除尘器

油雾过滤器的基本原理和应用

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2017-11-28 11:06:33

烟雾定义

雾一般可以定义为直径20微米或更小的液滴。本文主要关注使用油基和水溶性润滑剂和冷却剂的应用。这些润滑剂和冷却剂被用于许多应用中,包括金属切削,金属成型,研磨,零件清洗等。例如,使用水溶性金属加工液的研磨和车削操作通常会产生范围从2微米到20微米的雾滴。使用油基流体的相同操作通常产生范围从0.5微米到10微米的雾滴。

烟通常是一种小得多的材料,直径从0.07微米到1微米不等,可以是由于过饱和蒸气的不完全燃烧或凝结而产生的固体或液体气溶胶。它有时被称为热生成的雾或油烟。产生烟雾的常见应用是冷镦,直馏机械加工硬质合金,在大型发电机上使用润滑油库和热处理。

看不到它们就不存在?

有些制造商认为,如果他们看不到雾气,雾气就不存在。事实上,人眼看不到小于40微米的单个液滴,但是有实质性的证据表明在许多金属加工操作中存在较小的雾滴。你可能无法看到它们,但你可以闻到它们!

性能特点

油雾过滤器的主要功能是从空气中去除雾滴和油烟。为了完成这个任务,过滤器必须将小液滴合并成较大的液滴,然后收集到下方的收集盘并通过导管排出。

油雾过滤器的性能有三个可测量的性质:

  1. 压降:作为能源成本公式的一部分,过滤器的工作压降是重要的。较高的压降意味着需要更多的能量来将空气通过过滤器。

  2. 效率:过滤器从气流中去除雾滴和油烟的效率是非常重要的,因为它决定了离开过滤器时排放到室内环境空气的清洁程度。过滤效率是衡量离开过滤器时空气清洁度的关键指标。

  3. 风量:过滤器的风量很重要,因为它决定了能处理多少空气。风量小,通过油雾过滤器的空气就很少,过滤空气就少。风量大,通过油雾过滤器的空气就多,浪费能源。

除了过滤器的基本设计之外,还有烟雾的特性也会影响油雾过滤器的性能:

  1. 薄雾浓度: 一定量的空气中含有的雾气量因应用的不同而差别很大。在现场测试中观察到的雾气浓度低至3毫克/立方米,高达37毫克/立方米。实际应用可能具有更大范围的雾浓度。OSHA空气传播金属加工液的限量从矿物油5毫克/立方米(8小时)到其他冷却液15毫克/立方米(8小时)不等。NIOSH推荐的限值较低,低至0.4 mg / m3。(2)在一般办公室环境中,颗粒物浓度一般在0.02-0.03毫克/立方米的范围内,远低于金属加工操作附近的雾浓度。

  2. 雾气温度:在高温雾气可能会发生冷凝,这可能会影响液滴大小和过滤方式。对于水基冷却剂,水将在较高的温度和较低的相对湿度下蒸发,从而产生较小的液滴尺寸。选择油雾或烟雾过滤技术时,过滤介质的承受温度也很重要。

  3. 雾的类型:不同类型的雾滴将具有不同的表面张力和粘度属性,这会影响雾过滤器聚结和排出能力。

  4. 雾滴尺寸分布:一般而言,捕获较大的液滴尺寸更容易,较大的雾滴和比较容易从过滤器排出。图1显示了一个假想的雾和烟雾液滴尺寸分布。          雾滴大小示意图

图1:来自金属加工操作的油雾液滴尺寸分布 

     带杂物:如果雾是干净的,它不包含干燥的颗粒,我们只需要关心聚结和排液。然而,一个肮脏的薄雾也将包含一定数量的干燥颗粒(碎屑),这也必须从气流中分离出来。

油雾过滤的方法和基本原理

雾滴可以用几种方式捕获。

静电过滤

静电油雾收集器是将充满雾气的空气通过离子发生器进行工作,该离子发生器为每个液滴提供正电荷或负电荷。带电的液滴被过滤单元捕获,这些过滤单元利用交替的高电压和接地板将带电液滴推到收集板。液滴聚集在板上并排出过滤器。静电油雾过滤器有许多优点,包括不需要更换过滤器,能源使用量相对较低,而且效率比较高。但是,由于静电油雾过滤器的维护要求非常频繁,因此不再受到青睐。为了保持充电和捕获液滴的效率,静电油雾过滤器内的部件需要保持精心清洁。即使定期维护,也可能会有过滤困难。过滤器中带电的任何损坏都可能导致电弧。类似地,如果有金属粉尘,切屑或碎屑也会导致静电油雾过滤器内的电弧。最后,静电油雾过滤器产生臭氧,这是室内空气污染物和刺激物。

机械离心分离

主要依靠惯性分离的过滤器以下列方式操作以分离气流中携带的液滴。当气流转向一个表面时,液滴会产生动量并继续沿着路径运动,撞击表面并最终与其他液滴聚合并排出。虽然有很多不同类型和风格的惯性分离,但都有一些共同之处。首先,惯性分离器可以在没有屏障过滤机制的情况下工作。但是,他们通常需要相当定期的维护来清洁任何污染物的组分。另外,惯性分离在大的液滴上效果更好,因为液滴的捕获取决于它们的重量。较大的水滴有更多的质量,更多的动力和增加的动能来影响捕获表面。对于直径小于1-2微米的液滴,惯性分离器的效率往往较差。最后,对于旋转的动力惯性分离器,固体物质可能会聚集并卡在旋转部件中,最终导致部件损坏。

