DE102013111054A1

DE102013111054A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Filtration von faserhaltigen Stäuben

Info

Publication number: DE102013111054A1
Application number: DE102013111054.1A
Authority: DE
Inventors: Ralf Heidenreich; Madeleine Berger; Wilhelm Höflinger; Thomas Laminger; Johannes Wolfslehner; Christian Olbrich; Thomas Drabner
Original assignee: Novus Verfahrenstechnik & Co KG GmbH
Current assignee: Novus Air De GmbH
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: DE102013111054B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filtrationsverfahren mit kontinuierlicher Filter-Abreinigung für die Reinigung staub- und/oder faserbeladener Rohgase und die dazugehörige Vorrichtung, deren Anwendung sich besonders für das Filtern von faserigen Stäuben – wie sie z. B. in der faserverarbeitenden, der Textil- oder der Tabakindustrie anfallen – anbietet. Verfahrensgemäß wird durch einen Hauptstrom über ein Filtermedium (2.1) die Entstaubung des zu reinigenden Gases und über einen Nebenstrom die Absaugung des abgeschiedenen Staubes von der Oberfläche des Filtermediums (2.1) vorgenommen. Zur Gasfiltration ist ein Trommelfilter mit einem einteiligen, plissierten Filtermedium (2.1) mit Oberflächenbeschichtung vorgesehen, dessen staubbeladene Oberfläche zur Abreinigung mit einer parallel zur Rotationsachse der Filtertrommel (2) verfahrbaren Absaugeinrichtung (8) abgesaugt wird. Im Betriebszustand rotiert die Filtertrommel (2) ununterbrochen, wobei gleichzeitig mindestens eine Absaugdüse (8.1) der Absaugeinrichtung (8) über die gesamte Länge der Filtertrommel (2) hin und her fährt, sodass einerseits ein großer Gasdurchsatz und andererseits die Abreinigung der Filtertrommel (2) gleichzeitig mit der Filtrierung des Gases möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filtrationsverfahren mit kontinuierlicher Filter-Abreinigung für die Reinigung staub- und/oder faserbeladener Rohgase und die dazugehörige Vorrichtung, deren Anwendung sich besonders für das Filtern von vergleichsweise kleinen, faserigen Staubpartikeln, wie sie in der faserverarbeitenden Industrie, z. B. bei der Verarbeitung von Glas- und Carbonfasern, sowie in der Textil- und Tabakindustrie anfallen, anbietet.
Die filternde Abscheidung von faserhaltigen Stäuben ist schon seit mehr als 20 Jahren Stand der Technik und dementsprechend sind verschiedene Methoden bekannt, so z. B. der Einsatz von Schlauchfiltern, die typischerweise durch Druckstoßabreinigung regeneriert werden, und sog. Trommelfilter, die im Vergleich zu den Druckstoßabreinigungsfiltern bei gleicher Baugröße 10- bis 30fach höhere Luftdurchsätze erreichen, wobei die Trommelfilter abgesaugt werden.
Trommelfilter sind grundsätzlich für die Flüssigkeits- und Gasfiltration geeignet, wobei sie bei letzterem auf geringem Raum aufgrund von vergleichsweise großporigem Filtermaterial einen hohen Durchsatz von Gasvolumina ermöglichen. Entsprechende apparative Ausführungsformen sind aus CH 670575 A5 , WO 02009049429 A1 , EP 01884276 B1 und EP 0459307 A2 bekannt; hierbei werden die angestrebten hohen Luftdurchsätze durch den Einsatz von Filtermaterial mit hoher Luftdurchlässigkeit erreicht. Damit werden zwar geringe Druckverluste abgesichert, allerdings sind demgemäß die Abscheidegrade für Feinstäube gering. Da sich die Größe der auszufilternden Fasern in den letzen Jahren zunehmend vom makroskopischen in den mikro- und nanoskopischen Bereich verschoben hat, sind die bisher in Trommelfiltern verwendeten Filtermaterialien nicht mehr ausreichend.
