Преимущества и недостатки гофрированных фильтрующих картриджей с предварительным покрытием

Марк Белчер (Mark Belcher), технический директор Donaldson Torit по системам фильтрации

Предварительное покрытие фильтра — это практика намеренного нанесения слоя из пористых частиц на поверхность фильтрующего материала фильтров пылесборника для улучшения некоторых показателей их работы. По причинам, обсуждаемым ниже, предварительное покрытие иногда считается полезным для гофрированных картриджных фильтров, но, на ваш взгляд, оно может не являться наиболее подходящим решением во многих ситуациях.

Целесообразность нанесения предварительного покрытия на новый чистый фильтрующий материал можно рассматривать по двум основным причинам. Прежде чем рассмотреть возможность использования предварительного покрытия, необходимо понять, какие отличия и результаты оно обеспечит, в том числе при нанесении одного слоя предварительного покрытия только в качестве временного средства.

Предварительное покрытие для повышения начальной эффективности

Предварительное покрытие часто предлагается наносить для повышения начальной эффективности фильтрующих материалов, демонстрирующих пониженные показатели работы. Начальная эффективность новых неиспользованных целлюлозных или целлюлозно-синтетических фильтрующих материалов по улавливанию субмикронных частиц часто составляет лишь 30 % (по данным испытаний ASHRAE 52.2). Эффективность фильтрации постепенно повышается по мере оседания пыли на поверхности фильтрующего материала, но время достижения повышенного уровня эффективности можно сократить, нанеся на него предварительное покрытие. При нанесении предварительного покрытия на поверхности фильтрующего материала создается слой из твердых частиц, который действует как предварительный фильтр, задерживая субмикронные и другие частицы, переносимые воздушным потоком, не давая им проникнуть в толщу фильтрующего материала. Таким образом, общая эффективность фильтра повышается.

Поставщики предварительных покрытий часто предлагают наносить его в количестве от всего лишь 227 г (0,5 фунта) до 1134 г (2,5 фунта) на каждый фильтр. Стоит отметить, что, хотя нанесение предварительного покрытия на фильтр может способствовать повышению его начальной эффективности, оно также означает, что будет увеличено сопротивление фильтра потоку воздуха. При нанесении предварительного покрытия определенного типа и в определенном количестве это сопротивление фильтра может возрасти очень сильно, и увеличенный перепад давления потребует более высоких энергозатрат на перемещение воздуха. Кроме того, возникают затраты, связанные с нанесением предварительного покрытия, а также с утилизацией вторичного потока отходов.

Нанесение предварительного покрытия на фильтрующий материал с целью повышения эффективности фильтрации является лишь временным средством. Картриджные пылесборники обычно продлевают срок службы фильтров за счет их очистки импульсами сжатого воздуха, обеспечивающей периодический сброс скопившегося слоя пыли с поверхности фильтрующего материала. В процессе импульсной очистки картриджей значительное количество уловленных частиц и материалов предварительного покрытия сбивается и сбрасывается с поверхности фильтрующего материала. Фильтрующий материал с ранее нанесенным на него предварительным покрытием теперь ведет себя скорее как необработанный. Уровень эффективности корректируется соответствующим образом, потому что фильтрующий материал подвергается воздействию мелких частиц, которые могут проникать в его толщу и выходить с противоположной стороны.

Предварительное покрытие, увеличивающее срок службы

Срок службы фильтрующего материала истекает, когда перепад давления на нем становится достаточно высоким, чтобы существенно ограничить воздушный поток, или рост затрат на электроэнергию, необходимую для работы вентилятора при увеличенном сопротивлении, достигает такого уровня, что дальнейшая работа вентилятора при забитых фильтрах становится нецелесообразной. Общая логика утверждений, касающихся продления срока службы фильтра за счет нанесения предварительного покрытия, основана на том допущении, что предварительное покрытие сводит к минимуму количество мелких частиц, проникающих в толщу фильтрующего материала (минимизируя степень его забивки). Это допущение может быть справедливым сразу после нанесения материала предварительного покрытия, поскольку он действует как барьер для более мелких частиц, мешая их проникновению в толщу фильтрующего материала. Однако, как уже упоминалось выше, при любой импульсной очистке фильтрующего материала этот барьер будет разрушен, и поскольку предварительное покрытие удаляется при каждой импульсной очистке, обеспечиваемые им преимущества тоже исчезают. После разрушения и потери предварительного покрытия в результате импульсной очистки фильтры начинают испытывать такую же нагрузку, как и необработанные, и перепад рабочего давления снова начинает расти по мере забивания фильтрующего материала; см. рис. 1.

Фильтрующий материал премиум-класса может обеспечить улучшенные характеристики фильтрации, обещанные благодаря нанесению предварительного покрытия, без потенциального ухудшения показателей фильтрации, вызванного потерей материалов предварительного покрытия во время импульсной очистки. Эта возможность для улучшения показателей объясняется ниже.

