Vieles spricht für Patronenfilter 06.2003 - MAHLE Industry - Filtration

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Vieles spricht für Patronenfilter 06.2003 - MAHLE Industry - Filtration

Vieles spricht für PatronenfilterAuslegung von Entstaubungsanlagen in der VerfahrenstechnikMAHLE Filtersysteme GmbH, Industriefilter, Postfach 13 09 · D-74603 Öhringen · Telefon +49 (0) 79 41 67-0 · Telefax +49 (0) 79 41 67-4 29


VERFAHREN UND ANLAGENVieles spricht für PatronenfilterAuslegung von Entstaubungsanlagen in der VerfahrenstechnikALEXANDER REINHARDTDie Entstaubung von Abluft bzw.von Kreislaufgasen ist ein wichtigerPunkt bei der Planung vonverfahrenstechnischen Anlagen.Oft steht nur sehr wenig Platz fürdie Entstaubung zur Verfügung, sodass der Anlagenplaner Problemehat, ein ausreichend großes Filterunterzubringen. Falsch oder zuknapp dimensionierte Filter könnenjedoch dem Anlagenbetreibergravierende Probleme bereitenund die Betriebskosten deutlich indie Höhe treiben. Falsch dimensioniertbezieht sich hier nicht nurauf die installierte Filterfläche, sondernauch auf die Strömungsführungim Entstaubungsgerät unddie verwendeten Abreinigungssysteme.Im folgenden Beitrag soll aufeinige wichtige Aspekte bei derAuslegung und dem Betrieb derEntstaubungsanlage eingegangenwerden. Außerdem sollen neueEntwicklungstendenzen bei Staubfilteranlagenaufgezeigt werden.Um eine optimale Funktionalität zu erreichen,muss eine Entstaubungsanlageim wesentlichen folgende Anforderungenerfüllen:Dipl.-Ing. (FH) A. Reinhardt, Leiter Verkauf Entstaubungstechnik,Mahle Filtersysteme GmbH, BereichIndustriefilter, Öhringen1: Kleinfilter mit konischem Filterelementund Multijet-DüseGute StaubabscheidungDie Abscheidung möglichst aller Staubpartikelist besonders bei kritischenFeinststäuben nur durch den Einsatzhochwertiger Filtermedien in Kombinationmit einem auf die Filterelementeabgestimmten Abreinigungssystem(Bild 1) möglich. Es reicht nicht, wennnur der Filterwerkstoff und die Filterflächestimmen. Eine schonende unddoch effiziente Abreinigung, eine optimierteStrömungsführung und eine demFilterwerkstoff angepasste Elementgeometriesind von ebenso entscheidenderBedeutung.Konstante AbsaugleistungDie Saugleistung der Anlage muss übereinen langen Zeitraum weitgehend konstantbleiben. Ist die Filteranlage (Filterfläche,Abreinigung, Gehäusegröße) zuknapp ausgelegt oder der Filterwerkstoffnicht richtig gewählt, bricht die Absaugleistungnach kurzer Betriebszeitzusammen, und die Funktion der Anlageist nicht mehr gewährleistet.2: Vergleich der Aufströmgeschwindigkeitenim Rohgasbereich V=1200 m 3 /h,8 Elemente, Gehäuse 530 mmKompakte BauweiseDas Entstaubungsgerät darf vor allembei Innenaufstellung nicht zu viel Bauraumbeanspruchen. Durch den Einsatzvon sterngefalteten Filterelementen lässtsich eine sehr große Filterfläche aufengstem Raum unterbringen. Um dieStrömungsverhältnisse und damit dieLeistungsfähigkeit zu verbessern, wurdenunter anderem konische Filterelementeentwickelt. Der zulässige Achsabstandzwischen den Filterelementendarf nicht zu gering gewählt werden.Hier spielt unter anderem die Sinkgeschwindigkeitvon Feinststäuben undFasern eine entscheidende Rolle. Feineund leichte Stäube brauchen deutlichlänger, bis sie sedimentieren als grobeund schwere Staubpartikel. Das bedeutet,dass bei feinen Stäuben dieAchsabstände größer gewählt werdenmüssen. Durch die konische Filterelementformwerden aber Strömungsgeschwindigkeitsspitzenim Rohgasraum(Bild 2) abgebaut. Dies ermöglichteine deutlich engere Platzierung derFilterelemente als bei herkömmlichenzylindrischen Elementen.Geräuscharmer BetriebUm den Lärmpegel gering zu halten,muss auf die Verwendung möglichsthochwertiger Komponenten bei denVentilatoren und beim Abreinigungssystemgeachtet werden. SchallgedämmteMembranventile für dieDruckluftabreinigung, Multijet-Abreinigungsdüsen(Bild 3) bzw. Rotationsluftdüsen(Bild 4) und Ventilatoren mit hohemWirkungsgrad sind zwar etwas teurer,machen sich aber auf die Dauermehrfach bezahlt.Niedrige Betriebs- und WartungskostenDie Gesamtbetriebskosten beinhaltenneben den Filterelementkosten auchStrom- und Druckluftkosten sowiePersonalkosten. Wird also bei der Anschaffungeiner Entstaubungsanlagenur auf niedrige Investitionskosten geachtet,werden die Folgekosten in kurzerZeit die Einsparungen verschlingen.Eine Erhöhung der Filterflächenbelastung,bei sonst gleicher Filterelementgeometrie,um z. B. 50 % (ein Drittelweniger Filterfläche) hat eine Reduzierungder Standzeit auf knapp dieHälfte zur Folge. Der Energieverbrauchfür die Abreinigung wird sich für die An-