Es ist zwar bekannt, dass sich die Abscheidegrade der nach dem Stand der Technik gebräuchlichen Trommelfilter etwas verbessern, wenn sich an den Filtermedien eine schützende Staubschicht, der sogenannte Filterkuchen, ausbildet, dennoch sind sie für eine Feinstaubabscheidung nicht geeignet.
Filtermedien können in Tiefenfiltermedien und Abreinigungsfiltermedien unterschieden werden. Tiefenfiltermedien (z. B. Glasfaserzellulose) werden bei Anwendungsfällen mit relativ geringen Staubkonzentrationen (z. B. Reinraumtechnik) verwendet. Abreinigbare Filtermedien verhindern das Eindringen der Staubpartikel in tiefer liegende Bereiche der Filtermedien, wodurch diese auch bei sehr hoher Staubkonzentration eingesetzt werden (z. B. Schlauchfilter mit Druckstoßabreinigung).
In den letzten Jahren neuartig entwickelte abreinigbare Filtermedien können auch eine zusätzliche Schutzschicht (z. B. Membranbeschichtung, Nano-Web-Layer) aufweisen, die das Anhaften des Staubkuchens verringert und eine effizientere Abreinigung ermöglicht, wobei die Filter gute Abscheidegrade im mikro- und nano-Bereich aufweisen.
Nachteilig an allen oberflächenbeschichteten Filtermedien ist die relativ geringe Luftdurchlässigkeit, dadurch sind sie ursächlich für hohe Druckverluste an den Filtern. Folglich erreichen solche Filtermedien in gebräuchlichen Trommelfiltern keine ausreichenden Luftdurchsätze und somit z. B. keine ausreichende Anzahl von Luftwechseln in den zu belüftenden Räumen. Dieser Nachteil ist besonders gravierend im Bereich von mechanischen Bearbeitungsprozessen an Schichtwerkstoffen; hier ist ein hoher Abscheidegrad gegenüber Feinstaub, zum Beispiel aus Gründen des Arbeitsschutzes, unumgänglich.
Eine Lösung zur Reduktion der Druckverluste bei gleichzeitiger Erhöhung des Abscheidegrades von Feinstaub besteht in einer Vergrößerung der Filterfläche. Dies ist beispielsweise durch die Verwendung von gefalteten (plissierten) Filtermedien möglich. Insbesondere Luftfilter im Automotive-Bereich verwenden solche plissierten Filter, wobei sich diese jedoch nur für geringe Staubkonzentrationen eignen.
Die DE 37 30 980 C2 beschreibt einen Trommelfilter, der aus einzelnen Plattenelementen aufgebaut ist, welche aus einem Rahmen mit dazwischen eingespanntem, Falten bildendem Feinstaubfiltermedium bestehen. Aufgrund dieses Aufbaus der Trommel aus einzelnen Plattenelementen ist jedoch die Filterfläche im Vergleich zu kreisförmig ausgebildeten Filtermedien reduziert.
Zur Abreinigung der eben beschriebenen Filterplatten kommt eine auf der Innenseite des Trommelfilters angebrachte, schlitzförmige Blasdüse sowie auf der anderen Seite der Filterplatte eine dieser Düse gegenüber liegend angeordnete, ebenfalls schlitzförmig ausgebildete Saugeinrichtung zum Einsatz. Blasdüse und Saugeinrichtung erstrecken sich hierbei über die gesamte Länge des Trommelfilters.
