VDI 3677 Blatt 3-2012 Filtering-separators - High-temperature gas filtration.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREFilternde AbscheiderHeigasfiltrationFiltering separatorsHigh-temperature gas filtrationVDI 3677Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 6: Abgasreinigung StaubtechnikVDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at B

2、euthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2012Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger e

3、inem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.40 November 2012The draft of this guideline has been subject to public scrutiny afterannouncement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this guideline shall be t

4、aken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 42 Begriffe . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . . . . 43 Grundlage der kuchenbildendenStaubabscheidung . . . . . . . . . . . . . . . 63.1 Wirkungsweise, Mechanismus der Partikelabscheidung . . . . . . . . . . . . . 63.2 Regenerierung. . . . . . . . . . . . . . . . 94 Filtermedien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.1 Heigasfilterkerz

6、en aus Hochtemperatur-wolle (HTW) . . . . . . . . . . . . . . . . 114.2 Kornkeramische Filterelemente. . . . . . . 154.3 Metallische Filtermaterialien . . . . . . . . 204.4 Prfung von Heigasfiltermedien . . . . . . 265 Bauformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305.1 Anforderungen . . . . . . .

7、 . . . . . . . . 305.2 Gehuse einschlielich Staubsammelraumund Staubaustrag . . . . . . . . . . . . . . 325.3 Staubabscheidung und Regenerierung . . . 346 Auslegung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . 397.1 Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . .

8、. . 397.2 Perspektiven. . . . . . . . . . . . . . . . . 40Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Terms and

9、definitions . . . . . . . . . . . . . 43 Principles of cake-formingdust collection . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.1 Mode of action and mechanism of particle separation . . . . . . . . . . . . . 63.2 Regeneration . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Filter media . . . . . . . . . . . . . . . . .

10、. . 114.1 High-temperature gas filter candles made from high-temperature insulationwool (HTIW) . . . . . . . . . . . . . . . . 114.2 Ceramic filter elements . . . . . . . . . . . 154.3 Metal filter materials . . . . . . . . . . . . 204.4 Testing high-temperature gas filter media . 265 Design types .

11、 . . . . . . . . . . . . . . . . . 305.1 Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . 305.2 Filter housing including dust collectionchamber and dust outlet . . . . . . . . . . 325.3 Dust separation and regeneration . . . . . . 346 Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 Applications .

12、. . . . . . . . . . . . . . . . . 397.1 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . 397.2 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Frhere Ausgabe: 06.10 Entwurf, deutschFormer edition: 06/10Draft, in German onlyKommission Reinhaltung der

13、 Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltschutztechnikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8FD9NormCD - Stand 2012-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 2 VDI 3677 Blatt 3 / Part 3VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unte

14、r Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts

15、und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar

16、unterwww.vdi.de/3677.EinleitungDie Heigasfiltration/Hochtemperaturentstaubung istein besonderes Anwendungsgebiet der Entstau-bungstechnik. Gegenber anderen Anwendungsge-bieten zeichnet sich die Heigasfiltration durch Be-triebstemperaturen oberhalb von 260 C aus, bei de-nen der Einsatz konventionelle

17、r Filtermedien aussynthetischen Fasern aufgrund der nicht ausreichen-den Temperaturbestndigkeit oder der Brennbarkeitnicht mehr mglich ist.Heigasfilter werden unter anderem aus metallischenWerkstoffen, aus Hochtemperaturwolle und aus kera-mischen Feingranulaten hergestellt. Die selbsttragen-den Elem

18、ente sind in Abhngigkeit vom Werkstofftemperaturbestndig im Bereich von 260 C bis1100 C (siehe Tabelle 1, Abschnitt 4), unempfindlichgegenber Funkenflug, nicht brennbar und weiseneine hervorragende Temperaturwechselbestndigkeitauf. Dennoch gibt es im Bereich oberhalb von 500 Cbisher nur wenige Anwen

19、dungsbeispiele, weil derkonstruktive Aufwand nicht verhltnismig ist.Auch Elektrofilter und Zyklone knnen bei Tempera-turen oberhalb von 260 C eingesetzt werden. Siewerden jedoch durch die vorliegende Richtlinie nichterfasst (siehe stattdessen VDI 3678 Blatt 1 undBlatt 2 sowie VDI 3676).Heigasfiltere

20、lemente werden u.a. bereits in derFarbpigment-Produktion, der Calciumcarbid-Pro-duktion und in Anlagen zur Vergasung von Biomasseerfolgreich als rckreinigbare Oberflchenfilter zurPartikelabscheidung aus heien Gasen eingesetzt.Die Entstaubung bei hohen Temperaturen bietet ge-genber der Entstaubung be

