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Rüdiger Margraf LÜHR FILTER GmbH & Co. KG „Abgasreinigung durch filternde Abscheider“

_________________________________________________________________________________________________________ ___ HVG-Fortbildungskurs „Emissionen von Glasschmelzöfen“ 18.10.2007 am 19./20.11.2007 Deutsches Ledermuseum, Offenbach/Main 1

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Erfahrungsstand November 2007

von Dipl. - Ing. Rüdiger Margraf

LÜHR FILTER

HVG – Fortbildungskurs „Emissionen von Glasschmelzöfen vom 18. Oktober 2007 am 19 / 20. November 2007

Deutsches Ledermuseum Offenbach / Mainz



Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung................................................................................................................. 5 2 Verfahrensaufbau und Bauteilbeschreibung............................................................ 6

2.1 Grundsätzlicher Verfahrensaufbau .................................................................... 6 2.2 Rauchgaskühlung .............................................................................................. 6

2.2.1 Rekuperativer Wärmetausch................................................................... 6 2.2.2 Verdampfungskühler ............................................................................... 8

2.3 Filternde Abscheider .......................................................................................... 8

2.3.1 Grundsätzlicher Aufbau am Beispiel eines LÜHR-Flachschlauchfilters .. 8 2.3.2 Abreinigungssysteme.............................................................................. 9

2.3.2.1 Druckluft – on line – Abreinigung …. ....................................... 10 2.3.2.2 Kammerweise Druckluft – off line – Abreinigung ..................... 10 2.3.2.3 Verfahrende Druckluft – off line – Abreinigung …….. .............. 11 2.3.2.4 Verfahrende Mitteldruck – off line – Abreinigung ……............. 12

2.3.3 Filtermaterialien..................................................................................... 12 2.3.4 Aspekte hinsichtlich schonender Behandlung des Filtermaterials zur

Sicherstellung einer mehrjährigen Filtermaterialstandzeit bei Einhaltung der geforderten Restgehalte im Reingas ............................................... 14

2.3.4.1 Abreinigungsverfahren ....................................................................... 14 2.3.4.2 Stützkorbkonstruktion ………............................................................. 15 2.3.4.3 Filterzuströmung zu den Filterelementen ……… ............................... 16 2.3.4.4 Filterflächenbeaufschlagung .............................................................. 17 2.3.4.5 Thermische und chemische Beanspruchungen des Filtermaterials ... 17

3 Partikelrückführung................................................................................................ 18

3.1 Partikeleigenschaften....................................................................................... 18 3.2 Kugelrotor-Umlaufverfahren............................................................................. 19

4 Schadgassorption.................................................................................................. 21 5 Kombination filternder Abscheider mit Katalysator ................................................ 22 6 Resümee ............................................................................................................... 23



1 Einleitung Dieser Vortrag befasst sich mit der Partikel- und Schadgasabscheidung aus Rauchgasen von Glaswannen mittels filternder Abscheider. Die Ausführungen beruhen auf Betriebserfahrungen von über 100 Flachschlauchfiltern, die von Firma LÜHR FILTER seit Mitte der 70er Jahre bis heute hinter Glaswannen für unterschiedliche Produkte installiert wurden (Bild 1). Moderne Anlagen zeichnen sich u. a. aus durch

- gesicherte Einhaltung der geforderten Emissionsgrenzwerte im Reingas

o Partikel o Schwermetalle (Pb, Se, . . .) o krebserzeugende Stoffe (As, Cd, . . .) o gasförmige, anorganische Stoffe (HF, HCl, SOx)

- Sicherstellung der Absaugleistung im Dauerbetrieb ohne Druckschwankungen in der Wanne

- niedrige Betriebskosten u. a.

o mehrjährige Standzeit des Filtermaterials o gute Additivmittelausnutzung

- hohe Verfügbarkeit - geringen Wartungsaufwand

Die vorgenannten positiven Betriebsergebnisse stellen sich nur ein, wenn die verfahrenstechnischen Besonderheiten der Aufgabenstellung und insbesondere die sich von vielen anderen Anwendungen deutlich unterscheidenden Eigenschaften der abzuscheidenden Partikel beachtet werden. Dieser Vortrag nennt in diesem Zusammenhang bei Einplanung filternder Abscheider hinter Glaswannen zu berücksichtigende Aspekte.