Nachteilig bei dieser Selbstreinigungseinrichtung ist, dass aufgrund der über die gesamte Länge des Trommelfilters ausgedehnten Öffnung der Saugvorrichtung keine gleichmäßige Absaugung der am Filtermedium anhaftenden Staubpartikel gewährleistet ist. Hinzu kommt, dass, bedingt durch den Aufbau der Trommel aus einzelnen Platten, der Abstand zwischen Filtermedium und Blasdüse respektive Absaugdüse sich durch die Trommeldrehung ständig ändert und so groß gewählt sein muss, dass die Düsen während der Rotation der Filtertrommel bei der Abreinigung nicht mit den Filterplatten kollidieren. Die Reinigungsleistung verringert sich aber mit zunehmendem Abstand zwischen Filtermedium und Blasdüse respektive Absaugdüse, wodurch die Filterplatten ungleichmäßig abgereinigt werden.
Des Weiteren ist von Nachteil, dass die bisher bei Trommelfiltern eingesetzten Feinstaubfiltermedien (z. B. Glasfaserzellulose) aufgrund ihrer Tiefenfiltrationseigenschaften eine Regeneration erschweren und schnell in der Filtertiefe verblocken. Sie sind daher für hohe Staubkonzentrationen nicht geeignet.
Aber auch Schlauchfilter, die sich üblicherweise durch hohe Abscheidegrade gegenüber Feinstaub bei hohen Staubkonzentrationen auszeichnen, sind für den Einsatz von faserhaltigen Stäuben ungeeignet, da kleine faserige Partikel fest am Filtermedium haften; ihre Entfernung durch Druckstoßabreinigung ist folglich nicht gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und den dazugehörigen Trommelfilter zu entwickeln, welche eine hohe, kontinuierliche Abscheideleistung für faserartige Staubpartikel im Submikrometerbereich bei geringem Druckverlust sicherstellen. Der damit mögliche hohe Gasdurchsatz soll auch bei hohen Staubkonzentrationen erhalten bleiben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß Patentanspruch 8 gelöst; zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen befinden sich in den Unteransprüchen 2 bis 7 sowie 9 bis 10.
Nach Maßgabe der Erfindung wird zur Entstaubung von mit faserartigen Partikeln verunreinigten Gasen ein Trommelfilter, dessen Oberflächenfiltermaterial sich durch hohe Abscheidegrade für Feinstäube auszeichnet, eingesetzt. Die Fläche des Filtermediums ist im Vergleich zum Stand der Technik auf gleichem Raum wesentlich vergrößert, um einen Durchsatz hoher Gasvolumina zu gewährleisten. Hierzu wird das Filtermedium zu einem Plissee gefaltet, um auf engem Raum eine größere Filterfläche bereitzustellen. Dadurch wird die auf die Filterfläche bezogene Anströmgeschwindigkeit reduziert, sodass der Druckverlust trotz niedriger Gasdurchlässigkeit des Filtermaterials gering bleibt. Das plissierte Filtermedium besteht aus einem Stück und ist vorzugsweise in Form einer drehenden, kreiszylinderförmigen Trommel ausgebildet, wobei das Filtermedium auf der Seite der Staubbeaufschlagung an keiner Stelle durch Stütz- oder Rahmenelemente verdeckt wird. Um nicht auf Stütz- oder Rahmenelemente angewiesen zu sein, kann das plissierte Filtermedium in vorteilhafter Weise selbsttragend sein. Im Falle eines nicht-selbsttragenden Filtermediums kann sich auf der Reingasseite der Trommel ein Stützskelett befinden. Die Ansaugung des staub- und/oder faserbeladenen Rohgases kann sowohl von der Innen- als auch von der Außenseite der Trommel mit dem plissierten Filtermedium, nachfolgend als Filtertrommel bezeichnet, erfolgen. Vorzugsweise steht die Filtertrommel senkrecht; die Durchströmung des Filters erfolgt bevorzugt radial von außen nach innen. Es ist aber auch ein erfindungsgemäßer Trommelfilter möglich, bei dem die Durchströmung der Filtertrommel von innen nach außen erfolgt.
