Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Der Einfluss der Staubbeladung auf die chemische Alterung abreinigbarer Filtermedien - Laborversuche vs. Alterung der Medien im realen Einsatz in industriellen Anlagen

Abreinigbare Schlauchfilter werden in Prozessen der Industrie zur Entstaubung, als Teil der sorptiven Gasreinigung, aber auch zur Produktgewinnung eingesetzt. Höchste Anforderungen an die Beständigkeit der Filtermedien stellt die Rauchgasentstaubung; zeitgleich wirken dort mechanische, thermische und chemische Belastungen. Die Prüfung der mechanischen Beständigkeit ist durch die VDI-Richtlinie 3926 Blatt 1 etabliert. Erst kürzlich jedoch wurde erstmalig mit der Norm DIN EN ISO 16891:2016 eine Prüfmethode eingeführt mit der sich thermische und chemische Alterungseffekte beschreiben lassen.

Um festzustellen, ob diese Methode mit Prüfzeiten von über 40 Tagen praktikabel zu validen Ergebnissen führt, wurde im Vorläuferprojekt IGF 18307 N neben weiteren Aspekten die Prüfvorschrift evaluiert. Daraus gewonnene Erkenntnisse haben bereits zur Entwicklung einer beschleunigten Filteralterung im Autoklaven geführt. Auch wurde erkannt, dass für einen realitätsnäheren Labortest weitere Faktoren berücksichtigt werden müssen.

Im Folgeprojekt soll daher ein Vergleich des neu entwickelten Schnelltests und der Prüfmethode nach DIN 16891 stattfinden. Die Ergeb. sollen mit denen real gealterter Medien aus Müllverbrennungsanl. verglichen werden. Zudem soll der in der Literatur erwähnte Effekt der Wechselwirkungen des eingelagerten Partikelmaterials und dem Filterkuchen mit dem Filtermaterial bezüglich des Alterungsverhaltens untersucht werden. Die Evaluation der erzielten Ergebnisse soll zur Entwicklung einer realitätsnäheren und praktikableren Prüfvorschrift beitragen.

Die zahlreichen KMU der Filterbranche könnten zukünftig einen wesentlichen Teil der Produktentwicklung - vergleichende Beständigkeitstests - neu entwickelter Filtermedien schneller und wirtschaftlicher durchführen. Deutlich kürzere Prüfdauern ließen zudem erheblich mehr Versuche zu, durch die eine vertrauenswürdigere Datenbasis zur Lebenszeitprognose der Medien geschaffen werden kann, wovon alle Anwender profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsprojekt wurde die thermische, chemische und mechanische Beanspruchung von abreinigbaren Filtermedien untersucht. Verglichen wurden die Ergebnisse aus Langzeitalterungsversuchen nach DIN EN ISO 16891 mit denen einer beschleunigten Alterung in einer Druckkammer. Die Bewertung der Schädigung erfolgt anhand der Höchstzugkraft des Materials sowie aufgrund der Veränderung der Luftdurchlässigkeit in Abhängigkeit von der Beanspruchungsdauer bei unterschiedlichen Temperaturen, Schadgaskonzentrationen und Wassergehalten in der Gasphase. Exemplarisch konnte aufgezeigt werden, dass sich die Alterungsverläufe der beiden Methoden durch einfache Skalierung der Zeitachse weitgehend ineinander überführen lassen. Auf Basis eines kinetischen Ansatzes gemäß Arrhenius-Gleichung war eine Vorhersage des Alterungsverlaufs möglich.

Des Weiteren wurde der in der Literatur erwähnte Effekt der Wechselwirkung des Filtermediums mit dem in das Medium eingelagerten Partikelmaterial bezüglich des Alterungsverhaltens in Anlehnung an die Vorgehensweise nach ISO 11057 bzw. VDI 3926-1 als auch in Kombination mit der chemisch-thermischen Alterung nach ISO 16891 und Druckkammeralterung untersucht. Dazu wurde eine geeignete Vorgehensweise zur repräsentativen, gleichmäßigen Einarbeitung von Staub in die Filtermedien entwickelt, die einen Transport und anschließende chemisch-thermische Alterung bei den FE zuließ. Die rein mechanische Alterung wurde für verschiedene typischerweise verwendete Prüfstäube anhand von Staubrückhaltevermögen und Höchstzugkraft der untersuchten Materialien bewertet.

Es wurden ferner Filtermedien aus industriellen Prozessen der Kraftwerks- und Zementindustrie untersucht, die durchweg eine Abnahme der Kennwerte gegenüber dem Ausgangsmaterial aufwiesen. Über die Alterungsdauer und die Zusammensetzung des schädigenden Gases lagen jedoch keine konkreten Angaben vor.