21、i Temperaturen 260 C to1100 C (see Table 1, Section 4), resistant to flyingsparks, non-combustible and highly resistant to ther-mal shock. However, as yet only a few applicationsoperate at temperatures above 500 C due to the dis-proportionate design effort involved.Electrostatic precipitators and cy

22、clones can also beused at temperatures above 260 C, but these are notcovered by this guideline (see VDI 3678 Part 1 andPart 2 and VDI 3676).High-temperature gas filtration elements are alreadysuccessfully used as washable surface filters to re-move particles from hot gases during pigment manu-factur

23、ing, calcium carbide production and in biomassgasification plants.High-temperature dust removal offers the followingadvantages compared with dust removal at tempera-tures 99 % + + +/ + +/ 95 % + + + + +Atmosphre/Temperaturoxidie-rend99 % + + +/ + +/ 95 % + + + + +Atmosphere/temperatureoxidizing 500

24、C + + + + + + + 850 C + +/ + +/ + + 1000 C + + +reducing 500 C + + + + + + 850 C + +/ +/ + 1000 C + Chemical resistanceAlkalis and alkaline earths + +/ +/ + + + +Acids + +/ /+ + +/ +/ +/Alkalis + +/ /+ + +/ +/ +/Moisture/condensate + +/ + + +/ /+Miscellaneous requirementsSupport cage required no no

25、yes no yesVibrations/oscillations/vibration resistance +/ +/ + + + + +B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8FD9NormCD - Stand 2012-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 14 VDI 3677 Blatt 3 / Part 3Der Einbau und Ausbau der Heigasfilterelemente inder Kopfplat

26、te als tragendem Element des Filterge-huses oder in den dafr vorgesehenen Halteele-menten erfolgt wie bei konventionellen Filterschlu-chen von der Reingasseite aus. Ein Sttzkorb ist frdie selbsttragenden Filterelemente aus HTW abernicht erforderlich (siehe Bild 6).Flexible und hochtemperaturbestndig

27、e Dichtungenaus HTW dienen zum einen der Abdichtung zwi-schen Roh- und Reingasseite und zum anderen derKompensation der unterschiedlichen Materialeigen-schaften (Wrmedehnung etc.) des Heigasfilters ausHTW und der metallischen Halteelemente und Kopf-platte.As with conventional bag filters, high-tempe

28、raturegas filter elements are fitted to or removed from theclamping plate (the supporting element of the filterhousing) or the mounting elements provided from theclean-gas side. Self-supporting HTIW filter ele-ments, however, do not require a support cage (seeFigure 6).Flexible, high-temperature res

29、istant HTIW gasketsprovide a seal between the raw-gas and clean-gas sideas well as compensation for differences between ma-terial characteristics (thermal expansion, etc.) of theHTIW gas filters and the metal brackets and clamp-ing plate.Bild 5. Heigasfilterkerzen aus Hochtemperaturwolle (Durch-mess

30、er 150 mm, Lnge 2200 mm), Flansch mit vormontiertemDichtungssatzFigure 5. High-temperature filter candles made from HTIW(diameter 150 mm, length 2200 mm), flange with preassembledseal assemblyBild 6. Heigasfilterkerzen aus Hochtemperaturwolle (Durch-messer 150 mm, Lnge 2200 mm), eingebaut in einer F

31、ilterkam-merFigure 6. High-temperature filter candles made from HTIW(diameter 150 mm, length 2200 mm) mounted in a filter chamberB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8FD9NormCD - Stand 2012-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3677 Blatt 3 / Part 3 15 Der E

32、insatz hochwertiger feuerfester Rohstoffe, z.B.aluminiumsilikatischer Hochtemperaturwolle (ASW)und auch vereinzelt AES-Wolle, erlaubt Einsatztem-peraturen des Filterkerzenmaterials bis zu 1100 Cbei Verwendung von ASW bzw. bis zu maximal800 C bei Verwendung von AES-Materialien.Heigasfilterkerzen aus

33、HTW werden mittels Vaku-umformgebungsverfahren hergestellt. Der Produk-tionsprozess, die Handhabung und die Einbausitua-tionen erlauben Filterkerzendimensionen mit Lngenvon bis zu 3 m. Die Durchmesser dieser Heigasfil-terelemente erreichen dabei bis zu 150 mm, das heit,es sind Filterkerzenoberflchen

34、 bis 1,4 m2 pro Ele-ment erzielbar.Neben der Hochtemperaturbestndigkeit aufgrundder verwendeten hochwertigen Rohstoffe weisen dieHeigasfilterelemente aus HTW eine hohe Tempera-turwechselbestndigkeit und hohe chemische Resis-tenz auf. Zu weiteren herausragenden Produkteigen-schaften zhlen unter ander