Zur Filterregeneration ist derjenigen Seite des Filtermediums, auf der der Staub abgelagert wird, eine Absaugeinrichtung zugeordnet, welche im Betriebszustand kontinuierlich den abgeschiedenen Staub von der Oberfläche des plissierten Filtermediums durch Saugen entfernt. Durch diesen Aufbau kann eine Regeneration während des laufenden Filterbetriebs erfolgen, sodass abwechselnde Filterungs- und Regenerationszyklen entfallen.
Zur besseren Abreinigung der Filtertrommel von anhaftenden Fasern kann das plissierte Filtermedium in vorteilhafter Weise auf der Seite, auf der das staubbeladene Rohgas abgelagert wird, mit einer Beschichtung versehen sein. Diese Beschichtung verhindert weitgehend die Tiefenfiltration, wodurch die Regeneration durch Absaugen erleichtert wird. Folglich ist der Einsatz des Trommelfilters auch bei relativ hohen Rohgasstaubkonzentrationen möglich.
Das Filtermedium kann ein aluminiumkaschierter Vlies sein; möglich ist auch der Einsatz von metallisch beschichteten Nadelfilzen.
Im Falle der radial von außen nach innen durchströmten Filtertrommel wird das gereinigte Gas aus dem Inneren der Filtertrommel in Richtung der Längsachse der Filtertrommel aus der Vorrichtung abgeleitet. Es ist vorgesehen, dass die an der Außenseite der Filtertrommel aufgebaute Staubschicht mit einer außenbefindlichen und parallel zur Längsachse der Filtertrommel verfahrbaren Saugdüse abgesaugt wird, wodurch das Filtermedium regeneriert und auf diese Weise die Verblockung des Filtermediums vermieden wird. Die Saugdüse kann, beispielsweise mittels einer an den Trommelmotor angekoppelten Gewindestange, über die gesamte Länge der Filtertrommel verfahren werden, wobei der Abstand zwischen einhüllender Mantelfläche des plissierten Filtermediums und Saugdüse immer konstant bleibt und kleinstmöglich in der Art justiert wird, dass die Absaugdüse die Rotation der Filtertrommel noch nicht behindert. In zweckmäßiger Weise kann die Saugspitze der Absaugdüse auch mit einer flexiblen Dichtlippe versehen sein, wobei die Dichtlippe die der Absaugdüse zugewandten Faltenspitzen des plissierten Filtermediums berührt.
Der an der Absaugeinrichtung anfallende, mit einer hohen Staubkonzentration sowie größeren Staubagglomeraten beladene Absaugstrom lässt sich mit geringem Aufwand in bekannter Weise, beispielsweise nach dem Prinzip eines Staubsaugers, reinigen.
Erfolgt die Zuleitung des staub- und/oder faserbeladenen Rohgases in das Innere der Filtertrommel, so wird die Filtertrommel von innen nach außen durchströmt. Die Saugdüse ist folglich an der Innenseite der Filtertrommel positioniert.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Absaugeinrichtung mehrere, vorzugsweise in einer Achse angebrachte Absaugdüsen aufweist, die den Umfang des plisseeartigen Filtermediums parallel zur Rotationsachse der Filtertrommel überstreichen.
Durch Variation der Drehzahl der Filtertrommel und der Vorschubgeschwindigkeit der Absaugdüsen parallel zur Trommelachse kann die Reinigungsleistung adäquat zum Anfall der faserhaltigen Stäube gesteuert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ein Trommelfilter, wird nachfolgend anhand einer Figur näher dargestellt.
