Entstaubung

Entstaubung ist das Abscheiden feinverteilter fester Fremdbestandteile aus einem Gas.

Grundlagen

Als Vorreiter der Industriellen Entstaubung gilt der Lübecker Wilhelm Beth.

Vor allem in großen Verbrennungs- und Industrieanlagen werden erhebliche Staubmengen freigesetzt, die erst nach Passieren einer Entstaubungsanlage in die Abluft entlassen werden dürfen. Eine Entstaubungsanlage ist eine technische Einrichtung, um staubhaltige Abgas- oder Abluftströme zu reinigen. Derartige Systeme finden vor allem Anwendung in Zementwerken, Kraftwerken, Giessereien, Hüttenwerken, Kalkwerken und der chemischen Industrie. Die Industriestäube sind sehr vielfältig und weisen normalerweise eine Korngröße zwischen 0,1 bis 1000 µm auf.

Der Einsatz von unterschiedlichen Abscheide- und Filtertypen hängt von der Zusammensetzung der Stäube, deren Konzentration, den Platzverhältnissen und der Dimensionierung ab. Mit Schlauchfiltern wird die höchste Abscheideleistung erzielt. Ein Maß für die Qualität eines Entstaubungsverfahrens ist der Abscheidegrad. Schlauchfilter halten auch sehr kleine Staubpartikel mit einem Korndurchmesser von bis zu 0,1 µm sehr effektiv zurück und mit Ihnen können Gesamtabscheideleistungen von bis zu 99,9 % erzielt werden. Entscheidend für eine gute Erfassung der Schadstoffe an der Entstehungsquelle ist die Ansauggeschwindigkeit und die richtige Platzierung der Erfassungs- und Absaugeinrichtungen. Die Stauberfassung ist umso effizienter, je näher die Ansaugöffnungen in direkter Nähe zur Staubquelle liegen, da sich die Absauggeschwindigkeit mit zunehmender Entfernung von der Staubquelle verringert. Bei der industriellen Abgasreinigung und Partikelabscheidung werden in steigendem Maße filternde Abscheider, d.h. Schlauchfilter eingesetzt.

Entstaubungsarten

ein zum Abriss freigegebener Unternehmensteil mit dominierendem Entstauber
  • Mechanische Entstaubung – z. B. durch Fliehkraftabscheider oder Schwerkraft
  • Nassentstaubung – z. B. durch einem Rotationswäscher
  • Filtrationsentstaubung oder Trockenentstaubung – z. B. durch eine Schlauchfilter- Batterie
  • Elektroentstaubung – z. B. durch einen Platten-Elektrofilter

Mechanische Entstaubung

Die mechanische Entstaubung von Gasen beruht auf der Abscheidung der Staubpartikel durch die Schwerkraft, die Trägheitskraft oder die Fliehkraft.

Schwerkraftabscheider: Schwerkraftabscheider wie beispielsweise Fallkammern arbeiten nach dem Prinzip der Schwerkraft. Sie werden vor allem bei der Entstaubung von größeren Partikeln (0,02 mm) eingesetzt. Man kann zwischen Querstrom-, Gegenstrom-, Umlenk- und Ringspaltabscheidern unterscheiden.[1] Das Prinzip der Schwerkraft besagt, dass Teilchen aufgrund der Schwerkraft nach unten sinken. Je nach Größe und Oberfläche der Staubpartikel variiert die Sinkgeschwindigkeit. Die staubbelastete Luft tritt oben oder seitlich in die Fallkammer ein. Durch die Vergrößerung des Volumens in der Fallkammer reduziert sich die Luftgeschwindigkeit und Grobstaub setzt sich aufgrund der Schwerkraft nach unten ab. Die gereinigte Luft strömt wieder seitlich oder nach oben aus der Fallkammer aus. Schwerkraftabscheider eignen sich zur Abscheidung von Grobstäuben.

Prallabscheider: Prallabscheider arbeiten nach dem Prinzip der Trägheit. Die staubbelastete Luft tritt seitlich oder von oben in den Prallabscheider ein und prallt gegen ein Hindernis. Grobe Partikel können der Umlenkung des Luftstromes nicht folgen und setzen sich ab. Die gereinigte Luft strömt wieder seitlich oder nach oben aus der Fallkammer aus. Prallabscheider eignen sich zur Abscheidung von Grobstäuben.

Fliehkraftabscheider: Der bekannteste Fliehkraftabscheider ist der Zyklonabscheider. Zyklone haben meistens einen Durchmesser zwischen 0,02 und 5 Metern und können auch bei Temperaturen bis zu 900 °C eingesetzt werden.[2] Fliehkraftabscheider arbeiten nach dem Fliehkraftprinzip. Dieses besagt, dass Teilchen bestrebt sind, ihre Richtung beizubehalten. Die staubbelastete Luft tritt dabei tangential in den zylindrischen Zyklon ein. Die Fliehkraft drückt die Teilchen gegen die Außenwand und können somit durch die trichterförmige Form im unteren Bereich des Zyklons abgeschieden werden. Durch die Verdrängung nach unten erhöht sich die Geschwindigkeit des Luftstroms und es entsteht ein nach oben aufsteigender Luftwirbel in der Mitte des Zyklons. Die gereinigte Luft strömt oben aus dem Zyklon aus. Fliehkraftabscheider eignen sich zur Abscheidung von Grobstäuben.

