Professionelles Wissen über regenerative Filter: Enzyklopädie des Staubes

Regenerierbare Filter

Als Abscheidesysteme stehen grundsätzlich Schwerkraftabscheider, Zentrifugalabscheider, Nassabscheider, Elektroabscheider und Filtrationsabscheider zur Auswahl. Bei Filtrationsabscheidern unterscheidet man zwischen Speicherfiltern und regenerierbaren Filtern, wobei letztere aufgrund ihrer Vorteile in der Kategorie der Filtrationsabscheider eine dominierende Rolle spielen. Das Große Intensivfilterlexikon zur Entstaubung bietet ausführliche Informationen zu regenerierbaren Filtern.

Eigenschaften des regenerativen Filters

Sogenannte regenerierbare Filter werden zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus Gasen eingesetzt, wenn hohe Konzentrationen staubhaltiger Abluft (bis 200 g/m³) zu reinigen sind. Die Reinigungswirkung beruht auf der sogenannten Oberflächenfiltration. Die Partikel werden überwiegend an der Oberfläche des Filtermediums auf der sich bildenden Partikelschicht (Staubkuchen) abgeschieden. Nach Erreichen eines vorgegebenen Druckabfalls oder in festgelegten Zeitabständen werden die Filtermedien gereinigt, so dass der Filtrationsvorgang periodisch wiederholt werden kann. Der abgeschiedene Staub kann zurückgewonnen werden.

Die Bauarten regenerierbarer Filter unterscheiden sich in der geometrischen Anordnung des Filtermediums, der Gasführung und der Art der Abreinigung.

Eine weitere Unterteilung filternder Abscheider erfolgt nach Art und Verpackung des Filtermaterials. Bezüglich der Art des Filtermediums unterscheidet man zwischen Beutelfilter, Schlauchfilter, Patronenfilter, Lamellenfilter und Kassettenfilter.

Die Geometrie von Beutelfiltern, Schlauchfiltern, Patronenfiltern, Lamellenfiltern und Kassettenfiltern

Bei Schlauchfiltern ist das Filterelement meist ein zylindrischer Schlauch. Die Filterschläuche werden in unterschiedlichen Durchmessern und Längen gefertigt. Schlauchfilter werden zur Filtration von Abluft bei niedrigen und mittleren Temperaturen bis ca. 250 °C eingesetzt, das Schlauchgewebe hält den Staub beim Durchströmen zurück. Die Filterschläuche werden regelmäßig – meist durch Druckluftimpulse – gereinigt. Die Reinigungswirkung des Druckluftimpulses wird durch das schlagartige Aufblasen des Filterschlauches zusätzlich verstärkt. Schlauchfilter eignen sich daher besonders für klebrige oder stark anhaftende Stäube.
Taschenfilter werden zur Entstaubung kleiner Gasmengen eingesetzt. Das Filtermedium wird dabei über einen flachen, plattenförmigen Rahmen gespannt, der an einer Seite zum Reingasaustritt offen ist. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen. Die Filtertaschen werden regelmäßig – meist durch Druckluftimpulse – abgereinigt. Die Reinigungswirkung des Druckluftimpulses wird durch das schlagartige Aufblasen der Filtertasche zusätzlich verstärkt. Dieser Effekt ist beim Schlauchfilter nur minimal geringer als beim Schlauchfilter. Taschenfilter eignen sich daher auch besonders gut für klebrige oder stark anhaftende Stäube.
Patronenfilter sind eine immer beliebtere Alternative zu Beutelfiltern. Das Filtermedium ist sternförmig gefaltet und auf einem zylindrischen Stützkorb platziert. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen, die Abreinigung erfolgt durch einen Druckstoß oder eine Niederdruckspülung. Patronenfilter werden nur bei leicht abreinigbaren Stäuben eingesetzt, da sich sonst die Falten mit Staub verstopfen.
Lamellenfilter sind eine Alternative zu Beutelfiltern. Dabei werden zwei gefaltete Filtermedien aufeinander gelegt und an ihren Berührungsstellen verklebt oder verschweißt. Die Durchströmung erfolgt von außen nach innen, die Abreinigung erfolgt durch einen Druckstoß oder eine Niederdruckspülung. Lamellenfilter werden nur bei leicht abreinigbaren Stäuben eingesetzt, da sich die Falten sonst mit Staub verstopfen.
Bei Kassettenfiltern („HEPA-Filter“) tritt das staubhaltige Gas meist im unteren Teil in die Rohgaskammer des Filtergehäuses ein – hier findet die Vorabscheidung statt – und durchströmt zunächst die erste Filterstufe. Der mitgeführte Feinstaub wird außen an den Falten der Filterkassette abgeschieden. Die Reinigung der Filterkassette erfolgt pneumatisch. Dabei bewegt sich ein Düsenrohr langsam über die gesamte Breite und Länge der Filterkassette hin und her. Die Druckluft bläst die Filterpatrone nach unten und befreit die Filterelemente vom Staub. Das gereinigte Gas der ersten Filterstufe kann optional noch eine zweite, ungereinigte Filterstufe durchströmen. (Sicherheitsfilter, Polizeifilter)

Wie funktionieren Filterabscheider?