Der Trommelfilter umfasst ein Gehäuse 1, das eine Gaseintrittsöffnung 3 für die Zuleitung von staub- und/oder faserbeladenem Rohgas und eine Gasaustrittsöffnung 4 für die Ableitung des gereinigten Gases aufweist, und in dem eine kreiszylinderförmige Filtertrommel 2 drehbar gelagert ist, die über einen Elektroantrieb 5, ein Getriebe 6 und einen Trommelantrieb 7 in Rotation um ihre Längsachse 2.4 versetzt werden kann. Die Filtertrommel 2 ist senkrecht angeordnet und besteht aus einem Drahtgeflecht (nicht dargestellt) mit einem darüber gespannten, plissierten Filtermedium 2.1. Auf der Oberseite der Filtertrommel 2 befindet sich ein Deckel 2.2, der eine Öffnung für den Gasaustritt aufweist. Auf ihrer Unterseite wird die Filtertrommel 2 mit einer Bodenplatte 2.3 hermetisch dicht verschlossen. Neben der Filtertrommel 2 ist eine Absaugeinrichtung 8 positioniert, welche parallel zur Längsachse 2.4 der Filtertrommel 2 eine Gewindestange 8.2 aufweist, auf der eine Saugdüse 8.1 höhenverstellbar angeordnet ist. Die Gewindestange 8.2 ist zweckmäßig über einen Kettentrieb und einen Umschalter (in der Figur nicht dargestellt) mit dem Getriebe 6 verbunden, sodass im Betriebszustand die Absaugdüse 8.1 ständig an der Außenseite der Filtertrommel 2 über deren gesamte Höhe herauf und herunter fährt und durch Absaugen des Filterkuchens die Abreinigung der Filtertrommel 2 durchführt. Mittels eines Steuergerätes (in der Figur nicht dargestellt) ist es möglich, die Rotationsgeschwindigkeit der Filtertrommel 2 und die Verfahrgeschwindigkeit der Absaugdüse 8.1 variabel der anfallenden Menge des zu filternden Staubes anzupassen.
Die Gaseintrittsöffnung 3 für die Zuleitung von staub- und/oder faserbeladenem Rohgas ist im Gehäuse 1 der Absaugdüse 8.1 bezüglich der Filtertrommel 2 gegenüberliegend, d.h. zum Beispiel in einem Winkelbereich von 170° bis 190° bezüglich der Rotationsachse 2.4 der Filtertrommel 2, angeordnet. Die Gasaustrittsöffnung 4 für die Ableitung des gereinigten Gases ist an der Deckfläche der Filtertrommel 2 angeordnet. Der Gasstrom verläuft somit radial von der Außenseite der Filtertrommel 2 durch das plissierte Filtermedium 2.1 in das Innere der Filtertrommel 2, wobei sich Staub und Fasern auf der Außenseite der Filtertrommel 2 ablagern.
Das Filtermedium 2.1 der Filtertrommel 2 besteht aus Vlies ist aluminiumkaschiert.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Filtertrommel
2.1: Filtermedium
2.2: Deckel
2.3: Bodenplatte
2.4: Längsachse/Rotationsachse
3: Gaseintrittsöffnung
4: Gasaustrittsöffnung
5: Elektroantrieb
6: Getriebe
7: Trommelantrieb
8: Absaugeinrichtung
8.1: Saugdüse
8.2: Gewindestange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CH 670575 A5 [0003]
WO 02009049429 A1 [0003]
EP 01884276 B1 [0003]
EP 0459307 A2 [0003]
DE 3730980 C2 [0009]

Claims

Vorrichtung zur Filtration von faserhaltigen Stäuben aufweisend ein Gehäuse mit einer Gaseintrittsöffnung für staub- und/oder faserbeladenes Rohgas und einer Gasaustrittsöffnung für gereinigtes Gas, eine unter Verwendung eines Filtermediums gebildete Filtertrommel und eine Absaugeinrichtung für die Filterabreinigung, dadurch gekennzeichnet, dass – die Filtertrommel (2) um ihre Längsachse (2.4) drehbar gelagert und mittels einer Antriebseinrichtung in Rotation versetzbar ist, – das Filtermedium (2.1) einteilig und plissiert ist, – die Absaugeinrichtung (8) mindestens eine Absaugdüse (8.1) aufweist, welche mittels einer Verfahreinrichtung parallel zur Rotationsachse (2.4) der Filtertrommel (2) verfahrbar ist, wobei der Abstand zwischen den