介质过滤

采用纤维过滤介质的过滤器依靠四种过滤机制去除气流中的雾滴和油雾(见图2)

过滤方式

图2:过滤机制

筛分是过滤大于10微米的较大液滴的主要过滤机制。液滴太大而不能通过两根或更多根纤维时发生筛分。当液滴接触纤维时,它粘附在表面上,与其他液滴聚结,并从过滤器排出。

惯性碰撞是过滤机制大部分是过滤微米级以上的液滴。惯性撞击发生在气流被介质纤维移位的同时液滴由于其质量继续在其原始过程中发生。

拦截是主要过滤0.1至1微米大小的液滴的过滤机制。当液滴跟随气流但是仍然足够接近纤维以粘附时,截取发生。

扩散过滤机制主要是过滤非常细小的液滴,尺寸小于0.1微米。由于液滴很小,它们受到气流内的分子力的影响,这使得液滴沿与气流相同的总体方向移动,并且独立于其移动。

一旦液滴粘附在过滤介质中的纤维上,它们就会与纤维上的其它液滴聚结。当聚结的液滴足够大时,重力将拉动液滴沿着纤维排出。在油雾过滤方面的一个重大折衷就是平衡了液滴排出需要高效率的需要。通过使用更小的纤维可以实现更高的过滤效率。但是较小的纤维需要树脂来将介质保持在一起,树脂可以使聚结的液体有效地排出(参见下图左)。由小纤维制成的过滤介质容易被捕获的液体堵塞,就像使用HEPA过滤器而没有任何预分离(下图右)。过滤介质由大纤维制成时,排水特性大大改善,

纤维过滤器 

纤维之间的树脂纤维过滤介质

左:500倍的聚酯/玻璃过滤介质的SEM图像显示了纤维之间的树脂“网”

右:放大1000倍的所有纤维过滤介质的SEM图像

一些纤维介质过滤器也会在袋式过滤器中使用。这些过滤器不含有大量的树脂,因此可以有效地排出,效率相当高。但是,他们的结构不是很稳定。随着时间的推移,介质中的纤维会一起塌陷,导致压降增加,气流减少,过滤效率降低。

过滤器优化

帮助实现高效率和有效排水的一种方法是通过多层过滤介质。许多油雾过滤器有一个预过滤层,它通常是由大的纤维,网格或过滤网捕获最大的液滴,让他们很容易排水。第二层或主层采用更高效的介质捕获大部分剩余液滴,但仍保持良好的排水特性。最终的过滤器通常被评定为HEPA(在0.3微米颗粒上99.97%有效)或DOP(在0.3微米颗粒上95%有效)过滤器。这些过滤器具有很高的效率,因此可以去除大部分的液滴。然而,他们排水不畅,并倾向于插入设计不佳的收集器。在精心设计的收集器中,预过滤器捕获大量的大液滴并有效地排出它们。然后,主过滤器捕获大部分剩余的液滴,但经历较少的负载,因为预过滤器已经占据总质量的相当大的一部分。最后,最终的过滤器将经历非常低的液滴装载,但将具有高效率。如果这些过滤层中的任何一层工作不好,整个过滤器效率就不好。

实现高效率和排水所需的更一致的方法是通过使用专门设计的介质技术来解决油雾过滤中的过滤问题。

广州新瑞环保介质是一种小型和大型纤维与专有树脂粘合系统的工程混合物。这种介质的设计可以使主过滤器发挥最大的优势。广州新瑞环保的介质提供了卓越的性能水平,因为专有的粘合系统可将粘合纤维的表面与周围的微纤维热融合。这种类型的键形成稳定的孔结构以获得最佳的性能和更长的使用寿命,因为没有树脂堵塞孔。现在,小纤维可以提高效率,而不会影响良好排水的树脂系统。大型光纤仍然可以提供整体结构的支持,同时保持清晰的排水通道,以获得优异的性能


测量过滤器效率

另一个关于使用介质过滤器进行油雾过滤的有趣的观点是,压降在每种介质过滤器有很大不同。在静电(非清洁)过滤器中的颗粒被捕获在过滤器上,这导致压降显着增加,并且提高过滤器运行效率的时间越多。

在雾过滤中,当介质变得饱和时,压降将适度地上升。然而,随着过滤器继续运行,效率通常会有小幅下降。效率下降的根本原因是由于油雾过滤器中的纤维介质的孔隙结构。当液体被捕获并聚结时,小孔充满液体而是介质堵塞。剩下的更大的毛孔留下来做所有的过滤。这导致了两件事情:

通过剩余气孔的空气速度的增加和伴随的增加的压降,以及尽管剩余的较大孔隙的空气速度增加,但捕获亚微米液滴效率较低,所以过滤器的效率明显降低。

最后

油雾过滤器技术的选择可能是一项艰巨的任务。但是,通过了解基本烟雾过滤技术之间的差异和权衡,并与您的工厂的特点和目标相匹配,可以找到一个很好的解决方案。更多信息请咨询我们的工程师13322814846。