Zur Frage der optimalen Reinigungsbedingungen für Schlauchfilter mit Druckstossabreinigung

189

Zur Frage der optimalen Re~g~gsbedin~~n Schlauchfilter mit Druckstossabreinigung

f6r

Investigations on optimal cleaning conditions for bag filters with pulse jet cleaning von R. KLINGEL* und F. LdFFLER Insitu t fur ~~hanis~he

Verfahrenste~hnik und ~ec~nik

der Wniversit~t Karlsruhe, Kar~s~he (I? R.G.)

(Eingegangen am 22. Juni 1983)

Kuszfassung An einem Filterschlauch (Ltige 2.5 m) mit Druckstossabreinigung wurden unter Einsatz eines Prozessrechners Messungen des Druckverlustes, der Staubbelegung, der Abreiningungsintensitlt sowie des zeitabhangigen Reingasstaubgehaltes vorgenommen. Der Rechnereinsatz erm6glichte fur jedes einzelne Experiment eine Erfassung aller Messdaten mit hoher zeitlicher Aufliisung, wodurch eine eindeutige Zuordnung der Messergebnisse gewiihrleistet war. Neben Beispielen der Einzehnessungen werden in diesem Beitrag such Zusammenh%nge zwischen der Abreiningungsintensit8t, der nach dem Druckstoss verbleibenden Reststaubbelegung sowie des Re~g~staubgeh~tes aufgezeigt. Fur das untersuchte Filtersystem gibt es einen optimalen Abreinigungsdruck, bei dem der anfiltrierte Staubkuchen vollst%nding entfernt und dabei der von diesem Druck abhlngige Reingasstaubgehalt klein gehalten wird. Abstract Pressure drop, residual dust quantity, cleaning intensity as well as the time-dependent outlet dust concentration have been measured in a pulse-jet fabric filter (25 m in length) by means of a measuring system using a minicomputer. Because of the fast data acquisition system, all measurements could be carried out for each experiment simultaneously. Thus, a close correlation of all data could be achieved. In this paper, examples of the measuring results are given and correlations between the cleaning intensity and the outlet dust concentration are discussed. It is shown that an optimum cleaning pressure exists at which the dust cake was completely removed. At this cleaning pressure the outlet dust concentration was lower in comparison to that at higher cleaning pressures. density W (in g mv2) on the filter bag during the various operating phases j6, 121.

Synopsis In a pulse-jet fabric filter outlet, particle concentration and pressure drop are subject to considerable time changes /it. The calculation of these parameters by means of model equations is possible in some cases only /IO, 131. In order to formulate bases for the layout of filters, it is necessary to know the complex physical phases of the fd~a~*on process. However, this necessitates extensive systematic studies and the application of high-grade measuring techniques. The so-cahed filtration equation, based on &my’s law for iow Reynolds numbers (Re < I), if applied to compressible filter cakes shows the time dependence and the main irr@ences on the to tai pressure drop (eqn (4)). X1 und Kz depend on many parameters and,have to be determined experimentally. In order to obtain reliable results, it is necessary to menSure the areal dust *DEGUSSA

AG Zweigniederlassung

02~52701/84/$3.00

Wolfgang.

Meusurbagdevice The measuring device (IS] (Fig. I) enables monitor ing up to four filter bags of 2.5 m in length in different industrial cleaning systems. The fo~~o~~g ins~ents were instated: to measure the pressure drop z for simultaneous in situ measurement of three areal dust density projiies based on the absorption of X-rqvs to measure the propagation of the cleaning PIPP=? pressure in the filter bw a scattered light particle counter for the c. 4(M measurement of outlet dust concentration and particle size distribution t a turbine gas counter with control Ax for const. volume flow rate

