Beeinflussung des Betriebsverhaltens von Oberflächenfiltern zur Gasreinigung mittels Post-Coating durch periodische Dosierung von Additiven
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Idee der Post-Coat-Filtration (Post-Coating) für die Oberflächenfiltration wurde im Labormaßstab realisiert. Die Wirkung dieses additiven Verfahrens im Vergleich mit der herkömmlichen Filtration ohne Post-Coating wurde auf einer quantitativ gut vergleichbaren Basis an einer hinsichtlich der Vielseitigkeit der Untersuchungen zur Oberflächenfiltration gut definierten, robusten Laborfilteranlage untersucht. Hierbei wurden Filterkuchen unterschiedlicher Enddruckverluste, Partikelflächenmassen und spezifischer Kuchenwiderstände aus Kalkstein-Teststaub an flexiblen Filtermedien mit guter Reproduzierbarkeit hinsichtlich der Filtration und der anschließenden Regenerierung bei niedrigen Tanküberdrücken (≤ 3,0 bar) generiert. Zum Generieren von Post-Coat-Partikeln wurden drei unterschiedliche Aerosolgeneratoren mit zahlreichen Stoffen getestet. Ausgewählte Post-Coats, die ebenfalls durch den Enddruckverlust, die Partikelflächenmasse und den spezifischen Kuchenwiderstand zu charakterisieren sind, konnten generiert und an ausgewählten Filterkuchen untersucht werden. Nachdem die Wirkung des Post-Coatings zur vermehrten Bildung von großen Kuchenbruchstücken im Vergleich zu vergleichbaren Filterkuchen ohne Post-Coating bei ausgewählten Materialpaarungen und Betriebsbedingungen mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen festgestellt worden war, wurde die Wirkung des Post-Coatings auf das Betriebsverhalten des Testfilters über längere Betriebszeiten mit zwei ausgewählten Post-Coats bei zwei unterschiedlichen Tanküberdrücken untersucht und mit den Ergebnissen von einem vergleichbaren normalen Filterkuchen verglichen. Es konnten positive Wirkungen des Post-Coatings auf das Betriebsverhalten des Testfilters im jeweils direkten Vergleich bei den unterschiedlichen Tanküberdrücken festgestellt werden: Der Restdruckverlust nach den Regenerierungen ist niedriger; der zeitliche Verlauf des Druckverlustes in sich anschließenden Filtrationsphasen ist günstiger. Die erfolgreich durchgeführten Differenzdruckmessungen am flexiblen Filtermedium eröffneten neue Einblicke in die zeitliche Änderung des Differenzdrucks während der Ablösevorgänge. Die Ergebnisse der hochauflösenden quantitativen Messungen während der Online-Druckstoßregenerierung ermöglichten die klare Beschreibung verschiedener Phasen bzw. Mechanismen während eines Ablösevorgangs. Unterschiede am Kurvenverlauf können bei der Beschreibung der sich charakteristisch voneinander unterscheidenden Ablösevorgänge der Filterschichten helfen. Die theoretischen Hintergründe des Post-Coatings wurden anhand einfacher Modellgeometrien verständlicher dargestellt, beschrieben und diskutiert. Mittels Simulationsrechnungen mit einem bestehenden Blockmodell zur Modellierung der Ablösevorgänge von Partikelschichten wurde versucht, die Wirkung des Post-Coatings zu beschreiben. Es konnte dabei gezeigt werden, dass größer werdende Reibungskräfte, die die Kohäsion im Filterkuchen darstellen, die Tendenz zur vermehrten Bildung von größeren Kuchenbruchstücken während der Regenerierung begünstigen und somit die Regenerierungsergebnisse verbessern können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Experimental investigations into the effects of post-coating on surface filtration, FILTECH 2009, 13.-15. Okt. 2009, Wiesbaden, II 281-286
Q. Zhang, E. Schmidt
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Effects of post-coating by generating a thin secondary particle layer on surface filters for dust separation, World Congress on Particle Technology 6, 26.-29. April 2010, Nürnberg, ISBN 978-3-00-030570-2, Abstract Nr.: 37
Q. Zhang, E. Schmidt
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Effects of post-coating by generating a thin secondary particle layer on surface filtration, FILTECH 2011, 22.-24. März 2011, Wiesbaden, II 56-64
Q. Zhang, E. Schmidt
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Partikelschichtablösung unter Beachtung transienter kinetischer Effekte – neuer Ansatz zur Modellierung mit Exkurs zur Post-Coat-Filtration, Universität Wuppertal, Dissertation, Aachen: Shaker Verlag, 2011 (Wuppertaler Reihe zur Umweltsicherheit)
Q. Zhang
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Effects of Post-Coating by Generating a Thin Secondary Particle Layer on Surface Filters for Dust Separation, Filtration, 12(1), 2012, 31-37
Q. Zhang, E. Schmidt
