Siloaufsatzfilter Einen Schritt weiterdenken

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Filterelemente mit Nanofasern sind der Benchmark für Filtersysteme. Diese sind durch kleinere Filterflächen nicht nur wirtschaftlicher, sondern benötigen kleinere Gehäuse und weniger Druckluft beim Abreinigen. Nun geht die Entwicklung mit dem Silotop Polytube weiter.

Bis vor sechs Jahren galt die Regel: Je größer die Filterfläche, desto mehr Luft kann durch ein Filtersystem strömen. Der Siloaufsatzfilter Silotop Zero zeigte jedoch, dass mit einer kleineren Filterfläche identische Luftmengen verarbeitet werden konnten. Wam entwickelte dafür seine Zero-Filtermedien auf Basis der Nanofasertechnik. Heute stellen Filterelemente mit Nanofasern die Benchmark für Filtersysteme dar.

Im vergangenen Jahr präsentierte Wam ein neues Filtersystem, das mit einer vollkommen neuen Kon­struktion aufwartet. Der Silotop Polytube ergänzt die derzeitigen Siloaufsatzfilter. Vor allem hinsichtlich der Reinigung unterscheidet sich der Silotop Polytube von anderen Filtersystemen.

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Nur eine effektive Abreinigung garantiert dauerhaft die Funktionsfähigkeit

Bei der Auslegung einer Siloanlage mit Siloaufsatzfiltern ist eine der entscheidenden Fragen, wie das Filtersystem dimensioniert werden soll. Die Größe hängt maßgeblich von der Filtrationsgeschwindigkeit ab. Diese wird durch die Luftdurchlässigkeit des Filtermediums und das Luftvolumen bestimmt. Prinzipiell ist das Ziel eines Filters, möglichst viele Partikel aus der staubbeladenen Luft abzuscheiden. Der Abscheidegrad des Filtermediums bestimmt somit maßgeblich die Effizienz des eingesetzten Filters.

Die Werte eines Filterelements können aber im Laufe der Zeit variieren, so reduziert sich die Luftdurchlässigkeit, wenn das Medium aufgrund einer ausbleibenden oder ungenügenden Abreinigung gesättigt wird oder sich der Abscheidegrad aufgrund der Alterung des Materials verändert. Nur eine effektive Abreinigung garantiert dauerhaft die Funktionsfähigkeit des Filtersystems. Unter diesem Gesichtspunkt stellen kreisförmige Schlauchfilter die beste Lösung dar, da sich an ihnen nur sehr schwer Material ansammeln kann.

Geometrie der Falte entscheidet über Reinigungseffizienz

Im Laufe der Jahre führte dies zur Herstellung von gefalteten Filterelementen in Form von Patronen. Sie punkten mit einer vielfach größeren Filterfläche und niedrigeren Kosten aufgrund einer besseren Raumausnutzung. Die Patrone besteht aus einer dünnen Schicht Filtermaterial, die durch Faserhaftungsprozesse versteift wird. Dadurch werden sie verform- und faltbar und können an einem starren Träger fixiert werden.

Nachteil dieser Filterelementgeometrie ist die Reinigungseffizienz. Diese hängt mit der Geometrie der Falte zusammen: Je kleiner der Winkel der Falte, desto schlechter kann Staub aus den Innenräumen zwischen den Falten entfernt werden. Während also bei Taschen- und Schlauchfiltern die Nutzfilterfläche der nominalen Filterfläche entspricht, ist diese bei Patronenfiltern geringer. Der kleine Faltwinkel verhindert, dass alle Staubablagerungen abgereinigt werden können. Das Filterelement setzt sich mit der Zeit immer mehr zu.

Obendrein erzeugt die Abreinigung bei gefalteten Filterelementen einen gegenteiligen Effekt: Statt die abgefangenen Partikel nach außen zu tragen, neigen sie dazu, von innen die Falte zu verdichten.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein Winkel der Faltung von 10 Grad nicht unterschritten werden soll, da das Element dann nicht mehr ausreichend abgereinigt wird, und der Filter zunehmend verstopft.

Herkömmliche Filterelemente mit Polyestervliesen funktionieren nach dem Prinzip der Tiefenfiltration. Die Partikel werden im Inneren des Vlieses positioniert und zurückgehalten. Die volle Filterwirkung entfaltet sich erst, wenn das Filtermaterial mit Staub angereichert ist und sich ein Filterkuchen aufgebaut hat. Nachteil ist das Zusetzen des Mediums, wodurch im Zeit­ablauf immer weniger staubhaltige Luft verarbeitet werden kann bzw. häufiger abgereinigt werden muss.

Verbesserter Abscheidegrad senkt Emissionswerte

Bei den gefalteten Filterelementen von Wam wird auf dem Polyesterflies per Elektrospinnverfahren eine Nanofaser aufgebracht. Diese Filterelemente arbeiten nach dem Prinzip der Oberflächenfiltration, bei der sich die Partikel auf der Oberfläche des Filters (also dem Nanofasernetz) ablagern und nicht tief in das Filtermedium eindringen. Das gelingt, weil das Nanofasernetz wesentlich engmaschiger als das Polyestervlies ist. Durch den deutlich verbesserten Abscheidegrad der Nanofasern gegenüber dem bisher verwendeten Polyestervlies konnte Wam die Emissionswerte bei seinem Siloaufsatzfilter stark nach unten korrigieren.

In der Zementsiloentstaubung liegt der Reststaubgehalt bei kleiner als 1 mg/m³ statt wie bisher bei kleiner als 10 mg/m³. Da die Partikel bereits auf der Oberfläche und nicht erst im Inneren des Filtermediums zurückgehalten werden, lässt sich das Gewebe einfacher und mit weniger Energieverbrauch abreiniggen. Die geringere Belastung des Gewebes führt wiederum zu einer längeren Lebensdauer des Filterelements. Für den Betreiber bedeutet dies doppelte Kostenvorteile.

Filterelement mit röhrenförmiger Zellstruktur

Auf der Suche nach der nächsten Generation Filtermedien versuchte sich Wam an der Quadratur des Kreises: Die Vorteile einer großen Nutzfläche durch optimale Raumausnutzung sollen mit einer besseren Abreinigung kombiniert werden. Die Lösung ist ein „offenes Profil“. Statt gefaltete Elemente mit geschlossenem oder halboffenem Profil zu verwenden, wurde ein Filterelement mit einer röhrenförmigen Zellstruktur entwickelt. Diese „Röhrchen“, im Prinzip viele kleine Schlauchfilter, sind auf einer Seite offen, um den Eintritt der staubhaltigen Luft zu ermöglichen. Strömt die staubhaltige Luft in das Filterelement, werden die festen Partikel vom Filtermedium zurückgehalten und die saubere Luft entweicht aus parallelen Kanälen mit ähnlichem Querschnitt.

Die Struktur ermöglicht es dem Rohgas, in das Filterelement zu strömen, ohne auf Ecken oder Engpässe zu stoßen. Dadurch bilden sich keine Agglomerate, die das Durchströmen behindern und die effektive Filterfläche verringern. Die röhrenförmige Zellstruktur garantiert zudem eine hohe Steifigkeit, ohne dass zusätzliche Stützkörbe eingesetzt werden müssen.

Das externe Gehäuse sorgt für ausreichende Steifigkeit und grenzt das Filtermedium nach außen ab. Somit schützt es das Filtermedium auch vor Abrasion durch direkt auftreffende Staubpartikel. Die hohe Luftdurchlässigkeit des Mediums bewirkt eine geringe Druckdifferenz und trägt dadurch zu einer effizienteren Abreinigung der Filterfläche bei.

Verwendet werden können die Polytube- Filterelemente bei trockenen Pulvern in einem Temperaturbereich von -20 °C bis 80 °C (kurze Spitzen bis zu 100 °C sind möglich). Aktuell gibt es noch keine Elemente für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, für sehr klebrige und adhäsive Produkte bzw. für feuchte oder ölhaltige Medien sowie hohe Temperaturebereiche. Diese Polytube-Filterelemente ermöglichten die Entwicklung eines neuen Silotops, der im Verhältnis zu seiner aktiven Filterfläche eine geringere Baugröße aufweist. Dadurch wird der Energieverbrauch für den Betrieb und die Reinigung der Entstaubungsanlagen reduziert.

Verzicht auf Druckluftleitung spart Installationskosten

Ebenfalls interessant: Während viele Filtersysteme, die Filterelemente mit Druckluft abreinigen, ist der Silotop Polytube mit dem elektromechanischen Impuls-Reinigungssystem Meccanica ausgestattet. Durch den Verzicht auf eine Druckluftleitung spart der Betreiber Installations- sowie Bereitstellungskosten für die Druckluft. Im Vergleich mit einer druckluftbasierten Abreinigung erzeugt die mechanische zudem dreimal niedrigere Betriebsgeräusche und schont das Filtermedium.

Bei einem Betonwerk kann die Verwendung von Druckluft aus mehreren Gründen eine Herausforderung darstellen: Hohe Feuchtigkeit, niedrige Temperaturen und Kondenswasserbildung stellen die Funktionsfähigkeit einer Druckluftanlage auf eine harte Probe. Nicht zuletzt bedeuten die hohen Sicherheitsanforderungen an die Anlage ein zusätzliche Argument für eine elektromechanische Abreinigung.

Das am Energieverteilerrahmen angebrachte Abreinigungssystem sorgt für eine effiziente Reinigung des Silotop-Filters selbst während der pneumatischen Silobefüllung. Der Impuls wird durch einen kleinen Hammer ausgelöst, der mit einer Platte bzw. eines Diffusors gleichmäßig auf dem Kopf des Polytube-Elements verteilt wird. Der von den Filterelementen vom Rohgasstrom abgeschiedene Staub fällt zurück in das Silo. Durch den gleichzeitigen, automatischen Verschluss eines optionalen Isolators wird zudem der Fluss der aufsteigenden Luft unterbrochen und die Ablösung des Staubs aus dem Gewebe und dessen Absinken begünstigt. Für die Steuerung des Reinigungssystem setzt Wam die hauseigene elektronische Steuerung Filmec ein. Sie besitzt eine vollautomatische Funktionsüberwachung mit Arbeitsschritterfassung und erstellt Überwachungsdiagramme. Über den integrierten Druckdifferenzmesser lässt sich die Reinigungszyklen entsprechend dem Istzustand des Filters automatisch ändern und stoppen.

Ausblick: Wie bei den Zero-Filtermedien ist der Polytube der Wegbereiter für eine neue Serie an hocheffzienten Filtersystemen. Dennoch können Kunden weiterhin wählen, ob sie ein System mit mechanischer Abreinigung bevorzugen oder eine druckluftbasierte Lösung wie den Silotop Zero. Bauartbedingt können beide Systeme gegeneinander ausgetauscht werden. (müh)

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