Chem. Ens. fiocesr, 18 (1984) 189-198

0 Elsevier Sequoia/Printed

in The Netherlands

190 Test conditions All experiments were carried out at constant volume flow rate and were restricted to one filter bag, 2.44 m in length and 11,5 cm in diameter consisting of polyester needled felt (600 g mp2). The parameters chosen for the experiments were: _ Dust: limestone particles 5 um MUD, 1.47 GSD - Gas: ambient air -- Dust concentration: c = 1 + IO g mV3 - Filtration velocity: v = 150 + 300 m h-’ - Max. pressure drop: brnax = 2500 Pa - Reservoir pressure: p = 1 f 7 bar Since all measuring techniques were applied to the same experiments, a clear allocation of all individual measurements was assured. Results The influence of varying cleaning pressures on the total amount of dust deposited in and on the fabric (absolute dust quantity) vs. filtration velocity is shown in Fig. 5. The hatched ‘cleaning range’ is delineated on the upper side by curve WE,,,,--the absolute dust quantity before cleaning-and-.on the lower side by the residual dust quantity. WR #&‘a constant final pressure drop before cleaning of = 2500 Pa, the two curves approach one another ap witxqyincreasing filtration velocity. The reasons are the increase of the specific resistance of the filter cake (K,) as well as the increased amount of dust deposited inside the filter medium with growing filtration velocity. On the one hand, reservoir pressures of 1.5 bar produced no cleaning, measuring points were scattered around curve Wnabs. On the other hand, the differences in the cleaning effect at reservoir pressures between 3 and 7 bar are extraordinarily small. This means that the cleaning mechanism for the filter bag becomes effective at pressures below 3 bar, but that no further reduction in the residual dust quantity can be obtained above 3 bar. In contrast to the residual dust density, the residual pressure drop can be further reduced by increasing cleaning intensity. As no additional dust is removed, the reduction in pressure loss is very quickly cancelled by the reinstallation of the dust laden airflow, because the widened pores and channels close again very fast. On the other hand the particle emission is increased with higher cleaning intensity. Figure 13 shows the outlet parricle concentration C, for various reservoir pressures during a time period of 30 s starting with the pressure pulse. In this short time interval1 about 80% of the dust emis sion of a single filtration period occurred. Conclusions From these results it can be concluded that the decrease in pressure drop cannot be a sufficient measure of cleaning efficiency. It is not justifiable economically to clean more intensively than required for removing the filter cake. More intensive cleaning increases operating costs and moreover has a disadvantageous effect on

particle collection. The optimum pressure of 3 bar is valid for the one bag experiments only. This vaate will probably vary depending on the number of bags cleaned at the same time. Einleitung Am Schlauchfilter sind Trenngrad Z’(x) und Druckverlust Ap starken zeitlichen ;inderungen unterworfen. Eine Vorausberechnung dieser Grijssen mit Hilfe von Modellgleichungen ist nur unvollkommen moglich. Die Aufstellung von Dimensionierungsgrundlagen setzt das Verstindnis der physikalischen Ablaufe des Filtrationsvorganges voraus. Mikroskopische Untersuchungen tiber die Haftmechanismen wurden von Laffler [I] durchgefiihrt. Rothwell [2] und Holland et al. [3] lieferten Beitmge zum Aufbau des Staubkuchens. Im makroskopischen Bereich waren die Arbeiten z.B. von Stephan et al. [4-61, Billings und Wilder [7] Dennis und Mitarbeiter [X, 91 sowie von Leith und Mitarbeiter [ 10, 1 l] und Ellenbecker [12] richtungsweisend zur Erlangung besserer physikalischer Kenntnisse der Abscheide- und Abreinigungsvorgiinge. Dieses Arbeiten haben aber such deuthch gezeigt, dass zum Erreichen vertiefter Erkenntnisse ein hoher apparativer und messtechnischer Aufwand erforderlich ist. In diesem Beitrag werden Resultate vorgestellt, die unter Einsatz genauer Messverfahren mit hoher zeitlither Aufliisung an einer Filterapparatur zu erzielen sind. Druckverlust Die Problematik der Vorausberechnung des Druckverlustes sol1 am Beispiel zweier empirischer Ansatze von Billings [ 131 Ap = x

1

+

x~c~~~*~R-~s

sowie Leith und First [lo] Ap = ylV~p-y~vy*

(2)

verdeutlicht werden. Es sind: c = Staubkonzentration, p = Speicherdruck, R = Anzahl der Druckstiisse, v = Filtrationsgeschwindigkeit, xi, yi = Regressionskonstanten, W = Flachemnasse des Staubkuchens. Obwohl beide Ansatze fur ‘Pulse Jet’ Filter entwickelt wurden, enthalten sie sehr unterschiedliche physikalische Einflussgriissen. Dies lasst sich nicht durch die unterschiedlichen Fabrikate der Filter und die Unterschiede in den Versuchsbedingungen erkliiren. Verwunderlich ist insbesondere, dass die Filtrationsgeschwindigkeit in Gl. (1) iiberhauptnichtvorkommt. In zahlreichen anderen Arbeiten, z.B. [14-171, wird der Druckverlust am Filterschlauch additiv aus einem Anteil Ap, des abgereinigten Filter-mediums und einem Anteil APK des Staubkuchens zusammengesetzt. Falls unterschiedliche Abreinigungssysteme verglichen werden,

