DE19516925A1 - Verfahren und Anlage zum Abscheiden von SiO¶2¶ aus einem Trägergasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Abscheiden von Industriestäuben, insbesondere von SiO₂-Stäuben aus einem Trägergasstrom in einem kontinuierlichen Entstaubungsprozeß.

SiO₂-Stäube entstehen u. a. bei thermischen Prozessen, bspw. bei der Herstellung von Ferrosilicium und bestehen aus feinen bzw. ultrafei­ nen Feststoff-Teilchen, die in Gas schwebefähig sind. In der Masse bildet SiO₂-Staub infolge der hohen reaktiven Oberfläche der mit einer durchschnittlichen Partikelgröße zwischen 0,5 und 3 Mikrometer anfallenden Partikel ein begehrtes Produkt bspw. zur Herstellung von langzeitbeständigem Beton hoher Festigkeit mit geringen Anteilen von Calciumhydroxid. Durch reaktive Bindung des Calciumhydroxids während des Abbindungsprozesses von Zement zu Beton mittels eines äquivalenten Reaktionsanteils von reaktivem SiO₂ lassen sich u. a. Korrosionserscheinungen an den Glasfasern von glasfaserverstärktem Beton weitestgehend unterdrücken und damit einer befürchteten Festigkeitsverminderung von Betonbauteilen entgegenwirken bzw. verhindern.

Andererseits ist die Abscheidung von SiO₂-Stäuben aus einem Träger­ gasstrom infolge der Feinheit der darin enthaltenen Partikel ausge­ sprochen schwierig. Vielfach arbeiten bekannte Abscheideanlagen nach dem Prinzip der Naßabscheidung, bevorzugt in zwei Schritten, wobei im ersten Schritt bspw. ein Venturi-Naßwäscher als Staubabscheider und im zweiten Schritt eine Gaswäsche verwendet wurde. Bedingt durch physikalische Gegebenheiten ist es dabei nicht möglich, eine zu­ friedenstellend hohe Abscheideleistung der Stäube in der ersten Stufe zu erreichen. Dadurch gelangen Reststäube in die nachgeschal­ tete Gaswäsche bzw. eine Füllkörpersäule. Dabei ergibt sich der Nachteil, daß durch Anreichern von Stäuben in dieser Füllkörpersäule ein Druckanstieg entsteht, der sich ständig erhöht und bei einem eingestellten Maximalwert zum Abschalten der gesamten Absauganlage und damit zugleich zur Unterbrechung des vorgeordneten Produktions­ prozesses führt. Die dann anschließend erforderlichen Reinigungs- und Instandsetzungsarbeiten an diesem Gaswäscher sind sehr zeit- und kostenintensiv, und belasten in entscheidender Weise die Wirt­ schaftlichkeit einer Produktionsanlage beim Abscheiden von SiO₂- Stäuben aus einem Trägergasstrom. Weiterhin ist anzumerken, daß der eigentliche Gaswäscher bei dieser durch Staubbeladung verursachten Abschaltung seine Aufgabe durchaus noch längere Zeit hätte erledigen können, bis der erforderliche Regenerationsprozeß eingeleitet werden müßte. Je nach behördlicher Auflage bezüglich der Charakteristik des Trägergasstromes kann dieser ins Freie abgeleitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Anlage zum Abscheiden von Industriestäuben, insbesondere von SiO₂-Stäuben aus einem Trägergasstrom in einem kon­ tinuierlichen Entstaubungsprozeß anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile und Schwierigkeiten vermeiden und insbesondere bei ver­ ringerten Kosten bzw. erhöhter Wirtschaftlichkeit eine zufriedens­ tellende, hohe spezifische Abscheideleistung ermöglichen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit der Erfindung vorgesehen,

• 1. daß in einem ersten Schritt der staubbeladene Trägergasstrom durch Filtermittel eines Trockenfiltersystems hindurchgeleitet und darin einer Entstaubung unterzogen wird.
• 2. Daß in einem gegebenenfalls zweiten Schritt der entstaubte Trägergasstrom einer Gaswäsche zugeführt wird.

Eine Ausgestaltung sieht vor, daß der Trägergasstrom im ersten Schritt nacheinander zuerst durch ein Patronenfilter in der ersten Stufe und anschließend durch ein Schwebstoffilter in der zweiten Stufe hindurchgeleitet wird.

