DE102005054483A1 - Vorrichtung zur Abscheidung von in Tropfen oder als Aerosol vorliegenden Flüssigkeitspartikeln und Feststoffpartikeln aus einem beladenen Gasstrom und Regeneration des Filtermediums und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von in Tropfer oder als Aerosol vorliegenden Flüssigkeitspartikeln und Feststoffpartikeln aus einem beladenen Gasstrom mittels eines durchströmten, vorzugsweise gefalteten, porösen Filtermediums, das axialsymmetrisch und drehfest auf einer drehbar gelagerten perforierten Hohlwelle so angeordnet ist, dass die Gasströmung ausschließlich durch das Filtermedium in das Innere der Hohlwelle und von dort in den Reingasraum des Abscheiders erfolgt und durch die bei der Rotation der Welle auftretenden hohen Zentrifugalkräfte abgereinigt wird. Weiterhin betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung.

Description

• Vorrichtung zur Abscheidung von in Tropfen oder als Aerosol vorliegenden Flüssigkeitspartikeln und Feststoffpartikeln aus einem beladenem Gasstrom und Regeneration des Filtermediums und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von flüssigen bzw. fließfähigen Aerosolen oder Tropfen sowie Feststoffpartikeln aus einem Gasstrom und die anschließende oder zeitgleiche Regeneration des Filtermediums sowie ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
• Flüssigkeitspartikel in Gasströmen können beispielsweise durch direktes Einsprühen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, z.B. zur Schmierung oder Kühlung von Bauteilen bei der spanabhebenden Bearbeitung im Bereich des Maschinenbaus oder auch durch Kondensationsvorgänge entstehen. Häufig führt ein solcher Gasstrom neben der flüssigen Phase auch eine feste Phase mit sich. Solcherlei Gasströme, die einen erheblichen Anteil an Partikeln mit einem Durchmesser kleiner als 1 μm aufweisen, dürfen in aller Regel nicht ungefiltert in die Werkhalle oder die Umgebung abgegeben werden.
• Stand der Technik
• Gemäß dem Stand der Technik gibt es eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen, die zur Abscheidung der Flüssigkeitspartikel genutzt werden können, um beispielsweise Emissionsgrenzwerte einzuhalten, um wertvolle Flüssigkeitsanteile zurückzugewinnen oder auch um Korrosions- und Abrasionsprozesse zu verlangsamen oder zu verhindern.
• Man kann diese Abscheider in die Kategorien Zyklonabscheider, Prallabscheider, Elektrostatische Abscheider und Abscheider, die ein Kunststoff- und/oder ein Metallgewirke aufweisen (textile Filtermedien), einteilen.
• Zyklon- und Prallabscheider werden oft nur zur Abscheidung von Tropfen größer als 10 μm eingesetzt, da zur Abscheidung kleinerer Partikel in aller Regel mit einer erheblichen Zunahme des Bauvolumens und des Anlagendruckverlustes einhergeht.
• Mit textilen Filtermedien kann es dahingegen verhältnismäßig einfach gelingen, Aerosole, d.h. Partikel mit einem Durchmesser von 10^–3 bis 10 μm, aus einem beladenen Gasstrom mit einem vergleichsweise sehr kompakten Filterapparat abzuscheiden. Problematisch gestaltet sich hierbei jedoch die Regeneration des Filtermediums, die oft nach dem Prinzip der Schwerkraft erfolgt: Die Flüssigkeit, die mit Feststoffen angereichert sein kann, sammelt sich im unteren Teil des Filtermediums und kann dort gesammelt und ausgetragen werden, wie z.B. in DE 20023285 U1 . Handelt es sich jedoch um ein sehr feines Aerosol, dessen mittlere Partikelgröße kleiner als 1 μm beträgt, so verlangt dessen befriedigende Abscheidung eine hohe spezifische Faseroberfläche des Filtermediums, die mit sehr kleinen Poren im Filtermedium und deshalb hohen Kapillarkräften einhergeht. Aufgrund der sehr hohen Kapillarkräfte in den Poren des textilen Filtermediums verläuft die Regeneration des Filtermediums oft jedoch nur sehr langsam und unvollständig, so dass solcherlei abgereinigte Filter zum „Fluten" neigen. Damit einhergehend kommt es zum „Verblocken" des Filtermediums, d.h. zu einem überproportional hohen Anstieg des Anlagendruckverlustes sowie zu einer starken Zunahme der Emissionen. Ein solcher Filter muss deshalb entsprechend häufig ausgewechselt werden, was mit erheblichen Kosten verbunden ist.