Das partikelhaltige Gas durchströmt die Filterelemente in der Regel von außen: Durch den Luftstrom lagert sich das Filtrat an der Außenseite der Filtermedien ab. Es bildet sich eine Staubschicht – der sogenannte Filterkuchen. Die Filtermedien müssen regelmäßig gereinigt werden.

Zur Reinigung wird der Staubkuchen durch kurze Druckluftimpulse oder mechanische Schüttelbewegungen, Rückspülen mit Luft oder kurzen Druckluftimpulsen wieder gelöst.

Die Staubschicht fällt nach unten, beispielsweise in einen Auffangtrichter, der regelmäßig entleert wird. (zB über eine Zellradschleuse)

Betriebsleistung Filterung Abscheider

Das Betriebsverhalten hängt von einer Vielzahl von Einflussfaktoren ab: Aufbau der Filteranlage, Art und Ausführung des Filtermediums, Betriebsweise der Anlage, Eigenschaften der Partikel und Eigenschaften des Trägergases

Reinigungsmechanismen Staubabscheider

Bei der mechanischen Abscheidung von Staubpartikeln und Gas am Filterelement entsteht durch die wachsende Staubschicht auf der Oberfläche des Filterelements ein Differenzdruck (Filterwiderstand). Um ein Überschreiten eines bestimmten Differenzdrucks (üblicherweise < 1.500 Pa) zu vermeiden, müssen die Filterelemente periodisch gereinigt werden.

Neben der Form und Anordnung des Filtermediums ist die Art der Abreinigung das zentrale Konstruktionsmerkmal eines Filters. Als Abreinigungsmechanismen gelten die mechanische Bewegung des Filtermediums, die Umkehrung der Gasströmung, die Impulsübertragung auf den Filterkuchen sowie Kombinationen dieser Mechanismen.

Regenerativer Filter mit mechanischer Abreinigung

Die Reinigung erfolgt mit Hilfe einer motorbetriebenen Vibrationsvorrichtung. Bei der automatischen Reinigung wird bei Erreichen des maximalen Filterwiderstandes oder nach einer festgelegten Zeitspanne ein Motor läuft an und versetzt das Filterelement in Schwingung. Der Filterkuchen löst sich vom Filtergewebe und fällt nach unten in einen Auffangbehälter, der regelmäßig geleert bzw. entfernt wird. Eine Abreinigung ist nur bei ausgeschaltetem Filtrationsbetrieb möglich (Offline-Abreinigung).

Bei der Reinigung durch Rütteln werden die Filtermedien stark mechanisch beansprucht. Da Rüttelfilter nur diskontinuierlich betrieben werden dürfen und somit nicht für den Dauereinsatz ausgelegt sind, können die Filtermedien – je nach Betriebsweise – Standzeiten von bis zu 5, selten sogar bis zu 7 Jahren aufweisen.

Regenerativer Filter mit Rückspülreinigung

Die Rückspülreinigung wird bei mechanisch empfindlichen Filtermedien (z. B. Filterkassetten) eingesetzt, die durch Rütteln oder Jet-Pulse-Reinigung beschädigt würden. Die Abreinigung erfolgt durch eine teilweise gerichtete Strömungsumkehr, wodurch das Filtermedium von der Reingasseite her allmählich abgeblasen, der Staubkuchen abgelöst und nach unten transportiert wird. Auch hier kann die Abreinigung nur offline erfolgen.

Das Filtersystem ist meist mehrkammerig aufgebaut und wird Kammer für Kammer abgereinigt (Offline-Abreinigung). Aufgrund der geringen mechanischen Beanspruchung können die Filtermedien eine Standzeit von mehreren Jahren aufweisen.

Die am häufigsten eingesetzte und modernste Abreinigungsform für Filtrationsabscheider ist das Druckstoßverfahren (Jet-Pulse-Abreinigung). Mittlerweile ist diese Abreinigungsart weitgehend Standard. Bei Jet-Pulse-Systemen erfolgt die Abreinigung durch einen intensiven Druckluftstoß, der die Strömungsrichtung schlagartig umkehrt, wodurch die Filterelemente kurzzeitig aufquellen und der Filterkuchen durch Impulsübertragung abgelöst wird.

Die Filtermedien (z. B. Schläuche oder Beutel) werden während der Filtrationsphase von außen nach innen durchströmt; ein Stützrahmen verleiht dem Element die nötige Stabilität. Die Abreinigung erfolgt je nach Staubbelastung durch Druckstöße alle 1 bis 10 Minuten; im Normalfall geregelt durch Messung des Filterdifferenzdrucks.