Den Staub rausbekommen: Auswahl eines Filtersystems

Oct 09, 2023

08. Mai 2015

Die Auswahl und Dimensionierung eines geeigneten Luftfiltersystems erfordert mehr als nur die Verwendung einer technischen Formel. Bei der Wahl zwischen Schlauchfiltern und Kartuschenabscheidern müssen die Konstrukteure von Luftfiltersystemen die beabsichtigte Anwendung, das zu behandelnde Volumen, die Art des gesammelten Staubs, den Feuchtigkeitsgehalt, Platzbeschränkungen und viele andere Faktoren berücksichtigen.Sammlertypen Für eine Vielzahl industrieller Prozesse sind Pulse-Jet-Baghouses und Patronenkollektoren die beiden Technologien, die am häufigsten für die Luftfiltration ausgewählt werden. Bei den meisten großen Außenanlagen haben Pulse-Jet-Bag-Systeme die Umkehrluft- und Schüttelbeutelsysteme ersetzt, während bei kompakten Innenanlagen häufig plissierte Kartuschenkollektoren eingesetzt werden. Pulse-Jet-Blasanlagen (Abbildung 1) wurden erfolgreich zur Emissionskontrolle in der Eisen- und Stahl-, Nichteisenmineral-, Kohlekraftwerks-, Sondermüll- und Abfallverbrennungsindustrie und anderen Branchen eingesetzt. Vorgefertigte Designs bieten eine kostengünstige und zuverlässige Leistung bei der Entfernung von Partikelemissionen aus industriellen Prozessen bei Durchflussraten von 500 bis 1 Million Kubikfuß/Minute (acfm). Filterbeutel mit einem typischen Durchmesser von 6 Zoll und einer Länge von bis zu 16 Fuß werden von Stahlkäfigen getragen und mithilfe eines in den Beutel eingenähten „Sprengrings“ an einem Rohrboden befestigt.

Kartuschenkollektorsysteme (Abbildung 2) sind kompakter als Schlauchbeutelsysteme und ermöglichen eine hohe Sammeleffizienz für Anwendungen mit geringeren Durchflussraten, oft bei geringeren Kapital- und Installationskosten. Im Gegensatz zu Pulse-Jet-Filterbeuteln benötigen Kartuschen keine Käfige und die Kartuschen können von außen entnommen werden. Patronenkollektoren sind bei Durchflussraten von bis zu 20.000 acfm am kostengünstigsten und werden routinemäßig zur Behandlung von Eisen- und Nichteisenmetallen, Bergbau- und Gesteinsprodukten sowie Staubströmen aus Chemie- und Lebensmittelanlagen eingesetzt. Pulse-Jet-Baghouse oder Kartuschensammler? Wie man wählt Bei der Wahl zwischen Pulse-Jet- und Kartuschen-Kollektoren gibt es definitiv keine Einheitslösung, die für alle passt. Während Pulse-Jet-Filterbeutel und Kartuschenabscheider hinsichtlich ihrer Funktionsweise ähnlich sind, hängt die Auswahl von einer Reihe von Designparametern ab, darunter: • Anwendung/Prozess • Staubart • Luftvolumen • Temperatur • Staubbeladung • Feuchtigkeitsgehalt • Gas Zusammensetzung • Platzbeschränkungen • Staubexplosivität • Kapital- und Lebenszykluskosten Für anspruchsvollere Anwendungen, wie z. B. klebrige Stäube, wird oft ein Schlauchfilter gewählt, da Beutelfilter im Allgemeinen schwierigere Stäube besser abgeben als Patronenfilter. Wenn hingegen der Platz oder die Bauhöhe begrenzt ist, ist der kompakte Kartuschensammler oft die beste Wahl.

Baghouses werden typischerweise bei der Belüftung von Prozessen (insbesondere bei Heißanwendungen bis zu 500 °F), bei der Verwendung als Produktsammler oder beim Umgang mit schwierigeren Stäuben (hygroskopisch, klebrig usw.) ausgewählt. Abbildung 3 zeigt eine Schlauchfilteranlage, die in einer Metallverarbeitungsanwendung installiert ist.

