Luftreinhaltung durch Abscheider

Luftreinhaltung durch Abscheider

 

Im Abgas industrieller Prozesse vorhandener Staub ist ein Gemisch von Teilchen unterschiedlicher Größe. Die Korngröße hängt ab vom Prozess, der die Teilchen freisetzt. Beispielsweise sind Stäube aus der Aufarbeitung mineralischer Rohstoffe weit weniger fein als jene aus metallurgischen Verfahren. Insgesamt reichen die Korngrößen in Abgasen etwa von 0,1-100 μm. Staubabscheider, d. h. Stofftrennapparate, nutzen verschiedene physikalische Effekte, um Staubpartikel und Gase zu trennen, wobei oftmals die Massenträgheit oder elektrische Kräfte ausgenutzt werden. Nach ihrem Funktionsprinzip werden Abscheider in vier Grundtypen eingeteilt: Massenkraftabscheider, nass arbeitende, elektrische und filternde Abscheider. Diese eignen sich jeweils nur zur Abscheidung bestimmter Korngrößen.

 

 Massenkraftabscheider

 

In Zyklonen werden die Staubteilchen durch Fliehkraft abgetrennt. Anders als aufwendig gebaute Zentrifugen sind diese Fliehkraftabscheider sehr einfache Konstruktionen. Allerdings haben sie nur eine geringe Trennschärfe.

 

Im Radialzyklon strömt das staubbeladene Gas tangential in den Zylinder und folgt dann einer spiralförmigen Bahn. Axialzyklone haben dagegen einen axialen Einlauf, und Leitschaufeln versetzen das Gas in eine Drehbewegung. Innerhalb der Drehströmung werden die Teilchen nach außen geschleudert und an der Zyklonwand abgeschieden, massereiche (schwere) Teilchen schneller als solche mit geringerer Masse. Die bestimmende Größe für die Abscheidung ist der Teilchendurchmesser: Die Dichte der Staubteilchen ist ziemlich konstant (rund 2-5 g/cm³), die Masse eines Teilchens hängt von der dritten Potenz des Durchmessers ab. Daher können Zyklone grob nach der Größe trennen. Der Grenzkorndurchmesser, d. h. die Korngröße mit einer Abscheidewahrscheinlichkeit von 50 %, liegt bei etwa 5 μm. Demnach ist die Einhaltung von Grenzwerten allein mit Zyklonen oft nicht gesichert, zumal bei industriellen Prozessen mit feinen Stäuben. Höhere Gasgeschwindigkeiten können die Abscheiderate nicht verbessern, denn damit steigt auch der Anteil von bereits abgeschiedenem Staub, der wieder mitgerissen wird. Außerdem nehmen Energieverbrauch und Verschleiß zu.

 

 Nassarbeitende Abscheider

 

Auch bei Wäschern beruht das Abscheideprinzip auf der Massenträgheit. Trägheitskräfte lagern die Staubpartikel an Wassertropfen an. Da deren Durchmesser mindestens eine Größenordnung über dem der Staubteilchen liegt, sind sie leichter abzuscheiden als diese selbst. Je nach Bauart des Wäschers werden die benötigten Tropfen durch Düsen, Rotoren oder die Gasströmung erzeugt. In der Kontaktzone des Wäschers sind die Geschwindigkeiten so eingestellt, dass für die Wassertropfen günstige Bedingungen zum Einfangen der Partikel bestehen. Danach folgt ein Tropfenabscheider.

 

Die einfachste Bauart ist der einfache Waschturm, bei dem die Waschflüssigkeit mittels Düsen im Gegenstrom zum Gasstrom in den Waschturm eingesprüht wird. Eine besonders hohe Abscheideleistung (Grenzkorn bis unter 2,0 μm) erreicht man mit Venturiwäschern. In ein Rohr mit düsenförmiger Verengung wird das Rohgas eingeleitet und dann in der »Kehle« auf 50-100 m/s beschleunigt. Die Waschflüssigkeit wird quer zur Gasströmungsrichtung an der Verengung eingedüst und durch die Scherkräfte des beschleunigten Gases in feinste Tröpfchen zerrissen, die dann die Staubteilchen binden.

 

Bei feinerem Staub steigt der Energieverbrauch des Wäschers, da man bei abnehmender Korngröße die relative Geschwindigkeit zwischen Abgas und Tropfen erhöhen sowie den Durchmesser der Tropfen verkleinern muss. Anders als bei den Zyklonen gibt es aber keine Probleme wegen Mitreißens schon abgeschiedenen Staubs, da dieser in Wasser eingebunden ist. Wäscher können außerdem gasförmige Schadstoffe oder Gase und Stäube gleichzeitig abscheiden. Hier genau liegt auch ein Einsatzschwerpunkt. Neben der Abscheideaufgabe ist für die Wahl eines Wäschers als Abscheider zu beachten, ob das Waschmedium im Betrieb verwendbar ist oder doch wenigstens kein zusätzliches Abwasserproblem schafft.

 

 Elektrische Abscheider

 

Diese Art der Abscheider nutzt die Kraftwirkung auf geladene Teilchen im elektrischen Feld. Kleine Elektrofilter haben eine Abscheidefläche von rund 100 m², die größten in Kohlekraftwerken weit über 10000 m². Dabei werden bis zu 50 einzelne Elektroden zu Feldern zusammengefasst und von einem Hochspannungsaggregat versorgt. Die einzelnen Elektroden können 15 m hoch und die Felder 5 m lang sein. Mit zunehmendem Abscheidegrad benötigt man auch eine größere Abscheidefläche. Am besten arbeiten Elektrofilter bei gleichmäßiger Abgasgeschwindigkeit.