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油霧收集: 基本原理和應用

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油霧收集: 基本原理和應用

發布日期:2018-11-28 作者: 點擊:

金屬加工公司為其機床配備了油霧除塵器來幫助提供潔凈空氣,以減少接觸金屬加工液的不良影響,遵守室內空氣質量標準,降低維護成本,降低后勤成本并提高零件質量。 雖然油霧收集的好處很多,但選擇油霧除塵設備卻是一件令人頭疼的事。 本文將根據從氣流中分離霧滴的基本設計原理,研究不同類型的油霧除塵器。 主題包括:

  • 油霧和煙霧的定義

  • 可見效率

  • 性能特征

  • 不同類型油霧除塵器的操作基礎知識

  • 濾芯優化

  • 測量除塵器效率


油霧和煙霧

油霧通常被定義為直徑 20 microns 微米或更小的液滴。 本文著重介紹使用油性和水溶性潤滑劑和冷卻劑的應用場合。 這類潤滑劑和冷卻劑用于多種應用場合,包括金屬切割、金屬成形、磨削、零件清洗等等。 例如,使用水溶性金屬加工液的銑削和車削操作通常會產生直徑在 2 微米到 20 微米范圍內的霧滴。 使用油性液體的同類操作通常會產生直徑在 0.5 微米到 10 微米范圍內的油霧滴。

煙霧通常是一種小得多的物質,即直徑為 0.07 微米到 1 微米的固體或液體懸浮微粒,是不完全燃燒或過飽和水汽冷凝的產物1。 有時被稱為熱生成霧或油煙。 產生煙霧的常見應用包括冷鍛、使用直餾油加工硬金屬、為大型發電機配備潤滑油箱以及熱處理。


可見效率

一些制造商認為,他們看不到油霧就說明不存在油霧。 這種觀點沒有意識到亞微級油霧對生產環境帶來的危害,包括工人接觸、維護和后勤以及遵守室內空氣質量或排放標準等方面。 事實上,人眼看不到直徑小于 40 微米的單個液滴,但有實質證據可以證明許多金屬加工操作會產生更小的霧滴。 您可能看不到它們,但能聞到氣味! 


性能特征

油霧除塵器的主要功能是去除所過濾氣流中的油霧滴和煙霧滴。 執行此功能時,除塵器必須將小液滴合并為較大液滴,然后在濾芯堵塞以前將收集到的冷卻劑從濾芯中排出。

可以根據三個可測特性描述油霧除塵器的性能:

  • 壓降: 作為能耗成本方程式的一部分,除塵器的運行壓降非常重要。 較高的壓降意味著需要更多的能量才能將所需的氣流量抽入除塵器。
     

  • 效率: 除塵器從氣流中去除油霧滴和煙霧滴的效率是很重要的,因為它決定了除塵器排出且通常會排放到室內環境中的空氣的清潔度。 這就是安裝油霧除塵器的原因,即凈化空氣。 效率是一個關鍵指標,決定了除塵器所排放空氣的清潔度。

  • 流量: 除塵器的氣體流量很重要,因為它決定了要清潔的氣流量。 如果量速過低,則抽入除塵器的含油霧/煙霧氣流量就會很少,導致大量含油霧/煙霧空氣不會被預期的捕獲系統所捕集。 如果流量過高,則會將多余空氣抽入除塵器,導致能量浪費。 另外,要保持恒定的液滴捕獲效率,也需要恒定的氣體流量。


除了除塵器的基本設計以外,很多油霧特性也會影響油霧除塵器的性能:

圖 1 - 假設的金屬加工操作所產生油霧滴和煙霧滴大小分布。
  • 油霧濃度– 在不同應用中,一定體積的空氣中所含的油霧量各不相同。 在現場測試中,測得的油霧濃度Z低為 3 毫克/立方米,Z高為 37 mg/m3 毫克/立方米。 在實際應用中,油霧濃度的范圍甚至可能會更大。 OSHA 對空氣中各類金屬加工液油霧的濃度規定有不同的限值,從針對礦物油的 5 mg/m3 毫克/立方米(暴露時間為 8 小時),到針對其他冷卻液霧的 15 mg/m3 毫克/立方米毫克/立方米(暴露時間為 8 小時)。 NIOSH 的建議限值更低,僅為 0.4 mg/m3 毫克/立方米。2在常規辦公環境中,顆粒物質濃度往往在 0.02–0.03 mg/m3 毫克/立方米的范圍內,明顯低于金屬加工操作地點附近的油霧濃度。
     

  • 油霧溫度 - 高溫油霧遇冷會凝結,這會影響液滴大小和收集方式。 對于水基型冷卻液,水分會在溫度較高以及
    相對濕度較低的情況下蒸發,從而產生直徑更小的水滴。 另外,在選擇油霧或煙霧收集技術時,濾材工作溫度限值也是需要考慮的重要因素。
     