191 such ein systembedingter beriicksichtigen. ist

AP = APF + APK + APS

Druckveilust

Apa

zu

Pertpheral dewces

(31

Fur kleine Re-Zablen (Re < 1) und inkompressible Fiiterkuchen l&t sich mit der Darcy-Gleichung aus (3) die sog. Filtergleichung (4) ableiten: Ap = pK,v + p.&v2t + Aps. Meist wird diese Filtergleichung gegeben: Ap = Klrv + Ka’Wv + Apa

(41 in folgender Form anCS)

Kr bzw. Kr’ werden als Restwiderstand, Kz bzw. Ka’ als spez. Filterwiderstand bezeichnet. Restwiderstand und spez. Filterwiderstand sind keine Konstanten, sondern Kenngriissen, die von vielen Parameter-n abhangen. Sie mussen expe~entell bestimmt werden. Eine zuverliissige Ermittlung dieser Werte erfordert die Kenntnis der am Filterschlauch angelagerten StaubFltichenmasse W in den einzelnen Betriebsphasen. Es gilt: W = 1c.v dt 0

(4)

Hierbei ist v = Filtrationsgeschwindigkeit (Volumenstrom/F~lterfl~che), c = Staubkonzentration im Rohgas. Infolge der Striimungsverh%.ltnisse kann jedoch nicht vorausgesetzt werden, dass sich aller Staub am Filterschlauch niederschlggt. Daher ist eine Messung der abgeschiedenen Staubmenge genauer und einer Berechnung nach Gi. (6) vorzuziehen. Solche Messungen wurden von mehreren Autoren [S, 12,181 durchgeftihrt.

BiId 1. Versuchaapparatur, Fig. 1. Measuring device.

Bedingt durch die instsllierten Messeimichtungen mussten zwischen mijglichst praxisnaher Gestaltung der Filterapparatur und messtechnischer Zuganglichkeit der Schhtuche Kompromisse gefunden werden.

Versuchsbedingungen Versuchsapparatur Die am Institut fur Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik der Universit5t Karlsruhe aufgebaute Versuchsapparatur [19] ist schematisch in Bild 1 dargestellt. Es kiinnen bis zu vier F~tersc~~uche der L&ge 25 m mit unterschiedlichen industriell gefertigten Abreinigungssystemen eingesetzt werden. Es wurden Einrichtungen zur Messung folgender Grossen installiert: Druckverlust, AP w in situ Messung von gleichzeitig drei FHchenmassenprofilen, basierend auf der Absorption von R~ntgenst~~en, PI-94 Ausbreitung des Abreinigungsdruckes im Filterschlauch zur Messung von Rohc,clG3 Streulichtpartikelz8hler und Reingasstaubverteilungen sowie zur zeitabhiingigen ~~ittlung des Trenngrades lyx, t), 3 Turbinengasziihler mit Regelung Ax fur Volumenstrom. Zur on-line Erfassung der Messdaten wurden alle Messstellen an ein Minicomputersystem (NOVA 3, DATA GENERAL) angeschlossen,

Obwohl in der Apparatur vier Filterschhiuche einge-. setzt werden k&men, wurden die Messungen nur an einzelnen 2,s m langen Filterschliiuchen aus Polyesternadelfilz durchgeftihrt. Dieser Nadelfilz (600 g mm2) hatte keine spezielle chemische Oberfl~chenbeh~dlung. Sein Druckverlust kann durch die empirische Beziehung Ap = 0,038+445 angegeben werden, wobei Ap in Pa und Pin m3 h‘-’ einzusetzen ist. Fur die Experimente wurden folgende Parameter gew<: - Staub: Kalksteinrnehl gesichtet x5o,3 = 5 pm, ua= 1,47 (geometrische Standardabweichung) - Gas: Umgebungsluft - Filtrationsgeschwindigkeit: v = 150 + 300 m h-” - Staubgehalt: c = 1 + 10 g m-a - max. Gesamtdruckverlust: Ap,, = 2500 Pa - Speicherdruck: p = I,5 + 7 bar Die F~~tian~e~uche wurden bei konstantem Vohnnenstrom durchgeftihrt. Da alle Messverfahren bei ein und demselben Experiment eingesetzt werden k&men, ist eine eindeutige Zuordnung aller Einzehnessungen gegeben, wie beispielhaft an einer Versuchsreihe (MO 66) dargestellt wird.

