Anatomie eines Staubsammlers

Sep 10, 2023

Phil Rankey, leitender Anwendungsingenieur, und Tim Rosiek, leitender Produktmanager, Parker Hannifin, Industrial Gas Filtration and Generation Div. | 16. Februar 2023

Bei der Betrachtung von Staubsammel- und Filtergeräten gibt es Unterschiede bei den Geräten und ihren Filtern und Zubehörteilen, die für die erwartete Absaugung und Filterung von Partikeln, die in der industriellen Arbeitsumgebung in Innenräumen schweben können, von entscheidender Bedeutung sind. Während die wesentliche Funktion von Staubsammelgeräten dieselbe ist – man denke an einen großen Staubsauger, der unerwünschten Staub auffängt – können die Art und Weise dieser Funktion und ihre Wirksamkeit sehr unterschiedlich sein und hängen von vielen Faktoren ab.

Zu diesen Faktoren gehören Sicherheitsaspekte für die Arbeiter, die Umwelt, die Ausrüstung und die Anlage. Elemente wie der Filterwirkungsgrad, die Filtermedienkonstruktion, die Art der Verunreinigung, die Sammelmethode (an der Quelle oder allgemein im Raum (Umgebung) oder Bereich), die erforderliche Luftstrommenge und sogar die Partikeltransportgeschwindigkeit Innerhalb des Kanals müssen alle berücksichtigt werden, um für jedes System berücksichtigt zu werden. Für ein erfolgreiches Betriebssystem, das die Anforderungen einer bestimmten Anwendung erfüllt, können auch zusätzliche Geräte wie Partikelüberwachungsgeräte, Explosionsentlüftung, Funkenerkennungssysteme, Unterdrückungsgeräte und Sekundärfiltration erforderlich sein.

Andere Faktoren können zweckdienlich sein, etwa die verfügbare Eingangsleistung, die Druckluft, der geografische Standort, der Platzbedarf oder der Platzbedarf sowie der physische Standort eines Staubabscheiders, der bereits in der Entwurfsphase geplant werden muss. Für einige mag ein umfangreiches Kanalsystem in einer Anlage ideal sein, für andere, die ihre Arbeitszellen möglicherweise häufig wechseln, könnte es jedoch sowohl im Hinblick auf die Kosten als auch auf den Komfort ein Hindernis darstellen.

Staubsammelgeräte können in vier Hauptkategorien unterteilt werden:

1. Filtration durch Aufprall. Dabei handelt es sich um die Verwendung einer Art Filtermedium, um die Partikel physisch daran zu hindern, das Filtermedium zu passieren. Dies ist die am häufigsten verwendete Lösung zur Partikelerfassung und -filtration.

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2. Filtration durch Wasser. Wie es sich anhört, zwingt der Einsatz dieser Art von Ausrüstung den Staub dazu, in einen bewässerten Bereich einzudringen, wobei er einen „tückischen“ Weg zurücklegen muss. Das Wasser wird verwendet, um den Staub vom Luftstrom zu trennen und ihn dazu zu zwingen, sich in Richtung des Wassers abzusetzen oder herauszufallen Sammelbereich des Geräts.

Die pfirsichgesättigte Tiefenkoalesziermedientechnologie nutzt ihre offene, starre Struktur und drei Strömungsmuster, um Flüssigkeiten tief in die Elemente zu leiten. Die Flüssigkeiten sättigen das Element und verschmelzen dann durch die Schwerkraft, wodurch sie praktisch Verunreinigungen auswaschen, anstatt die Matrix zu beschlagen.

3. Filtration durch Zentrifugalkraft. Auch hier handelt es sich um eine sehr einfache, aber dennoch effektive Methode (bis zu einem gewissen Grad an Effizienz), bei der die Zentrifugalkraft (hauptsächlich ein zyklonförmiger Staubabscheider) und die Geschwindigkeit des einströmenden Luftstroms genutzt werden, um die Partikel aus dem Luftstrom zu trennen und so im Wesentlichen gereinigte Luft zurückzulassen wieder in die Atmosphäre abgegeben.

Bei alleiniger Verwendung oder in Verbindung mit einem anderen Staubabscheider trennt die vom Zyklon erzeugte Zentrifugalkraft grobe Verunreinigungen von feinen, nicht sichtbaren Partikeln und stößt saubere Luft aus.