VERFAHREN UND ANLAGENlage dabei mehr als verdoppeln. Ebensoist mit mehr als den doppeltenPersonalkosten für die Anlagenwartungzu rechnen.Optimale Abstimmung derKomponentenBei der Auslegung von solch kompaktenFilteranlagen zeigt sich immerdeutlicher, dass nicht nur die Filterflächeein wichtiges Auslegungskriteriumist. Auch die Elementgeometrie,die Strömungsführung und das Abreinigungssystemspielen eine entscheidendeRolle. Nur wenn alle Komponentenoptimal aufeinander abgestimmtsind, entstehen zuverlässigarbeitende Entstaubungsfilter. Da dieStaubeigenschaften sehr unterschiedlichsind und von sehr vielen Parameternwie z. B. Staubfeinheit, Schüttdichte,Haft- und Agglomerationseigenschaften,Feuchtigkeit, usw. abhängen,sind sie theoretisch nur sehr unzureichendin den Griff zu bekommen. Technikumversucheund Praxiserfahrungensind somit von entscheidender Bedeutung,um Anlagenkonzepte und derenBetriebssicherheit zuverlässig zu überprüfen.AbreinigungssteuerungenPrinzipiell ist darauf zu achten, dass abreinigbareEntstaubungsfilter nur sohäufig wie nötig abgereinigt werden.Das heißt einerseits, dass der maximalzulässige Differenzdruck nicht überschrittenwird, und andererseits das Abreinigungsintervallnicht so kurz ist,dass sich kein Filterkuchen aufbauenkann. Eine bestimmte Filterkuchendickeist anzustreben, da dieser auch eineFilterhilfsschicht darstellt. Bei zeitgesteuertenFilteranlagen ist das Abreinigungsintervallsinnvollerweise soeingestellt, dass die Abreinigung derElemente alle 6 bis 20 Minuten erfolgt.Werden kürzere Abreinigungsintervalleverwendet, so ist mit kurzen Elementstandzeitenund erhöhten Reststaubgehaltenin der Abluft zu rechnen. Läuftdie Filteranlage nicht mit konstanter Belastung,oder ist mit stark schwankendenStaubbelastungen zu rechnen,so empfiehlt sich die Verwendung einerDifferenzdrucksteuerung (Bild 5). Hierwird der Druckverlust der Filterelementegemessen und bei einem bestimmtenSchwellenwert (10 bis 12mbar) ein oder mehrere Abreinigungszyklenausgelöst. Bei hochwertigerenSteuerungen ist es außerdem möglich,eine feste maximale Zeitspanne bis zurnächsten Abreinigung einzugeben (z. B.eine Stunde). Differenzdrucksteuerungenbieten also die Möglichkeitß der Verlängerung der Standzeit vonFilterelementen,ß der Minimierung von Reststaubgehaltensowieß der Senkung von Energiekosten.Wichtig ist die korrekte Einstellung derSchwellenwerte und die Überprüfungdes Differenzdrucksensors auf seineFunktion von Zeit zu Zeit. Sind dieMessleitungen mit Staub oder Kondenswasserzugesetzt, können falscheMesswerte zur Fehlfunktion führen.Hier empfiehlt sich der Einsatz einessogenannten Messleitungssets. Durchein Membranfilter wird das Zusetzender Messleitung wirkungsvoll verhindert.5: Elektronische Differenzdruck-AbreinigungssteuerungMFS-096: Entstaubungsanlage mit geregelterAbsaugleistung – FlammspritzenElektrostatisch ableitende FiltermedienBei Kunststoffpartikeln ist mit elektrostatischenAufladungen zu rechnen. Umplötzliche heftige Entladungen zu vermeiden,ist es erforderlich, alle Metallteilezu erden. Filtertechnisch bietet derEinsatz von elektrostatisch ableitendenFiltermedien den Vorteil, dass keine zusätzlichenHaftkräfte die Filterkuchenabreinigungbehindern und auch keineOberflächenladungen entstehen können.Eine leitfähige Verbindung vonFilterelement, Filterplatte und Filtergehäuseist hier unbedingt erforderlich, dasonst die „Kondensatorwirkung“ fürhochenergetische Entladungen sorgenkann. Abhängig von Staubart undStaubkonzentration können diese Zündfunkenin ungünstigen Fällen zu Verpuffungenoder gar Explosionen führen.Frequenzgeregelte AbsauganlagenEventuell bietet sich hier auch der Einsatzeines frequenzgeregelten Ventilatormotorsan. Diese Lösung ist mit erhöhtenAnschaffungskosten verbunden,bietet aber die Möglichkeit der deutlichenEinsparung von Betriebskosten,vor allem wenn die Anlage eine hoheEinschaltdauer hat. Die Frequenzregelungerfolgt sinnvollerweise über eineUnterdruckmessung im Rohgasraumoder an einer definierten Stelle im Rohgaskanal.Ändert sich nun der Unterdruckan dieser Stelle, weil Absperrklappengeöffnet oder geschlossen werden,so wird die Absaugleistung der Anlageentsprechend erhöht oder reduziert(Bild 6).3: Prinzip Multijet-Abreinigungsdüse 4: Prinzip RotationsluftdüseAnwendungsfälle in der VerfahrenstechnikBeim pneumatischen Transport vonSchüttgütern, bei Pulverbeschichtungsanlagen,Strahlanlagen und Sackschüt-


