DGUV Information 209-073 - Arbeitsplatzlüftung Entscheidungshilfen für die betri...

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Anhang 3, Weitergehende Informationen zu Partikelabscheidern
Anhang 3
Arbeitsplatzlüftung Entscheidungshilfen für die betriebliche Praxis (bisher: BGI 5121)

Anhangteil

Titel: Arbeitsplatzlüftung Entscheidungshilfen für die betriebliche Praxis (bisher: BGI 5121)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 209-073
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Anhang 3 – Weitergehende Informationen zu Partikelabscheidern

Filternde Abscheider

Filternde Abscheider haben die größte Verbreitung und nehmen an Bedeutung weiter zu, weil mit modernen Filtermedien und Abreinigungssystemen durchweg Abscheidegrade über 99 % bzw. von der Staubbeladung nahezu unabhängige Reststaubgehalte weit unter 1 mg/m3 erreicht werden können. Nach der Aufgabenstellung unterscheidet man:

  • Nicht abreinigbare Filter zum Abscheiden geringer Partikelkonzentrationen aus Umgebungsluft (unter 5 mg/m3) oder Prozessgasen (unter etwa 20 mg/m3), die als Speicherfilter ohne Abreinigung nach Erreichen des vorgegebenen Druckverlustes ausgetauscht werden müssen. Sie sind zur Abscheidung von Partikeln und Tröpfchen geeignet.

  • Abreinigbare Filter zum Abscheiden höherer Partikelkonzentrationen aus industrieller Abluft oder zur Produktabscheidung, die mit einem Abreinigungssystem für weitgehend konstanten Druckverlust ausgestattet sind. Sie werden im Wesentlichen zur Abscheidung trockener Partikel eingesetzt. Bei flüssigen und klebrigen Partikeln ist die geringere Abreinigbarkeit des Filtermediums zu beachten.

Das Filtermedium ist das Kernstück des filternden Abscheiders. Bei der Auswahl der geeigneten Faser ist häufig ein Kompromiss zu schließen, da es keine Faser gibt, die nicht irgendwelche chemischen, physikalischen oder kommerziellen Nachteile aufweist. Den größten Anteil an heute eingesetzten Filtermedien hat die Polyester-Faser (PES), die sich im Bereich trockener Rohgase bis ca. 150 C bewährt hat. Die Fasern werden überwiegend zu dreidimensionalen Nadelfilzen oder Faservliesen verarbeitet, die den Staub sowohl auf der Oberfläche, als auch in der Tiefe des Mediums speichern können. Als Weiterentwicklung für eine bessere Abreinigbarkeit werden diese häufig mit einer Beschichtung der rohgasseitigen Oberfläche, z.B. durch eine Teflon-Membrane, versehen.

Diese textilen Medien werden zu Filterschläuchen und Filtertaschen konfektioniert. Dabei wird das flexible Filtermedium auf Stützkörbe oder -rahmen aufgezogen in den Abscheider eingebaut. Zunehmend werden auch starre, selbsttragende Filterelemente eingesetzt, die als sternförmige Filterpatronen, rautenförmige Kompaktfilterelemente oder lamellenförmige Sinterlamellenfilter eine möglichst große Filterfläche auf kleinstem Raum ermöglichen sollen.

Das mit Abstand verbreitetste Verfahren ist die so genannte Druckluftimpulsabreinigung, bei der die Filterelemente zeitabhängig oder differenzdruckgeregelt durch ventilgesteuerte Luftimpulse von 2 bis 7 bar Druck in der dem Luftstrom entgegengesetzten Richtung abgereinigt werden. In Verbindung mit einem geeigneten Filtermedium können damit auch zum Anbacken neigende Partikel abgereinigt werden. Große Filteranlagen werden alternativ dazu auch mit einer materialschonenderen Mitteldruck-Spülluftabreinigung mittels verfahrendem Spülventilator ausgestattet.

Bei den Abreinigungsverfahren hat die rein mechanische Abreinigung durch Klopfwerke, Rüttelmotore oder Vibratoren wegen ihrer Nachteile (hoher Verschleiß des Filtermediums, Abreinigung nur in den Betriebspausen möglich) nur geringe Bedeutung und ist allenfalls in kleinen dezentralen Entstaubungsgeräten für diskontinuierlichen Betrieb und trockene, frei fließende Stäube anzutreffen.

Die entscheidende Projektierungsgröße bei der Auslegung ist die häufig auch als Filterflächenbelastung bezeichnete Filtrationsgeschwindigkeit, mit der der zu reinigende Luftstrom durch das Filtermedium strömt. Sie ist dann nicht zu hoch gewählt (ausreichend dimensioniert), wenn sich im Betrieb ein weitgehend konstanter Druckverlust und damit Luftvolumenstrom einstellt. Sie ist ferner ausschlaggebend für Abscheidegrad, Standzeit, Baugröße sowie Investitions- und Betriebskosten filternder Abscheider.

Die geeignete Filtrationsgeschwindigkeit kann zwischen etwa 0,5 m/min, z.B. bei der Hochtemperatur-Rauchgasreinigung, und bis zu 5 m/min, z.B. bei Papier- oder Getreidestaub, schwanken. Dabei wird im Allgemeinen mit einem Druckverlust zwischen 500 und 2000 Pa zu rechnen sein. Die Standzeit moderner Filtermedien beträgt bei richtiger Auslegung durchweg mehrere Jahre.

Tabelle 1 gibt einen Überblick über die wichtigsten Bauarten und typischen Kenngrößen Filternder Abscheider sowie über deren Einsatzgebiete und Einsatzgrenzen.