4. Filtration durch elektrostatische Aufladung. Kollektoren dieses Typs verwenden eine elektrische Ladung, um den Luftstrom zu elektrisieren (denken Sie an das Fahren eines Ballons über Ihr Haar und das anschließende Ankleben des Ballons an die Wand) und lassen die Luft dann durch entgegengesetzt geladene Platten strömen, um die Partikel zum „Anhaften“ zu zwingen diese Sammelteller. Anschließend gelangt die gereinigte Luft je nach Situation weiter durch den Kollektor zurück an den Arbeitsplatz oder in die Atmosphäre.

Anders als Zentrifugal-, Beutel- oder Kastenfilter, die nur die größten Partikel entfernen, lädt ESP sowohl große als auch mikroskopisch kleine Verunreinigungen elektrisch auf und entfernt sie dann aus dem Luftstrom, der sich auf geerdeten Auffangplatten sammelt. Die resultierende Abluft lässt praktisch keinen Ölnebel, Rauch oder gefährliche Partikel unberührt und gibt nur saubere Luft aus dem System ab.

Es gibt andere Sammel- und Zerstörungsmethoden für Gase und extrem feine Partikel, zu denen thermische Oxidationsmittel oder Verbrennungsanlagen gehören. Um die Diskussion jedoch auf die Anatomie von Staubabscheidern zu beschränken, beschränken wir uns auf diese vier Kategorien.

Allen diesen Systemen ist gemeinsam, dass sie alle ein mechanisches Luftbewegungsgerät (AMD), wie etwa einen elektrisch angetriebenen Abluftventilator, verwenden, um die Umgebungsluft mit schwebenden Partikeln anzuregen, die in den Kollektor oder dessen Auffangvorrichtung gesaugt werden, sodass die Kräfte wirken des Geräts kann auf den staubbeladenen Luftstrom einwirken, um den Staub mit den zuvor beschriebenen Methoden aus der Luft zu trennen.

Den Staub mit verschiedenen Methoden aus der Luft trennen

Jedes dieser Geräte verfügt über einen Einlassbereich, über den die kontaminierte Luft in das Gerät eingesaugt wird. Einlassbereiche können Teil des Sammlers selbst sein oder möglicherweise eine Art Sammelhaube oder Absaugarme, die dazu dienen, die Luft so zu lenken, dass Partikel möglichst effektiv erfasst werden.

Staubsammel-Absaugarme können an Geräte zur vollautomatischen Kontrolle und Erfassung von Luftschadstoffen angeschlossen werden.

Jedes Gerät verfügt außerdem über die sogenannte „schmutzige Seite“ des Sammelgeräts, wo der kontaminierte Luftstrom in das Gerät gelangt ist. In diesem Bereich wirkt eine der genannten Reinigungsmethoden auf den Luftstrom ein, um den Staub von der Reinluft zu trennen. Es gibt Fälle – abhängig von der Art der Partikel –, in denen eine Vorfiltrations- oder Trennstufe vor der Hauptfiltrationsstufe platziert werden kann, z. B. ein Vorfiltermodul, ein Schleifmitteleinlassmodul, ein Luftverteilungsmodul oder eine erweiterte „Schmutzluft“. „Plenum“ dienen zur Entfernung großer und schwerer Partikel, die im Luftstrom transportiert werden, um die Abscheideleistung zu erhöhen und eine vorzeitige Belastung der Hauptfilterstufe zu reduzieren.

Eine Vorfiltrations- oder Trennstufe, die vor der oben genannten Hauptfiltrationsstufe des Parker DustHog SFC angeordnet ist, ist ein abrasives Einlassmodul, das zum Entfernen großer und schwerer Partikel verwendet wird, die im Luftstrom transportiert werden, um die Trenneffizienz zu erhöhen und eine vorzeitige Belastung der Luft zu verringern Hauptfilterstufe.

Sobald die Methode (entweder Medien, Wasser, Zentrifugalkraft oder Elektrostatik) die Verunreinigung aus dem Luftstrom abgetrennt hat, werden die abgetrennten Partikel in einen Sammelbereich wie Fässer, Abfallbehälter, Trichter transportiert oder zur einfachen Entsorgung und/oder Wartung im Kreislauf geführt .

