BG BAU Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft

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Anhang 2

Abscheider für Partikel und Gase

Abscheider werden als Bestandteil von lufttechnischen Anlagen eingesetzt, um Luftverunreinigungen aus Abluft, Umluft oder Zuluft zu entfernen. Man unterscheidet Einrichtungen zum Abscheiden von

  • festen oder flüssigen Luftverunreinigungen (Partikelabscheider)
  • gas- oder dampfförmigen Luftverunreinigungen (Gasabscheider).

In Sonderfällen werden auch Verfahren zur gleichzeitigen Abscheidung von Gasen und Partikeln eingesetzt, z.B. Trockensorption in filternden Abscheidern oder Absorption in Nassentstaubern.

1.

Partikelabscheider

Partikelabscheider sind für die Abscheidung fester oder flüssiger Partikel (z.B. Stäube, Fasern, Rauche, Nebel, Pollen, Keime, Sporen) aus Luft- und Gasströmen geeignet. Nach der Wirkungsweise unterscheidet man:

  • Massenkraftabscheider,
  • filternde Abscheider,
  • elektrische Abscheider und
  • Nassabscheider.
1.1 Massenkraftabscheider, wie Zyklone, Prallabscheider und Absetzkammern, beruhen auf der Abscheidung durch reine Massenkräfte wie Gravitation und Zentrifugalkräfte. Der Abscheidegrad kann 50 bis 90 % betragen und wird vor allem beeinflusst durch die Partikelmasse und die Luftgeschwindigkeit im Abscheider. Massenkraftabscheider sind einfach aufgebaut, kostengünstig und unempfindlich gegen Druck und Temperatur (bis ca. 1000 °C). Auf Grund der geringen Abscheideleistung gegenüber Feinstäuben werden sie ausschließlich für grobe Partikel, bei geringen Anforderungen an den Reststaubgehalt oder als Vorabscheider für nachgeschaltete Hochleistungsabscheider eingesetzt.
1.2 Filternde Abscheider scheiden Partikel an der Oberfläche eines Filtermediums, z.B. Papier, Gewebe, Vlies, Nadelfilz, Membranen, ab. Im Betrieb bildet sich ein die Filterwirkung unterstützender Filterkuchen mit ansteigendem Druckverlust, so dass das Filtermedium bei Erreichen des Enddruckverlustes entweder gewechselt (Speicherfilter) oder mittels Druckluftimpuls, Spülluft oder Vibration (Abreinigungsfilter) abgereinigt werden muss. Je nach Filtermedium können Abscheidegrade bis nahe 100 % bzw. Reststaubgehalte bis weit unter 1 mg/m3 erreicht werden. Durch die große Auswahl von Bauformen, Abreinigungssystemen und Filtermedien wird ein sehr breites Anwendungsspektrum abgedeckt. Temperaturen bis 260 °C (mit Kunstfaserfiltern) bzw. bis ca. 800 °C (mit Metall- oder Keramikelementen), feuchte Rohgase, zum Anbacken neigende Stäube oder chemischer Angriff können mit geeigneten Filtermedien bewältigt werden. Ein Nachteil filternder Abscheider wird in den teilweise hohen Investitions- und Betriebskosten gesehen.
1.3 Elektrische Abscheider nutzen die Kraftwirkung eines elektrischen Feldes auf geladene Partikel aus, die sich an einer Kollektorelektrode absetzen und dort durch Waschen (Nasselektrofilter) oder durch Rütteleinrichtungen (Trockenelekt-
rofilter) entfernt werden können. Der Abscheidegrad (maximal 90 bis 98 %) ist stark abhängig vom spezifischen elektrischen Widerstand des Staubes und nimmt mit steigender Partikelkonzentration und Luftgeschwindigkeit sowie rapide bei erhöhten Ablagerungen an den Kollektorflächen ab. Elektrische Abscheider bieten geringe Druckverluste und damit geringe Betriebskosten auch bei großen Abgasmengen. Temperaturen bis 500 °C und eine gute Abscheidung von Rauchen und Aerosolen sind möglich. Dagegen stehen die begrenzte Rohgaskonzentration und der hohe Investitions- und meist hohe Abreinigungsaufwand. Elektrische Abscheider sind zur Heißgasentstaubung in Feuerungsanlagen und der Stahlindustrie sowie kleinere Geräte zur Schweißrauch- und Ölnebel-
abscheidung verbreitet.
1.4 Nassarbeitende Abscheider binden die Partikel an eine meist in Tropfenform in die Luftströmung eingebrachte Flüssigkeit. Die Tröpfchen werden anschließend durch Prall- oder Fliehkraftabscheider aus dem Luftstrom entfernt. Der Abscheidegrad steigt mit dem spezifischen Energieaufwand von maximal 80 bis 90 % bei Niederdruck-Wirbelwäschern bis über 95 % bei Hochdruck-Venturiab-
scheidem. Sie sind unempfindlich gegen nasse Rohgase und Stäube und bieten einen sehr guten Brand- und Explosionsschutz. Sie werden deshalb vorzugsweise für feuchte, klebrige oder explosive Staub-Luftgemische eingesetzt. Zu beachten ist, dass eine gute Abscheideleistung nur bei sehr hohem Druckverlust möglich ist. Als Nachteil gelten ferner der relativ hohe Verschleiß und die aufwändige Wasseraufbereitung bzw. Schlammentsorgung.
2.