Tabelle 1: Bauarten und typische Kenndaten filternder Abscheider

Massenkraftabscheider

Massenkraftabscheider, wie Zyklone, Prallabscheider und Absetzkammern, beruhen auf der Abscheidung durch reine Massenkräfte, wie Gravitation und Zentrifugalkräfte (siehe Tabelle 2).

Ihr Vorteil liegt im einfachen Aufbau, geringem Platzbedarf, den niedrigen Investitionskosten und dem wartungsfreien und kostengünstigen Betrieb bei gleichzeitig geringen Druckverlusten (typisch unter 800 Pa, Hochleistungszyklon bis 1500 Pa).

Aus dem Abscheideprinzip ergibt sich aber die ausgeprägte Abhängigkeit des Abscheidegrades von der Masse der abzuscheidenden Partikel. Sie finden deshalb in der Regel nur für grobe Partikel, z.B. Holzspäne, Papierschnitzel, bei sehr geringen Anforderungen an den Abscheidegrad oder als Vorabscheider für nachgeschaltete Hochleistungsabscheider Verwendung.

Elektrische Abscheider

In elektrischen Abscheidern werden abzuscheidende Staubpartikel oder Nebeltröpfchen aufgeladen, quer zur Gasströmung von einer entgegengesetzt gepolten Niederschlagselektrode (Kollektor) angezogen und dort abgeschieden. Die Aufladung erfolgt dabei durch Sprühentladung (Corona-Effekt) von drahtförmigen Elektroden (Ionisator), die unter 10 bis 80 kV Gleichspannung stehen.

Eine gleich bleibend wirksame Abscheidung ist nur bei regelmäßiger Reinigung der Kollektorflächen und Elektroden gewährleistet, da Ablagerungen durch Schwächung des elektrostatischen Feldes den Abscheidegrad kontinuierlich verschlechtern. Nach der Art der zu reinigenden Gase können Nasselektrofilter mit Abreinigung durch einen herabrieselnden Wasserfilm oder Trockenelektrofilter mit periodischer Abreinigung mittels Rütteleinrichtung unterschieden werden (siehe Tabelle 2).

Unter günstigen Bedingungen können Abscheidegrade von maximal 90 bis 98 % erreicht werden. Vorteilhaft sind der nahezu vernachlässigbar geringe Druckverlust (typisch unter 400 Pa einschließlich erforderlichem Grob-Vorfilter) und die grundsätzliche Eignung für nasse und trockene Rohgase.

Elektrofilter für große Volumenströme sind besonders verbreitet in der Heißgasentstaubung und der Rauchgasreinigung für Verbrennungsanlagen, jedoch mit abnehmender Tendenz zugunsten Filternder Abscheider. Kleine bis mittlere Anlagen sind in der Metall verarbeitenden Industrie zur Schweißrauch- und Ölnebelabscheidung verbreitet. Diese haben aus Kostengründen meist keine Abreinigungseinrichtung, erfordern deshalb kurze Wartungszyklen und wegen der schwankenden Abscheideleistung bei Reinluftrückführung im Regelfall einen Nachfilter. Insbesondere bei der Abscheidung von Kühlschmierstoffen ist zu beachten, dass lediglich der Aerosolanteil, jedoch keineswegs der Dampfanteil abgeschieden werden kann.

Ungeeignet sind Elektrofilter bei hohen Partikelkonzentrationen, sehr hohem spezifischen Widerstand des Staubes sowie beim Vorkommen von brennbaren Stäuben und Gasen.

Nassabscheider

In Nassabscheidern werden Staubpartikel durch eine Flüssigkeit - in der Regel Wasser - aufgenommen, die in der Abscheidezone als Tröpfchenschleier oder als Film vorliegt. Für eine gute Abscheidung ist ein hoher Auftreffgrad anzustreben, so dass in der Regel ein hoher Abscheidegrad bei einer gegebenen Staubart nur bei hohem Druckverlust erreichbar ist (siehe Tabelle 2).

Niederdruck-Nassentstauber (z.B. Wirbelwäscher) arbeiten mit Druckverlusten bis etwa 3000 Pa, können jedoch nur geringe Anforderungen an den Abscheidegrad, z.B. zwischen 60 und maximal 90 %, erfüllen.

Dagegen lassen sich mit Hochdruck-Nassentstaubern auch Abscheidegrade über 90 % erzielen, die aber mit Druckverlusten bis zu 20.000 Pa, z.B. Venturi-Nassabscheider, erkauft werden müssen.

Als typische Nachteile von Nassabscheidern gelten neben den hohen Energiekosten der Wasserverbrauch, die Kosten für Aufbereitung der verbrauchten Waschflüssigkeit bzw. Schlammentsorgung und der Verschleiß schlammberührter Bauteile. Vorteilhaft sind die Unempfindlichkeit gegenüber nassen Rohgasen und Stäuben, der sehr gute Brand- und Explosionsschutz und die grundsätzliche Möglichkeit, die Staubabscheidung mit einer gleichzeitigen Schadgasabsorption zu verbinden.

Nassabscheider werden eingesetzt

  • für gesättigte oder nasse Rohgase, z.B. Nassaufbereitung, Dampfstrahlmühlen,

  • bei gleichzeitiger Staub- und Gasabscheidung, z.B. Flugasche und SO2 in Rauchgasen,

  • bei Farbnebel-, Sprühnebel-, Öl- und Emulsionsnebelabscheidung,

  • bei explosiven Stäuben, z.B. Aluminiumschleifstaub, die bei Trockenabscheidung aufwändige Explosionsschutzmaßnahmen erfordern würden.

Tabelle 2: Bauarten und typische Kenndaten von Massenkraftabscheidern, elektrischen und nassarbeitenden Abscheidern