Doekenfilter

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  zakkenfilter
—  slangenfilter
—  cassettenfilter
—  compactfilter
—  mouwenfilter

Verwijderde componenten

—  stof, deeltjes

Principeschema

Procesbeschrijving

Filtratie

Een doekenfilterinstallatie bestaat in principe uit een omkasting waarin een filtermedium (het doek) is aangebracht. Door dit doek wordt de omkasting van de filter verdeeld in een zogenoemd "vuil" deel en een "schoon" deel.

Het vuile deel, waar de met stof beladen lucht binnenkomt, bevindt zich meestal aan de onderzijde of op het middengedeelte van de omkasting. De binnenkomende lucht stroomt meestal niet rechtstreeks naar de filters, maar wordt afgeleid door één of meerdere verdeelplaten. Het doel hiervan is een betere verdeling over de doeken te bewerkstelligen waardoor deze meer gelijkmatig worden belast. Tevens verliest de lucht een groot gedeelte van zijn kinetische energie, waardoor een voorafscheiding plaats vindt onder invloed van de zwaartekracht.

De met stof verontreinigde lucht wordt door de doekenfilter geleid en van stofdeeltjes ontdaan. Het stof wordt periodiek van de filter verwijderd en verzameld in een onder de filterinstallatie geplaatste trechter (hopper).

Reinigingsmechanisme

Het stof dat zich gedurende het filterproces in en aan de filter ophoopt, moet van tijd tot tijd worden verwijderd. De meest gebruikte systemen zijn:

—  schudmechanisme;
—  terugblaassysteem (omkeren van de stroomrichting);
—  d.m.v. perslucht;
—  combinatie van verschillende systemen.
—  ultrasone reiniging

De klopreiniging (d.m.v. een schudmechanisme) is de oudste methode. Hierbij wordt het filterdoek heen en weer geschud. Mede omdat zij een hoge mechanische belasting van het filterdoek veroorzaakt, wordt deze methode zelden nog toegepast, behalve bij zeer kleine, discontinu werkende installaties.

Bij de terugstroomreiniging is het filter opgedeeld in een aantal compartimenten. De uitgang van elk compartiment kan worden afgesloten van de rest van de doekenfilter, waarna een ventilator spoellucht door het filtermateriaal blaast in omgekeerde richting. Deze spoellucht wordt genomen uit het schone rookgaskanaal. De spoellucht stroomt van buiten naar binnen door de zak heen en het stof bevindt zich in de filterzak. Vanwege de lage luchtdruk waarmee wordt teruggeblazen, ondervindt het filtermateriaal tijdens het reinigen een relatief lage mechanische belasting.

Bij persluchtreiniging wordt een korte persluchtstoot van 0,05 tot 0,3 seconden in de filterzak gegeven waardoor het filtermateriaal ineens opbolt. De stoflaag, die zich aan de buitenkant van de zak bevindt, breekt hierdoor en valt naar beneden in de trechter. Bij hoge druk persluchtreiniging (4 - 8 bar) stroomt de perslucht door een venturi heen en sleurt bij goed ontwerp een meervoudige overmaat aan secundaire lucht mee. Deze secundaire lucht is essentieel voor een goede reiniging. Bij lage drukreiniging (1 - 2 bar) wordt geen venturi gebruikt.

De perslucht reiniging kan al of niet tijdens bedrijf plaatsvinden. Hierbij wordt gesproken van "on-line" respectievelijk "off-line" reiniging. Bij "off-line" reiniging wordt een compartiment van de filter afgesloten en dan gereinigd. Hierdoor kunnen vliegasdeeltjes makkelijker naar beneden vallen en worden zij niet gehinderd door het vuile gas.

Het voordeel van een "on-line" reiniging is dat er geen kleppen nodig zijn om een compartiment af te sluiten en dat steeds het gehele filteroppervlak voor rookgasfiltratie wordt benut.

De reiniging kan door een tijdschakelaar of door een drukverschilregelaar bestuurd worden. Het nadeel van een vaste insteltijd bij een laag stofaanbod is dat de filter vaker gereinigd wordt dan nodig, een drukverschilregelaar ondervangt dit nadeel.

