Effektive Staubsammlung in anspruchsvollen Umgebungen sicherstellen

Von Tom Godbey, leitender Anwendungsspezialist

Wenn es darum geht, eine Entstaubungsanlage für eine bestimmte Umgebung auszuwählen, müssen die Eigenschaften des zu sammelnden spezifischen Staubs berücksichtigt werden. Wie groß ist der Staub? Ist er extrem klein? Hat er verschiedene Größen? Ist er abrasiv? Ist er hygroskopisch oder feuchtigkeitsabsorbierend? Agglomeriert er leicht oder gar nicht? Ist er explosiv/brennbar? Ist er ätzend/toxisch/instabil?

All dies sind notwendige Überlegungen, die sich auf den Staub beziehen, der gesammelt wird, aber der Staub ist nicht der einzige zu berücksichtigende Faktor. Es ist unerlässlich, dass die Eigenschaften und Bedingungen des Gasstroms, der in den Kollektor eintritt und ihn durchläuft, ebenfalls in die Auswahl einer Entstaubungsanlage einbezogen werden.

Die Eigenschaften des Gasstroms haben eine erhebliche – und manchmal größere – Auswirkung auf die Auswahl der Ausrüstung als die Staubeigenschaften. Die Kombination der Staub- und Gasstromeigenschaften kann für einige anspruchsvolle Entscheidungen bezüglich der Ausrüstung sorgen. Betrachten wir nur ein paar der häufigeren Gasstromeigenschaften und ihre Auswirkungen auf die Auswahl eines geeigneten Kollektors: Temperatur, Feuchtigkeit und Chemie.

Temperatur

Die Temperatur – besonders eine hohe Temperatur – betrifft nicht nur die Auswahl der Filtermedien, sondern auch die Baumaterialien der Entstaubungsanlage und die Filterart – Taschen oder Patronen. Die Temperatur kann auch die Methode der Filteraufbereitung/-reinigung und die gesamte erforderliche Filterfläche beeinflussen. (Die erforderliche Filterfläche wird durch die erforderliche Luftmenge und die angemessene Filtrationsgeschwindigkeit bestimmt, die üblicherweise als Luft-zu-Medien-Verhältnis bezeichnet wird.) Höhere Temperaturbedingungen erfordern gewöhnlich konservativere Filtrationsgeschwindigkeiten.

Es gibt viele verschiedene Filtermedien mit bekannten Eigenschaften. Es sollte relativ einfach erscheinen, Filtermedien durch einen Eliminierungsprozess auszuwählen, und es kann einfach sein, WENN Sie die anderen Eigenschaften des Luftstroms kennen.

Nicht alle Medien sind jedoch für alle Arten von Kollektoren oder Bedingungen geeignet. Glasfaser als ein Beispiel wird im Allgemeinen nicht als geeignet für kuvertförmige Pulse-Jet-Filtertaschen angesehen – ebenso wie Polyester-Spinnvlies im Allgemeinen nicht als geeignet für Rüttel-Filter angesehen wird. So können die Betriebstemperatur und die verfügbaren Medien für jene Temperatur den Typ des Filters beeinflussen, der in Erwägung gezogen wird.

Wie bereits erwähnt, kann die Temperatur auch Konstruktionsmaterialien des Filters beeinflussen. Dies umfasst die Art der Metalle, Dichtungen oder Farbe sowie besondere Anforderungen an die Isolierung sowohl für die Kontrolle der Feuchtigkeits- und Säurekondensation als auch für die Sicherheit des Personals.

Und schließlich ist es wichtig, zu bedenken, dass die Filtrationsgeschwindigkeit durch Änderungen der Dichte des Gasstroms beeinflusst wird. Erhöhungen der Temperatur und des Gesamtvolumens der gefilterten Luft nehmen mit der Temperatur zu, so dass die Temperatur die Entstaubergröße beeinflusst.

