Industriestaub, Rauch und Nebel
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Entstaubungsanlagen-Abluft – 3 Gründe, aufmerksam zu sein

Von Robert Walters, regionaler Vertriebs-Ingenieur bei Donaldson Torit

Das Hauptaugenmerk bei der Entwicklung von Entstaubungssystemen liegt oft auf der Filtrationsvorrichtung (Kollektor). Infolgedessen können Systementwickler andere Faktoren übersehen, zum Beispiel, welche Optionen hinsichtlich der aus der Entstaubungsanlage austretenden Luft zu berücksichtigen sind. Dieser Artikel beschreibt einige der Möglichkeiten und Herausforderungen für die Abluft von Filtrationsgeräten. Ältere Entstaubungssysteme verwendeten eine sehr einfache Formel zur Handhabung von Abluft aus Entstaubungsanlagen: Leite sie einfach nach draußen in die Atmosphäre. Dieses Konzept wurde bei Entstaubungsanlagen sowohl im Innen-, als auch im Außenbereich angewandt. Diese Vorgehensweise mag für einige Anwendungen weiterhin in Ordnung sein. Die gegenwärtigen Bedenken hinsichtlich Energieeinsparungen, brennbaren Stäuben und der Einhaltung von Umweltvorschriften sollten jedoch zu weitergehenden Überlegungen führen.

1. Energieeinsparungen – freigesetzte Luft muss ersetzt werden

Wenn ein Entstaubungssystem arbeitet, entsteht nach der Luft, die zum Ansaugen von Staub in die Entstaubungsanlage verwendet wird, ein leerer Raum, der mit nachströmender Luft aufgefüllt werden muss. Das mag in Gegenden mit gemäßigtem Klima einfach sein, aber viele Unternehmen müssen Energie und Geld investieren, um in ihrem Werk eine angenehme Atmosphäre zu schaffen. Dies bedeutet, dass das Ablassen der klimatisierten Luft nach draußen und das Ersetzen dieser Luft die Frischluft-Klimageräte stärker belastet und somit die Betriebskosten erhöht.

Um die Heiz- oder Kühlkosten zu verringern, kann man sich dafür entscheiden, aufbereitete Luft, nachdem sie durch die Entstaubungsanlage geströmt ist, wieder zurück ins Gebäude zu leiten. Diese Option wird in der Regel bei Hochleistungsfiltermedien angewandt, um eine effektive Partikelentfernung sicherzustellen und damit eine Rückführung zu ermöglichen. Durch dieses Konzept kann viel Geld eingespart werden, wenn eine Anlage unter extremen Witterungsbedingungen arbeitet. Man muss aber eventuell mit zusätzlichen Kapitalkosten rechnen, bevor die Luft in das Werk zurückgeleitet wird.

Viele Konstruktionsplanungen sehen für die Umluft, die in personenbesetzte Räume zurückgeführt wird, Überwachungssysteme vor, um die Qualität der in den Raum zurückgeführten Luft sicherzustellen. Eine relativ verbreitete Methode ist die zusätzliche Montage von HEPA- oder ASHRAE-Filtern als Überwachungs-Filter zwischen der Entstaubungsanlage und dem Auslass zurück in das Gebäude. HEPA- und ASHRAE-Filter neigen zu einem relativ schnellen Anstieg des Druckverlusts, wenn sie relativ kleine Mengen an Staub auffangen. Wenn sie nach einer primären Entstaubungsanlage platziert werden, können sie die Staubbelastung in der zurückgeführten Luft überwachen und einen Anstieg des Druckverlusts anzeigen. Dadurch erhält der Bediener das Signal, dass ein offensichtliches Leck im primären Filter vorliegt. Der Staub, der den Primärfilter passiert, wird trotzdem aufgefangen (durch die HEPA) und gelangt somit nicht zurück in den personenbesetzten Raum. Unter normalen Bedingungen sammelt sich im HEPA- oder ASHRAE-Filter so wenig Staub, dass der Druckverlust niedrig und stabil bleibt und die Filterlebensdauer noch akzeptabel ist. Dies minimiert den Wartungsaufwand für die Überwachungsfilter.