Gasabscheider

Zur Abscheidung von gas- oder dampfförmigen Luftverunreinigungen werden in Abhängigkeit von der jeweiligen Aufgabenstellung und Anwendungsmöglichkeit unterschiedliche verfahrenstechnische Prinzipien eingesetzt:

  • Adsorption, z.B. organische Lösungsmittel an Aktivkohle,
  • Absorption, z.B. Auswaschen von Ammoniak, Schwefeloxiden, Stickoxiden in einem Wäscher,
  • Chemische Bindung, z.B. SO2 mit Kalk und nach Oxidation zu Calciumsulfat,
  • Katalytische oder thermische Umwandlung, z.B. Abgaskatalysator im Kraftfahrzeug, Nachverbrennung,
  • Biologische Umwandlung, z.B. Biofilter gegen Gerüche,
  • Kondensation (Abscheidung kondensierbarer Bestandteile in einem Kühler).
2.1 Die Adsorption, d.h. die Bindung von Gasen und Dämpfen an der Oberfläche eines festen, porösen Stoffes (Adsorbens), ist das am häufigsten eingesetzte Verfahren. Als Adsorbentien werden z.B. Aktivkohle (gegebenenfalls imprägniert und in mehreren Schichten), Silicagel, Zeolithe oder makroporöse Polymere eingesetzt. Die Adsorption kann dabei in einem Festbett-, Fließbett- oder Wirbelbett-Adsorber durchgeführt werden. Bei der verbreiteten Abscheidung von organischen Lösungsmitteln aus der Abluft werden z.B. überwiegend Festbett-Adsorber mit Aktivkohle als Adsorbens eingesetzt. Das Adsorbens muss dabei regelmäßig vor Erreichen des Sättigungszustandes ausgetauscht bzw. regeneriert werden. Die begrenzte Standzeit und das Erkennen des richtigen Wechselzeitpunktes stellt beim Betrieb von Adsorptionsabscheidern ein grundsätzliches Problem dar.
2.2 Bei der Absorption wird die Luftverunreinigung in einer Waschflüssigkeit aufgenommen und entweder nur gelöst (physikalische Absorption) oder gelöst und zusätzlich chemisch umgesetzt (chemische Absorption). Dieser Vorgang erfolgt in einer Kolonne oder in einem Wäscher. Für Gefahrstoffe, wie Phosgen, Brom-, Chlor- Fluor- oder Schwefelwasserstoff, verwendet man auch wässrige Waschmedien (Absorbentien), die mit alkalischen Zusätzen wie Natrium- oder Calcium-Hydroxid, Natriumcarbonat oder Ammoniak versehen sind. Zu den chemischen Absorptionsverfahren zählt auch die Nass-Entschwefelung von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen, bei der das SO2 durch eine Suspension aus Wasser und Kalksteinmehl in einem Sprühwäscher absorbiert wird und ein Calciumsulfatgemisch (REA-Gips) entsteht.
2.3 Bei der thermischen (Temperaturbereich zwischen 750 und 1200 °C) und der katalytischen (Gegenwart von Katalysatoren, Temperaturbereich 200 - 400 °C) Umwandlung werden unerwünschte Abluftbestandteile, z.B. organische Verbindungen, durch Umsetzung mit Sauerstoff in unbedenkliche Stoffe (CO2 und H2O) überführt. Zu beachten ist hierbei, dass Stickstoff-, Schwefel- oder halogenhaltige organische Abluftbestandteile zu unerwünschten Nebenreaktionsprodukten führen können. Katalysatorelemente sind in der Regel waben- oder plattenförmig und bisher meist auf keramischer Basis mit aktiven metallischen Zentren ausgeführt. Typische Anwendungen sind die Abgasreinigung von Kfz-Verbrennungs-motoren oder die Entstickung, z.B. von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen mit dem „SCR" (=selektive catalytische Reduktion)-Verfahren, bei dem NOX unter Zugabe von NH3 zu N2 und H22 umgesetzt wird.
2.4 Die biologische Abluftreinigung mit Biowäschern oder Biofiltern beruht auf dem Abbau von organischen Stoffen durch Mikroorganismen, wobei im Idealfall CO2 und H2O als Endprodukte verbleiben. Beim Biowäscher befinden sich die Mikroorganismen in einer umlaufenden Waschflüssigkeit, während Biofilter aus einer Schüttung aus organischem Trägermaterial, z.B. Torf-Heidekraut, bestehen und entweder als offene Flächenfilterbeete oder als gekapselte Fallstrom-Filter ausgeführt werden. Biofilter werden bisher häufig zur Desodorierung geruchsbelasteter Abluft, z.B. aus der Kompostierung oder Tierkörperverwertung, eingesetzt. Der Einsatzbereich hat sich inzwischen auf geringkonzentrierte Abluftströme mit biologisch abbaubaren Inhaltsstoffen, z.B. organischen Lösungsmitteln, erweitert. Die Auslegung großtechnischer Anlagen erfordert dabei in der Regel vorangehende Pilotversuche für den speziellen Einsatzfall.

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