Weiter sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung vor, daß der Trägergasstrom im zweiten Schritt durch einen Gaswä­ scher, bevorzugt eine Füllkörpersäule, hindurchgeleitet werden kann.

Eine erfindungswesentliche Maßnahme sieht dabei vor, daß der mit Anwachsen eines Filterkuchens zunehmende Filterwiderstand mindestens des Patronenfilters und fallweise auch des Schwebstoffilters über­ wacht und die Filter bei Erschöpfung infolge Überschreitens eines vorgegebenen Widerstands-Schwellwertes zu- und abflußseitig vom Gasstrom abgeschottet und regeneriert werden und der Gasstrom auf ein parallel und identisch im Bypass arbeitendes Trockenfiltersystem umgeleitet und durch dieses bis zu dessen Erschöpfung hindurch­ geleitet wird, und umgekehrt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind entspre­ chend den Unteransprüchen vorgesehen.

Durch die vorbezeichneten Verfahrensschritte und Maßnahmen wird mit großem Vorteil im Trockenfiltersystem bei vergleichsweise wirt­ schaftlichen Investitions- und Betriebskosten eine vergleichsweise hohe spezifische Abscheideleistung im ersten Abscheideschritt, dem Trockenfiltersystem, erzielt und somit der Anfall von Reststäuben im zweiten Abscheideschritt, bspw. der Füllkörpersäule, signifikant reduziert.

Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist im ersten Schritt gekennzeichnet durch ein Trockenfiltersystem, umfassend in einer identisch-parallelen redundanten Anordnung je einen parallelen Staubgas-Zufuhrleitungsstrang mit je einem Patro­ nenfilter (erste Stufe) und je einem nachgeordneten Schwebstoffilter (zweite Stufe), wobei beide Gasleitungsstränge stromabwärts der Schwebstoffilter in eine gemeinsame Abgasleitung einmünden, welche im zweiten Schritt über einen Gaswäscher an ein Saugzuggebläse angeschlossen ist.

Sofern produktionstechnische Störungen beim Abreinigungsprozeß der ersten Filterstufe auszuschließen sind, kann auf eine identisch­ parallele redunante Anordnung verzichtet werden.

Weitere Ausgestaltungen der Anlage sind entsprechend den Unter­ ansprüchen vorgesehen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung in Form eines Stammbaumes schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles, einer identisch-parallelen redundanten Anordnung des ersten Schrittes zur SiO₂-Staub-Abscheidung aus einem Trägergasstrom.

Die Figur zeigt eine Anlage mit einem Trockenfiltersystem im ersten Abscheideschritt und einem Gaswäscher 12 im zweiten Abscheide­ schritt. Das Trockenfiltersystem umfaßt in einer identisch-par­ allelen redundanten Anordnung je einen parallelen Staubgas-Zufuhr­ leitungsstrang 1 bzw. 2 mit je einem Patronenfilter 10, 20 in der ersten Stufe und je einem nachgeordneten Schwebstoffilter 11, 21 in der zweiten Stufe. Stromabwärts der Schwebstoffilter 11, 21 münden beide Gasleitungsstränge 1′ bzw. 2′ in eine gemeinsame Abgasleitung 3 ein, welche über den Gaswäscher 12 an ein Saugzug­ gebläse 13 angeschlossen ist.

Damit ist ein parallel arbeitendes Abscheidesystem verwirklicht, welches im Tandemverfahren durch Umschalten jeweils einen System­ teil, umfassend ein Patronenfilter 10 bzw. 20 und ein Schwebstoffil­ ter 11 bzw. 21 in aktivem Betrieb hält, während der andere parallele Teil des Trockenfiltersystems in der Zwischenzeit abgereinigt und damit reaktiviert wird. Auf diese Weise wird ein permanent hoher Abscheidungswirkungsgrad aufrechterhalten und das nachgeschaltete Schwebstoffilter 12 sehr wirkungsvoll von anfallendem Reststaub entlastet.

Wie die Figur weiter zeigt, ist jedem Patronenfilter 10, 20 und vorzugsweise auch jedem Schwebstoffilter 11, 21 ein Druckdifferenz­ wächter 15, 25 bzw. 16, 26 zugeordnet und deren Signalleitungen 17, 27 bzw. 18, 28 einem Systemprozessor 50 aufgeschaltet.