Die oben dargestellten Sammelbereiche werden als Fässer bezeichnet.

Die gereinigte Luft gelangt dann in die „saubere Seite“ des Kollektors, wo sie möglicherweise eine Art Sekundärfiltration (zur weiteren Behandlung) durchläuft, um die Effizienz der Partikelentfernung zu erhöhen, oder möglicherweise einen Kohlenstoff- oder anderen Nachfiltertyp zur Geruchskontrolle oder ähnliches brauchen.

Sobald die Luft die verschiedenen Filtermethoden durchlaufen hat, kann sie nun zum Arbeitsplatz zurückgeführt werden (falls gewünscht und geeignet) oder als saubere Luft an die Außenatmosphäre abgegeben werden. Dem primären Filtersystem kann eine zusätzliche Nachfiltration hinzugefügt werden, um sicherzustellen, dass Verunreinigungen aufgefangen werden, wenn sie den primären Filter umgehen. Als sekundäre, hocheffiziente Stufe wird auch die Nachfiltration hinzugefügt, um Partikel und Verunreinigungen im Submikronbereich zu entfernen, bevor die Luft in einen Innenraum zurückgeführt oder in die Atmosphäre abgegeben wird. Mithilfe mechanischer Messgeräte oder Partikelüberwachungssysteme kann sichergestellt werden, dass sich die primäre und sekundäre Filterstufe im ordnungsgemäßen Betriebszustand befindet und keine unerwünschten Partikel zurück in den Arbeitsbereich oder in die Außenumgebung gelangen

Mithilfe von Messgeräten oder Partikelüberwachungssystemen wird sichergestellt, dass sich das Filtersystem in einem ordnungsgemäßen Betriebszustand befindet und keine unerwünschten Partikel zurück in den Arbeitsbereich oder in die Außenumgebung gelangen.

Die Staubsammeleinheit, die die Filterung durch Aufprall umfasst, umfasst Schlauchfilter mit typischerweise langen Filterbeuteln mit schmalem Durchmesser oder Faltenfiltern, Kartuschensammler mit Filtern mit größerem Durchmesser, die eine große Menge an Filtermedien aufnehmen können, Schüttelsammler mit Taschenfilterbeuteln und Mediensammler die eine bestimmte Art und Konfiguration von Filtern enthalten, entweder als Panel, Box, Kartusche, Beutel oder in einer anderen Konfiguration. Jedes dieser Systeme nutzt den inhärenten Widerstandsweg durch das Medium, um den Durchtritt von Partikeln zu verhindern und gleichzeitig den Durchtritt sauberer Luft zu ermöglichen. Geräte mit erhöhter Staubaufnahme führen zu einem höheren Widerstand an den Filtern und sind häufig mit Filterreinigungsmechanismen wie Druckluftimpulsen oder mechanischem Schütteln ausgestattet.

Die Sammeleinheiten, die Wasser zur Staubabscheidung verwenden, können rund, rechteckig oder quadratisch sein, haben aber alle gemeinsam einen Wasserauffangbereich, in dem der einströmende staubbeladene Luftstrom gezwungen wird, vom Wasser mitgerissen und dann abgeschieden zu werden staubbeladenes Wasser nimmt einen anderen Weg als der Luftstrom. Die Luft wird vom Staub befreit und durch das System zurück zum Arbeitsplatz oder in die Umgebung geleitet. Der Staub setzt sich dann am Boden des Kollektors als Schlamm ab, der zur späteren Entsorgung entleert oder in einen Absetzbehälter geschleust werden muss. Aufgrund ihrer Beschaffenheit sind diese Sammler besonders für explosionsfähige Metallstäube und ähnliche Schadstoffe geeignet. Diese Geräte weisen zwar einen von Natur aus hohen, aber konstanten Druckabfall auf, erfordern jedoch eine häufige Wartung mit Wasseraustausch und der Entfernung und Entsorgung nasser Verunreinigungen. Auch beim Einsatz dieser Entstaubungsanlagen für bestimmte Staubarten wie Aluminiumstaub und Feinstaub ist Vorsicht und Vorsicht geboten.