Bild 1: Anwendungsbeispiele für LÜHR – Flachschlauchfilter in der Glasindustrie



2 Verfahrensaufbau und Bauteilbeschreibung 2.1 Grundsätzlicher Verfahrensaufbau Den grundsätzlichen Aufbau einer Rauchgasreinigung hinter einer Glaswanne zeigt Bild 2.

Filternde Abscheider werden betrieben bei Rauchgastemperaturen bis max. 240°C. Es ist daher häufig notwendig, dem filternden Abscheider eine Kühlstufe vorzuschalten. Die Additivzugabe dient – soweit erforderlich – der Abscheidung saurer Schadgaskomponenten (HF, HCl, SOx) und dem Korrosionsschutz. Die einzelnen Aggregate werden nachfolgend beschrieben: 2.2 Rauchgaskühlung Grundsätzlich stehen zwei bewährte Varianten für die Rauchgaskühlung zur Verfügung:

- rekuperativer Wärmetausch - Verdampfungskühler (Quench)

2.2.1 Rekuperativer Wärmetausch Bild 3 zeigt die Schemadarstellung eines Gas-/ Luftwärmetauschers am Beispiel des Flachrohr-Wärmetauschers. Die Kühlung erfolgt durch indirekten Wärmetausch zwischen dem zu kühlenden Gas und der aus der Umgebung des Kühlers angesaugten Luft. Das zu kühlende Gas strömt zwischen den Außenwandungen waagerecht angeordneter Flachrohre von oben nach unten bzw. von unten nach oben und gibt einen Teil seiner Wärme über die Stahlblechwandungen der Flachrohre an die im Inneren der Rohre quer zum Gasfluss strömende Luft ab.

Bild 2: Grundsätzlicher Aufbau einer Rauchgasreinigung mit filterndem Abscheider hinter einer Glaswanne



Mittels Rückführung eines Teiles der Kühlluft und erforderlichenfalls zusätzlicher Additivzugabe zum Gas wird dafür gesorgt, dass der Wasser- bzw. Säuretaupunkt im Bereich der gasseitigen Wandungen nicht unterschritten wird. Korrosionserscheinungen und Verkrustungen werden vermieden. Besondere Bedeutung kommt diesem Aspekt zu bei der Verwendung von Sauerstoffbrennern (höhere Schadgaskonzentration und höherer Taupunkt) oder auch bei der Notwendigkeit, die Gase zum Beispiel auf Temperaturen < 100°C zur Abscheidung von Schwermetallen abzukühlen. Die Standzeit der Flachrohre liegt im Allgemeinen deutlich über fünf Jahre. Da die Partikel hinter Glaswannen im besonderen Maße zum Haften neigen, wird eine automatisch bei der Beaufschlagung des Wärmetauschers arbeitende Abreinigungsvorrichtung installiert. Ketten werden zwischen den Flachrohrreihen langsam hin und her bewegt. Hierdurch kann die Dicke der sich auf den Flachrohren anhaftenden Partikelschicht begrenzt werden. Die Integration einer Wärmerückgewinnung ist zum Beispiel in Form von Warmwassererzeugung möglich.

Bild 3: Rekuperativer Wärmetauscher am Beispiel LÜHR – Flachrohrwärmetauscher



2.2.2 Verdampfungskühler Bei der Verdampfungskühlung werden Flüssigkeitstropfen mittels einer Zerstäubungseinrichtung in den Gasstrom dispergiert und entziehen beim Verdampfungsprozess dem Gas Wärme (Bild 4).

Eine sichere Betriebsweise des Kühlers erfordert die vollständige Verdampfung der Flüssigkeitstropfen bei geringen Temperaturschwankungen am Kühleraustritt. Maßgeblich für die sichere Auslegung eines Verdampfungskühlers sind:

- Zerstäubungstechnik - gleichförmige Strömung des Gases durch die Verdampfungsstrecke - Regelungstechnik

In den meisten Fällen werden zur Zerstäubung Zweistoffdüsen (Wasser und Druckluft) verwendet. 2.3 Filternde Abscheider 2.3.1 Grundsätzlicher Aufbau am Beispiel eines LÜHR-Flachschlauchfilters Den prinzipiellen Aufbau eines filternden Abscheiders zeigt Bild 5 am Beispiel des LÜHR-Flachschlauchfilters mit horizontal eingebauten Filterelementen.

