CN115127969A - 除尘效率检测仪及操作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种除尘效率检测仪及操作工艺，主要包括变频风机(1)，开关阀(201)、(202)、(203)、(204)、(205)、(206)，预过滤器(3)，压差传感器(4)，滤材样品(5)，流量计(6)，采气罐(701)、(702)，颗粒计数器(8)，采气泵(9)，自动控制系统(10)。除检测除尘效率外，还能检测气体渗透率，洁净气体和含尘气体的压差～流量关系曲线，以及除尘效率、渗透率随过滤时间的变化。本发明提高了测试结果的可靠性、准确性和测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及过滤材料的性能检测仪器与操作方法，目的是通过新设备和工艺更准确、快捷地检测各种滤材的除尘效率。
背景技术
许多工业和生活领域都需要气体除尘，方法主要有过滤、静电、旋风、惯性、湿法(如喷雾式、文丘里式、泡沫式)等。过滤法具有更高的除尘精度，各种透气性多孔过滤材料都可用于除尘。过滤除尘的原理包括：1、筛分作用，当粉尘粒径大于滤材孔径时会被截留，粉尘截留后形成的滤饼会进一步提高过滤精度；2、惯性碰撞作用，尘粒与滤材孔道发生多次碰撞而更容易被捕集；3、吸附作用，微小的尘粒会被滤材表面或孔道吸附。
即使对非除尘用途的过滤材料，除尘效率(尘粒截留率)也可以作为一项基本的性能表征手段，通过除尘效率可以间接地获取孔径与过滤精度信息，对过滤材料本身性能提供了评估参考。过滤效率一般是指气体中被过滤掉的粉尘量占气体过滤前粉尘量的百分比，还可以通过过滤过程中气体的流量衰减情况评估滤材的纳污性能，这就需要监测气体过滤过程中，透过滤材的气体流量随过滤压力、过滤时间的变化。方便、可靠的除尘效率检测技术对过滤材料的研发、生产与应用过程都十分重要。
除尘效率的测定需检测滤前和滤后气体中的含尘量及粒径分布，一些专利和论文也报导了除尘效率的测试装置及测试方法，但是具体的技术路线细节和针对的样品则各不相同。例如，专利[李保生等，一种防尘口罩过滤效率测量方法，中国专利201610956420.6]的方法是检测过滤一段时间后口罩增重占进气中的总粉尘重量的百分比，无法准确区分不同粒径粉尘的过滤效率；专利[吴超儿等，一种颗粒物过滤效率测试装置及其使用方法，中国专利202110386381.1]重点解决了测试粉尘的回收利用，同样是通过收集滤网前后的粉尘重量来计算过滤效率，且该装置没有自动化控制；专利[曾志松等，过滤效率检测系统及滤筒测试方法，202010243881.5]报导了专门针对滤筒过滤效率的测试装置与方法，该装置将粉尘传感器长期置于高浓度粉尘环境中，难免造成粉尘探测灵敏度的降低；该测试方法只针对固定规格的滤筒检测，无法检测其他类型滤材的过滤效率。该系统是利用隔板将粉尘室和洁净室分开，显然无法保证两个采样室之间相互独立，无法避免颗粒数采样误差；专利[陆超等，一种用于检测燃煤电厂中布袋除尘性能的装置及方法，中国专利202010610335.0]专门针对的是布袋的测试。
但是，现有方法中过滤效率测试结果的测试精度、重现性、测试效率和准确度仍然面临挑战，尤其是关键技术细节需要处理好，避免出现“差之毫厘、谬以千里”的结果。虽然近年来的相关专利技术也在过滤效率测试装置上集成更多的分析测试功能，以期一机多用。由于在功能集成过程中无法兼顾，严重影响过滤效率测试结果的可靠性和准确性，出现了因副业而荒废了主业的后果，亟待开发新的测试装置和测试工艺。
发明内容
针对上述问题，本发明设计开发了一种新的除尘效率检测仪及其操作工艺，消除影响除尘效率测试精度、重现性和准确度的重要因素，同时使整套系统自动运行、简捷高效、结果可靠。