Wird der zusätzliche Kapitaleinsatz durch die Einsparung von Umluft kompensiert? Eine Schätzung der Energieeinsparungen bei einem Entstaubungssystem in Madison (Wisconsin) mit 10.000 cfm (Kubikfuß pro Minute), das 168 Stunden pro Woche arbeitet, ist wie folgt:

Die Heizkosten für die Frischluft können nach folgender Formel geschätzt werden:

Einsparung = (0,154 x Q x T x D x C) ÷ q

In unserem Beispiel wären die jährlichen Heizkosten also:

 = (0,154 x 10.000 x 168 x 7673 x 6,11) ÷ 824.000 = 14.720 $ Heizkosten pro Jahr

Wobei gilt…
0,154 ist ein Umrechnungsfaktor 
Q ist der Design-Luftstrom in Kubikfuß pro Minute (cfm)10.000 cfm
T sind die Betriebsstunden pro Woche168 Stunden pro Woche
D ist die Anzahl der jährlichen Gradtage7.673 Heiztage
C sind die Kosten für Brennstoffe in Dollar pro Einheit (November 2013)6,11 $ Brennstoffeinheiten
q sind verfügbare BTUs pro Einheit824.000 BTU pro Einheit

Auch die Kühlkosten können mithilfe einer Formel geschätzt werden:

Kühlkosten = (0,0000258 x Q x T x H x C)

Also für unser Beispiel wären die jährlichen Kühlkosten:

= (0,0000258 x 10.000 x 168 x 293 x 0,0804) = 1.021 $ Kühlkosten pro Jahr

Wobei gilt…
0,0000258 ist ein Umrechnungsfaktor 
Q ist der Luftstrom in Kubikfuß pro Minute (cfm)10.000 cfm
T sind die Betriebsstunden pro Woche168 Stunden pro Woche
H sind die gleichwertigen Volllast-Kühlstunden293 Kühlstunden
C sind die Stromkosten in Dollar pro Kilowattstunde (August 2013)0,0804 Dollar pro Kilowatt
q sind verfügbare BTUs pro Einheit824.000 BTU pro Einheit

Die gefilterte Luft wird zurückgeführt und die aus der Filtrationsanlage abgeleitete klimatisierte Luft muss nicht ersetzt werden. Dadurch ergibt sich eine jährliche Gesamteinsparung für das Heizen und Kühlen der benötigten Frischluft von knapp 16.000 Dollar. Diese Einsparungen werden für jedes Betriebsjahr der Filteranlage erzielt.

Zusätzliche Einsparungen könnten durch die Installation eines automatischen Luftstromsteuersystems mit einem drehzahlvariablen Antrieb erzielt werden, der den Designluftstrom aufrecht erhält und die Belastung des Luftaufbereitungssystems konstant hält. Mit diesem System sind noch höhere Einsparungen möglich, wenn ein Oberflächenfiltrationsmedium mit geringem Druckverlust verwendet wird. Wenn das System bei einem um Zwei-Zoll-Wassersäule niedrigeren Druck mit einem verbesserten Oberflächenfiltrations-Medium im Vergleich zu einem Standardmedium auf demselben 10.000 cfm-System läuft, beträgt die geschätzte jährliche Energieeinsparung aufgrund des geringeren Druckverlusts 2.262 USD.

Bei diesen Einsparungen ist das geringere Kapital, das für das Frischluftsystem benötigt wird, noch nicht berücksichtigt. Wenn Sie ein neues Projekt in Betracht ziehen, wenden Sie sich an lokale Energieversorgungsunternehmen, um verfügbare Rabatte und Anreizprogramme zu erhalten. Solche Programme fördern den zusätzlichen Kapitaleinsatz für Investitionen in ein energieeffizientes System. 