Ein solcher Systemprozessor 50 kann in an sich bekannter Weise eine oder mehrere Recheneinheiten sowie eine oder mehrere Speichereinhei­ ten enthalten und für bestimmte Betriebsvorgänge programmierbar sein.

Weiter zeigt das beispielhaft ausgeführte Schaltschema der Anlage, daß die Reingasseite jedes Patronenfilters 10, 20 mit der Aufgabe­ seite des nachgeschalteten Schwebstoffilters 11, 21 verbunden und dem Patronenfilter ein steuer-/regelbares Einlaßventil 19, 29 vorgeordnet und dem Schwebstoffilter ein steuer-/regelbares Auslaß­ ventil 30, 31 im Leitungsstrang 1′, 2′ nachgeordnet ist.

Damit besitzt die Anlage im ersten Schritt ein parallel arbeitendes Abscheidesystem, dessen einzelne Filterkomponenten aus einem Patro­ nenfilter 10, 20 in der ersten Stufe und einem nachgeschalteten Schwebstoffilter 11, 21 in der zweiten Stufe bestehen.

Weiterhin ist aus dem Anlagenschema ersichtlich, daß der Reingassei­ te jedes Patronenfilters 10, 20 eine an eine Spülgasquelle ange­ schlossene Spülgasleitung 4, 24 mit einem darin angeordneten Abrei­ nigungsventil 5, 35 zur Regeneration der ersten Filterstufe aufge­ schaltet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Staubsammel­ raum jedes Patronenfilters 10, 20 einen Füllstandsmelder 6, 36 aufweist und an eine Spülgasleitung 7, 37 mit einem Spülgasventil 8, 38 zur Durchspülung angeschlossen ist.

Im Betrieb wird die Hauptmasse der Stäube im Patronenfilter abge­ schieden und gelangt in den unten angebrachten Staubsammelbehälter. Durch das entstehende Anwachsen eines Filterkuchens erhöht sich der Filterwiderstand bis zu einem voreingestellten Grenzwert. Bei Erreichen dieses Grenzwertes wird das zweite Filtergerät automatisch geöffnet, um die Abscheidung der Stäube jetzt hier vorzunehmen. Das erste Filtergerät wird durch das Schließen von zwei Ventilen 19, 30 bzw. 29, 31 von dem übrigen Saugrohrnetz, Leitungsstränge 1, 1′ bzw. 2, 2′, abgeschottet. Sodann erfolgt bei dem abgeschotteten Abscheidesystemteil eine Abreinigung der Filterpatronen bzw. Filter­ kerzen durch Freiblasen der Filterflächen im Gegenstrom zum Ab­ scheidebetrieb mit Hilfe eines Spülgases, bspw. mit Stickstoff. Durch kurzzeitiges impulsartiges Einbringen von Stickstoff bzw. Spülgas in die Patrone wird erreicht, daß der Filterkuchen sich von der Patrone löst und in den Staubsammelbehälter gelangt.

Die Filterelemente können aus Sintermaterial, metallischen oder keramischen Ursprungs sowie aus technischen, mineralischen, Natur- und Kunstfaser- oder aus Vliesstoffen bestehen. Nach dem Abreini­ gungsprozeß steht im Patronenfilter jeweils wieder ein sauberes Filtermittel zur weiteren Verfügung. Der durch das Abreinigen erzeugte Überdruck im abgeschotteten System zwischen den beiden geschlossenen Ventilen 19, 30 bzw. 29, 31 wird über die reingassei­ tig angebrachten Regelventile 30 bzw. 31 so langsam abgebaut, daß der Unterdruckfühler 45 nicht seinen Schaltpunkt erreicht.

Nach dem Abreinigen und Entspannen des ersten Filtersystemteils steht dieser nun wieder für einen neuen Abscheideprozeß zur Ver­ fügung. Sinngemäß wird die Abreinigung des zweiten Filtersystemteils bedarfsweise durchgeführt.

In der Spülgasleitung 7 bzw. 37 ist ein Durchfluß-Meßgerät und Regelventil 9 angeordnet und mit einer Signalleitung 22 an den Systemprozessor 50 angeschlossen. Dieser wird in der vorgenannten Funktion von den Druckwächtern 15, 25 bzw. 16, 26 durch entsprechen­ de Signalleitungen 17, 27 bzw. 18, 28 angeregt und steuert über entsprechende Steuerleitungen 40 bis 43 die Ventile 19, 29 bzw. 30, 31 sowie über Steuerleitungen 39, 39′ die Spülgasventile 8, 38.