Doekenmaterialen

Doekmateriaal kan verdeeld worden in twee groepen nl. weefsel en vilt.

Een weefsel is een tweedimensionaal netwerk en kan op diverse manieren worden geweven, waardoor verschil ontstaat in plooibaarheid en permeabiliteit. Verder worden de eigenschappen van het weefsel beïnvloed door kenmerken van de draad of vezel, de oppervlaktebehandeling en de coating. De filterwerking van een weefsel wordt sterk bepaald door de op het doek opgebouwde filterkoek.

De vilten die voor rookgasreiniging worden gebruikt bestaan uit een grofmazig steunweefsel, waarop vezels worden ingestanst. Door het driedimensionale netwerk van de vezels vertoont een vilt op zichzelf een goede filterende werking. Door de hogere mechanische sterkte van vilt ten opzichte van weefsel is een hogere doekbelasting mogelijk, waardoor een kleinere filterinstallatie toereikend is.

Doekmaterialen kunnen in diverse kwaliteiten geleverd worden; met name de dikte en het specifiek gewicht variëren dan.

Basismaterialen voor filterdoeken voor vliegastoepassingen zijn:

—  Polyacrylonitril (Dralon-T)
—  Aromatische polyamide (Nomex)
—  Polytetrafluorethyleen (PTFE)
—  Glasvezel
—  Ryton (doekenmateriaal op basis van polyfenyleen en dichlorobenzeen)

Al deze materialen hebben specifieke voor- en nadelen op het gebied van temperatuur, mechanische sterkte, chemische bestendigheid, kostprijs die in de onderstaande tabel zijn samengevat:

filtermateriaal

Dralon-T

Nomex

PTFE

Glasvezel

Max. continue werkingstemperatuur

130 °C

200 °C

260 °C

220 - 280 °C

Vochtbestendigheid

goed

matig

uitstekend

goed

Zuurbestendigheid

goed

matig

uitstekend

goed

Base bestendigheid

matig

goed

uitstekend

matig

Mechanische sterkte

goed

goed

redelijk

redelijk

Brandgevoeligheid

brandbaar

Niet brandbaar, ontbinding boven 370 °C

Niet brandbaar

Niet brandbaar

Relatieve prijs

1

2,5 - 3,5

10 - 15

4 - 6

Ontwerpgegevens

De belangrijkste ontwerpparameters zijn:

—  het afgasdebiet
—  de werkings- en maximale temperatuur
—  de afgassamenstelling
—  de filterdoekbelasting of “filter-ratio”: de filterdoekbelasting is de gasdoorzet per vierkante meter filtermateriaal, met
      als eenheid m3/h per m2 filteroppervlak. De filterdoekbelasting is afhankelijk van het type en de aard van het doek-
      materiaal, de stofbelading, het soort en de deeltjesgrootte van het stof.

De drukval over het filtersysteem wordt veroorzaakt door:

—  de constructieve aspecten van het filterhuis
—  het filtermedium
—  de filterkoek

De drukval van niet bevuild filtermedium hangt lineair af van de filterbelasting, de dynamische viscositeit en de dikte van het filtermedium. Ook een belangrijke invloed heeft de grootte, de opbouw en de vorm van het filetrmedium.

Uit talrijke experimenten vertoont de drukval over een niet bevuild vezeldoek volgende wetmatigheid:

?pm                 =drukval over het vezeldoek

?L                   =dikte van het vezeldoek

?                      =porositeit van het filtermedium

?                      = dynamische viscositeit

?                      =filterdoekbelasting

DF                   =vezeldiameter

Tijdens de stofvangst vergroot de de weerstand over het filtermedium door de aangroeiende filterkoek. De drukval te wijten aan de filterkoek kan door onderstaande vergelijkingen benaderd worden:

KS                   =filterkoekweerstand

?                      =dynamische viscositeit

W                    =de masse afgescheiden stof op het filteroppervlak

c                      =stofconcentratie

E                     =afscheidingsgraad

t                      =tijd

De moeilijkheid is het bepalen van de filterkoekweerstan KS. Een gemiddelde filter-koekweerstand kan experimenteel worden bepaald door toepassing van de bovenstaande vergelijkingen waarbij een tijdelijke drukverloop wordt geregistreerd.