本发明所述的除尘效率检测仪结构如图1所示，主要包括变频风机(1)，阀(201)、(202)、(203)、(204)、(205)、(206)，预过滤器(3)，压差传感器(4)，滤材样品(5)，流量计(6)，采气罐(701)、(702)，颗粒计数器(8)，采气泵(9)，自动控制系统(10)。
所述的变频风机(1)，可通过自动控制系统(10)调节输出气体压力和风量，方便测试不同种类的滤材样品(5)。供给变频风机(1)的含尘原料气可以是自然空气也可以是其它含尘气体，使用自然空气为含尘气源非常便利，但受周围环境影响较大。
所述阀(201)、(202)、(203)、(204)、(205)、(206)为电磁阀、电动阀、气动阀，可通过自动控制系统(10)实现开闭。
所述预过滤器(3)用来除去气体中的各种悬浮物以获得洁净气体，从而可以测量洁净气体对滤材样品(5)的气阻和渗透通量，也可以用作吹扫气。预过滤器(3)的过滤精度必须高于滤材样品(5)。如果预过滤器(3)的气阻过大，则在启用和不启用时对变频电机负荷影响显著。为减少预过滤器(3)的气阻，可增加其过滤面积。在使用过程中，预过滤器(3)的气阻为0-5kPa，优选0-1kPa。为清除使用过程中表面累积的灰尘，可使用压缩气体进行反吹。如果预过滤器(3)污染严重导致气阻过大，或者受损导致过滤精度下降，需及时更换预过滤器(3)。
所述压差传感器(4)为差压式，其上、下游气路分别连接滤材样品的进气和出气端，从而测得滤材样品(5)两侧的压差。也可以将压差传感器(4)改为两只普通的表压或绝压型压力传感器，分别安装在滤材样品的进气和出气端，通过两只压力传感器显示的压力即可计算滤材样品(5)两侧的压差。
所述滤材样品(5)是将待测样品密封后形成的测试组件。针对不同的滤材形状和性质采用合适的密封方法，形成进气侧和渗透测，气体在压力或浓度驱动下从进气侧透过待测样品向渗透侧扩散。
所述流量计(6)用来测量滤材样品(5)渗透过来的气体流量，可选用差压式、涡轮式、涡街式、热式、超声式、V锥式、孔板式等等，其工作气阻为0-2kPa，优选0-0.5kPa。经过滤材样品(5)的过滤，渗透气中含尘量会降低，因此大多数流量计均可选用。尽管如此，当滤材样品(5)过滤精度较低、所选用流量计(6)对粉尘又非常敏感时，流量计(6)的进气口可额外增加除尘器，除尘器的气阻为0-2kPa。
所述采气罐(701)是一个敞口罐，底部进气，侧面有一条采气管路连接阀(205)和采气泵(9)。所述采气罐(702)是一个封闭罐，有3条气体管路：滤材样品(5)渗透来的气体从采气罐(702)底部流入，采气罐(702)顶部连接流量计(6)，采气罐(702)侧面为采气管路，连接阀(206)和采气泵(9)。采气罐(701)和(702)的直径为3-20cm、高度为6-30cm，侧面采气口均位于从侧面底部到侧面总高度的10-70％。
所述颗粒计数器(8)为尘埃粒子计数器，其工作原理：气体中的每个粒子穿过测量腔的入射光时都产生一个光脉冲信号，从而根据光脉冲幅度和光脉冲次数即可计算粉尘粒子的粒径和数量。所述采气泵(9)将待测气体恒速地抽进颗粒计数器(8)。
进气量和进气压力对颗粒计数器(8)的分析结果影响显著。为确保测试结果的可靠性和重现性：一方面，压力越高则因体积压缩而导致气体中的粉尘浓度越高，因此采气泵(9)的气源压力需保持恒定；另一方面，采气泵(9)需要精确控制采气流量，而采气口的压力也要恒定。本专利中，采气罐(701)是敞口式，其内部压力等于大气压。采气罐(702)经过流量计(6)通大气，但是所述流量计(6)的工作气阻小到可以忽略不计，因此采气罐(702)的内部压力也近似恒定于大气压。人们容易想到的常规设计是用两个三通接头分别取代采气罐(701)和采气罐(702)，而且这样做的好处是体积小、成本低、结构简单。但是，这样的设计会导致采气口受到气流冲击、压力不稳，而且采气口气体强烈旋流还导致采气口粉尘浓度的变化，影响采气取样的代表性和最终颗粒计数器(8)的测试结果的可靠性。
本发明采用同一只颗粒计数器(8)来测定滤材样品(5)的进气侧和渗透侧中粉尘数量，好处是节省成本、简化设备。但是，滤材样品(5)的进气侧与出气侧粉尘含量可能相差巨大，特别是当滤材样品(5)过滤精度较高时，出气侧实际粉尘含量可能为0；一旦管路、阀门和颗粒计数器(5)中有粉尘残留，就可能给滤材样品(5)出气侧的检测带来显著误差。本发明通过如下方法解决这一问题：1、在检测滤材样品(5)出气侧之前，预先用洁净气体吹扫，直到颗粒计数器(5)值显示为0。2、先测滤材样品(5)的出气侧、后测进气侧。3、为节省时间，在测定完滤材样品(5)出气侧之后，无需使用洁净气体吹扫即可检测进气侧。4、进气侧检测后，用洁净气体吹扫，使管路系统和颗粒计数器(8)内部长时间处于洁净状态，提高检测灵敏度和测试结果的可靠性。
本发明所述的除尘效率检测仪通过如下操作工艺测定滤材样品(5)的除尘效率：
1、吹扫。原料气经变频风机(1)→阀(201)→预过滤器(3)变成洁净气体，再经阀(203)→滤材样品(5)→采气罐(702)→阀(206)→采气泵(9)吹扫颗粒计数器(8)，直至颗粒计数器(8)测得的粒子数量为0。如果长时间不能变为0，说明预过滤器(3)的过滤精度不足，需要更换。
2、渗透侧测试。原料气经变频风机(1)→阀(202)→阀(203)→滤材样品(5)→采气罐(702)→阀(206)→采气泵(9)→颗粒计数器(8)，即可测得滤材样品(5)渗透侧的含尘量及粒径。
3、进气侧测试。原料气经变频风机(1)→阀(202)→阀(204)→采气罐(701)→阀(205)→采气泵(9)→颗粒计数器(8)，即可测得滤材样品(5)进气侧的含尘量及粒径。
4、吹扫。关闭阀202，原料气经变频风机(1)→阀(201)→预过滤器(3)→阀(204)→采气罐(701)→阀(205)→采气泵(9)吹扫颗粒计数器(8)，直至颗粒计数器(8)测得的粒子数量为0。
5、数据处理。过滤效率ε通过方程(1)计算：
其中Nf和NP分别为滤材样品(5)进气侧和出气侧在相同粒径通道内的颗粒数。
除检测过滤效率之外，通过压力传感器(4)和流量计(6)，本发明所述的除尘效率检测仪还可以同时测试滤材样品(5)对洁净气体和含尘气体的压差～流量关系曲线，并根据曲线计算滤材样品(5)的气体渗透率J：
其中F、S、P分别为气体流量、滤材样品(5)的测试面积、进气侧和渗透侧的气体压差。
在测试含尘气体的渗透率以及压差～流量关系曲线时，随着测试时间的延长，滤材样品(5)的表面和孔道内会积累粉尘并导致过滤阻力和过滤精度的增加。因此本发明所属的除尘效率检测仪还可以考察过滤效率、渗透率和压差～流量关系曲线随过滤时间的变化。
有益效果：
本发明所述的除尘效率检测仪具有多种功能，除检测除尘效率外，还能检测气体渗透率，洁净气体和含尘气体的压差～流量关系曲线，以及除尘效率、渗透率随过滤时间的变化。在测试前，仪器能够对气体管路和颗粒计数器(8)进行洁净气体的吹扫，使滤材样品(5)渗透侧的测试结果更加可靠，也使管路系统和颗粒计数器(8)内部长时间保持洁净状态，保持检测灵敏度和测试结果的可靠性。所设计的采样罐减少了气体压力、旋流等因素对采样的影响，提高了测试结果的准确性。进气、吹扫、阀切换、信号采集、结果运算等操作过程的自动化不仅节约人力并避免人为误差，而且提高了测试效率。
附图说明
图1是除尘效率检测仪构造示意图。其中：(1)变频风机，(201)、(202)、(203)、(204)、(205)、(206)阀，(3)预过滤器，(4)压差传感器，(5)滤材样品，(6)流量计，(701)、(702)采气罐，(8)颗粒计数器，(9)采气泵，(10)自动控制系统。
具体实施方式
实施例一：除尘效率的检测
1、如图1所示，通过自动控制系统(10)打开阀(201)和(203)，开启变频风机(1)吹扫管路，根据流量计(6)调节气体流量。
2、依次打开阀(206)、颗粒计数器(8)和采气泵(9)，监测颗粒计数器(8)直至各粒径通道中的颗粒数均显示为0。
3、打开阀(202)，关闭阀(201)，待颗粒计数器(8)显示值稳定后采集各粒径通道的颗粒数NP。
4、依次打开阀(204)、(205)并关闭阀(203)、(206)，待颗粒计数器(8)显示值稳定后采集各粒径通道的颗粒数NF。
5、打开阀(201)，关闭阀(202)，监测颗粒计数器(8)直至各粒径通道中的颗粒数均显示为0。
6、通过方程(1)计算过滤效率ε。
实施例二：洁净气体的压差～流量关系曲线
1、同实施例一的步骤1和步骤2。
2、关闭采样泵(9)、颗粒计数器(8)和阀(206)。调节变频风机(1)采集压差传感器(4)和流量计(6)的数值。
3、绘制压差～流量关系曲线。
实施例三：含尘气体的压差～流量关系曲线
1、打开阀(202)和阀(203)，其它阀均关闭。
2、调节变频风机(1)采集压差传感器(4)和流量计(6)的数值。
3、绘制压差～流量关系曲线。
4、在不同的过滤时间，重复步骤2和步骤3，可考察过滤时间的影响。
实施例四：洁净气体的渗透率
1、同实施例二的步骤1和步骤2。
2、将压差、流量和滤材样品(5)的测试面积代入方程(2)计算渗透率J。
实施例五：含尘气体的渗透率
1、同实施例三的步骤1和步骤2。
2、同实施例四的步骤2。
3、在不同的过滤时间重复实施例三的步骤2和实施例四的步骤2，考察过滤时间对渗透率的影响。
Claims (10)
1.一种除尘效率检测仪及操作工艺，包括变频风机(1)，阀(201)、(202)、(203)、(204)、(205)、(206)，预过滤器(3)，压差传感器(4)，滤材样品(5)，流量计(6)，采气罐(701)、(702)，颗粒计数器(8)，采气泵(9)，自动控制系统(10)。
2.如权利要求1所述的除尘效率检测仪及操作工艺，其特征在于所述采气罐(701)是敞口罐，底部进气，侧面一条采气管路连接阀(205)和采气泵(9)；采气罐(702)是封闭罐，底部有进气口供滤材样品(5)渗透来的气体流入，顶部连接流量计(6)，侧面有采气管路连接阀(206)和采气泵(9)；采气罐(701)和采气罐(702)的直径和高度分别为3-30cm、6-30cm，侧面采气口均位于罐体总高度的10-70％。
3.如权利要求1所述的除尘效率检测仪及操作工艺，其特征在于测试操作过程中流量计(6)的气阻为0-2kPa，优选0-0.5kPa。
4.如权利要求1所述的除尘效率检测仪及操作工艺，其特征在于测试操作过程中预过滤器(3)的气阻为0-10kPa，优选0-1kPa。
5.如权利要求1所述的除尘效率检测仪及操作工艺，其特征在于所述阀(201)、(202)、(203)、(204)、(205)和(206)为电磁阀、电动阀、气动阀等，通过自动控制系统(10)实现开闭。
6.如权利要求1所述的除尘效率检测仪及操作工艺，其特征在于压差传感器(4)为差压式，上、下游气路分别连接滤材样品的进气和出气端，从而测得滤材样品(5)两侧的压差。也可将压差传感器(4)改为两只普通表压或绝压型压力传感器，分别安装在滤材样品的进气和出气端，通过两只压力传感器显示的压力即可计算滤材样品(5)两侧的压差。
7.如权利要求1所述的除尘效率检测仪及操作工艺，其特征在于测试功能包括除尘效率、气体渗透率、压差～流量关系曲线，以及它们随过滤时间的变化。
8.如权利要求7所述的除尘效率测试功能，其特征在于测试工艺为：通过自动控制系统(10)打开阀(201)和(203)，开启变频风机(1)吹扫管路，根据流量计(6)调节气体流量；依次打开阀(206)颗粒计数器(8)和采气泵(9)，检测颗粒计数器(8)直至各粒径通道中的颗粒数均显示为0；打开阀(202)，关闭阀(201)，待颗粒计数器(8)显示值稳定后采集各粒径通道的颗粒数NP；依次打开阀(204)、(205)并关闭阀(203)、(206)，待颗粒计数器(8)显示值稳定后采集各粒径通道的颗粒数NF；打开阀(201)，关闭阀(202)，监测颗粒计数器(8)直至各粒径通道中的颗粒数均显示为0；过滤效率ε＝(Nf-NP)/Nf×100％，通过多个样品或多次测试同一个样品，取平均值可降低测试误差。
9.如权利要求7所述的除尘效率检测仪及操作工艺，其特征在于洁净气体测试步骤：通过自动控制系统(10)打开阀(201)和(203)，开启变频风机(1)吹扫管路，根据流量计(6)调节气体流量，依次打开阀(206)、颗粒计数器(8)和采气泵(9)，监测颗粒计数器(8)直至各粒径通道中的颗粒数均显示为0，关闭采样泵(9)、颗粒计数器(8)和阀(206)，调节变频风机(1)采集压差传感器(4)和流量计(6)的数值，进而绘制压差～流量关系曲线。含尘气体的压差～流量曲线测试步骤：打开阀(202)和阀(203)，其它阀均关闭，调节变频风机(1)采集压差传感器(4)和流量计(6)的数值，进而绘制压差～流量关系曲线，通过对比不同过滤时间的压差～流量关系曲线可考察过滤时间的影响。
10.如权利要求7所述的除尘效率检测仪及操作工艺，其特征在于洁净气体渗透率的测试步骤：通过自动控制系统(10)打开阀(201)和(203)，开启变频风机(1)吹扫管路，根据流量计(6)调节气体流量，依次打开阀(206)、颗粒计数器(8)和采气泵(9)，监测颗粒计数器(8)直至各粒径通道中的颗粒数均显示为0，根据压差P、流量F和滤材样品(5)的测试面积S计算渗透率J＝f/PS。测试含尘气体渗透率的测试步骤：打开阀(202)和阀(203)，其它阀均关闭，调节变频风机(1)采集压差传感器(4)和流量计(6)的数值，根据压差P、流量F和滤材样品(5)的测试面积S计算渗透率J＝f/PS，通过对比不同过滤时间的气体渗透率可考察过滤时间的影响。
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| CN202210696604.9A CN115127969A (zh) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | 除尘效率检测仪及操作工艺 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116256301A (zh) * | 2023-05-15 | 2023-06-13 | 四川航天拓达玄武岩纤维开发有限公司 | 一种玄武岩纤维滤袋过滤实验装置及方法 |
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2022
- 2022-05-23 CN CN202210696604.9A patent/CN115127969A/zh active Pending
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