Schlauchfilter

Schlauchfilter als filternde Abscheider haben sich in der Filtertechnik, Gasreinigung und Entstaubung bei zahlreichen industriellen Prozessen durchgesetzt. Das ist mit der problemlosen Einhaltung aktueller Emissionsgrenzwerte in einem einstufigen Prozess – bei höchsten Volumenströmen und Staubbeladungen – zu begründen. Wurden die Filter in früheren Jahren durch Klopfen, Rütteln oder in Kombination mit Niederdruckspülung gereinigt, so kommen in der heutigen Filtertechnik druckluft-abgereinigte Schlauchfilter zum Einsatz.

Abreinigungsmethoden

Typische Konstruktion eines Schlauchfilters

Bei den ersten Staubabscheidern erfolgte die Abreinigung als manuelle Reinigung, in der Folge durch Vibration, über Spülluft bis zur Entwicklung und Etablierung der Druckluftabreinigung (Jet-Pulse-Abreinigung). Bei der ältesten Abreinigungsmethode, durch motorische oder manuell zu betätigende Rüttelvorrichtungen, wird zeitabhängig oder bei Erreichen eines maximalen Filterwiderstandes ein Motor gestartet, der das Filterelement in Schwingung versetzt. Bei der sich daraus ergebenden Bewegung löst sich der angelagerte Staubkuchen von der Filteroberfläche und fällt nach unten in einen Staubsammelbehälter, der in der Regel durch Staubaustragsorgane geleert wird. Die mechanische Abreinigung wird nach Unterbrechung des Filtrationsbetriebs durchgeführt. Bei der Abreinigung durch Rütteln werden Filterschläuche mechanisch beansprucht und weisen relativ kurze Standzeiten auf. Ein schonenderes Abreinigungsverfahren besteht in der periodischen Umkehrung der Strömungsrichtung (Rückspülfilter). Hierbei ist die Filteranlage in mehreren separaten Kammern ausgeführt und wird kammerweise abgereinigt. Vielfach wurde auch die Kombination beider Abreinigungsmethoden realisiert.
Die in der Filtertechnik am häufigsten angewandte und modernste Form der Abreinigung ist das Druckstoßverfahren (Jet-Pulse-Abreinigung). Inzwischen hat sich diese Abreinigungsart weitgehend als Standard durchgesetzt. Die Abreinigung erfolgt bei Jet-Pulse-Anlagen durch einen zyklischen, intensiven Druckluft-Stoß. Dieser versetzt den Filterschlauch bei der Abreinigung kurzzeitig in Überdruck. Die Filterschläuche werden kurz aufgebläht, die Strömungsrichtung umgekehrt und der Filterkuchen abgelöst. In der Filterphase gibt ein Stützkorb dem Schlauch die entsprechende Stabilität. Die Abreinigungszyklen hängen unter anderem von der Filterflächenbelastung (Volumenstrom pro Filterfläche und Zeiteinheit), der Gasdichte, der Rohgasbeladung und den Partikeleigenschaften ab. Die Regenerierung kann zeitabhängig oder über festgelegte Filterdifferenzdrücke gesteuert werden. Der Übergang von Verfahren der Spülluftabreinigung zur Jet-Pulse-Abreinigung hat durch die wirksame Entfernung der sich periodisch ablagernden Filterkuchen erheblich zur Steigerung der Energieeffizienz beigetragen.

Abreinigungs- und Filtervorgang

Das Rohgas wird idealerweise im Kreuzstrom zu den Filterschläuchen geführt, um eine Aufströmung entgegen der Partikelsedimentationsrichtung zu vermeiden. Das Rohgas wird über eine Verteilerplatte gelenkt, an der eine Vorabscheidung stattfindet und der Rohgasstrom im Filtergehäuse vergleichmäßigt wird. Die Abscheidung der Partikel findet an der Oberfläche des Filtermediums bzw. an der Oberfläche des sich darauf abscheidenden Filterkuchens statt. Die entsprechenden Strömungswiderstände resultieren aus den Druckverlusten des Filterkuchens und des Filtermediums direkt nach der Jet-Pulse-Abreinigung (Restdruckverlust). Das gereinigte Gas strömt nach oben aus dem Schlauch ab. Speziell bei langen Schläuchen (zum Beispiel eine Schlauchlänge von 8 m bei einem Schlauchdurchmesser von 160 mm) und hohen Filterflächenbelastungen ist der Druckverlust über den Schlauchboden, das heißt bei Austritt aus dem Schlauch über die Einlaufdüse in den Reingasbereich, ebenfalls von Bedeutung. Dieser und sämtliche weiteren Strömungswiderstände des Filtergehäuses (Rohgaseintritt bis Filterkuchenoberfläche, Reingasströmung ab Schlauchaustritt bis Austritt Reingaskanal) werden im Gehäusedruckverlust zusammengefasst. Nach der Abreinigung der Filterschläuche sedimentieren die Staubpartikel in den Staubsammelraum und das Material wird von dort zumeist über Förderschnecken und Zellenradschleusen abtransportiert. In der Online-Betriebsweise werden die in der Rohgaskammer befindlichen Partikel kontinuierlich anfiltriert. Direkt nach der Jet-Pulse-Abreinigung ist die Partikelkonzentration in der Nähe des Filterschlauchs sehr hoch. In diesem Zustand kommt es, insbesondere bei feindispersen Stäuben mit geringer Agglomerationsneigung, zum Wiederanfiltrieren abgereinigter Partikel. Diese „innere“ Staubzirkulation kann einen erheblichen Anteil an der Filterkuchenmasse verursachen und trägt damit zum Druckverlust bei. Zur Steigerung der Energieeffizienz werden daher Filtermodule durch roh- und/oder reingasseitige Absperrorgane während der Abreinigung in einen strömungslosen Zustand versetzt. In diesem sogenannten offline-Modus wird die sofortige Wiederanlagerung des Staubes an benachbarten Filterschläuchen unterbunden. Die Abreinigung kann auch durch einen Druckluftimpuls von wesentlich niedrigerer Intensität erfolgen.