  • 油霧類型 – 不同類型油霧滴具有不同的表面張力和粘度特性,會影響油霧除塵器凝結和排出油霧的能力。

  • 油霧滴大小分布– 一般來說,捕獲較大液滴更為容易,但較大液滴質量同時也占油霧中所含液體總質量的絕大部分且Z終會被從除塵器中排出。 圖 1 為假設的油霧滴和煙霧滴大小分布。

  • 包含物– 如果油霧是潔凈的,則不會包含干燥顆粒,我們只需考慮凝聚結和排出其中的液體。 然而,污濁油霧中還會包含一部分干燥顆粒(切削屑),必須將其從氣流中分離出來。

 

不同類型油霧除塵器的操作基礎知識

可以通過多種方法捕獲油霧滴。

靜電沉淀法

靜電沉淀法的原理是將含油霧的空氣吸入離子發生器,使每個液滴都帶有正電荷或負電荷。 然后,荷電液滴被電除塵單元捕獲,這些電除塵單元利用交變高壓和接地板將荷電液滴推向/吸附到接地板上。 液滴在板上聚結并從除塵器中排出。 靜電沉淀法有很多優點,包括不需要更換濾芯、相對能耗較低以及在全新和完全清潔的情況下的效率很高。 不過,由于其維護難度大且頻率高,靜電除塵器已不再受歡迎。 靜電沉淀器內部零件需要保持得非常干凈,才能保證使液滴荷電和捕獲液滴的效率。 即便有定期維護,也可能會遇到其他問題。 電除塵單元中的荷電板受到任何損害,都會導致產生電弧。 同樣,需要收集包含金屬粉塵、碎屑或切削屑的油霧滴的應用也會導致靜電除塵器內產生電弧。 Z后,靜電除塵器會產生臭氧,這是一種已知的具有刺激性的室內空氣污染物。

慣性分離

主要依賴于慣性分離的除塵器通過以下方式分離氣流中攜帶的液滴。 隨著氣流在濾材表面被分流,液滴因具有動量而得以沿原軌跡繼續前進,撞到濾材表面并Z終與其他液滴凝結,之后被排出。 雖然有多種不同類型和型號的慣性除塵器,但它們都有一些共同之處。 首先,慣性除塵器工作時無需使用屏障過濾機制,因此通常沒有需要更換的初級濾芯。 但是,它們通常需要相當頻繁的定期維護,以清除部件上的任何污染物。 另外,慣性分離更適用于較大液滴,因為捕獲液滴時正是依賴于這些液滴不會隨氣流移動。 液滴越大,其質量和動量也越大,撞到捕獲表面的可能性就越大。 對于直徑在 1-2 微米以下的液滴,慣性除塵器的效率較差。 Z后,對于旋轉式動力慣性除塵器,固體物質會聚積并卡在旋轉零件中,Z終導致后者失去平衡狀態并將振動傳導給機床,并可能影響機加工部件的公差。

濾材

使用纖維濾材的除塵器依靠四個過濾機制來去除氣流中的油霧滴和煙霧滴(請參見圖 2):

圖 2 - 過濾機制
  1. 篩分是指收集直徑在 10 微米以上的較大液滴的主要過濾機制。 當液滴體積過大以致于無法通過兩根或多根纖維之間時,就會發生篩分。 篩分類似于阻止飛蟲穿過紗窗。 當液滴接觸到纖維時,會附著到纖維表面、與其他液滴聚結,然后從除塵器中排出。

  2. 慣性碰撞是指收集大部分微米級和更大液滴的過濾機制。 慣性碰撞發生的原因是,在氣流被濾材纖維改變方向時,液滴因具有一定質量而沿原軌跡繼續前進。
     

  3. 攔截是指主要收集直徑在 0.1 到 1 微米之間的液滴的過濾機制。 當液滴隨氣流移動,但仍然因足夠靠近纖維而附著到纖維上時,就會發生攔截。
     

  4. 擴散是指主要收集直徑不足 0.1 微米的極小液滴的過濾機制。 因為液滴非常小,所以會受氣流中的分子力影響,使得液滴與氣流沿同一大方向移動,但同時又獨立于氣流移動。

液滴附著到濾材中的纖維上后,就會與纖維上的其他液滴聚結。 當聚結的液滴足夠大時,重力將拉動液滴沿著纖維排出。 在油霧過濾方面的一個重大權衡就是在對液滴排出的需求與對高效率的需要之間保持平衡。 通過使用更細的纖維來實現更高的過濾效率。 但纖維較細時需要使用樹脂將濾料連結起來,而樹脂則會妨礙聚結液體的有效排出(請參見圖 3)。 由細纖維制成的濾材容易被捕獲的液體堵塞,例如在不采取任何預篩分措施的情況下使用高級過濾 (HEPA) 濾芯(圖 4)。 如果濾材由較粗纖維制成,則排水特性會得到顯著改善,但濾材捕獲油霧滴(特別是較小霧滴)的能力會受到嚴重影響。

圖 3 - 顯示了在 500 倍放大倍率下觀察到的聚酯/玻璃纖維濾材上樹脂“網狀結構”的 SEM 圖像。
圖 4 - 顯示了放大 1000 倍時所有玻璃纖維濾材的 SEM 圖像。

一些纖維濾料除塵器在袋式濾芯中使用了更高級的濾料。 這些濾芯的樹脂含量不多,因此可有效排水且效率相當高。 不過,濾芯的結構不是非常穩定。 一段時間后,濾材中的纖維就會堆疊到一起,導致壓降上升、氣流變小且過濾效率降低。


濾芯優化

要實現同時保證高除塵效率的和有效排水,其中一個方法就是使用過濾層。 許多油霧除塵器帶有預過濾層,它通常是主要由較粗纖維纏結而成的網或紗,可以捕獲Z大的液滴并將它們輕松排出。 二級或初級過濾層使用更高效的濾材捕獲剩余的大部分液滴,但仍然能夠保持良好的排水特性。 Z后一級濾芯通常是級別為高效過濾(過濾 0.3 微米顆粒的效率為 99.97%)或 DOP(過濾 0.3 微米顆粒的效率為 95%)的濾芯。 這些濾芯過濾效率很高,因此可清除接觸到的絕大多數液滴;不過,它們的排水效果較差,而且在設計粗劣的除塵器中容易堵塞。 在設計良好的除塵器中,預過濾層可以捕獲大量大液滴并將它們有效排出。 然后,初級濾芯捕獲剩余的大部分液滴但負載卻較低,因為預過濾層已捕獲了液滴總質量中的相當大一部分。 之后,Z后一級濾芯的液滴負載會非常低,但過濾效率卻會很高。 如果上述任何一層的過濾效果很差,則整個除塵器的過濾效果也會很差。

要實現高過濾效率和達到所需排水效果,更穩定的方法是使用專為解決油霧收集應用中的過濾問題而設計的濾料技術。

唐納森 Synteq XP? 濾料采用粗細纖維的混合設計和專利性無樹脂粘結系統。 此濾料的設計能夠讓初級濾芯發揮其Z大作用。 Synteq XP 濾料采用專有粘結系統,將粘合纖維表面熱熔并粘結到周圍的微玻璃纖維上,可提供非常卓越的性能。 這類粘結可以形成穩定的孔隙結構,且因不含會堵塞孔的樹脂,所以可提供出眾的性能和更長的使用壽命。 目前,采用細纖維的濾料因不含會有損良好排水效果的樹脂系統,所以可以提高過濾效率。 粗纖維仍然可提供總體結構支撐,同時保持排水通道暢通以確保卓越性能。


測量除塵器效率

關于使用濾材收集油霧的另一個有趣之處在于,所使用濾材的壓降特性與干燥顆粒除塵器有很大不同。 靜電(免清洗)除塵器中的干燥顆粒被捕獲在濾芯上,除塵器運行時間越長,就越可能導致壓降大量增加和除塵效率提高。 很重要的一點是,新干燥顆粒必須通過以前捕獲的干燥顆粒所形成的粉塵層。 捕獲的粉塵有助于提高除塵器的顆粒過濾效率。

過濾油霧時,隨著濾料中的液體趨近飽和,壓降會有適度上升。 不過,隨著除塵器繼續運行,除塵效率一般會略微下降。 除塵效率下降的根本原因是油霧過濾器中由纖維濾料形成的孔隙結構。 隨著被捕獲的液體聚結在一起,小孔隙會被液體填滿或堵塞。 剩余的較大孔隙需要完成全部過濾,這會導致兩個結果:

  1. 通過剩余孔隙的氣流速度增大,壓降也隨之上升;以及

  2. 通過剩余較大孔隙的氣流速度增加,捕獲亞微液滴的效率下降,造成濾芯過濾效率明顯降低。

這對油霧除塵器的購買者來說意味著什么? 如果除塵器的標示效率是針對新濾芯給出的,則會高于實際應用中可實現的除塵效率。 只有在油霧除塵器使用一段時間以后所測得的值才是具有代表性的真正效率。


結論

選擇合適的油霧除塵器技術可能是一項艱巨的任務。 不過,通過了解不同油霧和煙霧收集基礎技術之間的差異與平衡,然后根據您的車間的特點和目標進行選擇,就可以找到理想的解決方案。


本文網址:http://www.wokpo.com/news/389.html

關鍵詞:油霧過濾器廠家,旋風式除塵器,濾筒式除塵器廠家

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