明Ａ２塵整體粒徑較大，絕大多數(shù)沉積于迎風(fēng)面表面，導(dǎo)致過濾器的阻力增長(zhǎng)幾乎觀察不到深層過濾階段，而是在容塵初期迅速形成粉塵層，進(jìn)入表面過濾階段，故阻力增長(zhǎng)系數(shù)ｋ２在一定范圍內(nèi)始終穩(wěn)定不變。實(shí)驗(yàn)２呈現(xiàn)出與實(shí)驗(yàn)１相似的情況，但迎風(fēng)面表面沉積的大顆粒占比明顯降低，中間層沉積顆粒物有所增加，可以反映旋風(fēng)分離器去除了含塵氣流中部分大粒徑粒子，使得更多較小粒子在迎風(fēng)面表面被堵塞前沉積于濾料內(nèi)部。在實(shí)驗(yàn)３結(jié)束時(shí)，迎風(fēng)面表面玻璃纖維上沉積了大量細(xì)小的顆粒，形成枝狀纖維，所沉積的白炭黑顆粒明顯小于圖11ｃ中的Ａ２塵顆粒，結(jié)合阻力增長(zhǎng)曲線可判斷此時(shí)過濾器已達(dá)到表面過濾階段。在圖11ｆ中，能夠觀察到細(xì)小顆粒在濾料內(nèi)部的沉積現(xiàn)象，該過程對(duì)應(yīng)容塵初期ｋ２不斷增大的區(qū)間。
圖11 過濾器樣品在容塵終止時(shí)不同濾料層的掃描電鏡照片（放大2000倍）
上述３組實(shí)驗(yàn)的阻力增長(zhǎng)情況表明，人工塵粒徑對(duì)過濾器的阻力增長(zhǎng)模式有重要影響。粒徑較小的顆粒物能夠在濾料內(nèi)部沉積，此時(shí)的阻力增長(zhǎng)表現(xiàn)為深層過濾階段。而較大的顆粒物無法深入濾料內(nèi)部，只能在表面沉積，對(duì)應(yīng)阻力的表面過濾階段。實(shí)驗(yàn)３中阻力增長(zhǎng)系數(shù)ｋ２明顯大于另外２組實(shí)驗(yàn)，原因在于氣相法白炭黑顆粒整體小于Ａ２塵顆粒，單位質(zhì)量的顆粒數(shù)更多，更容易分散沉積于濾料內(nèi)部，形成枝狀纖維。
高效過濾器在實(shí)際使用中通常安裝于粗、中效過濾器下游。而經(jīng)過粗效（Ｇ３）＋中效（Ｆ７）過濾器過濾后的環(huán)境氣溶膠顆粒基本分布在小于１μｍ的范圍內(nèi)［８］。且在現(xiàn)有研究中，大量學(xué)者采用小于１μｍ的氣溶膠對(duì)高效濾料進(jìn)行容塵，阻力增長(zhǎng)曲線均能觀察到深層過濾與表面過濾２個(gè)階段。結(jié)合圖８中濃度百分比分布情況、圖１０中阻力增長(zhǎng)情況及圖１１ｅ中沉積顆粒物形態(tài)分析，在３組實(shí)驗(yàn)中，采用氣相法白炭黑結(jié)合旋風(fēng)分離器的發(fā)塵方法更貼近高效過濾器實(shí)際使用情況。
表３ 容塵實(shí)驗(yàn)１～３結(jié)果匯總
３組容塵實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表３所示。對(duì)比實(shí)驗(yàn)１、２可知，在６００ｍ３／ｈ的實(shí)驗(yàn)風(fēng)量下，使用Ａ２塵作為容塵實(shí)驗(yàn)塵源時(shí)，旋風(fēng)分離器的使用能夠大幅降低高效過濾器的容塵量，并顯著改善管道落灰現(xiàn)象。但該發(fā)塵方法存在發(fā)塵量明顯增大的問題，且由于旋風(fēng)分離器的加入增加了管路阻力，部分塵未被喂塵器吸入，或沉積于喂塵器管道和分離器內(nèi)部，導(dǎo)致掃灰損失量過高。實(shí)驗(yàn)３數(shù)據(jù)顯示，氣相法白炭黑＋旋風(fēng)分離器的發(fā)塵方法能夠有效降低發(fā)塵量和掃灰損失量，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)。此外，容塵實(shí)驗(yàn)中幾乎不存在管道落灰現(xiàn)象，這是因?yàn)闅庀喾ò滋亢诘拿芏容^低（見表４）。實(shí)驗(yàn)方法具備較好的可操作性，適合用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)。
表４ 氣相法白炭黑物性參數(shù)
5、結(jié)論
本文采用喂塵器串聯(lián)旋風(fēng)分離器的發(fā)塵方式，對(duì)多種人工塵進(jìn)行粒徑分布測(cè)試。并分別采用ＫＣｌ氣溶膠、Ａ２塵、氣相法白炭黑粉塵對(duì)高效過濾器進(jìn)行容塵實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，提出了一種適合用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)的塵源與發(fā)塵方法。主要結(jié)論如下：
１）采用常規(guī)氣溶膠發(fā)生器發(fā)生ＫＣｌ氣溶膠的方法不適用于高效過濾器容塵性能試驗(yàn)，氣溶膠因發(fā)生濃度過低，使高效過濾器容塵實(shí)驗(yàn)難以在實(shí)驗(yàn)室可接受的時(shí)間內(nèi)完成。
２）采用喂塵器串聯(lián)旋風(fēng)分離器的發(fā)塵方式發(fā)生氣相法白炭黑粉塵，在本文實(shí)驗(yàn)設(shè)備的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，在進(jìn)氣壓力０．５ＭＰａ、喂塵速率４．５ｇ／ｍｉｎ的條件下能夠發(fā)生質(zhì)量中值直徑約２．１３μｍ的氣相法白炭黑粉塵。
３）旋風(fēng)分離器的使用會(huì)對(duì)全部粒徑擋的粒子濃度進(jìn)行一定程度的去除，并顯著降低受試塵的質(zhì)量中值直徑。同一旋風(fēng)分離器對(duì)不同塵源的去除效果有所不同。受試人工塵發(fā)塵濃度遠(yuǎn)高于氣溶膠發(fā)生濃度。
４）在３種發(fā)塵方法中，氣相法白炭黑＋旋風(fēng)分離器的方法更適合高效過濾器容塵性能試驗(yàn)。該粉塵密度低、整體粒徑小、發(fā)塵濃度高，能夠使高效過濾器在較小的容塵量下獲得較快的阻力增長(zhǎng)速度，有效縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，且容塵實(shí)驗(yàn)中幾乎不存在管道落灰現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)方法具備較好的可操作性。
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