Ein Plädoyer für Abwärtsstrom-Patronen-Entstaubungsanlagen

Von John Woolever, Produktmanager von Donaldson Torit

Die Entstaubung unter Verwendung plissierter Medienfilterelemente, die als Patronen bekannt sind, ist in den letzten Jahrzehnten zu einer allgegenwärtigen Lösung für industrielle Belüftungsanforderungen geworden. Patronen-Entstaubungsgeräte können basierend auf der Patronenausrichtung und dem Luftstromdesign des Gehäuses in zwei Kategorien eingeteilt werden:

1) Ein Abwärtsstrom-Entstaubungsanlagen-Design mit horizontal angeordneten Patronenfiltern und Positionierung des Rohgaslufteinlasses über allen Filtrationsmedien und

2) Querstom- oder Aufwärtsstrom-Entstaubungsanlagen-Design mit vertikal aufgehängten Patronenfiltern und Positionierung des Rohgaslufteinlasses unter oder neben den Filtrationsmedien.

Einige auf dem industriellen Belüftungsmarkt behaupten, dass eine Entstaubungsanlage mit vertikal aufgehängten Patronen besser sei. Sie nennen anekdotische Beispiele ohne unterstützende Daten. Glaubwürdige Fakten unterstützen jedoch die Vorteile eines Abwärtsstrom-Entstaubungsanlagen-Designs, einschließlich des Handbuchs zur industriellen Lüftung der American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH®):

In Abschnitt 8.3.2 des Handbuchs zur industriellen Lüftung heißt es, dass von der EPA gesponserte Forschungen gezeigt haben, dass eine überlegene Leistung aus der Abwärtsströmung des schmutzigen Luftstroms resultiert. Diese Abwärtsströmung verringert die erneute Ablagerung, da sie die Schwerkraft bei der Bewegung von Staubpartikeln in Richtung des Trichters unterstützt.

Bevor wir uns andere Faktoren zu diesem Thema ansehen, ist ein kurzer Überblick über die Herkunft der Patronenentstaubung von Vorteil.

In den 1970er Jahren wurden Patronen-Entstaubungsanlagen ursprünglich entwickelt, um Schlauchfilter-Entstaubungsanlagen zu replizieren, die vertikal aufgehängte Stofffiltertaschen enthielten, wobei schmutzige Luft unter den Filtern in die Entstaubungsanlage eintrat. (Siehe Bild A.) Das plissierte Medium eines Patronenfilterelements lieferte eine überlegene Filtrationseffizienz und reduzierte Emissionen gegenüber einem vergleichbaren Taschengewebe. Die Entstaubungsanlage im neuen Stil wies jedoch teilweise immer noch die gleichen Einschränkungen auf wie ihr Schlauchfilter-Vorgänger:

• Der aus den gereinigten Patronenfiltern austretende Staub musste immer noch gegen die eintretende Luft ankämpfen, bevor er sich im Trichter/Sammelbehälter absetzte. Dies führte zu einem Staubwiedereintrag auf der Oberfläche des Filtermediums mit einem höheren Betriebsdruckverlust und einer kürzeren Filterlebensdauer.
• Filterwechsel blieben zeitaufwendig, schmutzig und im Allgemeinen unangenehm, da die Wartung der Filter es immer noch erforderlich machte, dass der Bediener den Schmutzluftsammelraum über eine große Zugangstür öffnete.

Konstruktionsverbesserungen an dem vertikal aufgehängten Entstaubungsanlagen-Design wurden über die Jahre unter Einschluss von seitlichen Einlässen (die es dem Betreiber ermöglichten, neben den Filtrationsmedien anstatt darunter in die Entstaubungsanlage zu gelangen) realisiert. Dies führte zu einer gewissen Verringerung des Staubwiedereintrags. Die gereinigten Staubpartikel wurden jedoch immer noch durch die einströmende Luft beeinträchtigt, und der Patronenenwechsel setzte Bediener und die Umgebung der Entstaubungsanlage noch einer großen Öffnung zum Schmutzluftsammelraum aus. (Siehe Bild B.)