• Aus dem Bereich der Staubabscheidung sind weiterhin Verfahren bekannt, bei dem durch kurzeitige Umkehrung der Strömungsrichtung im Filtermedium der Filterkuchen vom Filtermedium gelöst wird. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass sie hauptsächlich für trockene Stäube konzipiert sind und bei hohen Flüssigkeitsanteilen im Gasstrom weniger effektiv arbeiten.
• Weiterhin finden sich in der DE 3608741A1 und in der DE 29715048U1 Vorrichtungen, wo ein sich rotierendes Filtermedium an einem Blasrohr vorbeigeführt wird, wodurch es zur Abreinigung des abgeschiedenen Staubes kommt. Auch hier geht der Hauptabreinigungseffekt von der, in diesem Falle lokalen, Strömungsumkehrung durch die Spülluft aus.
• Aufgabenstellung
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen Partikelabscheider mit einem hohen Verhältnis von Abscheidungsgrad zu Raumbedarf zu ermöglichen, der gleichzeitig erhebliche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich der Regeneration des textilen Filtermediums aufweist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
• Erfindungsgemäß wird das mit Flüssigkeitspartikeln und eventuell mit Feststoffen beladene Rohgas in den Rohgasraum des Abscheiders geleitet, der von der Anströmseite des Filtermediums und der Innenwandung des Filterapparates gebildet wird. Von dort durchströmt das Rohgas das vorzugsweise gefaltete textile Filtermedium, dass axialsymmetrisch und drehfest auf einer drehbar gelagerten perforierten Hohlwelle so angeordnet ist, dass die Gasströmung ausschließlich durch das Filtermedium in das Innere der Hohlwelle in den Reingasraum des Abscheiders erfolgt. Die Abscheidung der Flüssigkeitspartikel erfolgt dabei an den Fasern des Filtermediums. Die benötigte Druckdifferenz zum Durchströmen des Filterapparates kann beispielsweise durch einen Ventilator bereitgestellt werden. Zur Regeneration des Filtermediums wird das auf der Hohlwelle drehfest befestigte Filtermedium entweder kurzzeitig oder auch kontinuierlich in schnelle Rotation versetzt, wobei das Rohgas weiterhin das Filtermedium durchströmen kann. Durch die bei der Rotation des beladenen Filtermediums auftretenden hohen Zentrifugalkräfte können die Kapillarkräfte in den Poren des Filtermediums leichter überwunden werden, wodurch die abgeschiedene Flüssigkeit an die Anströmseite des Filtermediums gelangt, von wo sie an die Innenwandung des Rohgasraumes abgeschleudert wird und dort gesammelt und ausgetragen werden kann. Ein „Verblocken" oder „Fluten" des Filtermediums kann so vermieden werden, was sich positiv auf das Emissionsverhalten sowie auf den Anlagendruckverlust und damit auf die Betriebskosten des Filterapparates auswirkt.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem einen zentrifugalen Einlauf des Rohgases (Zykloneinlauf) vorsehen, so dass das Rohgas im Rohgasraum eine zirkulierende Bewegung ausführt, die dafür sorgt, dass größere Tropfen oder auch Feststoffpartikel schon vor dem Erreichen des Filtermediums durch Zentrifugalkraft an der Innenwandung des Rohgasraumes abgeschieden werden.