VERFAHREN UND ANLAGEN7: Entstaubungsanlage für die Nasslack-Oversprayabsaugung 8: Filtration von fasrigen Stäuben – Papierstaubten hat sich der Einsatz von Patronenfilternschon über mehr als ein Jahrzehntbewährt. Dies ist auch nahe liegend, dadie Stäube in der Regel trocken undrieselfähig sind. Durch neue Filtermedienmit PTFE-Membrane, optimierteFilterelementgeometrien undAbreinigungssysteme können heuteaber auch kritische Stäube wie Nasslack-(Bild 7), Klebstoff- oder Flammspritz-Oversprayzuverlässig in abreinigbarenEntstaubungsfiltern abgeschiedenwerden. Hier ist aber auf einigezusätzliche Parameter bei der Auslegungzu achten. Bei besonders kritischenAnwendungsfällen kann der Einsatzvon Filterhilfsmitteln erforderlichsein. Für die kontinuierliche Filterhilfsmittel-Dosierungwurden spezielle Vorrichtungenentwickelt, die sich bereitsüber mehrere Jahre bewährt haben. DieFilterhilfsmittel müssen jeweils passendzum entsprechenden Anwendungsfallausgewählt werden.Fasrige Stäube stellen für abreinigbareFilter ab einer höheren Konzentrationein Problem dar. Sie neigen zumVerballen und lassen sich dann nurschwer abreinigen und ausbringen. DerEinsatz von konischen Filterelementenbringt hier eine deutliche Verbesserung.Durch Umrüstung von bestehenden Anlagenauf diesen Filterelementtyp wurdedie Standzeit der Elemente deutlicherhöht und der Wartungsaufwand minimiert(Bild 8). Ursache hierfür ist die bereitsbeschriebene optimierte Strömungsführungim Rohgasraum und dieIntensivierung des Abreinigungsimpulsesaufgrund des reduzierten Puffervolumensim Filterelement.FazitPatronenfilter haben sich in den letztenJahren einen erheblichen Marktanteilim Bereich der Verfahrenstechnik gesichert.Auch bei kritischen Anwendungsfällenwie der Nasslack- und der Klebstoff-Oversprayabscheidungsowie derAbscheidung von fasrigen Stäuben hatsich dieser Filtertyp bewährt. Vorteilewie kompakte Bauweise, minimalerEnergieverbrauch, lange Filterelementstandzeitenund ein niedriger Geräuschpegelsind überzeugende Argumente,die diese Entwicklung zunehmendunterstützen. Mittlerweile liegen in vielenBereichen langjährige Praxiserfahrungenvor, die eine große Auslegungssicherheitermöglichen.Weitergehende Informationen könnenwie gewohnt über die Kennziffer angefordertwerden.Sonderdruck aus:VERFAHRENSTECHNIKAusgabe 11/2002Vereinigte Fachverlage; MainzMAHLE Filtersysteme GmbHIndustriefilterSchleifbachweg 45 74613 ÖhringenPostfach 13 09 74603 ÖhringenTel. (0 79 41) 67-0Telefax (0 79 41) 67-4 29industriefiltration@mahle.comwww.mahle.com

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