Varianten  

Compactfilters

Een variante op de doekenfilters is de compactfilter, ook cassettefilter of enveloppenfilter genaamd.

Deze compactfilters worden uitgevoerd in verschillende groottes en capaciteiten. Vaak wordt gebruik gemaakt van standaardeenheden, waaruit filterinstallaties met grotere capaciteiten kunnen worden opgebouwd.

Het verschil t.o.v. doekenfilter is de compacte opbouw en de manier waarop de filterelementen zijn aangebracht in het filterhuis. Ze zijn zodanig geplaatst dat ze eenvoudig te vervangen zijn.

 Low-ratio en high-ratio filters

Er kan een onderscheid worden gemaakt tussen twee hoofdsoorten filtersystemen aangeduid als laagbelaste ("low-ratio") of hoogbelaste ("high-ratio") filters (zie ontwerpgegevens). Hoogbelaste filters hebben een filterdoekbelasting van 60-120 m/h, afhankelijk van het filtermedium en zijn geschikt voor persluchtreiniging:

Enkel gemiddelde waarden i.f.v. het filtermateriaal:

Filtermateriaal

Gemiddelde filterdoek-

Belasting (m/h)

glasvezel

60-120

Dralon-T

80-100

Nomex

80-100

Teflon

80-100

Laagbelaste filters hebben een filterdoekbelasting van 20-90 m/h en zijn meestal vervaardigd uit geweven filtermateriaal.

Voor middelgrote en grote industriële toepassingen worden de "low-ratio" filters steeds meer verdrongen door de "high-ratio" filters.

Specifiek voor de afscheiding van zeer fijn stof uit grote luchthoeveelheden, zoals bijvoorbeeld bij elektriciteitscentrales, worden echter nog voornamelijk "low-ratio" filters toegepast. Deze filters worden ook wel "bag-houses"genoemd. Bij kleine industriële toepassingen komen beide vormen en diverse tussenvormen voor. Toename van de doekenbelasting brengt met zich mee dat voor specifieke uitvoeringsvormen moet worden gekozen, met name qua reinigingssysteem en filtermedium.

Katalytische doeken

Voor specifieke toepassingen kunnen, in de doeken, katalysatoren worden verwerkt, zogenaamde katalytische doeken. Als katalysator wordt vanadium/titanium gebruikt. De belangrijkste toepassing is de verwijdering van dioxines en furanen, maar andere verontreinigingen zoals VOS, PAK’s, PCB’s en andere gechloreerde verbindingen kunnen worden verwijderd.

Werkingsgraad

Het verwijderingsrendement is 99 – 99,9 %.

De restemissies zijn afhankelijk van de gebruikte doeken maar concentraties < 10 mg/Nm3 zijn haalbaar

Randvoorwaarden

—  Debiet:                300 – 1 800 000 Nm3/h
—  Temperatuur:    boven dauwpunt en < 135 °C (basisuitvoering)
—  Inkomend stofgehalte:   0,1 - 230 g/Nm3

Hulpstoffen

—  Filterdoeken: 11 – 17 m2 per 1 000 Nm3/h. De levensduur van de doeken is afhankelijk van de kwaliteit van de doeken
      en de aard van de toepassing.
—  Perslucht 

Milieu-aspecten

—  Stof als reststof. De hoeveelheid reststof is afhankelijk van de toepassing.
—  De gebruikte doeken bij vervanging.

Energieverbruik

Het energieverbruik van de doekenfilters wordt hoofdzakelijk bepaald door het reinigingssysteem en de filterweerstand.

Filters met een hoge doekbelasting ("high-ratio") en met een persluchtreinigingssysteem hebben een hoger rendement, maar ook een hoger energieverbruik. Filters met een lage doekbelasting ("low-ratio") en een terugblaassysteem of een schudsysteem hebben een lager rendement maar ook een relatief laag energieverbruik.