Schließlich wurde in den 1980er Jahren ein Durchbruch erzielt, indem die Ausrichtung der Filterpatrone von vertikal nach horizontal gedreht wurde und der Eingang für schmutzige Luft über allen Filtrationsmedien positioniert wurde. Diese Änderung führte zu einem Muster der einströmenden Luft, das an der gewünschten Endposition des von den gereinigten Filterpatronen abgegebenen Staubs ausgerichtet war. Da die Schwerkraft entladene Staubteilchen natürlicherweise in Richtung des Sammelbehälters leitet, der sich am Boden der Entstaubungsanlage befindet, könnte das Muster der einströmenden Luft einer Abwärtsstrom-Entstaubungsanlage nun die Bewegung der Partikel in den Sammelbehälter am Boden der Einheit unterstützen, anstatt gegen sie anzukämpfen. (Siehe Bild C.)

Dieses verbesserte Design des Luftstrommanagements reduzierte den Staubwiedereintrag, was durch die Verwendung von Filterpatronen, die Oberflächenfiltrations-Nanofaser-Filtrationsmedien enthielten, weiter verbessert werden konnte. Eine Verringerung des Staubwiedereintrags kann den Betriebsdruckverlust mindern, die Filterlebensdauer verlängern und den Druckluftverbrauch für die Impulsreinigung von Filterelementen reduzieren. All dies begünstigt die Betriebskosten der Entstaubungsanlage und verbessert die Gesamtbetriebskosten für die Anlage.

Mit neuen Ansätzen für die Positionierung des Rohgaseintritts zur verlustarmen Vorabscheidung sind noch mehr Vorteile möglich. Jüngste Konstruktionsfortschritte zeigen, dass die Luftströmungskapazität erhöht wird, wenn der Rohgaseinlass in einer Abwärtsströmungsausrichtung weg von dem Filtermedium positioniert ist. Diese Austrittszone ermöglicht es, dass schwere Partikel aus dem Luftstrom fallen, ohne die Filtermedien zu berühren, sowie eine gleichmäßige Verteilung des Luftstroms, wodurch Hochgeschwindigkeits-„Hotspots“ beseitigt werden, die Filtermedien vorzeitig abnutzen können. (Siehe Bild D.)

Einige Hersteller von Entstaubungsanlagen weisen auf anekdotische Bilder von horizontalen Filtern hin, bei denen sich Staub über den oberen Oberflächen von Filterelementen ansammelt und diese überbrückt. In der Realität verfügen ordnungsgemäß ausgelegte, betriebene und gewartete Abwärtsstrom-Entstaubungsanlagen über Rückimpuls-Reinigungssysteme, die diesen Staubanfall auf den Filtrationsmedienoberflächen begrenzen. Ein sachkundiger Patronen-Entstaubungsanlagen-Lieferant sollte in der Lage sein, umfassende Impulssignaturdaten bereitzustellen, die die an die Filtermedien abgegebene Reinigungsenergie quantifizieren.

Vor kurzem wurde ein bedeutender Durchbruch in der Impulsreinigungstechnologie auf dem Markt eingeführt und ist derzeit nur in einer Abwärtsstrom-Patronenkonfiguration erhältlich. Mit einem Design, das die Druckluftexpansion des Impulsreinigungssystems und die Minimierung der Energielieferverluste steuert, liefert das neue Reinigungssystem nachweislich eine um 27 % höhere Impulsreinigungsenergie. Eine erhöhte Reinigungsenergie kann die Filtrationskapazität erhöhen und den Energieverbrauch der Druckluft senken.

Wenn ein überlegenes Luftstrommanagement-Design, eine effektive Impulsreinigungsleistung und Oberflächen-Filtrations-Nanofaser-Filtermedien in einem einzigen Gehäuse vereint werden, kann eine Abwärtsstrom-Entstaubungsanlage beeindruckende Vorteile hinsichtlich der Luftfilterkapazität aufweisen. Eine Möglichkeit, die Luftstromkapazität einer Entstaubungsanlage zu bewerten, besteht im Vergleich der volumetrischen Luftstromraten mit dem Filtermedienbereich. Dieses Luft-zu-Medien-Verhältnis (Air-to-Media Ratio, AMR) bzw. die Filtrationsgeschwindigkeit wird normalerweise verwendet, um Geräte für bestimmte Anwendungen zu dimensionieren.