192 Messergebnisse

FItichenmasse

Druckverlust Ein typisches Druckverlust-Zeit-Diagramm (Bild 2) fur eme Filtrationsgeschwindigkeit von 150 m h-r (Rohgasstaubkonzentration c = 5 g mm3) zeigt ausgepriigte Drucksprtinge. Diese lassen sich besonders deutlich bei Versuchen mit Einzelschlauchen beobachten und sind auf eine Umstrukturierung des Filterkuchens mit wachsendem Ap zuriickzufiihren. Nachdem der Druckverlust auf einen maximalen Wert von 2500 Pa angestiegen ist, wird mit einem Speicherdruck von p = 5 bar abgereinigt. Der w&rend des Druckstosses an der Messstelle 4 am unteren Schlauchende aufgezeichnete Differenzdruck zwischen Schlauchinnen- und aussenseite ist in Bild 3 dargestellt.

P 0

I

m

I 20

1

-

5

BAR

I 48 ZEIT

1

mm T

/

WIN

Bild 2. Druckverlustkurve (Experiment MO66). Fig. 2. Pressure drop as a function of time (experiment MO 66).

Bild 3. Druckverlauf am bestaubten Filterschlauch (Experiment MO 66). Fig. 3. Cleaning pulse (experiment MO 66).

Das Drucksignal steigt vom negativen Anfangswert pr, der durch den Druckverlust am Filterschlauch gekermzeichnet ist, steil an und erreicht nach einigen Oszillationen den quasistatiomiren Druck pa. Nach Beendigung des Abreinigungsvorganges (ca. 250 ms) f%llt der Schlauchinnendruck wieder in den negativen Bereich ab. Die unterbrochen eingezeichnete Nullllnie stellt den Druckausgleich am Filterschlauch dar. Durch diesen Abreinigungsvorgang konnte der in Bild 2 aufgezeichnete Druckverlust um 1600 Pa auf 900 Pa gesenkt werden.

Die Auswirkung dieses Druckstosses auf die angelagerte Staubschicht ist in Bild 4 zu erkennen. Das Teilbild (a) zeigt die inkremental-zwischen zwei Druckstossen-abgelagerte Flbhemnasse umnittelbar vor der Abreinigung. Der tiber die Schlauchlinge gemittelte Wert der inkrementalen (Index i) Flachenmasse am Ende der Filtrationsperiode (Index E) betrug W, = 5 17 g rn-‘. Infolge der speziellen Stromungsverh%ltnisse in der Versuchsapparatur lagert sich bei der Filtrationsgeschwindigkeit v = 150 m h-’ am unteren Teil des Schlauches eine grossere Staubmenge an. Die Staubbelegung wird mit wachsender Filtrationsgeschwindigkeit gleichmlssiger. Nach dem oben abgebildeten Druckstoss von 5 bar (Bild 3) verblieb nach der Abreinigung eine inkrementale Restflachenmasse (Index R) von IVnr = 57 g mm2 (Bild 4b). Abgesehen von den Einspannstellen am oberen und unteren Schlauchende, wurde der Filterschlauch auf seiner restlichen Liinge sehr gleichmlssig abgereinigt. Im Gegensatz hierzu steht die absolute (Index abs)auf den neuen, staubfreien Filterschlauch bezogeneFliichemnasse (Bild 4~). Die gesamte nach der Abreinigung im Schlauch verbleibende Reststaubmenge belief sich auf IV, abs = 467 g mm’. Hierin ist such der nach der Abreinigung wieder angelagerte Staubanteil enthalten. An den Schlauchenden sind noch Reste eines iilteren Filterkuchens zu erkennen. Abreinigungsgrad Unter Abreinigungswirkung sol1 nicht nur die Reduktion des Druckverlustes, sondem such eine wirksame Verringerung der angelagerten Staubmenge verstanden werden. Der Einfluss unterschiedlicher Abreinigungsdrtlcke auf die Restfltichemnasse Wnabs ist in Bild 5 erkennbar. Hier ist die Restfliichenmasse IV, tiber der Filtrationsgeschwindigkeit v aufgetragen. Der schraftlerte Abreinigungsbereich wird oben durch die Kurve WE(ABS)-der absoluten Endfllchenmasse vor der Abreinigung-und unten durch WR(ABS)-der eingespeicherten und wiederangelagerten Reststaubmenge IVn-begrenzt. Bei konstantem Enddruckverlust von APE = 2500 Pa r&em sich beide Kurven mit zunehmender Filtationsgeschwindigkeit bis auf einen nur geringen Abstand. Die Ursachen hierfiir liegen in der Zunahme des spezifischen Kuchenwiderstandes K2 [ 191 wie such in einer erhohten Staubeinlagerung im Filtermedium mit wachsender Filtrationsgeschwindigkeit. Speicherdriicke von 1,5 bar bewirkten keine Abreinigung. Die Messpunkte streuen urn die Kurve WE(ABS), d.h. in diesem Falle entspricht IVnabs = Wnab. Hlngegen sind die Unterscblede in der Abreinigungswirkung bei Speicherdriicken zwischen 3 und 7 bar ausserordentlich gering. Das bedeutet, dass die Abreinigungsmechanien an der Versuchsapparatur erst bei Speicherdriicken zwischen 1,5 und 3 bar wirksam werden, jedoch oberhalb von 3 bar keme weitere wesentliche Verminderung

193

(4 (b) (3 Bild 4. (a) Filterkuchen vor der Abreinigung (Experiment MO 66 inkremental); (b) Restfhichenmasse nach der Abreinigung mit 5 bar (Experiment MO 66 inkremental); (c) Reststaubanlagerung nach der Abreinigung mit 5 bar (Experiment MO 66 absolut). Fig. 4. Residual dust quantity profile (a) before cleaning (experiment MO 66 incremental); (b) after cleaning with 5 bar (experiment MO 66 incremental); (c)after cleaning with 5 bar (experiment MO 66 absolute).

;

aam

KURVE

WE

\

Isee I In e

460 “P

8

-

1.5

100 200 388 FILTRATIONSGESCWYINDIGKEIT

BAR

V /

4am W/H

Hierzu musste der Ventilator umnittelbar nach erfolgtem Druckstoss ausgeschaltet werden. Der vor dem Absetzen wiederangelagerte Staubanteil nimmt wie aus Bild 6 zu erkennen ist, mit der Fihrationsgeschwindigkeit stark ZU. Dieser Anteil wurde von L&h et al. [I 1] bei einer sehr hohen Filtrationsgeschwindigkeit von 540 m h-r zu 99% bestimmt. Obwohl zu dieser Problematik noch wenige Messungen vorhegen, so wird doch deutlich, dass insbesondere bei hijheren Filtrationsgeschwindigkeiten die Wiederanlagerung bereits abgereinigten Staubes nich zu vemachist.

Bild 5. Restfliichenmasse in Abhiingigkeit von der Filtrrtionsgeschwindigkeit und dem Speicherdruck. Fig. 5. Residual dust quantity as a function of filtration velocity and reservoir pressure.

der Reststaubeinlagerung erreicht schltiuchen mit Druckluftabreinigung Filtrationsvolumenstrom kurzzeitig

wird.

Bei Filter-

verteilt sich der auf die anderen

nicht von der Abreinigung betroffenen Schl&che. Daher setzt nach dem Abklingen des Druckstosses am abgerein&ten Filterschlauch sofort die Filtrationsstromung wieder ein. Aus diesem Grunde wird in Abhangigkeit von der Filtrationsstromung ein erheblicher Anteil des abgel&ten Staubes sofort wieder anfrltriert. Dieser Staubanteir wurde in einer Versuchsreihe mit unterschiedlichen Fihrationsgeschwindigkeiten (konstanter Speicherdruck 5 bar) experimental1 bestimmt.

m

lem ISa 200 250 FILTRATXONStESCHYINOI~EIl

300

358 *em V / MM

Bild 6. Wiederanfiltrierte Staubmenge in Abhiingigkeit van der Filtrationsgeschwindigkeit. Fig. 6. Fraction of redeposited dust as a function of BItration velocity.

194 Zur Bewertung der Abreinigungswirkung wird ein Abreinigungsgrad R eingefiihrt, der aus den inkrementalen Flachenmassen berechnet werden kann.

R=

wEi

-

wRi

=I_

wEi

WRi

,

1000

-

0

___.

-1000

(7) . _

hi

Bei der Messreihe MO 66 (Filtrationsgeschwindigkeit 150 m h-r, Speicherdruck 5 bar) hat R einen Wert von 89%. Fur eine Vielzahl von Versuchen ist der Abreinigungsgrad R iiber dem Speicherdmck p in Bild 7 dargestellt. Der Abreinigungsgrad ist in dieser Abbildung bei hoheren Filtrationsgeschwindigkeiten geringer, steigt jedoch mit der Zunahme des Speicherdruckes an. Bei sehr intensiver Abreinigung kann R > 1 werden. Erfolgt iiberhaupt keine Abreinigung, so wird R = 0; wird w&end des Abreinigungsversuches erneut Staub angelagert, sind such Werte R < 0 moglich. Dieses Bild kennzeichnet den instabilen Zustand eines Filterschlauches nach nur wenigen Abreinigungsversuchen. Fur den Fall stabiler Filtrationsverhaltnisse hat der Abreinigungsgrad stets den Wert 1, d.h. bei jeder Filtrationsgeschwindigkeit wird ab einem bestimmten Speicherdruck, der durch das Mass der Staubeinlagerung im Filterschlauch bestimmt wird, der gesamte inkremental anfiltrierte Staubkuchen entfemt ( WRi= 0).

2000

I

______________.____._____

____--

_

-2000

-

-3088

I

M.PUNKT

w

1

J

2008

ac \

1000

a

0

=I 2 -1000 o -2600 -3000

2000 1B&i0 0 -1000 -2008

I

-3000

J

2000 1000

____

0 V’

-1000

/

M/l4 150 -

-2000

200

P - 5 BAR M. PUNKT 4

I

-3000

250

0

180

300

Bild 8. Druckausbreitung druck von 5 bar. Fig. 8. Propagation 5 bar).

300 HSEC

288

ZEIT

1

/

im Filterschlauch

of pressure

bei einem Speicher-

in a filter bag (reservoir

pressure

Bild 7. Abreinigungsgrad. Fig. 7. Cleaning efficiency.

Drucks toss

Die wirksame Abreinigungskraft wird durch den Differenzdruck am Filterschlauch bestimmt. Der Einsatz eines schnellen Prozessrechners ermoglichte eine simultane Aufzeichnung des zeitlichen Druckverlaufes an vier unterschiedlichen Schlauchhiihen (Bild 8). Die Drucksignale sind den in Bild 1 eingezeichneten Messstellen zuzuordnen. Es zeigt sich, dass sich insbesondere der Anfangswert der Druckwelle mit der Schlauchhijhe stark Indert. Ein Einfluss auf den quasistationaren Druckverlauf konnte hingegen nicht beobachtet werden. Der auf den Betrag des Ausgangsdruckes lprl bezogene quasistationare Druck pa - pr (vgl. Bild 3) im Filterschlauch ist in Bild 9 iiber dem Speicherdruck p aufgetragen. Unter den beschriebenen Betriebsbeding ungen kann der Innendruck des Filtersclilauches nur begrenzt mit dem Speicherdruck gesteigert werden.

M. STELLE fz x.4

-

0 .2

0

v

0

v

0

V

=

4

150 200

M/H M/H

250

m/H

=

300

m/H

1

1

_

0

I 0

1 2

4

1

Bild 9. Quasistationiirer druckes.

L

6

SPEICHERORUCK

Druck

1

I

/

BAR

8 P

10

in AbhLngigkeit

Fig. 9. Dependence of the reservoir pressure ary pressure inside a filter bag.

des Speicher-

on the quasistation-

195

Nit zunehmender Filtrationsgeschwindigkeit lagert sich mehr Staub im Filtermedium ein. Dadurch wird der Schlauch undurchlassiger und es bildet sich ein hoherer Innendruck aus. Im Verlauf der Versuchsreihen konnte beobachtet werden, dass eine Abreini~ng nur dann erfolgt, wenn der quasistationrXre Druck p3 die Nulllinie (Dr~~us~eich am Filterschlauch) deutlich uberschreitet. Daher wurde der Druckstoss (8) als Mass fur die Abreinigungsintensitat eingefiihrt. Das Integral stellt die FIPche des Drucksignales fiber der Nulllinie dar. Bei dem eingesetzten Abreinigungssystem lag die Abreini~ngs~en~ im Bereich urn PD = SO Pa s (Bild 10). Dieser Wert war mit einem Speicherdruck von 3 bar zu erreichen. Unabhsngig von der Filtrationsgeschwindigkeit liess sich die Reststaubeinlagerung mit hoheren PD-Werten nicht verringem. Fur die gleichen Messreihen ist in Bild 1 I der Einfhrss des Druckstosses auf den Restdruckverlust Apn dargestellt. Da der Systemd~c~erlust Apa mit zunehmender 1

N 1-l ;

I

2 880 \ 0. I 60B

z i

, .v a" 0" 0"

I

0 Is

5s

I

* -

r

I

150 200 250 300

M/H M/H _ M/H M/W

I

I

150 lee ORUCKSTOSS PO

Bild 10. Auswirkung des Druckstosses

2m /

I

eine erhohte Abreinigungsintensitit weiter vermindert werden. Da jedoch, wie in Bild 10 erkennbar, ab PD = 50 Pa s kein weiterer Staub entfernt wird, gibt es fiir die weitere Abnahme des Druckverlustes zwei mogliche Ursachen; (1) das GefZge der Staubeinlagerung wird aufgelockert oder (2) es bilden sich Kaniile in der Struktur aus. Dies ist ebenfalls eine Begriindung fur das Abflachen des quasistationiiren Druckes im Filterschlauch bei hohen Speicherdrticken (vgl. Bild 9). Die weitere Abnahme des Dmckverlustes wird bei wiedereinsetzender Filtrationsstrijmung sehr schnell r@ckg%ngiggemacht, da sich die aufgeweiteten Poren und Kanale sehr schnell erneut zusetzen. Aus diesem Grunde ist eine Absenkung des Druckverlustes kein hinreichendes Mass zur Beurteilung der Abre~i~ngsw~ks~keit. Aus diesen Ergebnissen folgt, dass es wir~c~ftlich nicht sinnvoll ist, stlrker abzureinigen, als es die Ablosung des Filterkuchens erfordert. Intensivere Abreinigung erhiiht die Betriebskosten (Druckluftverbrauch) und wirkt sich ausserdem noch nachteilig auf die P~t~elab~heidung aus. Diese optimale Abreinigungsintensitat hangt naturlich von den jeweiligen Bet~ebsbedin~ngen (Staubart, Gaszustand, Filter-medium, Abreinigungsmethode ua.) ab. Der in der vorliegenden Arbeit ermittelte Speicherdruck von ca. 3 bar bzw. ein Druckstoss von 50 Pa s darf deshalb nur im Zusammenhang mit den genannten Versuchsbedingungen gesehen werden. Eme Verallgemeinerung ist-zumindest nach dem derzeitigen Wissenstand-nicht mbglich. Hierftir sind noch umfangreiche weitere Parametervariationen in systematischen Untersuchungen notig. Tkenngrad w&rend der A breinigung

250

PA-SEC

auf die RestflLchenmasse.

Fig. 10. Effect of pressure impulse on residual dust quantity.

Der Abreinigungseinfluss auf die Partikelkonzentration im Reingas geht deutlich aus Bild 12 hervor. Es ist die r-nit einem Streulichtpartikelztier [21] gemessene Anzahlkonzentration iiber der Partikelgrosse aufgetragen. Die Kurve A wurde vor der Abreinigung bei einem Gesamtdruckverlust von 2500 Pa und einer Filtrationsgeschwindigkeit von 200 m h-’ innerhalb einer Messzeit von 30 s ermittelt. Kurve B wurde in derselben 100

f

I 2

a0

-

-

60

-

f

I

I

I

” ME74

Cv P-

Bild 11. Auswirkung des Druckstosses Fig. il.

5 _

200

C/M”3 M/n

5

BAR

auf den Restdruckverlust.

Effect of pressure impulse on residual pressure drop.

Filtrationsgeschwindigkeit an Bedeutung gewinnt, ist der Restd~ckverlust auf den wirksamen Ausgangsdruckverlust p1 = Pn -pa (vgl. Bild 3) bezogen. Bedingt durch den Abwurf des Fjlterkuchens sinkt der Restdruckverlust anfiinghch ebenfalls sehr schnell ab. Im Gegensatz zur Restflichenmasse kann der Restdruckverlust durch

I .s

1

2 5 10 PARTIKELGROESSE

Bild 12. Anz~lko~entration

20 X

I, /

50 I.‘H

vor und beim Abrcinigen.

Fig. 12. Particle concentration cleaning.

by number before and during

196

Messzeit unmittelbar w&rend der Abreinigung mit 5 bar aufgenommen. Kurve B zeigt einen starken Anstieg der Reingaspartikelkonzentration besonders im Bereich um 0,8 pm. Bei einem derartig starken Einfhrss des Abreini~ngsvorganges auf die Reingaspartikelzahl ist zu vermuten, dass hierauf such die Abreinigungsintensitiit einen wichtigen Einfluss ausiibt. Dieser Einfluss ist in Bild 13

I .5

1

te s 2 PARTIKELCROESSE

erkennbar, wo fur eine Filtrationsgeschwindigkeit von 150 m h-r die Anzahlkonzentration bei der Abreinigung (Messzeit 30 s) fur vier verschiedene Speicherdriicke zwischen, 1,5 und 7 bar dargestellt wurde. Die entsp~chende~ Trenngrade (Bild 14) zeigen mit zunehmendem Speicherdruck eine vermehrte Emission von kleinen wie such grosseren Partikeln. Es sind ebenfalls die den Kurven zugrunde liegenden Teilchenzahlen

I*, 28 X /

58 PM

-

PARTIYELGnoESsE

7.0

BAR

x / p

Biid 13. Anzahlkonzentration

bei untorschiedlichen

Fig. 13. Particle concentration

by number during cleaning for different values of the reservoir pressure.

wI”CLL

PARTIKELGROESSE

X /

Bild 14. Einfluss der AbreinigungsintensitBt

Abreinigungsdriicken.

p

auf den Trenngrad.

Fig. 14. Influence of the cleaning intensity on the grade efficiency.

197 N sawie die aus den Verteilungen ermittelten massenbezogenen Cesamtabscheidegrade Cpeingetragen. Vennutlich ist die Zeitspanne, innerhalb welcher die Reingasstaubkonzentration ansteigt, noch kiirzer aIs 30 s. Mit dem vorhandenen Messgerat war jedoch eine hiihere ZeitauflGsung nicht miiglich. Die Trennkurve fiir den Speicherdruck P = 5 bar geh&t zum Experiment MO 66. Fiir dieses Experiment wurden schon friiher die Druckverlustkurve (Bild 2), die Fl~che~assenpro~le (Bild 4) und das Drucksignal waltrend der Abreinigung (Bild 3) mitgeteilt. Obwohl bei einem Speicherd~ck von 1,s bar keine Abreini~ng erfolgte, lisst die Trennkurve einen deutlichen Partikeldurchtritt iiber nahezu den gesamten Te~cheng~~enbereich erkennen. Dieser Effekt muss alleine dem Zu~ckschlagen des F~te~chlauches auf den Sttitzkorb zugeschrieben werden, sobald die Filtrationsstromung wieder einsetzt (Bild 15). Dieses Ph~nomen versuchten Leith et al. [20] und Dennis et al. [8] mit gedarnpften Druckstossen zu kontrol~eren.

Biid 15. Iage des Filterschlauches reinigungsphase.

in der Filtrations-

und Ab-

Fig. 15. State of filter bag during cleaning and filtration. Durch Nachschalten eines Puffervolumens hinter dem Membranventil wird das heftige Zuriickschlagen des Filterschlauches auf den Stiitzkorb vermieden. Die Autoren konnten dabei deutlich verminderte Reingasstaubgehalte nachweisen. Schiussbemerkung Gesamtabscheidegrad und Druckverlust stellen keine hinreichenden Kriterien fiir die Beurteilung der Abscheideleistung von Filteranlagen im Feinstaubbereich und fur deren Diiensionierung dar. Sehr vie1 aussagekraftiger hinsichtlich der Abscheidung ist der sog. Trenngrad, der den Zusammenhang zwischen Abscheidegrad und Partikelgrosse angibt. Fiir die Aufkhirung und Beurteilung der Vorgiinge w&end der periodischen Abreinigung der FilterschHuche sind detailliertere Untersuchungen verschiedener Parameter mit hoher zeitlicher Auflosung notig. Der apparative und messtechnische Aufwand hierf%r wird durch die erzielbaren Erkenntnisse gerechtfertigt, die wichtige Hinweise iiber die Staubanlagerung, den Druckverlauf w%hrend der Abreinigung sowie den Ein-

fluss der Abreinigung auf das Abscheideverhalten eines Filters geben. Die hier vorgestellten Ergebnisse gelten vorllufig nur fur die untersuchten Systeme und Parameterbereiche. Deshalb miissen weitere Untersuchungen mit unterschiedlichen Materialien und bei veranderten Betr~ebsbe~~ngen angesc~ossen werden.

Danksagung Wir danken der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereini~ng e.V. (AIF) fiir die fmanzielle Untersttitzung dieser Arbeit.

Formelzeichen Staubkonzentration Restwiderstand Filte~ide~and (spez.) Speicherdruck Druckverlust Ausgangsdruck im Filterschlauch Quasistation~rer Druck im Filterschlauch Druckstoss Ve~e~ungsdichte Abreinigungsgrad (PulszahI/Zeiteinheit) Trenngrad Zeit Volumenstrom Filtrationsgeschwindigkeit Flbhenmasse Partikelgrosse Regressionskonstante Regressionskonstante Porositat dynamische Viskositiit Feststoffdichte Geometrische Standardabweichung Gesamtabscheidegrad

absolut Ende Filter inkremental Staubkuchen nach Abreinigung System

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