Het energieverbruik varieert tussen 0,2 - 2,0 kWh/1 000 Nm3.

Kostprijs

  • Investering
    — 
    1 000 – 13 000 EUR afhankelijk van de capaciteit en de uitvoering van de behuizing en 500 - 700 EUR voor
          filtermateriaal voor 1 000 Nm³/h [1, 2, 5, 6]. Het aandeel van de doekmateriaalkosten in de totale investering
          kan variëren van 10% tot meer dan 50%.

In de onderstaande tabel zijn de kosten weergegeven voor eenvoudige systemen per m3/h. [5]

Capaciteit in m3/h

Investeringskosten (€)

> 100 000

1 – 4

10 000 – 100 000

4 – 7

1 000 – 10 000

7 – 13

< 1 000

> 13

Enkele richtprijzen voor geconfectioneerd filtermateriaal met bevestigingsringen:

Filtermateriaal

Richtprijs (€/m2)

Dralon-T

15

Nomex

60

PTFE

80

glasvezel

180

  • Werkingskosten
    — 
    Personeelskosten:             ca. 2 mu/week
    —  Hulp & reststoffen: 100 tot 140 EUR per jaar voor 1 000 Nm³/h. De transportkost van het afgescheiden stof is
          afhankelijk van de aard van de reststof.
                                        *  Inert: ca. 75 EUR/ton
                                        *  Chemisch: 150 – 250 EUR/ton
    —  Operationele kosten: 0,2 – 1,5 EUR per m3/h [5]

Voor- en nadelen

  • Voordelen
    —  Hoge verwijderingsrendementen voor grof en fijn stof;
    —  Wisselende belasting heeft geen invloed op de drukval en de efficiëntie;
    —  Het afgevangen stof kan eventueel in het proces hergebruikt worden;
    —  De restemissie is onafhankelijk van de inkomende concentratie;
    —  Relatief eenvoudig in gebruik.
  • Nadelen
    — 
    Geen hoge vochtigheidsgraad of druppeltjes. Eventueel bijkomende verwarming van b.v. de omkasting kan
          voorkomen dat vocht op de filter condenseert. Wanneer dit niet mogelijk is kan een doekenfilter niet worden
          toegepast;
    —  Explosiegevaar. Vonken en roet moeten vermeden worden. Vonken moeten zijn gedoofd alvorens zij het
          filterdoek bereiken. Roet kan aan zelfontbranding onderhevig zijn;
    —  Mogelijke elektrostatische oplading;
    —  Kleverig stof moet vermeden worden. Eventuele toeslagstoffen kunnen worden toegediend.

Toepassingen

Doekenfilters kunnen bij vele processen worden ingezet en door toepassing van de juiste filtermaterialen kunnen veel schijnbare beperkingen worden overwonnen.

Deze techniek laat ook toe zure componenten te verwijderen of dioxines te absorberen, hiervoor wordt in het rookgaskanaal respectievelijk kalk en actieve kool geïnjecteerd.

Dioxines kunnen ook worden verwijderd door gebruik te maken van katalytische doekenfilters (zie varianten).

Wordt toegepast in:

—  chemische industrie
—  metaalverwerkende industrie
—  veevoederindustrie
—  voedingsindustrie
—  afvalverwerkende industrie.

Referenties

  1. Factsheets luchtemissie beperkende technieken, www.infomil.nl, Infomil
  2. Common waste water and waste gas treatment and management systems in the chemical sector. BREF document, European IPPC Bureau, http://eippcb.jrc.es
  3. Elslander H., De Fré R., Geuzens P., Wevers M. (1993). Vergelijkende evaluatie van mogelijke gasreinigingssystemen voor huisvuilverbranding. In: Energie &  Milieu, 9
  4. Vanderreydt I. (2001). Inventarisatie van de afvalverbrandingssector in Vlaanderen, Vito, 2001/MIM/R/030
  5. Werkboek milieumaatregelen: “Metaal- en elektrotechnische industrie” (1998). VNG uitgeverij
  6. Leveranciersinfo
  7. VDI 3677, Filternde abscheider, Oberflächenfilter
Producten en diensten: