LÜHR FILTER. ALUSIL The 5 International Conference and Exhibition th. von Dipl. - Ing. Rüdiger Margraf. ALUMINIUM-21/Recycling

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1 Rüdiger Margraf Abscheidung von Partikeln, sauren Schadgasen (HF, HCl, SOx), sowie Doxinen/ Furanen LÜHR FILTER Abescheidung von Partikeln, sauren Schadgasen (HF, HCl, SOx) sowie Dioxinen/ Furanen aus den Abgasen von Aluminium-Schmelzöfen Betriebserfahrungen aus der Realisierung von Filteranlagen in Europa von Dipl. - Ing. Rüdiger Margraf ALUSIL The 5 International Conference and Exhibition th ALUSIL The 5 International ALUMINIUM-21/RECYCLING Conference and Exhibition th St. Petersburg Russland Oktober St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Emissionsgrenzwerte Verfahrenstechnische Aufbau der Gasreinigung Bauteilbeschreibung Gaskühlung Filternde Abscheider Grundsätzlicher Aufbau am Beispiel eines... LÜHR-Flachschlauchfilters Abreinigungssysteme Verfahrende Druckluft off line Abreinigung Verfahrende Mitteldruck off line Abreinigung Vorteilhafte Besonderheiten off line-arbeitender Filterabreinigungssysteme Filtermaterialen Konstruktive Maßnahmen zur Sicherstellung einer geringen mechanischen Beanspruchung des Filtermaterials Stützkorbkonstruktion Filterströmung zu den Filterelementen Abscheidung sauerer Schadgase (HF, HCl, SO x ) und Dioxinen/ Furanen Vorbemerkung Adsorption von HF, HCl und SO x Adsorption von Dioxinen/ Furanen Resümee St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

3 1 Einleitung Die Gewinnung von Aluminium aus Sekundärrohstoffen stellt heute in Europa einen wichtigen Anteil der Gesamtproduktion da, wodurch der Verbrauch an Primärrohstoffen und auch der zur Produktion notwendigen einzusetzenden Energie gesenkt wird. Die wichtigsten Umweltprobleme bei diesem Prozess sind die im Abgas der Schmelzöfen enthaltenen Verunreinigungen wie Staub, Metalle und auch saure Gase. Auf Grund des Vorhandenseins geringer Chlormengen in den Sekundärrohstoffen besteht zusätzlich die Möglichkeit der Bildung von Dioxinen/ Furanen, die vor Ableitung der gereinigten Gase in die Atmosphäre zerstört oder aus dem Gas weitgehend entfernt werden müssen. Dieser Vortrag befasst sich mit der Abscheidung der vorgenannten Verunreinigungen mittels filternder Abscheider. Die Ausführungen beruhen auf Betriebserfahrungen von vielen durch Fa. LÜHR FILTER seit Beginn der 70er Jahre bis heute hinter verschiedenen Öfen zum Schmelzen von Sekundäraluminium in Europa installiert wurden (Bild 1). Drehtrommelöfen/ Germany Kippbarer Drehtrommelofen/ Russia Herdofen/ Belgium Drehtrommelofen und Induktionsofen/ France Schachtofen/ Germany Bild 1 Anwendungsbeispiele für LÜHR-Flachschlauchfilter hinter Schmelzöfen für Sekundär-Aluminium Bild 1: Anwendungsbeispiele für LÜHR-Flachschlauchfilter hinter Schmelzöfen für Sekundär-Aluminium 2 Emissionsgrenzwerte Stellvertretend für in Europa bestehende Forderungen in Bezug auf maximale Emissionswerte sind in Tabelle 1 relevante Grenzwerte aus der deutschen Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) aus dem Jahre 2002 zusammengestellt. St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