Bild 4: Rauchgaskühlung mittels Wasserverdampfung (Quench)



Das Filtergehäuse wird mittels Lochplatten in den Roh- und Reingasbereich unterteilt. Als Filterelemente werden horizontal angeordnete Flachschläuche, die auf Stützkörben montiert sind, verwendet. Sie werden von der Reingasseite aus in das Filtergehäuse eingeschoben. Die Flachschlauchelemente sind im Gehäuse exakt fixiert. Im Lochplattenbereich sind sie ohne Verwendung einer Verschraubung staubdicht befestigt. Das textile Filtermaterial wird von außen nach innen durchströmt. Partikel werden zurückgehalten. Ergänzend sei angemerkt, dass alternativ eine Konstruktion mit senkrecht angeordneten Flachschlauchelementen zur Verfügung steht. Auch hierbei sind die Flachschlauchelemente im Gehäuse exakt fixiert, allerdings lassen sich die Vorteile des Flachschlauchfilters mit horizontal eingebauten Filterelementen nicht in allen Punkten konsequent nutzen. 2.3.2 Abreinigungssysteme Für die Abreinigung der am Filter angelagerten bzw. im Filtermaterial eingelagerten Partikel stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Vier häufig für Flachschlauchfilter eingesetzte Systeme werden nachfolgend ohne Wertung der Vor- und Nachteile beschrieben.

Bild 5: Filternder Abscheider am Beispiel LÜHR - Flachschlauchfilter



2.3.2.1 Druckluft – on line – Abreinigung (Bild 6) Innerhalb des Reingasraumes sind vor allen Schlauchöffnungen senkrecht orientierte, leicht herausnehmbare Druckluftverteilungsrohre angeordnet. Druckluft und Reingas als Sekundärgas werden nacheinander jeweils zwei benachbarten Schlauchreihen gleichzeitig über aerodynamisch vorteilhaft ausgebildete Injektoren zugeführt, so dass die Schlauchreihen paarweise kurzzeitig kräftig entgegen der Filtrierrichtung von Spülgas beaufschlagt und von der angelagerten Staubschicht befreit werden.

2.3.2.2 Kammerweise Druckluft – off line – Abreinigung Den grundsätzlichen Aufbau dieses Abreinigungsverfahrens zeigt Bild 7 am Beispiel eines Flachschlauchfilters mit senkrecht angeordneten Flachschläuchen. Der Reingasraum des Filtergehäuses ist in mehrere Kammern unterteilt. Jede Kammer ist absperrbar mit dem Reingassammelkanal verbunden. Zu Beginn der Abreinigung einer Kammer wird die zugehörige Absperrklappe auf der Reingasseite geschlossen. Die Flachschläuche werden bei unterbrochener Filtrierbeaufschlagung wie vorbeschrieben mittels Druckluft abgereinigt. Bei Bedarf kann der gesamte Rohgasbereich des Filtergehäuses zusätzlich kammerweise unterteilt werden, so dass sich die Möglichkeit ergibt, einzelne Kammern für Inspektionen bzw. Reparaturen abzuschalten, während die übrigen

Bild 6: Druckluft – on line - Abreinigung



Reingas-raum

Primärluft

InjektorSekundär-luft

„X“

Rohgas

Rein-gas

Einzelheit „X“ Düsenstock

Flachschlauchfilter mit senkrecht angeordnetenFlachschlauch - Elementen

Rohgas-raum

Anwendungsbeispiel :Glaswanne für Glasfasern

Kammern weiterhin für die Filtrierung zur Verfügung stehen. Grundsätzlich ist dies auch bei Einsatz einer Druckluft – on line – Abreinigung möglich. 2.3.2.3 Verfahrende Druckluft – off line – Abreinigung (Bild 8) Die Abreinigung der Flachschlauchreihen erfolgt schrittweise nacheinander mittels einer im Reingasraum verfahrenden mit Druckluftzuführung und Injektoren ausgerüsteten Vorrichtung. Die Vorrichtung überdeckt jeweils drei senkrechte Filterschlauchreihen, von denen die mittlere bei der Abreinigung während ca. 0,5 sec mit Druckluft und Reingas als Sekundärgas beaufschlagt wird. Als Abdichtung längs des Laufwagenweges dient eine im Dauerbetrieb bewährte Lippendichtung.

Bild 8: Verfahrende Druckluft – off line - Abreinigung

Bild 7: Kammerweise Druckluft – off line - Abreinigung



2.3.2.4 Verfahrende Mitteldruck – off line – Abreinigung (Bild 9) Die Abreinigung der Flachschlauchreihen erfolgt schrittweise nacheinander mittels einer im Reingasraum verfahrenden Spülluftdüse. Dabei wird die Spülluft von einem Mitteldruckventilator pulsierend jeweils einer Flachschlauchreihe zugeführt, während die beidseitig beachbarten Flachschlauchreihen vom Rohgas nicht beaufschlagt werden. Als Abdichtung längs des Spülwagenlaufweges dient eine im Dauerbetrieb bewährte Lippendichtung. Druckluft wird bei diesem Abreinigungsverfahren nicht benötigt. Alle vier vorgestellten Abreinigungsverfahren werden in der Glasindustrie verwendet. Zur Erzielung langer Filtermaterialstandzeiten muss aufgabenbezogen ein geeignetes Verfahren ausgewählt werden. 2.3.3 Filtermaterialien Den grundsätzlichen Aufbau der als Filtermaterialien verwendeten Nadelfilze zeigt Bild 10. Es besteht aus einem Stützgewebe mit aufgenadelten Fasern.

Bild 9: Verfahrende Mitteldruck – off line - Abreinigung

Anwendungsbeispiel :Schmelzwannen für Spezialglas

„X“

Einzelheit „Y“

Einzelheit „X“

Rohgas-raum

verfahrendeSpüldüse

Düsengleitbelag (flexibel)

Rohgas

Reingas

Rohgas-raum

Reingas-raum

Lippen-dichtung

Impuls-klappe

Spüldüse

Ventilator

Schnittdarstellung Filter

„Y“



Es stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Nadelfilzmaterialien zur Verfügung. Bild 11 zeigt die in Filtern hinter Glaswannen bevorzugt eingesetzten Qualitäten und informiert über die Relation der Nadelfilzbeschaffungskosten sowie die zulässigen Betriebstemperaturen. Bild 11: Filtermaterial - Auswahl

Bild 10: Aufbau eines Nadelfilzes ohne Oberflächenbehandlung



Die Auswahl einer Filtermaterialqualität und damit die Vorgabe der Rauchgastemperatur im Filter erfolgt bezogen auf die Anforderungen der jeweiligen Aufgabenstellung. Sie wird beeinflusst u. a. von:

- Gaszusammensetzung - Schwermetallabscheidung - Abscheidung saurer Schadgaskomponenten - Säure- und Wassertaupunkt - Investitions- und Betriebskosten

Für die in filternden Abscheidern hinter Glaswannen eingesetzten Filterschläuche werden Standzeiten von mindestens zwei bis über fünf Jahren erzielt. Voraussetzung hierfür ist die Auswahl einer Filterkonstruktion mit schonender Behandlung des Filtermaterials. 2.3.4 Aspekte hinsichtlich schonender Behandlung des Filtermaterials zur

Sicherstellung einer mehrjährigen Filtermaterialstandzeit bei Einhaltung der geforderten Restgehalte im Reingas