Neben der Leistung und Kapazität der Entstaubungsanlage sind Skalierbarkeit und Konfigurierbarkeit zwei weitere Vorteile von Abwärtsstrom-Entstaubungsanlagen gegenüber vertikal aufgehängten Anlagen. Die horizontale Filterausrichtung einer Abwärtsstrom-Entstaubungsanlage ermöglicht das Positionieren von Patronen in einer Matrix, die sowohl in der Höhe als auch in der Breite erhöht werden kann, um eine größere Flexibilität und eine geringere Gesamtfläche in der Werkstatt zu erzielen. Vertikal angeordnete Filteranlagen haben nur eine Filterschicht, sodass eine Vergrößerung des Filtrationsmedienbereichs eine Erhöhung der Breite und Tiefe erfordert, da die Höhe fixiert ist. Dies führt häufig zu einer größeren Gesamtfläche für eine erhöhte Luftbehandlungskapazität.

Explosionsdruckentlastung ist ein weiterer Bereich, in dem sich Abwärtsstrom-Entstaubungsanlagen von Entstaubungsanlagen mit vertikalen Elementen unterscheiden. Explosionsdruckentlastung kann auf dem Dach oder an der Seite einer Abwärtsstrom-Entstaubungsanlage angeordnet werden, ohne dass sich der Platzbedarf des Geräts ändert. Da sich Explosionsentlüftungen an der Seite von vertikal angeordneten Filteranlagen befinden müssen, benötigen sie typischerweise eine ausgedehnte Standfläche, um die Entlüftungsöffnungen nach oben zu richten. Viele Einrichtungen bevorzugen aufwärts gerichtete oder auf dem Dach montierte Explosionsenlastungen, da die Deflagrationsflammenfront und die während eines Deflagrationsereignisses entladenen Materialien beide nach oben gerichtet sind, wo die Exposition gegenüber belegten Gebieten verringert ist.

Schließlich vereinfacht der Filterwechsel in einer Abwärtsstrom-Entstaubungsanlage den Elementaustausch und hilft dabei, die Exposition des Bedieners gegenüber gesammelten Kontaminaten im Vergleich zu dem älteren, vertikal hängenden Anlagendesigns zu minimieren. Die Abwärtsstrom-Entstaubungsanlage hat normalerweise Abdeckungen, die Zugriff auf nur wenige Patronen gleichzeitig bieten. Dies kann ein großer Vorteil sein, wenn sich die Anlage an potenziell windigen Standorten im Freien befindet. Die altmodischen, vertikal aufgehängten Entstaubungsanlagen erfordern typischerweise größere Zugangstüren, die den Bediener und die Umgebung dem gesamten Schmutzluftsammelraum aussetzen. Die horizontale Patronenentnahme der Abwärtsstrom-Entstaubungsanlage ist auch einfacher und sauberer, da der Bediener nur mit dem Arm in die Anlage greifen muss, um die Patronenfilter zu erreichen. Senkrecht angeordnete Entstaubungsanlagen erfordern entweder spezielle Werkzeuge, um in den kavernösen Schmutzluftsammelraum zu gelangen, oder das tatsächliche physische Betreten (Begehung potenziell beengter Räume) durch den Betreiber, um Patronenfilter tiefer in der Gehäusekonstruktion zu erreichen. Während fast alle Entstaubungsanlagenkonstruktionen industrielle Plattformen für den Filterzugang aufnehmen, können die Abwärtsstrom-Entstaubungsanlagen auch über eine Trittleiter erreicht werden, um die Auswirkungen auf den Werkstattbereich zu reduzieren.

Wegen der größeren Tür und des schwierigeren Zugangs zu Patronenfiltern sowie den typischerweise größeren/schwereren Filtern erfordert der Filteraustausch bei vertikal angeordneten Entstaubungsanlagen typischerweise eine Plattform, einen Personenaufzug oder eine andere Art aufwendiges Zugangssystem.

Mehr als 40 Jahre nach ihrem Beginn sind Patronenentstaubungsanlagen weiterhin eine überzeugende und wirtschaftliche Lösung für Anlagenbetreiber in vielen verschiedenen Branchen. Abwärtsstrom-Entstaubungsanlagen bieten weniger Staubwiedereintrag, minimierten Platzbedarf, größere Konfigurationsflexibilität und überlegene Filterwechselerlebnisse. Mit diesen Benutzervorteilen ist der Fall für die Abwärtsstrom-Entstaubung klar.