• Das Filtermedium besitzt bevorzugt eine gefaltete Struktur, um möglichst viel Filterfläche auf kleinem Raum bereitzustellen, z.B. in Form einer Filterpatrone. Die Faserfeinheit des Filtermediums kann abhängig vom Einsatzfall über das Filtermedium gleichmäßig verteilt oder auch stufenweise als „Sandwich – Konstruktion" erfolgen. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität kann das Filtermedium zusätzlich von einer offenmaschigen Gitterkonstruktion eingefasst werden.
• Die Rotation des Filtermediums kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Bei kontinuierlicher Rotation ist es zweckmäßig, den Rotationsantrieb für das Filtermedium und den Antrieb für den Ventilator über den gleichen Motor und der gleichen Welle zu realisieren. Bei diskontinuierlichem Betrieb müssen beide Antriebsstränge voneinander getrennt betrieben werden können. Die Abreinigung des Filtermediums durch Rotation kann dann bei Bedarf oder auch differenzdruck- und/oder zeitgesteuert erfolgen.
• Die Trennung zwischen Roh- und Reingasraum erfolgt mittels eines möglichst gasdicht ausgeführten Lagers. Bei horizontalem Verlauf der Hohlwelle kann es außerdem nötig sein, ein zweites Lager im Rohgasraum vorzusehen, um die Achslast des Ersten zu verringern. Bei vertikalem Verlauf der Hohlwelle erübrigt sich dieses in aller Regel.
• Um eine möglichst schwingungsfreie und somit geräusch- und verschleißarme Rotation aller rotierenden Teile zu gewährleisten, ist im Besonderen auf eine möglichst rotationssymmetrische Fertigung aller drehenden Teile zu achten. Bei der Baueinheit Filtermedium kann es zweckmäßig erscheinen, die eventuell vorhandene Unwucht vor Einbau in den Filterapparat durch das Anbringen von entsprechend platzierten Ausgleichsgewichten zu beseitigen.
• Ausführungsbeispiel
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der im Folgenden näher beschriebenen Zeichnung.
• 1 zeigt einen schemenhaften Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Einzelnen besteht die Konstruktion aus dem Zentrifugal-Einlaufbereich 1, dem drehfest mit der Hohlwelle 3 verbundenen, vorzugsweise gefalteten Filtermedium 2, einer Trennwand 5 zwischen Rohgasraum 11 und Reingasraum 8, einem möglichst gasfesten Lager 4 und dem auf einem Podest 7 befestigten Ventilator 6, der gleichzeitig die kontinuierliche Rotation der Hohlwelle 3 mit dem daran drehfest verbundenen Filtermedium 2 bewirkt. Die sich während des Betriebes ansammelnde Flüssigkeit bzw. Suspension 9 kann durch eine geeignete Vorrichtung 10 aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgetragen werden. Zur mechanischen Stabilisierung beziehungsweise zum mechanischen Schutz des Filtermediums 2 kann dieses mit einer hier nicht eingezeichneten grobmaschigen Einfassung versehen werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Abscheidung von in Tropfen oder als Aerosol vorliegenden Flüssigkeitspartikeln und Feststoffpartikeln aus einem beladenem Gasstrom und Regeneration des Filtermediums und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Flüssigkeits- und Feststoffpartikel an einem porösen Filtermedium erfolgt, welches durch schnelle Rotation abgereinigt bzw. regeneriert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abreinigung durch schnelle Rotation des Filtermediums sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich erfolgen kann.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Rohgasraumes mit dem Eintritt des Rohgases in Form eines Zyklons ausgeführt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium durch eine weitmaschige Gitterkonstruktion in Gestalt einer Einfassung mechanisch geschützt und stabilisiert wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfeinheit des Filtermediums in Strömungsrichtung variiert.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb des Filtermediums direkt mit dem Antrieb des Ventilators verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Orientierung der Hohlwelle je nach Ausführung beliebig ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle beliebig oft, mindestens jedoch ein mal gelagert wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass reingasseitig ein Druckluftimpuls aufgegeben werden kann.