2.3.4.1 Abreinigungsverfahren Bei Verwendung einer Druckluft – on line – Abreinigung ergibt sich ein gravierender Nachteil aufgrund der extrem kurzen Durchströmungsumkehr im Filtermaterial während der Abreinigung. Wiederanlagerungen eines Teiles der abgereinigten Partikel sind unvermeidbar und unkontrolliert. Die Partikelwiederanlagerung erfolgt dabei zu einem sehr ungünstigen Zeitpunkt, nämlich dann, wenn der Filterstoff entsprechend der sich aus dem Filterwiderstand ergebenen Rückführkraft ruckartig auf den Stützkorb aufschlägt. Es findet ein „Teppichklopf-Effekt“ mit einer Partikelbeschleunigung in Richtung zum Reingas statt. Neben einem erhöhten Restpartikelgehalt führt das Zurückschlagen des Filtermaterials auf den Stützkorb zu einer relativ großen mechanischen Belastung des Filtermaterials. Bild 12 verdeutlicht den Einfluss des Abreinigungsvorganges auf den Restpartikelgehalt im Reingas. Dargestellt ist der kontinuierlich gemessene Restpartikelgehalt im Reingas sowie der Filterdifferenzdruck über der Zeit. Die Daten wurden aufgenommen an einem Filter mit relativ kleiner Filterfläche. Deutlich erkennbar ist, dass es nach jedem on line ausgeführten Abreinigungsvorgang zu einem Anstieg des Partikeldurchtrittes kommt, der relativ schnell wieder auf ein niedriges Niveau absinkt. Off line – Abreinigungen vermeiden die geschilderten nachteiligen Aspekte. Bei diesem Abreinigungsverfahren wird das Filtermaterial sanft auf den Stützkorb zurückgeführt. Ein „Teppichklopf-Effekt“ tritt nicht auf. Zusätzlich wird den Partikeln eine längere Zeit zum Absinken in den Sammelrumpf nach dem Abreinigungsvorgang gegeben. Insbesondere die verfahrende Druckluft – off line – Abreinigung findet bei Einsatz von Flachschlauchfiltern hinter Glaswannen aufgrund der hohen Effektivität verbunden mit einer geringen mechanischen Belastung des Filtermaterials in letzter Zeit häufig Anwendung.



Der wesentliche Vorteil gegenüber einer verfahrenden Mitteldruck – off line – Abreinigung ist die Vermeidung von Taupunktunterschreitungen im Bereich der Flachschläuche während oder kurz nach der Abreinigung. Kammerweise – off line – Abreinigungen sollten aus Kostengründen nur verwendet werden, wenn zusätzlich eine rohgasseitige Teilung für Reparatur- bzw. Wartungsarbeiten während des Betriebes gewünscht ist. Aufgrund der nachweislich erreichbaren hohen Verfügbarkeit von filternden Abscheidern wird hierauf in den meisten Anwendungsfällen verzichtet. 2.3.4.2 Stützkorbkonstruktion (Bild 13) Vorzugsweise einzusetzen sind Stützkörbe mit einer kleinen Maschenweite (beim Flachschlauchfilter zum Beispiel ca. 25 x 25 mm). Hierdurch werden die durch den Filterdifferenzdruck auf die Filterschläuche einwirkenden Kräfte gleichmäßiger auf das gesamte Filtermaterial verteilt. Die Größenordnung der auftretenden Kräfte lässt sich an einem einfachen Beispiel verdeutlichen: Ein Filterdifferenzdruck von 15 mbar (gleichbedeutend mit 150 mm WS) entspricht einer Belastung von 1.500 N/m². Diese Flächenkräfte müssen vom Filtermaterial auf die Drähte des Stützkorbes übertragen werden. Je enger die Maschen desto geringer sind somit die Belastungen des textilen Filtermaterials im Bereich der Drähte.

Bild 12: Einfluss des Abreinigungszykluses auf den Restpartikelgehalt im Reingas



2.3.4.3 Filterzuströmung zu den Filterelementen (Bild 14) Wichtig für die Erzielung langer Abreinigungszyklen und damit einer geringen Belastung des Filtermaterials ist das möglichst ungestörte Absinken abgereinigter Partikel im Filtergehäuse. Soweit Einkammerfilter zum Einsatz kommen, ist deshalb eine Zuströmung von oben zu bevorzugen. Bei einer Zuströmung von unten oder schräg von unten in Einkammerfiltern kann ein bei der Abreinigung vom Filtermaterial entferntes Partikelagglomerat nur nach unten absinken, wenn dessen Sinkgeschwindigkeit größer ist als die entgegen gerichtete Gaszuströmung. Da die Sinkgeschwindigkeit von Partikelagglomeraten um 200 μm nur ca. 1 m/sec beträgt, ist verständlich, dass bei Einkammerfiltern ausschließlich eine Rohgaszuströmung von oben eine unerwünschte, unkontrollierte Partikelwiederanlagerung insbesondere von Feinstpartikeln minimiert.

Bild 13: Stützkorb des Flachschlauch - Filterelementes



2.3.4.4 Filterflächenbeaufschlagung Die Anströmgeschwindigkeit unmittelbar vor dem Filtermaterial beträgt bei hinter Glaswannen installierten Flachschlauchfiltern üblicherweise ca. 1,0 m/min bis maximal 1,2 m/min. In Verbindung mit einer teilweisen Rückführung der abgereinigten Partikel in den Rauchgasstrom vor Filter (siehe Kapitel 3) werden bei der vorgenannten Filterflächenbelastung Abreinigungszyklen von 30 min bis deutlich > 60 min in Verbindung mit einem Filterdifferenzdruck von 10 mbar bis max. 15 mbar im Dauerbetrieb erzielt; Voraussetzungen für niedrige Restgehalte im Reingas bei gleichzeitiger geringer mechanischer Beanspruchung des Filtermaterials und als Konsequenz davon einer langen Filtermaterialstandzeit. 2.3.4.5 Thermische und chemische Beanspruchungen des Filtermaterials Eine weitere Voraussetzung für die Erzielung langer Filtermaterialstandzeiten ist neben der vorgenannten Maßnahme zur Vermeidung hoher mechanischer Beanspruchungen die Berücksichtigung nachfolgender Aspekte hinsichtlich thermischer und chemischer Beanspruchungen:

- Wahl der Beaufschlagungstemperatur des Filtermaterials eindeutig unterhalb der Werte, die von Faserherstellern als maximal zulässig genannt werden (siehe Bild 11).

Bild 14: Unterschiedliche Rohgaszuströmungen zu den Filterelementen



- Bei Vorhandensein von Säurebildnern Zuführung neutralisierender Additive (zum Beispiel Ca(OH)2), so dass ein Auskondensieren von Säuren in sämtlichen Bereichen der Rauchgasreinigungsanlage unterdrückt wird.

- Auswahl des Filtermaterials nicht nur im Hinblick auf in Betracht kommende Temperaturen, sondern auch im Hinblick auf den Wasserdampf- und Sauerstoffgehalt der Reingase.

- Vermeidung von Temperaturen, bei denen im Partikelspektrum vorhandene Stoffe innerhalb des Filtermaterials zu irreversiblen Einlagerungen führen können. Hierzu sei angemerkt, dass auch bei filternden Abscheidern hinter Hafenöfen mit relativ niedrigen Betriebstemperaturen gravierende Probleme durch Taupunktunterschreitungen bisher nicht aufgetreten sind.

3 Partikelrückführung 3.1 Partikeleigenschaften Die Partikel in den Rauchgasen von Glasschmelzwannen sind adhäsiv und extrem fein (Partikelgröße um 1 μm oder auch darunter). Bild 15 verdeutlicht die Feinheit solcher Partikel und zeigt gleichzeitig deren Agglomerationsfreudigkeit. Filternde Abscheider trennen solche durch Resublimation aus der Gasphase entstehende Partikel aufgrund deren Neigung zur Adhäsion und Agglomeration mit ungewöhnlich hohen Abscheidegraden ab. Erschwert ist jedoch trotz der geringen Rohgaspartikelgehalte < 1 g/m³ die Abreinigung der abgeschiedenen Partikel vom Filtermaterial. Die Haftkräfte der an den Fasern des Filtermaterials angelagerten Teilchen sind zumindest für eine gewisse Zeitdauer (meistens mehrere Stunden) eindeutig größer als die Kräfte, die durch Abreinigungsvorrichtungen von Filtern entsprechend dem heutigen Stand der Technik aktiviert werden können. Dies führt zu unerwünscht hohen Durchflusswiderständen bzw. zwingt zur Installation großer Filterflächen. Die erforderlichen häufigen Abreinigungen erhöhen den Energiebedarf und verringern die Filtermaterialstandzeit. Das Dauerbetriebsverhalten von filternden Abscheidern für diese Aufgabenstellung kann entscheidend verbessert werden, wenn es gelingt, die Haftkräfte der abzureinigenden Partikel vorteilhaft zu manipulieren. Dies wird durch eine mehrfache mengenkontrollierte Partikelrückführung erreicht (Bild 16). Das Verhältnis Primärpartikel zu rückgeführten Partikeln beträgt ca. 1 : 50.

Bild 15: REM – Aufnahme adhäsiver Partikel



Auf den Filtermaterialien lagern sich Agglomerate aus rückgeführten Partikeln an. An dieser mobilen Vorfilterschicht werden die adhäsiven Primärpartikel abgeschieden. Da die aus gealterten Partikeln gebildeten Agglomerate geringere Haftkräfte aufweisen, lassen sie sich relativ leicht vom Filtermaterial durch die Filterabreinigung entfernen. 3.2 Kugelrotor-Umlaufverfahren Zur betriebssicheren Realisierung der Rückführung im Filter abgeschiedener Partikel in den Rauchgasstrom vor Filter hat sich in vielen Anwendungsfällen das Kugelrotor-Umlaufverfahren (Bild 17) bewährt. Der Kugelrotor ist ein Hohlzylinder, dessen Mantelfläche aus Lochblech mit ca. 30 x 30 mm großen Öffnungen besteht. Bis zu 10% seines Volumens ist der Hohlzylinder mit Kugeln aus hitzebeständigem und verschleißfestem keramischen Werkstoff ausgefüllt. Der Rotor wird durch einen Getriebemotor mit ca. einer Umdrehung/min kontinuierlich in Drehung versetzt. Dabei führen die Kugeln Relativbewegungen zueinander und gegenüber der gelochten Trommelwandung aus. Die Trommel wird um deren Drehachse herum zunächst abwärts und danach aufwärts vom Rohgas durchströmt.

Bild 16: Mobile Vorfilterschicht zur Abschiedung feiner adhäsiver Partikel



Als wesentliche Funktionen des Kugelrotors sind zu nennen:

- Verhinderung von Partikelablagerungen bei der Umlenkung der Strömung eines partikelbeladenen Rohgases

- Herbeiführung einer homogen Verteilung von Partikeln im Rohgasstrom, auch bei hohen Partikelbeladungen (zum Beispiel bis 50 g/m³)

- Zerkleinerung von zu großen Agglomeraten

Die im Filter abgeschiedenen Partikel werden über eine Förderschnecke vor deren Ausschleusung vielfach in den Reaktor zurückgeführt. Die Partikelumlaufmenge ist einstellbar und kann bei Bedarf, zum Beispiel in Abhängigkeit von der aktuellen Rohgasmenge, geregelt werden. Gegenüber alternativen, zum Beispiel pneumatisch arbeitenden Rückführsystemen, weist das Kugelrotor-Umlaufverfahren vorteilhafte Besonderheiten auf. U. a.:

- Partikeltransport erfolgt mechanisch über betriebssichere Schneckenförderer. - Eine Ausschleusung ggf. Zwischenspeicherung der Umlaufpartikel ist nicht

notwendig. - Durch Einsatz des Kugelrotors ist bei der Zugabe der Umlaufpartikel in den

Rohgasstrom eine homogene Verteilung sichergestellt. - Keine O2-Erhöhung im Rauchgas durch Eintrag von Förderluft.

Bild 17: Kugelrotor - Umlaufverfahren



4 Schadgassorption Neben der Erzielung niedriger Reingas-/ Restpartikelgehalte werden bei Einsatz filternder Abscheider auch die geforderten Reingaswerte hinsichtlich saurer Schadgaskomponenten mit vertretbarem Additivmitteleinsatz im Dauerbetrieb sicher unterschritten. Als Additivmittel werden alternativ Ca(OH)2, Na2CO3 oder NaHCO3 verwendet (Bild 18). Für die Abscheidung von HF und HCl werden ausschließlich Trockensorptionsverfahren verwendet. Bei der Abscheidung von SO2 mit Ca(OH)2 werden auch konditionierte Trockenverfahren (Bild 18 rechts) erfolgreich hinter Glaswannen eingesetzt. Eine vielfache Rückführung der teilgesättigten Additivpartikel, zum Beispiel unter Verwendung des Kugelrotor-Umlaufverfahrens, wirkt sich vorteilhaft auf die Additivmittelausnutzung aus. Die für die Sorption innerhalb einer Anlage verfügbare Zeitspanne beträgt im Allgemeinen nur 2 bis 10 sec und entspricht der Aufenthaltszeit der Gase im System nach der ersten Additivzugabe. Die davon auf das Durchströmen der auf dem Filtermaterial angelagerten Partikelschicht entfallende anteilige Zeit ist sehr kurz und liegt unter 0,1 sec. Untersuchungen und Messungen an im Dauerbetrieb befindlichen Anlagen ergaben, dass der Additivmittelverbrauch mit Hilfe eines Partikelumlaufes abgesenkt werden kann. Bild 19 zeigt die verbesserten Reaktionsbedingungen im Reaktorbereich. Die Abnahme des Additivverbrauches bei Einhaltung vorgegebener Schadgasrestgehalte im Reingas weist erwartungsgemäß nach ca. 40maligem Partikelumlauf eine sich abflachende Tendenz auf.

Bild 18: Schadgassorption



Die erreichbaren Additivmittelausnutzungsgrade betragen bis über 50%. Das Additivmittel und die Verfahrensvariante werden für den jeweiligen Anwendungsfall unter Berücksichtigung folgender Aspekte ausgewählt:

- abzuscheidende Komponenten - Abscheidegrad - Rückführung der abgeschiedenen Stäube in das Gemenge - Investitions- und Betriebskosten

5 Kombination filternder Abscheider mit Katalysator Katalysatoren zur NOx-Reduktion müssen mit einer Temperatur höher als die maximale Durchströmungstemperatur für das Filter betrieben werden. Bei Kombination eines filternden Abscheiders mit einem NOx-Katalysator ist damit eine Wiederaufheizung der Rauchgase nach dem Filter notwendig. Es bietet sich in solchen Fällen an, das im Filter gereinigte Gas in einem Wärmetauscher Rohgas / Reingas aufzuheizen. Ein entsprechendes Verfahrensschema zeigt Bild 20. Sofern die Temperatur der Rauchgase vor dem Wärmetauscher im Dauerbetrieb 400°C nicht unterschreitet,

Bild 19: Randbedingungen für Kontakte Schadgasmolekül/ Additivpartikel in einem System mit filterndem Abscheider



kann eine Wiederaufheizung des Reingases auf ca. 320°C bei vertretbarem Investitionsaufwand erreicht werden. Der niedrige Restpartikelgehalt im Reingas nach filterndem Abscheider wirkt sich vorteilhaft auf das Dauerbetriebsverhalten des Katalysators aus.

6 Resümee Filternde Abscheider mit Partikelrückführung erfüllen die Aufgabe zur Rauchgasreinigung hinter Glaswannen.

- Es lassen sich alle geforderten Emissionsgrenzwerte für Partikel, Schwermetalle und saure Schadgaskomponenten im Dauerbetrieb gesichert unterschreiten.

- Sie sind einsetzbar für die unterschiedlichen Wannentypen und Glasarten. - Bei richtiger Dimensionierung und Konstruktion der Anlage lassen sich

vieljährige Filtermaterialstandzeiten bei hoher Verfügbarkeit erreichen. Inwieweit filternde Abscheider die beste Alternative für eine vorgegebene Aufgabenstellung sind, muss für jeden Einzelfall geprüft werden, u. a. anhand der folgenden Kriterien:

- heutige und künftig zu erwartende Emissionsgrenzwerte - Investitions- und Betriebskosten

Bild 20: Kombination Filternder Abscheider mit Katalysator zur NOx – Reduktion (SCR)

Rüdiger Margraf Vom Taschenfilter zum Flachschlauchfilter – Entwicklung, Bauformen, Abscheideleistung

HAUS DER TECHNIK – Tagung „.Filteranlagentechnik “ Essen, 16./17. Mai 2006 1

Enzer Str. 26 31655 Stadthagen DEUTSCHLAND Tel.: +49 (0) 5721 708 - 200 Fax: +49 (0) 5721 708 – 154 E-Mail: [email protected]

Internet: www.luehr-filter.de

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