Nassentstaubung

Bei der Nassentstaubung werden die Staubpartikel mit einer Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht oder in ihr gebunden und aus dem Gasstrom entfernt. Bei Nassentstaubern gibt es verschiedene Varianten wie Strahlwäscher, Wirbelwäscher, Venturiwäscher oder Rotationszerstäubern. Nassentstauber benötigen sehr viel Energie, jedoch können auch Partikel von einer Größe über 1 µm abgeschieden werden.[3]

Filternde Abscheider

Bei filternden Abscheidern trifft das staubbeladene Gas auf eine durchlässige poröse Schicht (Filtermittel), die den Staub zurückhält und den Gasstrom durchlässt. Filternde Abscheider können als Endabscheider eingesetzt werden, da sie eine hohe Abscheideleistung von meist über 98 % erzielen. Die Filter halten den Staub entweder durch Tiefenfiltration im Inneren zurück oder auf der Oberfläche, wo ein Filterkuchen entsteht, der durch einen Abreinigungsfilter wieder entfernt wird.[4]

Abreinigbare Gewebefilter: Bei der Durchströmung des Filtergewebes durch das Rauchgas bleiben die Staubpartikel an der Anströmseite haften. Dadurch entsteht ein Filterkuchen, der es ermöglicht, eine hohe Abscheideleistung zu erzielen. In rhythmischen Abständen wird der Filterkuchen entfernt. Gewebefilter werden bevorzugt bei der Reinigung von Feinstäuben eingesetzt.[5]

Patronenfilter: Patronenfilter enthalten sternförmig gefaltete Filtervliese zur Staubabscheidung. Als Filtermedium dienen meist plissierte Papier-, Polyester- oder Polypropylenvlise. Mit diesem Prinzip lassen sich große Filterflächen auf kleinen Raum konzentrieren; dadurch ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise, die es ermöglicht, kleine Filtereinheiten mit großen Filterflächen zu errichten.[6] Patronenfilter werden deshalb meistens als Kompaktfilter und bevorzugt bei der Reinigung von Feinstäuben eingesetzt. Patronenfilter werden finden vorzugsweise für die Reinigung kleinerer Gasmengen Verwendung. Sollen jedoch größere Luftmengen gereinigt werden, können Patronenfilter auch in Mehrkammerbauweise ausgeführt sein. Bei der Durchströmung des Filtergewebes bleiben die Staubpartikel an der Anströmseite haften. Dadurch entsteht ein Filterkuchen, der es ermöglicht, eine hohe Abscheideleistung zu erzielen. Die Regenerierung erfolgt mittels eines Abreinigungsverfahrens wie beispielsweise der Druckstoßabreinigung oder der Niederdruckspülung.[7]

Schlauchfilter: Die Filtration bei einem Schlauchfilter findet in der Regel in einem zylindrischen Schlauch statt, dessen Gewebe bei der Durchströmung der belasteten Luft den Staub zurückhält. Die Schläuche können eine Länge bis zu 12 m aufweisen. Schlauchfilter werden bevorzugt bei der Reinigung von Luft mit Temperaturen bis zu 250 °C eingesetzt. Bei der Durchströmung des Filterschlauchs bleiben die Staubpartikel an der Anströmseite haften. Dadurch entsteht ein Filterkuchen, der es ermöglicht, eine hohe Abscheideleistung zu erzielen. Dieser Filterkuchen wird mittels Druckluftimpulsen oder Spülluft automatisch abgereinigt. Schlauchfilter werden bevorzugt bei einer hohen Staubbeladung und zur Abscheidung von Fein- und Grobstäuben eingesetzt.[8]

Elektrische Abscheider

  • Das Prinzip der Elektroentstaubung beruht auf der Tatsache, dass elektrisch geladene Staubteilchen in einem elektrischen Feld von einer entgegengesetzt geladenen Elektrode angezogen und gebunden werden.

Elektrostatische Abscheider nutzen die Wirkung elektrischer Felder, um elektrisch geladene Staubteilchen von einer entgegengesetzt geladenen Elektrode anzuziehen und zu binden. Die abgeschiedenen Teilchen lagern sich an den Niederschlagselektroden ab und können zusätzlich durch Abklopfeinrichtungen oder durch einen Flüssigkeitsfilm abtransportiert werden. Elektrostatische Abscheider weisen eine gute Abscheideleistung und kaum einen Einfluss von Rohgasstaubgehalten auf. Mit ihnen können Partikel von einer Größe über 1 µm abgeschieden werden. Elektrofilter werden vor allem für Prozesse mit hoher Abgastemperatur und großen Abgasvolumenströmen (Großfeuerungsanlagen, Zementöfen, Eisenerz-Sinteröfen) verwendet.[9]

Einzelnachweise

  1. http://www.umweltdatenbank.de/cms/lexikon/lexikon-s/993-schwerkraftabscheider.html
  2. K.H. Grote, J. Feldhusen: Taschenbuch für den Maschinenbau. Berlin, Heidelberg 2011.
  3. K.H. Grote, J. Feldhusen: Taschenbuch für den Maschinenbau. Berlin, Heidelberg 2011.
  4. Stieß: Mechanische Verfahrenstechnik. Berlin, Heidelberg 1997.
  5. http://www.umweltlexikon-online.de/RUBsonstiges/Gewebefilter.php
  6. Stephan Hasse: Giesserei Lexikon. Schiele & Schöne, Leoben 2000.
  7. Heinz Brauer (Hrsg.): Behandlung von Abluft und Abgasen. Heidelberg 1996.
  8. http://www.infastaub.de/fileadmin/user_upload/downloads/files/Lexikon_der_Entstaubung.pdf
  9. R.B. Piechota: Untersuchungen zur nachhaltigen thermischen Nutzung fester regenerativer Energieträger. Berlin 2011.

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