nächstliegenden Falten des plissierten Filtermediums (2.1) und der Absaugdüse (8.1) auf den kleinstmöglichen Abstand, bei dem sich die Filtertrommel (2) noch ungehindert drehen kann, eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das plissierte Filtermedium (2.1) ein feinporiges und beschichtetes Filtermaterial ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtertrommel (2) die Form eines geraden Zylinders mit kreisrundem Querschnitt aufweist, dessen Mantelfläche das plissierte Filtermedium (2.1) bildet und dessen Grund- und Deckfläche mit je einer kreisrunden Platte (2.2, 2.3) abgeschlossen ist, wobei eine der beiden Platten eine Öffnung für den Gasdurchlass aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (2.4) der Filtertrommel (2) senkrecht steht.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung, bestehend aus einem Elektroantrieb (5), einem Getriebe (6) und einen Trommelantrieb (7), die Filtertrommel (2) über den Trommelantrieb (7) und gleichzeitig die mindestens eine Absaugdüse (8.1) der Absaugeinrichtung (8) über die Verfahreinrichtung in Bewegung versetzen kann, wobei die Antriebseinrichtung mit einem Steuergerät ausgestattet ist, das es ermöglicht, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Filtertrommel (2) und die Verfahrgeschwindigkeit der mindestens einen Absaugdüse (8.1) variabel einstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseintrittsöffnung (3) im Gehäuse (1) auf einer der Mantelflächen-Außenseite der Filtertrommel (2) gegenüberliegenden Seite im Winkel von 170° bis 190° angeordnet ist, sodass das zugeführte Gas senkrecht auf die Mantelfläche der Filtertrommel (2) auftrifft, und über die in der Platte (2.2) befindliche Gasaustrittsöffnung (4), die sich in der Verlängerung der Längsachse (2.4) der Filtertrommel (2) befindet, austritt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (8) gegenüberliegend der Staubbeaufschlagung an der Außenseite der Filtertrommel (2) positioniert ist.
Filtrationsverfahren zur filtrierenden Reinigung von staub- und/oder faserbeladenen Rohgasen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trommelfilter mit einer Filtertrommel (2) aus einem einteiligen, plissierten Filtermedium (2.1) verwendet wird, die im Betriebszustand über einen Trommelantrieb (7) während des filtrierenden Reinigungsvorganges ununterbrochen gedreht wird, wobei gleichzeitig deren fortwährende Abreinigung durch Absaugen des auf der Oberfläche des Filtermediums (2.1) abgeschiedenen Staubkuchens mittels einer parallel zur Rotationsachse (2.4) der Filtertrommel (2) hin und her fahrenden Absaugeinrichtung (8) durchgeführt wird, wobei mindestens eine Absaugdüse (8.1) die gesamte Länge des Filtermediums (2.1) überstreicht.
Filtrationsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom senkrecht zur Längsachse (2.4) der Filtertrommel (2) in das Gehäuse (1) eingeleitet wird, radial von der Außen- zur Innenseite der Filtertrommel (2) durch das Filtermedium (2.1) geführt und der gereinigte Gasstrom axial aus der Filtertrommel (2) abgeleitet wird, wobei die mindestens eine Absaugdüse (8.1) auf der Außenseite der Filtertrommel (2) ständig hin und her fährt.
Filtrationsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom axial in die Filtertrommel (2) eingeleitet, radial von der Innen- zur Außenseite durch die Filtertrommel (2) geführt und der gereinigte Gasstrom senkrecht zur Längsachse (2.4) aus dem Gehäuse (1) abgeleitet wird, wobei die mindestens eine Absaugdüse (8.1) auf der Innenseite der Filtertrommel (2) ständig hin und her fährt.