Patronenkollektoren werden typischerweise für die Belüftung von Lagersilos, Übergabepunkten und für den allgemeinen Materialumschlag von Stäuben wie Kalkstein, Zement und Steinprodukten ausgewählt. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise können Kartuschenkollektoren direkt an Silos, Übergabepunkten und anderen Innenräumen mit begrenztem Platzangebot montiert werden. Abbildung 4 zeigt einen Kartuschensammler, der in einer Verpackungsanlage montiert ist.

In Fällen, in denen die Prozessanforderungen entweder mit Taschen- oder Patronenfiltern erfüllt werden könnten, hängt die Wahl oft von den Kapitalkosten ab. Patronenkollektoren sind in der Regel bis zu 20.000 acfm wirtschaftlicher, und Schlauchfilter sind in der Regel bei höheren Durchflussraten wirtschaftlicher, obwohl es Ausnahmen gibt. Auch die Lebenszykluskosten sollten berücksichtigt werden, beispielsweise wie oft die Filter gewechselt werden müssen und wie hoch die Kosten für Ersatzfilter sind. Im Allgemeinen sind die Austauschkosten für Filterbeutel mit Stützkäfigen pro Einheit ohne Installation geringer als für Patronen. Der Druckabfall ist im Allgemeinen über die Filter hinweg gleich, daher gibt es je nach Anwendung keinen großen Unterschied bei den Betriebskosten. Sobald eine Technologie ausgewählt ist, ist der Designprozess noch nicht abgeschlossen. Ingenieure sollten besonderes Augenmerk auf die Filterauswahl, das Filterreinigungssystem, die Einlasskonfiguration, die Durchflussverteilung und die Steuerungsflexibilität legen, um diese Faktoren möglichst effektiv an die beabsichtigte Anwendung anzupassen. Die Kosten hängen natürlich vom Design und den gewählten Funktionen ab. Beispielsweise kann bei Bedarf ein PTFE-Membranfilter ausgewählt werden, um einen niedrigeren Partikelemissionsstandard zu erfüllen, was jedoch die Gesamtkosten erhöht. Darüber hinaus können für einige Komponenten des Reinigungssystems korrosionsbeständige Materialien erforderlich sein; Metallkorrosion könnte letztendlich die strukturelle Integrität des Filtersystems beeinträchtigen, was zu einer unerwünschten Freisetzung in die Umgebung führen könnte.Richtige Größe für beste Leistung Sobald sich der Filtrationsingenieur zwischen einem Schlauchfilter und einem Kartuschenkollektor entschieden hat, kann er sich der Dimensionierung des Systems zuwenden. Das Hauptdimensionierungskriterium für ein Schlauchfiltersystem ist das Luft-zu-Tuch-Verhältnis (A/C), das als die Menge der gefilterten Luft im Verhältnis zur Menge des Filtermediums definiert ist (siehe Gleichung 1). Das A/C-Verhältnis ist ein Verhältnis von Fuß pro Minute (fpm) und wird oft als Anströmgeschwindigkeit bezeichnet. Ein niedrigeres A/C-Verhältnis ist im Allgemeinen mit einer verbesserten Leistung verbunden. Schwierige Prozessanwendungen haben typischerweise A/C-Verhältnisse von 3:1 bis 4:1, während einfachere Anwendungen A/C-Verhältnisse von bis zu 6:1 haben. Wenn das Luftfiltersystem mit einem zu hohen Verhältnis ausgelegt ist, sind die Kosten zwar geringer, es können jedoch eine Reihe von Betriebsproblemen auftreten, wie z. B. verstopfte Filter, eine verkürzte Filterlebensdauer und eine Verstopfung der Einheit. Ein zweiter Dimensionierungsfaktor, die interstitielle „Dosen“-Geschwindigkeit, sollte ebenfalls bei der Schlauchbeutelkonstruktion berücksichtigt werden. Die Dosengeschwindigkeit ist als Aufwärtsgeschwindigkeit zwischen den Filtern definiert und variiert je nach Hersteller je nach Filterdurchmesser, Filterabstand von Mitte zu Mitte und Abstand vom Filter zur Wand. Eine hohe Dosengeschwindigkeit kann dazu führen, dass der Staub nach der Reinigung erneut mitgerissen wird. Während das A/C-Verhältnis ein nützlicher Entwurfsparameter für Systeme mit Stofffiltern ist, ist es für Falten- oder Patronenfilter nicht nützlich. Wäre dies der Fall, könnte man einem Element einfach mehr Falten hinzufügen, um die Oberfläche zu vergrößern, wodurch das A/C-Verhältnis sinkt und die Leistung verbessert wird. Das niedrige Luft-zu-Stoff-Verhältnis täuscht jedoch, da der enge Faltenabstand einige der Medien für die Filterung unbrauchbar macht. Ein häufiges Ergebnis ist die Bildung von Staubbrücken zwischen den engeren Falten, was es schwierig macht, den Staub herauszubefördern. Bestimmte Anwendungen, beispielsweise das Sammeln von Zuckerstaub, erfordern einen großen Faltenabstand, um eine Staubansammlung zwischen den Falten zu verhindern. Dies erhöht wiederum das A/C-Verhältnis, kann aber tatsächlich die Leistung verbessern. Siehe die in Abbildung 5 gezeigten Faltenvarianten. Die richtige Größe eines Patronenkollektors, unabhängig vom Faltenabstand, basiert auf cfm pro Element (siehe Gleichung 2). Für allgemeine Anwendungen wie die Sammlung von störendem Staub, Silos und Übergabepunkte sollten Staubabscheider vom Patronentyp für 300 bis 400 cfm pro Element dimensioniert sein; für schwierigere Anwendungen wie leichte Stäube kann ein niedrigerer Wert von 200 bis 300 cfm pro Element verwendet werden; Für einfache Anwendungen wie Luftstrahlräume ist ein höherer Wert von 400 bis 500 cfm pro Element akzeptabel. Kassettenkollektoren zeichnen sich typischerweise durch eine herkömmliche vertikale Bauweise aus. Manchmal werden horizontale Kartuschenkollektoren spezifiziert, es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nur die Hälfte der Kartusche zum Filtern verwendet werden darf. Der Staub sammelt sich in der oberen Hälfte der Patrone, während die untere Hälfte aufgrund der schlechten Luftstromverteilung den Staub nicht sieht. Da der Staub abgeprallt wird und auf den darunter liegenden Filtern landet oder in die Falten der unteren Elemente geblasen wird, stehen die betroffenen Falten nicht mehr zum Filtern zur Verfügung. Obwohl nicht alle Filtermedien genutzt werden, geben einige Hersteller möglicherweise ein irreführend niedriges A/C-Verhältnis an. Zur Dimensionierung von Faltenfiltern kann auch die Einströmgeschwindigkeit in Fuß pro Minute (fpm) verwendet werden, die ein weiteres Maß für das Volumen pro Element liefert. Für eine Patrone mit 12,75 Zoll Durchmesser wird die Einströmgeschwindigkeit wie folgt berechnet (siehe Gleichungen 3 und 4). Proportional zu den Luft-zu-Tuch-Verhältnissen sollten die Flächengeschwindigkeiten des Kartuschensammlers für übliche Anwendungen in den folgenden Bereichen liegen: für schwierige Anwendungen 20 bis 30 Fuß pro Minute; für normale Anwendungen 30 bis 40 fpm; und für einfachere Anwendungen 40 bis 50 fpm.Fallstudien Fallstudien können helfen, die verschiedenen Faktoren zu veranschaulichen, die bei der erfolgreichen Auswahl und Dimensionierung eines Luftfiltersystems eine Rolle spielen. Fallstudie 1 betrifft ein Kalibergwerk, das verschiedene Prozesse belüftet, darunter Trocknen, Sieben, Verdichten und Be-/Entladen. Tabelle 