Der gebräuchlichste Kollektor zur Nutzung der Zentrifugalkraft zur Reinigung eines Luftstroms ist der Zyklon. Es gibt verschiedene Anordnungen und Konfigurationen dieser Einheiten. Diese Kollektoren sind sehr effektiv bei der Abscheidung großer Partikel ohne den Einsatz von Filtern oder Wasser, sind jedoch bei weitem nicht so effizient wie ihre Gegenstücke mit Medien. Aus diesem Grund ist es in der heutigen Umgebung üblich, zusätzliche Trennungen hinzuzufügen, beispielsweise durch Medien und typischerweise nach dem Zyklon, um sicherzustellen, dass die Luft, die in die Umgebung oder den Arbeitsplatz zurückkehrt, so sauber ist, wie gewünscht oder erforderlich.

Der gebräuchlichste Kollektor zur Nutzung der Zentrifugalkraft zur Reinigung eines Luftstroms ist der Zyklon.

Elektrofilter (ESP) verfügen über keine Sperrfilter mit Ausnahme von Vor- und Nachfiltern aus Metallgewebe. Sie verwenden geladene Drähte oder Metallionisatoren im einströmenden Luftstrom, um nur den Partikeln (nicht dem Luftstrom) Energie zuzuführen, wodurch diese ionisiert werden, was dem ESP-Kollektor den Vorteil eines geringeren Energieverbrauchs verleiht. Diese geladenen Teilchen werden dann auf nachgeschalteten Platten gesammelt, auf die eine entgegengesetzte Ladung ausgeübt wird. ESP-Einheiten sind wirksam bei sehr feinen Partikeln, einschließlich Ölnebel und Rauch, und werden in den Maschinenräumen von Schiffen eingesetzt, um die Luft zu reinigen und die Bildung brennbarer Ölansammlungen zu reduzieren. ESPs sind bei großen Partikeln oder hohen Konzentrationen nicht wirksam, da die Partikel nicht ausreichend aufgeladen werden und daher nicht auf den Platten gesammelt werden. Der Einsatz in Staubsammelanwendungen ist begrenzt. Bei ESP-Kollektoren müssen die Sammelplatten gereinigt werden, was häufig einen Wasserwaschzyklon oder die physische Entfernung der Platten zur Reinigung außerhalb des Standorts erfordert. Einige ESP-Filtrationssysteme fügen Endfilter aus Kohlenstoff oder Kaliumpermanganat hinzu, um Gerüche zu bekämpfen.

ESP-Einheiten sind wirksam bei sehr feinen Partikeln, einschließlich Ölnebel und Rauch, und werden in den Maschinenräumen von Schiffen eingesetzt, um die Luft zu reinigen und die Bildung brennbarer Ölansammlungen zu reduzieren.

Der Einsatz jedes dieser Gerätetypen variiert je nach Anwendung, Unternehmen, Anforderung und je nach lokalen, staatlichen und bundesstaatlichen Standards oder Vorschriften, die für jede spezifische Anwendung erforderlich sind. Ein Sicherheitsexperte, ein zertifizierter Industriehygieniker oder ein qualifizierter Spezialist für die Kontrolle industrieller Umweltverschmutzung kann dabei helfen, nicht nur die spezifische Art der Staubsammelausrüstung auszuwählen, die für einen bestimmten Bedarf am besten geeignet ist, sondern auch die zusätzlichen Überlegungen anzugeben, um die beste, sicherste und zuverlässigste Lösung zu gewährleisten effektive Regelung für die betrieblichen Ziele einer Anlage. Das Ziel besteht stets darin, Systeme zu entwerfen und bereitzustellen, die sichere und gesunde Arbeitsplätze fördern, Lösungen, die eine höhere Produktivität unterstützen, und Strategien, die sowohl menschliche als auch mechanische Investitionen schützen und gleichzeitig für saubere Luft am Arbeitsplatz und in der Umwelt sorgen.

Phil Rankey ist leitender Anwendungsingenieur und Tim Rosiek ist leitender Produktmanager bei Parker Hannifin, Abteilung Industriegasfiltration und -erzeugung. (Lancaster, NY). Für weitere Informationen rufen Sie 800-343-4048 an, senden Sie eine E-Mail an [email protected] oder besuchen Sie parker.com/airquality.

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