Feuchtigkeit

Ein hoher Feuchtigkeitsgehalt kann sowohl negative als auch positive Auswirkungen auf die Leistung von Entstaubungsanlagen haben. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt höher ist, müssen Vorkehrungen getroffen werden, um Kondensation nicht nur auf den Filtermedien, sondern auch auf den inneren Seitenwänden des Kollektorgehäuses und des Trichters zu verhindern, um eine offensichtliche Folge des Aufeinandertreffens von Feuchtigkeit und Staub zu vermeiden: Schlamm. Oft ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, Schlamm von einem Filtermedium durch normales Pulsieren oder Schütteln zu entfernen. Es ist noch schwieriger, irgendeine Luftbewegung durch den Schlamm zu bringen – daher die Wichtigkeit, die Innentemperatur im Kollektor oberhalb der Feuchtigkeits- und Säure-Taupunkte zu halten.

Die Aufrechterhaltung der Filterwandungstemperaturen oberhalb des Feuchtigkeitstaupunktes kann ebenso wichtig sein, insbesondere an den Innenwänden des Trichters. Die Innenwände des Trichters haben typischerweise die kälteste Temperatur innerhalb eines Kollektors, und es ist nicht ungewöhnlich, dass an den Wänden des inneren Trichters Feuchtigkeit kondensiert, während die Temperatur auf dem Medium deutlich über dem Taupunkt liegt.

Betrachten Sie die Auswirkungen von Staub aus impulsgereinigten Filtern, der auf die nassen Trichterwände fällt. Das Resultat ist, dass der Staub nicht wie beabsichtigt reibungsfrei an den Trichterwänden nach unten gleitet, sondern klebriger Staub, der schließlich die Auslassöffnung überbrückt und den Betrieb genauso lahmlegt, als ob sich Schlamm auf den Taschen selbst gebildet hätte.

Vorbeugende Maßnahmen zur Vermeidung dieser Probleme können eine Isolierung des Gehäuses oder zusätzliche Heizelemente an der Außenseite der Trichter sein. Einige Umgebungen erfordern sogar eine Erwärmung der Druckluft, die bei der Impulsreinigung verwendet wird, um zu verhindern, dass der Kollektor durch den Kühleffekt durch expandierende Druckluft, die während jedes Impulses freigesetzt wird, einen Taupunkt erreicht.

Während die Kondensation eine extreme Feuchtigkeitsbedingung ist, können Probleme auch durch nur erhöhte Feuchtigkeitsgehalte auftreten, ohne dass tatsächlich Kondensation auftritt. Hygroskopischer Staub wie Zucker, Salze und Kalk absorbiert aktiv Feuchtigkeit aus einem Luftstrom und kann sehr schwer von Filtermedien verdrängt werden.

Als allgemeine Regel gilt, dass Entstaubungsanlagen am besten funktionieren, wenn die relative Feuchtigkeit eines Luftstroms, der hygroskopischen Staub enthält, bei oder unter 40 % RH gehalten wird. Die Verwendung von hydrophoben oder mit Fluorkohlenstoff behandelten Medien kann die Staubfreisetzungseigenschaften der diese Stäube filternden Medien verbessern, was zu einem stabileren Druckverlust über das Filtermedium und längeren Intervallen zwischen den Filterwechseln führt.

Die mit hohen Feuchtigkeitswerten verbundenen Herausforderungen sind relativ gut bekannt und vorhersehbar. Jedoch können niedrige Feuchtigkeitsgehalte bei hohen Temperaturen und Stäube wie Metallsalze noch weitaus größere Herausforderungen darstellen. Bei hohen Temperaturen und niedrigen Feuchtigkeitsgehalten verhalten sich Metallsalze (wie auch andere Stäube mit ähnlichen Eigenschaften) so, als hätte jedes Staubteilchen die gleiche elektrische Ladung. Die Partikel stoßen sich gegenseitig ab und die Anhäufung von kleinen Partikeln zu größeren Partikeln kann unwesentlich sein. Da sich Staubpartikel auf dem Medium zu gesammeltem Staub anhäufen müssen, um abgetragen zu werden und zum Trichter zu wandern, bleibt die Partikelgröße gleich, auch wenn der Staub sich niemals anhäuft, und die Luftströme transportieren aufgewirbelten Staub einfach zurück zu den Medien, um ihn wieder abzulagern. Das bedeutet, der Staub würde niemals in den Trichter gelangen. Bei einigen Stäuben ist dieser Effekt so stark, dass es tatsächlich vorteilhaft sein kann, Feuchtigkeit in den Luftstrom einzuführen, oft in Form von Dampf, um die Anhäufung zu fördern. Leider werden viele Stäube mit diesen Eigenschaften oft erst erkannt, wenn der Kollektor bereits in Betrieb ist.