35、em, dass diese Materia-lien nicht brennbar und unempfindlich gegenberFunkenflug sind.Heigasfilterelemente aus HTW werden erfolgreichals reinigbare Oberflchenfilter zur Partikel- undFeinstpartikelabscheidung aus heien Gasen einge-setzt.Die hohe Porositt von 85 % bis 90 % und die hoheLuftdurchlssigkei

36、t dieser Filtermedien garantierengeringe Druckverluste (siehe Bild 7). Praxiseinstzeund Laboruntersuchungen zeigen, dass der Reingas-staubgehalt, bezogen auf den Normzustand, bei die-sem Filtermedium immer im Bereich von 1 mg/m3liegt.Die Abreinigung der Heigasfilterkerzen aus HTWerfolgt, wie bei her

37、kmmlichen Schlauchfiltern be-kannt, ber das Pulse-Jet-Verfahren mit Abreini-gungsdrcken im Bereich von 500 kPa bis 600 kPazeit- oder druckverlustgesteuert (siehe Bild 8).4.2 Kornkeramische Filterelemente4.2.1 Heigasfilterelemente aus Siliziumkarbid (SiC)Kornkeramische Filterelemente aus Siliziumkarb

38、id(SiC) zeichnen sich insbesondere durch ihre hervor-ragende Temperaturwechselbestndigkeit fr denEinsatz in der Heigasfiltration aus. Bevorzugt wer-den Membranfilterelemente verwendet, um einereine Oberflchenfiltration auch bei sehr feinen Stu-ben zu erreichen. Solche kornkeramischen Membran-filtere

39、lemente bestehen aus einem grobporsen Sili-ziumkarbidtrgerkrper, der auf der Anstrmseitemit einer feinfilterndern Membran aus Mullit (Alu-miniumsilikat) fest versintert ist (Bild 9). Zur Verf-The use of high-grade refractory raw materials suchas alumino silicate wool (ASW), and in some casesAES wool

40、, ensures that filter candles made fromASW can withstand potential operating temperaturesof up to 1100 C, and those made from AES materialsup to maximum 800 C.High-temperature filter candles made from HTIW aremanufactured using a vacuum forming process. Theproduction process, handling and installati

41、on envi-ronment make it possible to manufacture filter can-dles in lengths of up to 3 m. These high-temperaturegas filter elements can reach diameters of up to150 mm, which means that filter candle surface areasof up to 1,4 m2 per element are achievable.Apart from being high-temperature resistant ow

42、ing tothe high-grade raw materials used, high-temperaturegas filter elements made from HTIW are also highlyresistant to thermal shock and chemical attack. Thesematerials also feature a number of additional out-standing product characteristics, including the factthat they are non-combustible and resi

43、stant to flyingsparks.High-temperature gas filter elements made fromHTIW are successfully used as washable surface fil-ters for removing particulate matter from hot gases.The high porosity of 85 % to 90 % and high air per-meability of these filter media guarantee low pressuredrops (see Figure 7). Pr

44、actical applications and lab-oratory studies show that this filter medium alwaysachieves clean gas concentrations in the region of1 mg/m3 based on standard operating conditions.As with conventional bag filters, high-temperaturefilter candles made from HTIW are cleaned using atime and pressure drop-c

45、ontrolled pulse-jet processwith cleaning pressures ranging from 500 kPa to600 kPa (see Figure 8).4.2 Ceramic filter elements4.2.1 High-temperature gas filter elements made from silicon carbide (SiC)Ceramic filter elements made from silicon carbide(SiC) are particularly suitable for high-temperatureg

46、as filtration due to their outstanding resistance tothermal shock. Membrane filter elements are pre-ferred to achieve pure surface filtration even withvery fine dust. This type of a ceramic membrane filterelement consists of a large-pored silicon carbide car-rier sintered to a fine-filtering mullite

47、 (aluminium sil-icate) membrane on the face side (Figure 9). Vari-ous different membranes are available which can beselected according to the application and separationB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8FD9NormCD - Stand 2012-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseld

48、orf 2012 16 VDI 3677 Blatt 3 / Part 3Bild 7. Druckverlust in Abhngigkeit von der Filteranstrmge-schwindigkeit und der Temperatur der unbelasteten Filterkerze(staubfreies Rohgas) z.B. fr Filterkerzen aus Hochtemperatur-wolle (ASW)Figure 7. Pressure drop in relation to filter face velocity and tem-per

49、ature of the unloaded filter candle (dust-free raw gas) e.g. forfilter candles made from high-temperature wool (ASW)Bild 8. Druckverlustverlauf bei Heigasfilterkerzen aus Hoch-temperaturwolle unter Staubbelastung (24 g/m3) und bei einerTemperatur von 750 C. Die Regenerierung des Filtermediumserfolgt hier bei einem vorgegebenen Druckverlust von 140 dPa.Figure