4 Für die Mitgliedsländer der Europäischen Union wurden ergänzend Maßnahmen und europaweit gültige Vorgaben zur Minderung von Emissionen in dem Reference Document on Best Available Techniques in the Non Ferrous Metals Industries (BREF-Notes) aus dem Jahre 2001 festgelegt. In diesen Merkblättern ist die für den jeweiligen Anwendungsfall beste verfügbare Technik (BVT) beschrieben. Sie sind EU-weit Grundlage für alle neu zu genehmigenden Anlagen und müssen auch für existierende Anlagen umgesetzt werden. Die Grenzwerte für den Bereich NE- Metallindustrie liegen in ähnlicher Größenordnung wie die Werte, die in der TA-Luft 2002 genannt sind. Das Dokument befindet sich derzeitig in einer Überarbeitung. Stoff Gesamtstaub Grenzwert 10 mg/m 3 i.n.tr. Gasförmige anorganische Stoffe HF Cl 2 HCl SO 2 +SO 3 3 mg/m 3 i.n.tr 3 mg/m 3 i.n.tr. 30 mg/m 3 i.n.tr. 350 mg/m 3 i.n.tr. Dioxine/ Furane 0,1 ng/m 3 i.n.tr. Tab. 1.: 1 Relevante Grenzwerte Grenzwerte der TA Luft der 2002 TA für Luft Anlagen 2002 zur Herstellung für Anlagen von Aluminium aus sekundären Rohstoffen zur Herstellung von Aluminium aus sekundären Rohstoffen 3 Verfahrenstechnische Aufbau der Gasreinigung Als Schmelzaggregate für Sekundäraluminium werden in Abhängigkeit der Einsatzstoffe in der Regel Herdöfen, kippbare Drehtrommelöfen, Drehtrommelöfen, Induktionsöfen oder Schachtöfen eingesetzt. Die gewählte Ofenart oder auch Kombination von verschiedenen Ofentypen beeinflusst die Gestaltung der Erfassungssysteme für das emitierende Gas und den Aufbau der nachzuschaltenden Gasreinigung. Im Bild 2 ist beispielhaft eine häufig realisierte Variante für die Gasreinigung hinter Drehtrommelöfen dargestellt. Das heiße Prozessgas wird einem Wärmetauscher zugeführt. Vor dem Wärmetauscher wird dem Gas partikelförmiges Additiv in der Regel in Form von Ca(OH) 2 zugegeben. Das Additiv hat zum einen die Aufgabe die nachfolgenden Bauteile vor Korrosionen zu schützen, zum anderen dient es zur Reduzierung der sauren Schadgaskomponenten HCl und HF. Eine SO x -Abscheidung ist in der Regel zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte nicht notwendig. Nach dem Wärmetauscher wird das Gas mit dem Abgas der zur Erfassung aller Emissionen im Bereich des Ofens notwendigen Hauben gemischt. Die Gasreinigung erfolgt in einer Reaktor-Filterkombination. Zur Abscheidung der Dioxine/ Furane wird im Bereich des St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

5 Reaktors zusätzlich ein Additiv mit großer spezifischer Oberfläche in der Regel Aktivkoks zudosiert. Bild 2 Verfahrenstechnischer Aufbau einer Gasreinigung für Drehtrommelöfen Bild 2: Verfahrenstechnischer Aufbau einer Gasreinigung für Drehtrommelöfen Bei Einsatz von kippbaren Drehtrommelöfen ist die Installation eines Wärmetauschers zur Temperaturabsenkung häufig nicht notwendig (Bild 3). Bei diesem Ofentyp werden die verunreinigten Gase durch Haubensysteme gesammelt und der Gasreinigung zugeführt. Zur Abscheidung von Partikeln mit hoher Wärmeenergie (Funken) wird der Reaktor Filterkombination häufig ein Zyklon vorgeschaltet. Die für die Gasreinigung verwendeten Aggregate werden nachfolgend beschrieben. Haube Reaktor Filter Bild 3 Verfahrenstechnischer Aufbau einer Gasreinigung für kippbare Drehtrommelöfen Bild 3: Verfahrenstechnischer Aufbau einer Gasreinigung für kippbare Drehtrommelöfen St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

6 4 Bauteilbeschreibung 4.1 Gaskühlung Sofern eine max. Gastemperatur vor Filter von 160 C nicht gesichert eingehalten werden kann, wird üblicher Weise ein rekuparativ arbeitender Wärmetauscher dem Filter vorgeschaltet. Der Einsatz von anderen Kühlvarianten wie z. B. Verdampfungskühler (Wasserquench) ist auf Grund der sich sehr schnell ändernden Prozesstemperaturen nicht empfehlenswert. Rohgas Kühlluft Vermeidung von Korrosionen und Anbackungen durch Taupunktsunterschreitung Kühllufteintrittstemperatur einstell- bzw. regelbar Anforderungen an den Wärmetauscher Sicherstellung einer ausreichenden Kühlung im Dauerbetrieb Mechanische Reinigung der Kühlflächen mittels Ketten Wärmetauscher / Filternder Abscheider Aluminium-Drehtrommelöfen Reduzierung des Säuretaupunktes durch Additivzugabe vor Wärmetauscher minimale Kühllufteintrittstemperatur größer oder gleich dem Wassertaupunkt Bild 4 Rekuperativer Wärmetauscher am Beispiel LÜHR - Flachrohrwärmetauscher Bild 4: Rekuperativer Wärmetauscher am Beispiel LÜHR-Flachrohrwärmetauscher Bild 4 zeigt die Schemadarstellung eines Gas-/ Luftwärmetauschers am Beispiel des Flachrohr-Wärmetauschers. Die Kühlung erfolgt durch indirekten Wärmetausch zwischen dem zu kühlenden Gas und der aus der Umgebung des Kühlers angesaugten Luft. Das zu kühlende Gas strömt zwischen den Außenwandlungen waagerecht angeordneter Flachrohre von oben nach unten bzw. von unten nach oben und gibt einen Teil seiner Wärme über die Stahlblechwanderungen der Flachrohre an die im Inneren der Rohre quer zum Gasfluss strömenden Luft ab. Mittels Rückführung eines Teiles der Kühlluft und zusätzlicher Additivzugabe zum Gas wird dafür gesorgt, dass der Wasser- bzw. Säuretaupunkt im Bereich der gasseitigen Wandungen nicht unterschritten wird. Korrosionserscheinungen und Verkrustungen werden so vermieden. Da die Partikel der Schmelzöfen für Sekundäraluminium im besonderen Maße zum Haften neigen, wird eine automatisch bei der Beaufschlagung des Wärmetauschers arbeitende Abreinigungsvorrichtung installiert. Ketten werden zwischen den Flachrohrreihen langsam hin und her bewegt. Hierdurch kann die Dicke der sich auf den Flachrohren anhaftenden Partikelschicht begrenzt werden. St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

7 Die Integration einer Wärmerückgewinnung ist zum Beispiel in Form von Warmwassererzeugung möglich. 4.2 Filternde Abscheider Grundsätzlicher Aufbau am Beispiel eines LÜHR-Flachschlauchfilters Den prinzipiellen Aufbau eines filternden Abscheiders zeigt Bild 5 am Beispiel des LÜHR-Flachschlauchfilters mit horizontal eingebauten Filterelementen. Das Filtergehäuse wird mittels Lochplatten in den Roh- und Reingasbereich unterteilt. Schematische Schnittdarstellung ohne Abreinigungsvorrichtung Flachschlauch-Element 1-2,5 m Rohgas Flachschlauchfilter Zuströmhaube Lochwand Reingasraum Rückwand Rohgas Lochwand Mundstück Reingas Reingas Staubsammelrumpf Wartungsbühne Partikelaustrag Halterung an der Rückwand Mundstücke und Lochwand Bild 5 Filternder Abscheider am Beispiel LÜHR - Bild 5: Filternder Abscheider am Beispiel LÜHR-Flachschlauchfilter Als Filterelemente werden horizontal angeordnete Flachschläuche, die auf Stützkörben montiert sind, verwendet. Sie werden von der Reingasseite aus in das Filtergehäuse eingeschoben. Die Flachschlauchelemente sind im Gehäuse exakt fixiert. Im Lochplattenbereich sind sie ohne Verwendung einer Verschraubung staubdicht befestigt. Das textile Filtermaterial wird von außen nach innen durchströmt. Partikel werden zurückgehalten. Ergänzend sei angemerkt, dass alternativ eine Konstruktion mit senkrecht angeordneten Flachschlauchelementen zur Verfügung steht. Auch hierbei sind die Flachschlauchelemente im Gehäuse exakt fixiert, allerdings lassen sich die Vorteile des Flachschlauchfilters mit horizontal eingebauten Filterelementen nicht in allen Punkten konsequent nutzen. St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

8 4.2.2 Abreinigungssysteme Für die Abreinigung der am Filter angelagerten bzw. im Filtermaterial eingelagerten Partikel stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Zwei häufig für Flachschlauchfilter hinter Schmelzöfen für Aluminium eingesetzte Systeme werden nachfolgend beschrieben Verfahrende Druckluft off line Abreinigung Die Abreinigung der Flachschlauchreihen erfolgt schrittweise nacheinander mittels einer im Reingasraum verfahrenden mit Druckluftzuführung und Injektoren ausgerüsteten Vorrichtung. Die Vorrichtung überdeckt jeweils drei senkrechte Filterschlauchreihen, von denen die mittlere bei der Abreinigung während ca. 0,5 sec mit Druckluft und Reingas als Sekundärgas beaufschlagt wird. Als Abdichtung längs des Laufwagenweges dient eine im Dauerbetrieb bewährte Lippendichtung. Schnittdarstellung Filter Einzelheit X Rohgas X Ventil Druckluftkessel Lippendichtung Rohgasraum Y Spüldüse Einzelheit Y Druckluft Rückschlagklappe Reingas Reingasraum Injektor Anwendungsbeispiel : Herdofen Düsengleitbelag (flexibel) Sekundärgas verfahrende Spüldüse Bild 6 Verfahrende Druckluft - off line - Abreinigung Bild 6: Verfahrende Druckluft off line - Abreinigung Verfahrende Mitteldruck off line Abreinigung Die Abreinigung der Flachschlauchreihen erfolgt schrittweise nacheinander mittels einer im Reingasraum verfahrenden Spülluftdüse. Dabei wird die Spülluft von einem Mitteldruckventilator pulsierend jeweils einer Flachschlauchreihe zugeführt, während die beidseitig benachbarten Flachschlauchreihen im Rohgas nicht beaufschlagt St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

9 werden. Als Abdichtung längs des Spülwagenlaufweges dient eine im Dauerbetrieb bewährte Lippendichtung. Druckluft wird bei diesem Abreinigungsverfahren nicht benötigt. Schnittdarstellung Filter Einzelheit X Ventilator Rohgas Lippendichtung Impulsklappe X Reingasraum Rohgasraum Rohgasraum Y Spüldüse Einzelheit Y Reingas Anwendungsbeispiel : Drehtrommelöfen Düsengleitbelag (flexibel) verfahrende Spüldüse Bild 7 Verfahrende Mitteldruck - off line - Abreinigung Bild 7: Verfahrende Mitteldruck off line - Abreinigung Vorteilhafte Besonderheiten off line-arbeitender Filterabreinigungssysteme Konventionelle Druckluft -on line- Abreinigungen besitzen einen gravierenden Nachteil aufgrund der extrem kurzen Durchströmungsumkehr im Filtermaterial während der Abreinigung. Wiederanlagerungen eines Teiles der abgereinigten Partikel sind unvermeidbar und unkontrolliert. Die Partikelwiederanlagerung erfolgt dabei zu einem sehr ungünstigen Zeitpunkt, nämlich dann, wenn der Filterstoff entsprechend der sich aus dem Filterwiderstand ergebenen Rückführkraft ruckartig auf den Stützkorb aufschlägt. Es findet ein Teppichklopf-Effekt mit einer Partikelbeschleunigung in Richtung zum Reingas statt. Neben einem erhöhten Restpartikelgehalt führt das Zurückschlagen des Filtermaterials auf den Stützkorb zu einer relativ großen mechanischen Belastung des Filtermaterials. Bild 8 verdeutlicht den Einfluss des Abreinigungsvorganges auf den Restpartikelgehalt im Reingas. Dargestellt sind der kontinuierlich gemessene Restpartikelgehalt im Reingas sowie der Filterdifferenzdruck über der Zeit. Die Daten wurden aufgenommen an einem Filter mit relativ kleiner Filterfläche. St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

10 Deutlich erkennbar ist, dass es nach jedem on line ausgeführten Abreinigungsvorgang zu einem Anstieg des Partikeldurchtrittes kommt, der relativ schnell wieder auf ein niedriges Niveau absinkt. Off line Abreinigungen vermeiden die geschilderten nachteilen Aspekte. Bei diesem Abreinigungsverfahren wird das Filtermaterial sanft auf den Stützkorb zurückgeführt. Ein Teppichklopf-Effekt tritt nicht auf. Zusätzlich wird den Partikeln eine längere Zeit zum Absinken in den Sammelrumpf nach dem Abreinigungsvorgang gegeben. Reststau b Filterdifferenzdruck Restpartikelgehalt Bild 88: Zusammenhang Filterabreinigung Filterabreinigung - Staubemissionen - Staubemissionen Insbesondere die verfahrende Druckluft off line Abreinigung findet bei Einsatz von Flachschlauchfiltern hinter Aluminiumschmelzöfen aufgrund der hohen Effektivität verbunden mit einer geringen mechanischen Belastung des Filtermaterials in letzter Zeit häufig Anwendung. Der wesentliche Vorteil gegenüber einer verfahrenden Mitteldruck off line Abreinigung ist die Vermeidung von Taupunktunterschreitungen im Bereich der Flachschläuche während oder kurz nach der Abreinigung Filtermaterialen Den grundsätzlichen Aufbau der als Filtermaterialien verwendeten Nadelfilze zeigt Bild 9. Sie bestehen aus einem Stützgewebe mit aufgenadelten Fasern. Es stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Nadelfilzmaterialien zur Verfügung. Tabelle 2 zeigt die in Filtern hinter Aluminiumschmelzöfen bevorzugt eingesetzten Qualitäten und informiert über die Relation der Nadelfilzbeschaffungskosten sowie die zulässigen St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

11 Betriebstemperaturen. Die Auswahl einer Filtermaterialqualität und damit die Vorgabe der Gastemperatur im Filter erfolgt bezogen auf die Anforderungen der jeweiligen Aufgabenstellung. Sie wird beeinflusst u. a. von: - Gaszusammensetzung - einzuhaltenden Emissionsgrenzwerte - Säure- und Wassertaupunkt - Investions- und Betriebskosten Staubstrom Faseraufnadelung Stützgewebe Anströmseite Querschnitt Bild 9 Aufbau eines Nadelfilzes ohne Oberflächenbehandlung Bild 9:Aufbau eines Nadelfilzes ohne Oberflächenbehandlung Für die in filternden Abscheidern hinter Aluminiumschmelzöfen eingesetzten Filterschläuche werden Standzeiten von mindestens zwei bis über fünf Jahren erzielt. Voraussetzung hierfür ist der Einsatz einer Druckluft off line Abreinigung verbunden mit der Auswahl einer Filterkonstruktion mit schonender Behandlung des Filtermaterials. Nachfolgend werden hierzu Hinweise gegeben. Da uerbet riebs te mpera tur au s ge h en d v o n pr a kt is ch er E rf ah r u n g = 120 C abhä ng ig v on H 2 O -Gehalt Na de lf as er Faser- Stü tzgewebe Aufnadelung Polyester Polyester Auf Polya c ryl- Na de lf ilz bezogene s ca. Kosten- Vielfaches 0,8 125 C Polyacry l, Polyacry l, 1,0 z. B. Do lanit *) z. B. Do la nit *) = 160 C abhä ng ig von H 2 O -Gehalt Aromatisc hes Polyamid, z. B. No me x *) Aromatisc hes Polyamid, z. B. No me x *) 2,6 Tab 2.: Filtermaterial-Auswahl Tab 2. Anwendungsbeispielefü r LÜHR Flachschlauchfilter in der Glasindustrie St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

12 4.2.4 Konstruktive Maßnahmen zur Sicherstellung einer geringen mechanischen Beanspruchung des Filtermaterials Stützkorbkonstruktion Vorzugsweise einzusetzen sind Stürzkörbe mit einer kleinen Maschenweite (beim Flachschlauchfilter zum Beispiel ca. 25 x 25 mm). Hierdurch werden die durch den Filterdifferenzdruck auf die Filterschläuche einwirkenden Kräfte gleichmäßiger auf das gesamte Filtermaterial verteilt. Maschenweite des Stützkorbes ca. 25 x 25 mm Bild 1010: Stützkorb Stützkorb des Flachschlauch des Flachschlauch-Filterelementes - Filterelementes Die Größenzuordnung der auftretenden Kräfte lässt sich an einem einfachen Beispiel verdeutlichen: Ein Filterdifferenzdruck von 15 mbar (gleichbedeutend mit 150 mm WS) entspricht einer Belastung von N/m 2. Diese Flächenkräfte müssen vom Filter-material auf die Drähte des Stützkorbes übertragen werden. Je enger die Maschen desto geringer sind somit die Belastungen des textilen Filtermaterials im Bereich der Drähte Filterströmung zu den Filterelementen Wichtig für die Erzielung langer Abreinigungszyklen und damit einer geringen Belastung des Filtermaterials ist das möglichst ungestörte Absinken abgereinigter Partikel im Filtergehäuse. Soweit Einkammerfilter zum Einsatz kommen, ist deshalb eine Zuströmung von oben zu bevorzugen. St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

13 Bei einer Zuströmung von unten oder schräg von unten in Einkammerfiltern kann ein bei der Abreinigung vom Filtermaterial entferntes Partikelagglomerat nur nach unten absinken, wenn dessen Sinkgeschwindigkeit größer ist als die entgegen gerichtete Gaszuströmung. Da die Sinkgeschwindigkeit von Partikelagglomeraten um 200 μm nur ca. 1 m/sec beträgt, ist verständlich, dass bei Einkammerfiltern ausschließlich eine Rohgaszuströmung von oben eine unerwünschte, unkontrollierte Partikelwiederanlagerung insbesondere von Feinstpartikeln minimiert. Rohgas Lochplatte Reingas Reingasraum Lochplatte Flachschlauch- Elemente Rohgas Flach- schlauch- Elemente Reingas Prallplatte Partikelaustrag Partikelaustrag Rohgaszuströmung 100 % von oben Fallstromprinzip begünstigt das Absinken der Partikel in den Sammelrumpf. Rohgaszuströmung von oben und unten Teilweise Zuströmung von unten behindert das Absinken insbesondere der feinen Partikel in den Sammelrumpf. Bild 11 Unterschiedliche Rohgaszuströmungen zu den Filterelementen Bild 11: Unterschiedliche Rohgaszuströmungen zu den Filterelementen 5 Abscheidung sauerer Schadgase (HF, HCl, SO x ) und Dioxinen/ Furanen 5.1 Vorbemerkung Filternde Abscheider können generell nur Partikel aus einem Gas abscheiden. Zur Abscheidung gasförmiger Stoffe müssen diese Stoffe durch eine Reaktion mit zugegebenen Additiven in die Partikelform überführt werden (Absorption) oder an die innere Oberfläche geeigneter Additive angelagert werden (Adsorption). Als Beispiele sind zu nennen: - Absorption von sauren Schadgaskomponenten wie HF, HCl und SO x durch Zugabe von Additiven auf Basis Ca- oder Na-Verbindungen - Adsorption von Dioxinen/ Furanen durch Zugabe von Additiven mit großer innerer Oberfläche, wie zum Beispiel Aktivkoks, Aktivkohle oder spezielle Tonmineralien St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

14 5.2 Adsorption von HF, HCl und SO x Zur Abscheidung saurer Schadgaskomponente wird im Allgemeinen handelsübliches Kalziumhydroxid Ca (OH)2 mit einer spezifischen Oberfläche von ca m²/g in den Rauchgasstrom vor Filter aufgegeben. Die Reaktionsgleichung sowie die Zugabe- und Reststoffmenge bei 100% iger Additivmittelumsetzung sind in Tabelle 3 angegeben. In der Praxis muss zur gesicherten Unterschreitung der geforderten Reingaswerte das Additivmittel überstöchiometrisch (in der Regel 1,5 bis 3 fach) zugegeben werden. Reaktionsgleichung 2HF + Ca(OH) 2 CaF 2 + 2H 2 O Ca(OH) 2 -Zugabemenge bezogen auf Schadgas bei 100%iger Umsetzung (i=1) 1,85 kg/kg Entstehende Reststoffmenge (mit Kristallwasseranteil nach Erfahrung) bezogen auf Schadgas 1,95 kg/kg 2HCl + Ca(OH) 2 CaCl 2 + 2H 2 O 1,01 kg/kg 2,02 kg/kg SO 3 + Ca(OH) 2 CaSO 4 + 2H 2 O 0,93 kg/kg 2,15 kg/kg SO 2 + Ca(OH) 2 CaSO 3 + 2H 2 O 1,16 kg/kg 2,02 kg/kg Tab 3 Anwendungsbeispiele für LÜHR Flachschlauchfilter in der Glasindustrie Tab 3.: Reaktionsgleichungen für Ca(OH) 2 Nachweislich führt die Realisierung einer Partikel- und damit verbunden einer Additivmittelrezirkulation zu einer deutlichen Verbesserung des Abscheidegrades für saure Schadgaskomponenten und/oder zu einer Reduzierung der Additivmittelzugabemenge. - Die Aufenthaltszeit der Additivpartikel im System wird erhöht. - Im Bereich des Reaktors vor Filter ergibt sich eine höhere Additivpartikeldichte (die Reaktionszeit im Reaktor beträgt bis zu > 2 sec.). - Es wird eine häufige räumliche Neuorientierung bei Wiederanlagerung der rückgeführten Additivpartikel an das Filtermaterial erreicht. Zur betriebssicheren Realisierung der Rückführung im Filter abgeschiedener Partikel in den Rauchgasstrom vor Filter hat sich in vielen Anwendungsfällen das Kugelrotor- Umlaufverfahren (Bild 12) bewährt. Der Kugelrotor ist ein Hohlzylinder, dessen Mantelfläche aus Lochblech mit ca. 30 x 30 mm großen Öffnungen besteht. Bis zu 10 % seines Volumens ist der Hohlzylinder mit Kugeln aus hitzebeständigem und verschleißfestem keramischen Werkstoff ausgefüllt. Der Rotor wird durch einen Getriebemotor mit ca. einer Umdrehung/min kontinuierlich in Drehung versetzt. Dabei führen die Kugeln Relativbewegungen zueinander und gegenüber der gelochten St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

