高湿黏性颗粒在PTFE滤料表面的沉积规律研究

过滤过程中颗粒物在滤料上的沉积形貌对除尘器过滤性能及清灰频率的确定至关重要。为深入了解颗粒物在聚四氟乙烯(PTFE)滤料表面的沉积规律,搭建了一套过滤实验系统,基于该实验系统对比了过滤时间、粉尘浓度、过滤风速和含水率对颗粒单位面积沉积质量及粉尘层平均厚度的影响,探究了两种沉积速率的适用性及高湿黏性颗粒的黏附效率,并推导了不同含水率粉尘层的厚度分布模型。通过建立沉积粉尘层内部颗粒间的受力模型,对颗粒的受力运动情况进行分析,后续沉积颗粒自身重力对先前沉积颗粒的压缩作用不可忽略,颗粒的运动趋势由上层粉尘层重力、气流对颗粒的曳力及颗粒间黏附力共同决定。实验结果表明,高湿粉尘较干燥粉尘单位面积沉积质量有所降低,随着粉尘含水率增大,粉尘层平均厚度和单位面积沉积质量呈先减小后增大的趋势;高湿粉尘的沉积受颗粒间黏附力大小的影响,粉尘含水率为10%时质量沉积速率和黏附效率最小;粉尘含水率为9%和13%时粉尘层均匀性较干燥粉尘层下降,当高湿颗粒间的黏附力可以抵抗上层重力的压缩作用时颗粒滑动减少,粉尘层结构均匀。含水率为10%~12%时粉尘层均匀性稳定,且含水率为10%时最佳。

高湿黏性颗粒在聚四氟乙烯微孔膜滤料表面沉积特性的数值模拟

基于聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜滤料扫描电镜(SEM)图像,建立PTFE微孔膜滤料微观结构模型,采用计算流体力学和离散单元法(CFD-DEM)耦合的方法对黏性颗粒在微孔膜滤料表面沉积特性进行模拟,引入液桥力模型,忽略范德华力的作用,统计计算域内颗粒的受力情况,分析了不同表面能条件下3~6μm粒径颗粒在微孔膜滤料表面的沉积特性,将模拟结果与黏附效率的经验公式进行对比。结果表明,黏附效率与经验值、颗粒受力与液桥力模型的相对误差均在6%以内,CFD-DEM耦合计算方法可用于模拟不同环境湿度条件下的颗粒沉积;过滤风速、粒径与黏性是影响沉积形态的重要因素,提高过滤风速及增大颗粒粒径与黏性,颗粒更易在滤料表面形成稳定的树突结构,黏附效率及含尘压降增加。环境相对湿度影响两物体间液桥体积,接触力影响颗粒沉积,当增加表面能与液桥体积时,接触力及液桥力均相应增加,根据受力平衡原理,环境相对湿度对颗粒沉积影响很大。

改性SiO_(2)凝胶涂层滤料制备与性能

从滤料表面改性的角度对提高滤料在高湿环境中运行的稳定性进行研究。以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)滤料为基材、正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为低表面能物质,采用溶胶-凝胶法,在滤料表面原位生成SiO_(2)纳米粒子,制备改性SiO_(2)凝胶涂层滤料。采用FESEM-EDS、FTIR和接触角测量仪分析了PET滤料表面化学成分、润湿性能及表面形貌的变化。结果表明:整理后PET滤料表面生成SiO_(2)纳米粒子,经MTES改性处理后滤料表面布满疏水的甲基基团,滤料疏水性能显著提高,其表面水接触角达154.11°。SiO_(2)颗粒在滤料表面均匀分布,凝胶聚合物仅在纤维交叉处沉积,使滤料透气性得以保证,过滤效率由97.0595%增加到99.2028%,过滤品质因数由0.02124增加到0.02761,提升了30%。