Ja. Mit Feuchtigkeit kann die Herausforderung entweder zu groß oder zu klein sein!

Chemie

Chemie ist dieser weit gefasste Begriff, der eine Vielzahl von Schadstoffen umfasst, wobei die häufigsten Sauergase sind, aber auch kondensierbare Verbindungen, Kohlenwasserstoffe, flüchtige organische Verbindungen (VOC) und andere. Säurebildende Verbindungen wie Schwefeloxid (SOx) und Chlor (CL), die übliche Nebenprodukte von Verbrennung sind, gehören zu dieser Gruppe. Diese Verbindungen können, wenn sie mit Feuchtigkeit kombiniert werden (auch ein Nebenprodukt der Verbrennung), Säuren bilden, wenn die Temperaturen im System unter ihre Säuretaupunkte fallen. Jedes dieser Materialien stellt Herausforderungen bei der Konstruktion, Oberflächenbeschichtung, Isolierung und Filtermedienauswahl dar. Gasströme mit Gemischen aus mehreren dieser Schadstoffe bedeuten eine noch größere Herausforderung und erfordern eine gründliche Überprüfung der Prozess- und Leistungsprioritäten. Viele Anforderungen führen zu Konflikten, sodass die endgültige Kollektorauswahl Kompromisse erfordert, wie höhere Anfangskapitalkosten für eine spezielle Beschichtung, aber eine längere Lebensdauer der Kollektoren, oder ein längeres Intervall zwischen den Filterwechseln, jedoch auf Kosten von hochpreisigeren Filtermedien.

Fazit

Jede dieser Gasstromeigenschaften bietet allgemein bekannte Herausforderungen bei der Auswahl und dem Betrieb von Staubsammelvorrichtungen, aber Gasströme mit Kombinationen dieser Faktoren sind große Herausforderungen. Die Lösung für einen Prozess ist vielleicht nicht die beste Lösung für einen scheinbar ähnlichen Luftstrom. Als ein Beispiel können Polyphenylensulfid (Ryton)-Medien eine ausgezeichnete Wahl für einen mit heißem SOx beladenen Gasstrom von einem kohlebefeuerten Kessel sein. Sie könnten jedoch eine schlechte Wahl für heißes SOx-beladenes Gas aus einem kohlebefeuerten Ofen sein, wenn ein Ofen signifikante Mengen an überschüssiger Luft erzeugt und als Ergebnis einen höheren Sauerstoffgehalt als der kohlebefeuerte Kessel erzeugt. In dieser heißen feuchten Rauchgasumgebung können Ryton-Medien aufgrund von Oxidation einen Verlust der physikalischen Festigkeit erfahren, da der Sauerstoffgehalt 8 % übersteigt. Kesselabgase liegen selten über diesem Niveau, aber die überschüssige Luft aus einem Ofen kann den Sauerstoffpegel weit oberhalb dieses Niveaus treiben. Somit kann ein Polyimid (P84)-Medium eine bessere Wahl sein, obwohl es eine geringere Beständigkeit gegenüber den Säuren aufweist.

Der Punkt ist: Um eine geeignete Geräteauswahl für anspruchsvolle Gasströme zu treffen, müssen die vollständigen Eigenschaften des Gasstroms bekannt sein. Wenn also ein neugieriger Entstaubungsanlagenverkäufer/-ingenieur anfängt, Sie über Ihren Prozess auszuquetschen, vertrauen Sie seiner Absicht. Sein primäres Ziel ist es, Überraschungen bei der Inbetriebnahme und während des Betriebs zu vermeiden, die auftreten können, weil in der Planungsphase etwas nicht bekannt wurde. Niemand mag diese Art von Überraschungen, und jeder ist besser bedient, indem er sich den Herausforderungen im Vorfeld stellt.