2. Überlegungen zu brennbarem Staub

Staubkontrollsysteme, die brennbaren Staub handhaben, können zusätzliche Kapitalinvestitionen erfordern, um zu verhindern, dass bei einem Brand Energie oder Rauch zurück in das Gebäude gelangen. Eine Ableitungsklappe ist eine von mehreren Möglichkeiten, um das Risiko zu minimieren, dass bei einem Brand in einer Entstaubungsanlage Feuer und Rauch in einen personenbesetzten Raum zurückgeleitet werden. (Siehe Abbildung 1)

Eine Ableitungsklappe empfängt ein Signal von einer Art Sensor, der sich an oder in der Nähe der Entstaubungsanlage befindet. Wenn der Sensor die Ableitungsklappe auslöst, schlägt sie in eine geschlossene Position. In dieser Position wird die abgeführte Luft aus der Entstaubungsanlage nach außen und nicht in das Gebäude zurückgeleitet. Um eine Ableitungsklappe auszulösen, kann eine Vielzahl von Sensoren verwendet werden. Üblich sind jedoch Detektoren, die auf Funken oder Rauch im Bereich nach der Entstaubungsanlage reagieren.

Abbildung 1 – Ableitungsklappe im Abluftkanal

Wenn sich Ihre Anlage an einem Ort befindet, an dem das Wetter eine Rolle spielt, kann es während des Jahres Zeiträume geben, in denen besser keine Luft in das Gebäude zurückgeleitet werden soll. Vielleicht entsteht bei ihren Arbeitsprozessen Hitze, und Sie würden im Sommer lieber heiße Luft nach draußen ablassen. Unter diesen Bedingungen wird eine Ableitungsklappe häufig manuell ausgelöst, sodass die heiße Luft nach außen abgelassen und nicht in das Gebäude zurückgeführt wird. Beachten Sie, dass der Betrieb der Entstaubungsanlage mehr Frischluftzufuhr benötigt, wenn Luft nach außen abgelassen wird.

Sie können in Ihren Abluft-Rohrleitungen einen Überwachungsfilter, eine Ableitungsklappe oder beides in Erwägung ziehen. Bedenken Sie jedoch, dass zusätzlich zu den Kapitalkosten für die Betriebsmittel noch Energiekosten entstehen, wenn Luft durch die Anlage(n) geleitet wird. Bei der Berechnung der erforderlichen Energiekosten (statischer Druck), um die Luft durch Ihr Originalsystem zu bewegen, wurden die Energiekosten für die Beschleunigung und Umwälzung der Luft rund um den Maschinenpark zum Einsaugen des Staubs in die Entstaubungsanlage mit berücksichtigt. Es wurden auch die zusätzlichen Kosten für den statischen Druck bedacht, um Luft und Staub durch die Bögen, Abzweigungen und geraden Rohrleitungen bis zur Entstaubungsanlage zu bewegen. Die Energiekosten für den Widerstand durch die Rohrleitungen von der Entstaubungsanlage bis zum Auslasspunkt wurden mit einbezogen. Und schließlich wurden die Energiekosten für den statischen Druck bedacht, um die Luft durch die Entstaubungsanlage und durch die Filter zu bewegen. Diese Energieverluste durch die Entstaubungsanlage sollten eine ausreichende statische Druckkapazität einschließen, damit eine Luftbewegung durch die Filter auch möglich ist, wenn diese so verschmutzt sind, dass sie gewechselt werden müssen. Aus der Summe all dieser Energiekosten ergibt sich die Größe des erforderlichen Lüfters.

Wenn jetzt noch ein Überwachungsfilter oder eine Ableitungsklappe geplant sind, muss möglicherweise zusätzliche statische Druckkapazität für die Energie berücksichtigt werden, die für die Bewegung der Luft durch diese Geräte benötigt wird. Es muss überprüft werden, ob der aktuelle Lüfter geändert oder ersetzt werden muss, um die Durchflussbedingungen aufrechtzuerhalten.

