Luftreinhaltung durch Filter

Luftreinhaltung durch Filter

 

Es gibt eine Reihe technischer Vorrichtungen, um Feststoffe aus Gasen abzuscheiden, die nach verschiedenen physikalischen Prinzipien arbeiten. Die Wahl hängt von der Trennaufgabe ab. Kriterien sind die Art der zu trennenden Stoffe, der gewünschte Abscheidegrad, ferner der Teilchengrößenbereich und der Volumenstrom.

 

Die Filtration eignet sich im industriellen Einsatz für einen großen Bereich zum Abscheiden fester Teilchen. Besonders wichtige Filter sind Gewebeabscheider aus Textilien wie Geweben, Filzen oder Vliesstoffen. Während der Anlaufphase scheiden Trägheits- und Diffusionskräfte Staub an den Filterfasern ab. Doch rasch ist Siebung der beherrschende Abscheidemechanismus. Ihre höchste Wirkung erreichen Gewebeabscheider dann, wenn die Poren des Filtermaterials zu hohem Grad vom Staub verschlossen sind.

 

 Speicherfilter und Abreinigungsfilter

 

Nach dem wirksamen Prinzip lassen sich Faserfilter in Speicherfilter und Abreinigungsfilter unterscheiden. Speicherfilter nutzen die Tiefenfiltration, d. h., die Teilchen werden im Innern des Filters festgehalten. Dieses Prinzip lässt sich bei geringem Staubgehalt anwenden (z. B. in der Klimatechnik). Abreinigungsfilter dagegen verbleiben nur kurz in einer Phase der Tiefenfiltration und wirken dann als Kuchenfilter. Hier bildet der abgeschiedene Stoff über dem Filtermedium eine immer dickere Schicht, den Filterkuchen, der für die Abtrennung der Partikel sorgt. Sie werden im industriellen Bereich eingesetzt, wenn hohe Staubbeladungen zu bewältigen sind.

 

In Speicherfiltern setzt man Fasermatten aus Glas- oder Kunststofffasern als Filtermedien ein. Für Feinstaub liegt der Faserdurchmesser bei 0,001 mm (ein menschliches Haar ist etwa 60-mal so dick) und die Dicke der Fasermatte bei 1 mm. Für andere Stäube verwendet man 30 mm dicke Matten aus Fasern von 0,1 mm Stärke. Die Anströmgeschwindigkeiten liegen zwischen 0,1 m/s und 3 m/s. Sind die Filter mit Staub gesättigt, werden sie meist ersetzt, teils auch mit Flüssigkeit oder Luft gereinigt.

 

Die Abreinigungsfilter bestehen meist aus Vlies oder Filz. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 0,005 mm und 0,03 mm, die Dicke der Filtermittel beträgt 1,5 mm bis 3 mm. Die Fasern bestehen meist aus Kunststoff, aber auch Glas, Mineralien oder Metalle werden eingesetzt. Solche Nadelfilze sind dann hitzefest (zum Teil bis 1000 ºC, wichtig z. B. für die Rauchgasreinigung) und teilweise auch chemisch beständig. In besonderen Fällen setzt man auch Membranen ein. Sie sind in der Lage, sogar noch Mikroorganismen aus dem Gasstrom abzuscheiden. Die Anströmgeschwindigkeiten lie-gen bei Abreinigungsfiltern zwischen 0,005 m/s und 0,1 m/s. Das Prinzip der Kuchenfiltration bringt es mit sich, dass mit anwachsender Dicke der Staubschicht der Druckverlust zunimmt. Um ihn zu begrenzen, muss man daher die Staubschicht immer wieder entfernen (abreinigen). Je nach Abscheidegrad ist manchmal schon nach wenigen Minuten ein Abreinigen der Filter notwendig.

 

 Schlauchfilter

 

Eine der wichtigsten Bauarten von Abreinigungsfiltern sind Schlauchfilter. Bei Schlauchfiltern sind Filterschläuche über Stützkörben angeordnet, die von außen nach innen durchströmt werden. Der Staub lagert sich auf dem zylindrischen Filtermittel ab. Ab einem vorgegebenen Druckverlust kommt es zur Abreinigung mittels eines Systems von Druckluftdüsen. Durch einen Druckstoß wird die Staubschicht entfernt (Druckstoßabreinigung oder Puls-Jet). Der Staubgasstrom braucht dazu nicht unterbrochen zu werden. Die verwendeten Filterschläuche können Längen bis etwa 3 m haben, die Filterflächen liegen dann bei ca. 100 m². Für sehr große Gasvolumenströme werden aber auch Schlauchfilter mit mehr als 10000 m₂ Filterfläche verwendet. Als Abreinigungsverfahren kommt hier jedoch hauptsächlich die Niederdruckrückspülung zum Einsatz, wobei Reinluft den Filter durchströmt. Der Abgasstrom muss dazu unterbrochen werden.

 

 Dimensionierung von Filtern

 

Wie man einen Filter für eine konkrete Entstaubungsaufgabe zu dimensionieren hat, ist numerisch sehr schwer zu erfassen und wird oftmals von Experimenten und Erfahrung abgeleitet. Die Brechnung der Abscheideleistung von Faserfiltern ist vor allem deshalb nicht leicht, weil sich die Abscheidemechanismen selbst mit zunehmender Staubbeladung ständig verändern. So wird schon der Transport der Teilchen an die Oberfläche der Fasern von einer Reihe verschiedener Kräfte beeinflusst, namentlich durch Wiederstand, Trägheit und Schwerkraft. Doch auch elektrostatische Kräfte machen ihren Einfluss geltend. Sind die Teilchen hinreichend klein, kommt überdies molekulare Diffusion mit ins Spiel. Nach dem Transport der Teilchen ist schließlich auch noch deren Anhaftung von zahlreichen Parametern abhängig.