1 beschreibt die Prozessbedingungen für den Trockner; In dieser Fallstudie belüftet das Luftfiltersystem den Trockner direkt und behandelt das Produkt und nicht den Abfall. In diesem Fall entschied sich der Anwendungstechniker für ein Filterbeutelhaus anstelle eines Kartuschensammlers. Die Hauptfaktoren für diese Auswahl waren, dass der Staub hygroskopisch war und vorhandene Feuchtigkeit die Reinigung eines Faltenfilters erschweren würde; die Einlassbelastung war mäßig; und das A/C-Verhältnis machte die Filteranlage kostengünstiger. In Fallstudie 2 geht es um die Sammlung von Staub in Innenräumen aus einem Kali-Lagerbehälter, wobei das Filtersystem nicht dazu gedacht ist, das Produkt aufzufangen, sondern einen Unterdruck im Behälter (mit Absaugventilator) aufrechtzuerhalten, insbesondere während des Ladevorgangs. Tabelle 2 beschreibt die Prozessbedingungen für diese Anwendung. In diesem Fall entschied sich der Anwendungstechniker für einen Kartuschensammler. Die Hauptgründe für diese Wahl waren, dass es sich eher um eine Anwendung mit störendem Staub als um eine Prozessanwendung handelte; der Feuchtigkeitsgehalt war niedrig; das Gerät befand sich im Innenbereich; die Einlassbeladung war gering; und das Verhältnis von Luftvolumen zu Größe machte den Kartuschenkollektor kostengünstiger. Tabelle 3 zeigt die Art des Vergleichs, den ein Anwendungstechniker bei der Entscheidung zwischen einem Schlauchfilter und einem Kartuschensammler anstellen kann. Die Tabelle zeigt die Kosten über einen Zeitraum von 10 Jahren für die Behälterbelüftungsanwendung in Fallstudie 2. Auch wenn die Kosten für den Filteraustausch beim Kartuschensystem höher sind, ist es aufgrund der niedrigeren Installationskosten und der geringeren Arbeitskosten für den Filteraustausch am wirtschaftlichsten Wahl über den Zeitraum von 10 Jahren.Endeffekt Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Schlauchfilter und Kartuschenkollektoren bewährte und nützliche Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen sind, einschließlich der industriellen Belüftung. Diese Technologien sollten jedoch unter Berücksichtigung der vielen mit einer bestimmten Anwendung verbundenen Faktoren sorgfältig bewertet und dimensioniert werden. Das Luft-zu-Stoff-Verhältnis beispielsweise – das oft als die wichtigste Größengleichung für die Luftfiltration angesehen wird – ist eher auf die Konstruktion von Schlauchfiltersystemen anwendbar als auf die Konstruktion von Kartuschensammelsystemen. Wie bereits erwähnt, ist jede Anwendung einzigartig, wenn man zwischen den verschiedenen Partikelsammeloptionen wählt. Die Verwendung der oben beschriebenen Designrichtlinien trägt dazu bei, eine optimale Leistung und maximale Filterlebensdauer zu erreichen. Richard Saab ist Produktleiter bei Amec Foster Wheeler. Amec Foster Wheeler kaufte 2014 die Vermögenswerte der ehemaligen Wheelabrator Air Pollution Control Co. von Siemens Environmental Systems and Services. Saab kann unter [email protected] erreicht werden. Verwandte Artikel, Neuigkeiten und Gerätebewertungen finden Sie in unserer Rubrik Staubabscheidung und Luftverschmutzung Control Equipment ZoneKlicken Sie hier für Informationen über die bevorstehende Konferenz/Ausstellung von Powder & Bulk Solids Canada.Klicken Sie hier für eine Liste der Hersteller von Entstaubungsgeräten

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