Es handelt sich demnach bei dem Systemprozessor 50 um ein übergeord­ netes Steuersystem, an welches, wie gezeigt, Signalleitungen der Überwachungseinheiten aufgeschaltet und von diesen ausgehende Steuerleitungen auf die entsprechenden Funktionselemente aufgeschal­ tet sind. Dieser steuert somit nach Erhalt von Signalen der Druck­ differenzwächter 15, 25; 16, 26 nach Maßgabe eines vorgegebenen Betriebsprogrammes über Steuerleitungen 40 bis 43 die Ein- und Auslaßventile 19, 29; 30, 31 und über die Steuerleitungen 32, 34 die Abreinigungsventile 5, 35 sowie über die Steuerleitungen 39, 39′ die Spülventile 8, 38. Weiterhin ist vorgesehen, daß dem Staub­ sammelraum jedes Patronenfilters 10, 20 ein Endschalter 44 bzw. 44′ zugeordnet ist.

Wie gesagt, wird der Staubsammelbehälter jedes Patronenfilters 10, 20 mit einem autarken Füllstandsmelder 6, 36 überwacht und bei Erreichen des maximalen Füllstandes das Filtersystem aus dem Ab­ scheideprozeß genommen und eine Meldung an den Systemprozessor 50 gegeben. Zum Entleeren des Staubsammelbehälters ist ein Spülen der Abscheideanlage mit einem Spülgas, beispielsweise mit Stickstoff, erforderlich, um das Prozeßträgergas zu entfernen. Beim Spülvorgang wird Spülgas in den Abscheider gedrückt, wobei die einströmende Gasmenge mittels Durchflußmesser 9 kontrolliert wird. Das reingas­ seitige Regelventil 30, 31 ist bei diesem Vorgang geöffnet. Das Spülgasventil 8, 38 läßt Spülgas in das Filtergehäuse 10, 20 ein­ strömen.

Die beim Entspannen eines Filtersystems auftretenden geringfügigen Druckschwankungen werden vom Unterdruckfühler 45 erkannt und als Eingangssignal mit der Signalleitung 46 auf den Regler 47 gelegt, der wiederum mit der Steuerleitung 48 den frequenzgeregelten Venti­ lator 13 bzw. dessen Motor 14 ansteuert und veranlaßt, durch Ände­ rung der Drehzahl einen günstigen Betriebspunkt des Ventilators anzufahren und Druckschwankungen zu kompensieren.

Der Systemprozessor 50 zur Steuerung aller Anlagenteile ist in einem Schalt- und Regelschrank (nicht gezeigt) untergebracht.

Die Anlage ist funktionell unkompliziert, kompakt und arbeitet sehr effizient im kontinuierlichen Betrieb mit vergleichsweise verringer­ ten Investitions- und Betriebskosten. Insofern erfüllt das Verfahren und die Anlage nach der Erfindung in optimaler Weise die eingangs gestellte Aufgabe auch dann, wenn - in Abwandlung der figurlich dargestellten Filteranlage - nicht mit einer identisch redundanten Anordnung gearbeitet wird, sondern mit einer Einstrang-Anordnung.

Claims (16)

1. Verfahren zum Abscheiden von Industriestäuben, insbesondere von SiO₂-Stäuben aus einem Trägergasstrom in einem kontinuier­ lichen Entstaubungsprozeß, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