Eine zusätzliche Überlegung bei brennbaren Stäuben ist die Anforderung von Standards wie NFPA zur Abschottung zwischen Prozessanlagen oder an Rohrleitungen, die Luft in personenbesetzte Räume zurückleiten. Diese Abschottungen tragen dazu bei, das Risiko einer Verpuffung in einer Entstaubungsanlage zu reduzieren, da hier Energie und Flammen nicht in den personenbesetzten Raum zurückgeleitet werden. Abschottungsvorrichtungen verwenden Sensoren in der Nähe der Entstaubungsanlage, um ein entstehendes Problem in der Entstaubungsanlage zu erkennen. Sie lösen dann die Abschottungsvorrichtung aus und verschließen die Rohrleitung, sodass Flammen und Energie nicht in den personenbesetzten Raum zurückgeleitet werden. Mechanische Abschottungsvorrichtungen arbeiten häufig mit Klappen. Diese werden durch Schließmechanismen, die mit komprimiertem Gas und hoher Energie arbeiten, in Bruchteilen einer Sekunde zugeschlagen. Bei einer chemischen Abschottung werden Spezialbehälter oder Kanonen verwendet, um durch komprimiertes Gas ein Löschmittel schnell in die Rohrleitung einzubringen. Abschottungsvorrichtungen werden sowohl am Rückluftkanal, als auch am Einlasskanal der Entstaubungsanlage verwendet, um ein mögliches Zurückschlagen von Energie und Flammen in den Prozess zu reduzieren.

Abbildung 2 – Detektor für beschädigte Taschen, Sonde und Steuerelemente
3. Gesetzliche Anforderungen zur Luftüberwachung:

Wenn in Ihrem Prozess gefährliche Luftschadstoffe gehandhabt werden oder entstehen, kann es örtliche, bundesstaatliche oder staatliche Vorschriften zur Qualitätsüberwachung der in die Atmosphäre abgegebenen Luft geben. Ein Detektor mit Alarmvorrichtung für beschädigte Taschen kann erforderlich sein, um die Staubbelastung in der Abluft der Entstaubungsanlage zu überwachen und eine Leistungsaufzeichnung für die Entstaubungsanlage zu erstellen (siehe Abbildung 2). Diese Detektoren befinden sich im Abluftkanal oder -kamin und müssen für die vorgesehene Luftmenge kalibriert werden. Einmal installiert und kalibriert, können diese Detektoren oft so konfiguriert werden, dass sie die Staubbelastungen nicht nur überwachen, sondern diese auch stündlich erfassen, um eine permanente Leistungsaufzeichnung der Entstaubungsanlage zu erstellen. Mit einigen Modellen von Detektoren für beschädigte Taschen ist es auch möglich, die Impulsreinigungssequenz der Entstaubungsanlage zu überwachen und eine erhöhte Staubentladung mit einem bestimmten Impulsereignis in Beziehung zu setzen. In diesen Konfigurationen fungieren die Geräte als präventive Wartungswerkzeuge, da Sie dem Bediener der Entstaubungsanlage die Suche nach beschädigten Filtern erleichtern

Die Monitore sind häufig mit Schaltkreisen für akustische Alarme oder visuelle Leuchtanzeigen ausgestattet, um den Bediener auf Störungen aufmerksam zu machen. Diese Monitore werden auch verwendet, um Vorrichtungen wie zum Beispiel Ableitungsklappen auszulösen, wenn die Partikelmengen dramatisch ansteigen. Dieser Anstieg kann beispielsweise durch Rauch aufgrund eines schwelenden Feuers auf einem Filter hervorgerufen werden.

Übersicht:

Begehen Sie nicht den Fehler, die Abluft Ihrer Entstaubungsanlage zu ignorieren. Sie sollten proaktiv sein, um sicherzustellen, dass der Auslass Ihrer Entstaubungsanlage alle bundesstaatlichen, staatlichen oder lokalen Anforderungen erfüllt. Sie sollten auch sicherstellen, dass alle Möglichkeiten zur Steigerung der Wertschöpfung an Ihrer Entstaubungsanlage ausgenutzt werden. Es gibt Möglichkeiten für Einsparungen bei Heiz- oder Kühlkosten, oder durch erhöhte Zuverlässigkeit wegen besserer Überwachung und Wartung. Wenn es um die Abluft Ihrer Entstaubungsanlage geht, können Sie es sich einfach nicht leisten, diese leichtfertig nach draußen zu leiten.

Wir können Ihnen helfen, die optimale Lösung für Ihre Anwendung zu finden.

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