15 Trommelwandung aus. Die Trommel wird um deren Drehachse herum zunächst abwärts und danach aufwärts vom Rohgas durchströmt. Als wesentliche Funktionen des Kugelrotors sind zu nennen: - Verhinderung von Partikelablagerungen bei der Umlenkung der Strömung eines partikelbeladenen Gases - Herbeiführung einer homogen Verteilung von Partikeln im Rohgasstrom, auch bei hohen Partikelbeladungen (zum Beispiel bis 50 g/m 3 ) - Zerkleinerung von zu großen Agglomeraten Filter Reingas Additiv Rohgas Reaktor Kugelrotor für Umlenk - Reaktor Kugelrotor K u g e l r o t o r f u n k t i o n e n Verhinderung von Partikelablagerungen bei der Umlenkung der Strömung eines partikelbeladenen Rohgases Herbeiführung einer homogenen Verteilung von Partikeln im Rohgasstrom auch bei hohen Partikelbeladungen, z. B. bis ca. 200 g/m³ Zerkleinerung von Agglomeraten Bild 12: Kugelrotor-Umlaufverfahren (KUV) Bild 12 Kugelrotor-Umlaufverfahren (KUV) Die im Filter abgeschiedenen Partikel werden über eine Förderschnecke vor deren Ausschleusung vielfach in den Reaktor zurückgeführt. Die Partikelumlaufmenge ist einstellbar und kann bei Bedarf, zum Beispiel in Abhängigkeit von der aktuellen Rohgasmenge, geregelt werden. Gegenüber alternativen, zum Beispiel pneumatisch arbeitenden Rückführsystemen, weist das Kugelrotor Umlaufverfahren vorteilhafte Besonderheiten auf. U. a.: - Partikeltransport erfolgt mechanisch über betriebssichere Schneckenförderer. - Eine Ausschleusung ggf. Zwischenspeicherung der Umlaufpartikel ist nicht notwendig. - Durch Einsatz des Kugelrotors ist bei der Zugabe der Umlaufpartikel in den Rohgasstrom eine homogene Verteilung sichergestellt. - Hohe Verfügbarkeit und Betriebssicherheit St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