Injektortechnologien

Vergleich von Injektorsystemen für die druckluft-gesteuerte Abreinigung von Schlauchfiltern

Das Druckluft-Injektorsystem zur periodischen Regenerierung der von außen nach innen durchströmten Filterschläuche ist für einen energieeffizienten Betrieb entscheidend. Die Abreinigung hat so zu erfolgen, dass sich der Filterkuchen über die gesamte Schlauchlänge vollständig ablöst. Parallel ist das Zurückschlagen des Mediums auf den Stützkorb durch entsprechende Modulation des Druckverlaufs zu minimieren. Injektorsysteme können beispielsweise aus einem Blasrohr mit einfachen Bohrungen bestehen, aus denen die Druckluft ausströmt. Durch die nachgeschaltete Venturidüse wird Sekundärluft angesaugt und eine Erhöhung des statischen Drucks im Filterschlauch erzielt. Die Einlaufdüse stellt eine Optimierung mit verminderten Strömungsverlusten dar. Durch Aushalsung der Düsen zu einer „Idealen Düse“ wird eine weitere Effizienzsteigerung bei Umwandlung der Druckluftenergie in einen Abreinigungsimpuls erreicht. Eine sehr effiziente Abreinigungstechnologie stellt der Coanda-Injektor dar. Dieses Abreinigungssystem nutzt den sogenannten Coanda-Effekt, bei dem die Druckluft aus einem Ringspalt austritt und über eine gewölbte Oberfläche geführt wird. Die Primärluft folgt dabei der Grenzschicht, die durch die Geometrie des Coanda-Injektors nicht ablöst. Dabei entsteht innerhalb der ersten Injektorstufe ein extrem hoher Unterdruck, der weitere Sekundärluft ansaugt und einen Treibstrahl ausbildet, der gegenüber den zuvor beschriebenen Varianten eine deutlich erhöhte Luftmenge aufweist. Dieser Treibstrahl tritt in die Einlaufdüse als zweite Injektorstufe ein, in der weitere Sekundärluft angesaugt wird.

Abreinigungssteuerung

Darstellung der Abreinigungscharakteristik

Die Abreinigungssteuerung erfolgt heute über Mikroprozessortechnik und Feldbussysteme. Neben der Steuerung der Membranventile werden die pneumatisch oder elektrisch betätigten Roh- und Reingasklappen angesteuert und Signale von Feldsensoren, beispielsweise „broken-bag Wächtern“, verarbeitet. Bei Taktung der Druckstöße wird zwischen einer festen Zeitsteuerung und der Differenzdrucksteuerung mit variablen Zykluszeiten unterschieden. Ein weiterer Steuerungsparameter ist die kontinuierliche Regelung des Tankdrucks des Druckluftspeichers. Über die kontinuierliche Anpassung des Abreinigungsdrucks wird der Druckluftbedarf den jeweils vorherrschenden Betriebsbedingungen angepasst. Als Regelgröße der sogenannten vordruckgeregelten Abreinigung dient der Filterdifferenzdruck. Die Betriebsdaten der Entstaubungsanlage werden bei minimalem Druckluftbedarf im gewünschten Betriebspunkt gehalten und es wird eine Vergleichmäßigung des Staubanfalls und eine bessere Ausnutzung der Kapazität der Staubaustragsorgane erzielt sowie eine geringere mechanische Belastung der Filterschläuche erreicht.

Literatur

• F. Löffler: Staubabscheiden. G. Thieme Verlag, Stuttgart-New York (1988)
• Intensiv Filter GmbH & Co. KG (Hrsg.): Entstaubungstechnik, Filtermedien. Intensiv-FilterTaschenbuch. 3. Auflage, 1989.
• H. Meyer zu Riemsloh, F. Kordas: Entstaubung großer Abgasvolumenströme mit filternden Abscheidern. Aufbereitungstechnik 33 (1992) Nr. 12, 673–683
• G.-M. Klein, T. Neuhaus, P. Bai, T. Schrooten, T. Daniel: Verminderung der durch die Partikelablagerung verursachten Druckverluste in industriellen Schlauchfiltern. F & S Filtrieren und Separieren 23 (2009) Nr. 3, 134–139
• T. Neuhaus, P. Bai, T. Schrooten, G.-M. Klein: Steigerung der Energieeffizienz in der industriellen Gasreinigung durch optimierte Oberflächenfiltration. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft. 70 ( 2010), No. 6, 231–236
• Richtlinie VDI 3677 Blatt 1:2010-11 Filternde Abscheider – Oberflächenfilter, Beuth Verlag GmbH

Weblinks

• Das Infastaub-Lexikon der Entstaubung