• - daß in einem ersten Schritt der staubbeladene Trägergass­ trom durch Filtermittel (10, 11; 20, 21) eines Trocken­ filtersystems hindurchgeleitet und darin einer Entstau­ bung unterzogen wird,
• - daß in einem gegebenenfalls zweiten Schritt der entstaub­ te Trägergasstrom einer Gaswäsche zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägergasstrom im ersten Schritt nacheinander zuerst durch ein Patronenfilter (10 bzw. 20) in der ersten Stufe und anschließend durch ein Schwebstoffilter (11 bzw. 21) in der zweiten Stufe hindurchgeleitet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägergasstrom im zweiten Schritt durch einen Gaswä­ scher, bevorzugt eine Füllkörpersäule (12), hindurchgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der mit Anwachsen eines Filterkuchens zunehmende Filterwi­ derstand mindestens des Patronenfilters (10, 20) und fallweise auch des Schwebstoffilters (11, 21) überwacht und die Filter (10, 20; 11, 21) bei Erschöpfung infolge Überschreitens eines vorgegebenen Widerstands-Schwellwertes zu- und abflußseitig vom Gasstrom abgeschottet und regeneriert werden und der Gasstrom auf ein parallel und identisch im Bypass arbeitendes Trockenfiltersystem umgeleitet und durch dieses bis zu dessen Erschöpfung hindurchgeleitet wird, und umgekehrt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Patronenfilter (10, 20) nach Erschöpfung und Ab­ schalten in Gegenrichtung zum Trägergasstrom mit Spülgas durchspült und dabei vom angelagerten Filterkuchen abgereinigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spülung des Patronenfilters (10, 20) Spülgas, bevorzugt Stickstoffgas, verwendet und der beim Spülvorgang im abgeschal­ teten Filter ansteigende Spülgasdruck abflußseitig langsam abschwellend abgebaut wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstand im Staubsammelraum eines Patronenfilters (10, 20) überwacht und bei Erreichen des maximalen Füllstandes der Filter vom Trägergasstrom abgekoppelt, eine Meldung an einen Systemprozessor gegeben und der Staubsammelraum durch Einleiten von Spülgas gespült wird.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Trockenfiltersystem, umfassend in einer identisch-par­ allelen und redundanten Anordnung je einen parallelen Staubgas- Zufuhrleitungsstrang (1 bzw. 2) mit je einem Patronenfilter (10, 20) und je einem nachgeordneten Schwebstoffilter (11, 21), wobei beide Gasleitungsstränge (1′ bzw. 2′) stromabwärts der Schwebstoffilter (11, 21) in eine gemeinsame Abgasleitung (3) einmünden, welche über einen Gaswäscher (12) an ein Saug­ zuggebläse (13) angeschlossen ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Patronenfilter (10, 20) und vorzugsweise auch jedem Schwebstoffilter (11, 21) ein Druckdifferenzwächter (15, 25 bzw. 16, 26) zugeordnet und deren Signalleitungen (17, 27 bzw. 18, 28) einem Systemprozessor (50) aufgeschaltet sind.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reingasseite jedes Patronenfilters (10, 20) mit der Aufgabeseite eines nachgeschalteten Schwebstoffilters (11, 21) verbunden und dem Patronenfilter (10, 20) ein steuer-/regel­ bares Einlaßventil (19, 29) vorgeordnet und dem Schwebstoffil­ ter (11, 21) ein steuer-/regelbares Auslaßventil (30, 31) im Leitungsstrang (1′, 2′) nachgeordnet ist.

11. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Reingasseite jedes Patronenfilters (10, 20) eine an eine Spülgasquelle angeschlossene Spülgasleitung (4, 24) mit einem darin angeordneten Abreinigungsventil (5, 35) zur Regene­ ration der ersten Filterstufe aufgeschaltet ist.

12. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubsammelraum jedes Patronenfilters (10, 20) einen Füllstandsmelder (6, 36) aufweist und an eine Spülgasleitung (7, 37) mit einem Spülgasventil (8, 38) zur Durchspülung angeschlossen ist.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spülgasleitung (7 bzw. (37) ein Durchfluß-Meßgerät und Regelventil (9) angeordnet und mit einer Signalleitung (22) an den Systemprozessor (50) angeschlossen ist.

14. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen übergeordneten Systemprozessor (50) aufweist, an welchen Signalleitungen (17, 27; 18, 28) der Druckdifferenz­ wächter (15, 25; 16, 26) und Signalleitungen (23, 33) der Füllstandsmelder (6, 36) angeschlossen sind, und der nach Maßgabe eines vorgegebenen Betriebsprogramms über Steuerleitun­ gen (40-43) die Ein- und Auslaßventile (19, 29; 30, 31) und über die Steuerleitungen (32, 34) die Abreinigungsventile (5, 35) sowie über die Steuerleitungen (39, 39′) die Spülventile (8, 38) steuert.

15. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Staubsammelraum jedes Patronenfilters (10, 20) ein Endschalter (44 bzw. 44′) zugeordnet ist.

16. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein Unterdruckfühler (45) vorgeschaltet ist, dessen Signalleitung (46) einem Regler (47) und dessen Steuerleitung (48) dem Motor (14) des Saugzuggebläses (13) aufgeschaltet sind.