16 Bei einigen realisierten Projekten insbesondere in Frankreich und Italien wird an Stelle von Ca(OH) 2 zur Abscheidung saurer Schadgase NaHCO 3 verwendet. Nachteil dieser Additivqualität ist gegenüber Ca(OH) 2 u. a. der deutlich höhere Beschaffungspreis. Allerdings können sich von Fall zu Fall Vorteile bei der Verwertung bzw. Entsorgung der aus dem Filter ausgeschiedenen Reststoffe ergeben. Auf eine weitergehende Beschreibung der zugrundeliegenden Verfahrenstechnik bei Einsatz von NaHCO 3 wird an dieser Stelle verzichtet. 5.3 Adsorption von Dioxinen/ Furanen Zur Abscheidung gasförmiger Dioxine/ Furane wird dem Rauchgas vor dem filternden Abscheider ein pulverförmiges Additiv mit großer Oberfläche zugegeben. Die partikelförmigen und die adsorptiv an den Additiven angelagerten Dioxine/ Furane werden am Filtermaterial abgeschieden. Eine vielfache Rückführung der im Filter abgeschiedenen Partikel hat einen positiven Einfluss auf die erreichbaren Abscheidegrade bzw. führt zur Reduzierung der Betriebskosten in Bezug auf die Additivmittelver- und Entsorgung. Die Rückführung bewirkt unter anderem: - Verbesserte Kontaktchancen Additivpartikel/ Schadgase bereits in der Flugphase. - Eine weitgehend homogene Verteilung der Additive auf den Filterschläuchen. - Den schnellen Aufbau von additivmittelhaltigen Schichten auf dem Filterschlauch unabhängig von der aktuellen Frischadsorbenszugabe (besonders wichtig nach jeder Abreinigung). Als Additive werden in den meisten Fällen Aktivkoks bzw. Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 350 bis > m²/g eingesetzt. Da es sich um kohlenstoffhaltige Additive handelt, sind Vorsorgemaßnahmen zur Vermeidung von Staubexplosionen und Glimmbränden im Filter erforderlich. Sofern eine Mischung aus Inertmaterial (mindestens 70 Gew.-%) und Aktivkoks (maximal 30 Gew.-%) verwendet wird, sind Staubexplosionen ausgeschlossen. Als Inertmaterial dient das bereits für die Abscheidung saurer Schadgaskomponenten zugegebene Additiv. In Bezug auf Glimmbrände ist durch konstruktive Maßnahmen sicherzustellen, dass größere Partikelablagerungen im Filter vermieden werden. Darüber hinaus sollte die Gastemperatur < 160 C betragen. Simultan durchgeführte Roh- und Reingasmessungen an verschiedenen Gasreinigungen hinter Aluminium-Schmelzöfen haben die Wirksamkeit des Kugelrotor-Umlaufverfahrens auch zur Abscheidung von Dioxinen/ Furanen bei vertretbarem Aktivkoks-Einsatz bestätigt (Bild 13). St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

17 PCDD/F [ng/m³ i.n.tr.] Meßergebnisse angegeben in Toxizitätsäquivalent nach NATO (CCMS) 10 9 Rohgas Reingas 6,8 7, ,04 0,02 Bild 12: Dioxin/ Furanabscheidung aus dem Abgas von Schmelzöfen für Sekundär- Aluminium Bild 13 Dioxin/ Furanabscheidung aus dem Abgas von Schmelzöfen für Sekundär-Aluminium 6 Resümee Filternde Abscheider mit Partikelrückführung erfüllen die Aufgabe zur Gasreinigung hinter Schmelzöfen für Sekundär-Aluminium. - Es lassen sich alle geforderten Emissionsgrenzwerte für Partikel, Schwermetalle, sauer Schadgaskomponenten sowie für Dioxine/ Furane im Dauerbetrieb gesichert unterschreiten. - Sie haben sich für den Einsatz hinter den unterschiedlichen Ofentypen und für unterschiedliche Einsatzmaterialien bewährt. - Bei richtiger Dimensionierung und Konstruktion der Anlage lassen sich vieljährige Filtermaterialstandzeiten bei hoher Verfügbarkeit erreichen. - Moderne Anlagen stellen hohe Verfügbarkeiten verbunden mit geringem Wartungsaufwand sicher. - Der Einsatz des Kugelrotor-Umlaufverfahrens ermöglicht die Verwendung kostengünstiger Additive bei gleichzeitig guter Additivmittelausnutzung. Die aufgeführten positiven Betriebserfahrungen lassen sich nur dann erreichen, wenn die in diesem Vortrag genannten Aspekte konsequent bei der Realisierung von Anlagen umgesetzt werden. St. Petersburg - Russland - Oktober 12-14,

18 Vom Taschenfilter zum Flachschlauchfilter Entwicklung, Bauformen, Abscheideleistung Enzer Str Stadthagen DEUTSCHLAND Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Internet: HAUS DER TECHNIK Tagung.Filteranlagentechnik Essen, 16./17. Mai