Более подходящее решение

Чтобы избежать недостатков, присущих предварительному покрытию, пользователи могут вместо него использовать фильтры премиум-класса. Фильтры премиум-класса, как правило, имеют некоторую постоянную обработку поверхности, которая обеспечивает задержание твердых частиц на поверхности фильтрующего материала и защиту подложки от пыли. К самым распространенным типам обработки поверхности относятся напрямую наносимые нановолокна, ламинация методом пневмораспыления расплава или слои из ПТФЭ. Фильтры премиум-класса с покрытием, нанесенным методом пневмораспыления расплава, демонстрируют эффективность, но не обеспечивают эффективной импульсной очистки, поскольку субмикронные частицы часто улавливаются, успев проникнуть в толщу слоя, полученного методом пневмораспыления расплава. Это приводит к сокращению общего срока службы фильтра. Фильтры с покрытием из ПТФЭ также обычно эффективны и в большинстве случаев эффективно очищаются импульсами сжатого воздуха, но обычно работают при более высоком сопротивлении потоку воздуха или перепаде давления (и увеличивают энергозатраты). Кроме того, они, как правило, намного дороже других фильтров премиум-класса. Фильтры с напрямую нанесенным нановолоконным поверхностным слоем характеризуются превосходной эффективностью и эффективно очищаются импульсами сжатого воздуха. Кроме того, они работают при относительно низких перепадах давления и, как правило, очень экономичны; см. рис. 2.

Из всех фильтров премиум-класса нановолоконные в большинстве случаев являются наилучшим вариантом. Фильтрующие материалы нановолоконных фильтров премиум-класса состоят из подложки (часто похожей на фильтрующий материал обычных целлюлозных картриджей), покрытой постоянным поверхностным слоем тонких волокон. Толщина этого слоя часто не превышает одного микрона, поэтому его забивание или проникновение частиц в его толщу не составляют проблемы. В качестве тонких волокон премиум-класса в высококачественных нановолоконных картриджах используются нановолокна, обычно имеющие диаметр не более 0,3 микрона и образующие постоянную мелкопористую структуру на поверхности фильтрующего материала. Поскольку волокна в поверхностном слое очень малы по размеру, они не создают заметного дополнительного сопротивления воздуху, поэтому начальный перепад давления остается невысоким.

Если пользователю необходима более высокая начальная эффективность, то нановолоконные фильтры — самая подходящая для этого опция. Эффективность чистого и нового нановолоконного картриджа будет намного выше, чем у обычного картриджа. Эффективность типичных нановолоконных картриджей по задержанию субмикронных частиц составляет не менее 65 %, тогда как начальная эффективность обычного фильтра может с трудом достигать 30 %. При этом эффективность работы нановолоконного фильтра будет очень быстро увеличиваться. Данные испытаний ASHRAE 52.2 показывают, что после подачи 28,35 г (1 унции) частиц в нановолоконный картридж его субмикронная эффективность может легко превысить 90 %.

Пользователи, желающие также продлить срок службы фильтрующих картриджей, выиграют от использования нановолоконных фильтров премиум-класса. В процессе работы пыль оседает на поверхности нановолоконного носителя. При импульсной очистке фильтрующего материала большая часть пыли сбивается с него и удаляется из фильтра. Нановолоконный слой остается при этом неповрежденным и продолжает защищать подложку от проникновения частиц в ее толщу и от засорения. Поскольку масштаб такого проникновения больше не является значительным, нановолоконные картриджи непрерывно очищаются для восстановления более низкого перепада рабочего давления, чем у любых других опциональных фильтрующих материалов, и имеют заметно больший срок службы; см. рис. 3.

Наконец, благодаря улучшенным показателям импульсной очистки нановолоконных фильтрующих материалов премиум-класса они реже требуют очистки и создают меньшее среднее сопротивление потоку воздуха (меньший перепад давления), проходящего через фильтры, поскольку частицы не проникают в толщу подложки, как это происходит с фильтрующим материалом обычного фильтра. Более низкая потребность в импульсной очистке позволяет экономить сжатый воздух, а поскольку нановолоконные фильтры премиум-класса работают при более низком среднем перепаде рабочего давления, то картриджи премиум-класса с нановолоконным фильтрующим материалом способствуют снижению мощности, потребляемой работающим вентилятором. Снижение потребляемой мощности и необходимого объема сжатого воздуха в сумме могут обеспечить значительную экономию энергии в течение срока службы этих картриджей.

Увеличенный срок службы, повышенная эффективность и экономия энергии, предлагаемые нановолоконными картриджами премиум-класса, означают, что они, как правило, являются более экономичным решением, чем предварительное покрытие.