Konzeptionelle und experimentelle Untersuchungen zur Effizienzsteigerung von Oberflächenfiltern

The operation of surface filters is heavily influenced by law with continuously lowered emission limits. Combined with the growing importance of energy efficiency, the construction of efficient surface filters represents a considerable challenge, which can no longer be solved only by practical experience. This paper is a contribution to increase the efficiency of surface filters with regard to reducing dust emissions as well as energy efficiency. Circulating dusts were identified as a significant factor influencing the efficiency of surface filtration processes. As a result of own conceptual and experimental investigations the knowledge about this effect was significantly improved. A methodology has been developed to quantify circulating dusts, which enables prevention strategies. The method can be used on a laboratory and pilot plant scale as well as on real surface filters. For the construction of efficient surface filters a holistic consideration of life cycle costs is absolutely necessary. It is clear that only the use of high-quality and increasingly intelligent components as well as the harmonization of construction and process settings offer decisive economic and ecological advantages despite higher investment costs. Methodological approaches to support system design are recommended. By using digital product configurators, these complex relationships can be assessed objectively and clearly for the user. Based on the findings according to circulating dusts and life cycle costs, the potential of the Rotationsentstauber as a new type of surface filter was verified. A benchmark with a conventional surface filter provides an objective data basis. It was pointed out, that the Rotationsentstauber is not marketable due to technical problems with the complex construction. Compared to a baghouse filter higher dust emissions and life cycle costs were determined. The potential of smart surface filtration in the context Industry 4.0 was demonstrated by using modern maintenance. In addition to maximized availability and minimized operating costs, the interaction of surface filters with upstream and downstream process stages opens up new fields of application. A recommendation to improve surface filters becoming smart is described, which meets the highest demands on separation- and energy efficiency.Der Betrieb von Oberflächenfiltern wird stark durch rechtliche Rahmenbedingungen mit fortlaufend abgesenkten Emissionsgrenzwerten beeinflusst. Verbunden mit der wachsenden Bedeutung der Energieeffizienz stellt die Errichtung effizienter Oberflächenfilter eine erhebliche Herausforderung dar, die zukünftig nicht mehr allein auf Grundlage von Erfahrungswerten erfolgen kann. Mit der vorliegenden Arbeit wird deshalb ein Beitrag zur systematischen Effizienzsteigerung von Oberflächenfiltern betreffs Reduzierung der Staubemissionen sowie des spezifischen Energiebedarfs geleistet. Als maßgeblicher Einflussparameter auf die Effizienz von Oberflächenfiltrationsprozessen wurden zirkulierende Staubanteile identifiziert. Der Erkenntnisstand zu diesem Effekt wurde im Ergebnis eigener konzeptioneller und experimenteller Untersuchungen entscheidend erweitert. Es wurde eine Methodik entwickelt, zirkulierende Staubanteile zu bilanzieren, wodurch sich Strategien zu deren Vermeidung nun objektiv beurteilen lassen. Das Verfahren lässt sich im Labor- und Technikumsmaßstab sowie anhand realer Oberflächenfilter anwenden. Zur Errichtung effizienter Oberflächenfilter ist eine ganzheitliche Betrachtung der Lebenszykluskosten zwingend erforderlich. Daraus wird deutlich, dass der Einsatz hochwertiger und zunehmend intelligenter Komponenten sowie die gezielte Abstimmung von Konstruktion und Prozessführung trotz höherer Investitionskosten entscheidende ökonomische und ökologische Vorteile bieten. Methodische Ansätze zur Unterstützung der Anlagenauslegung werden dazu empfohlen. Durch Nutzung digitaler Produktkonfiguratoren können diese komplexen Zusammenhänge für den Anwender objektiv und anschaulich beurteilt werden. Unter Berücksichtigung der neuen Erkenntnisse zu zirkulierenden Staubanteilen sowie mit Anwendung der Lebenszykluskosten wird das Potenzial des Rotationsentstaubers als neuartiger Typ Oberflächenfilter untersucht. Ein Benchmark mit einem konventionellen Oberflächenfilter liefert dazu eine objektive Datengrundlage. Es zeigt sich, dass der Rotationsentstauber aufgrund technischer Probleme mit der aufwendigen Konstruktion nicht marktfähig ist. Gegenüber einem Schlauchfilter wurden höhere Staubemissionen und Lebenszykluskosten ermittelt. Das Potenzial smarter Oberflächenfilter wird im Spannungsfeld Industrie 4.0 mit einer modernen Instandhaltung aufgezeigt. Neben maximierter Verfügbarkeit und minimierten Betriebskosten eröffnet auch die Vernetzung von Oberflächenfiltern mit vor- und nachgeschalteten Prozessstufen neue Anwendungsfelder. Eine Handlungsempfehlung zur Weiterentwicklung von Oberflächenfiltern zu smarten, zukunftssicheren Filtern wurde erarbeitet, welche höchsten Ansprüchen an die Abscheide- und Energieeffizienz gerecht werden