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Bewertung und Minderung der Feinstpartikel-Emissionen von Abreinigungsfiltern

IGF-Nr. 15929 N

Die Umsetzung der EU-Richtlinien zur stufenweisen Absenkung der Grenzwerte für Feinstpartikel-Emissionen fordert konkrete Maßnahmen zur Verringerung der Feinstpartikel-Emissionen. Daher sollte das Emissionsverhalten von Schlauchfiltermedien und Filterschläuchen in Bezug auf PM2,5-relevante Feinstpartikeln auf Basis systematischer, vorwiegend experimenteller Untersuchungen an Labor- und später industriellen Anlagen analysiert werden.

Das Forschungsprojekt gliederte sich in vier größere Themenkomplexe (Projektteil A bis D):

Projektteil A: Messtechnik für PM2,5-relevante Aerosolemissionen
Neben den bekannten PM2,5 Messzyklonen wurde ein mobiles, kommerzielles Streulichtmessgerät kalibriert. Das spezielle (im MVM entwickelte)  Kalibrationsverfahren wurde für das Streulichtmessgerät PALAS PROMO adaptiert. So konnten damit Feinstaubemissionen mit hoher Zeitauflösung erfasst werden. Das kalibrierte Streulichtmessgerät wurde für die weiteren Projektteile verwendet.

Projektteil B: Experimentelle Untersuchung des PM2,5 Emissionsverhaltens
An einer VDI Laboranlage (nach VDI-Richtlinie 3926 Typ I) wurden unterschiedliche Teststäube sowie Filtermedien getestet. Zunächst erfolgten Untersuchungen zum Ursprung der Emission bei Oberflächenfiltern. Der dominante Ursprung der Feinstaubemission ist stets der direkte Partikeldurchtritt und nicht der "Teppichklopfer-Effekt", d.h. das Herauslösen von eingelagertem Staub. ln den Versuchen zeigte sich auch die von Tiefenfiltern bekannte Verbesserung des Abscheidegrads mit zunehmendem Medienalter.
Anschließend erfolgte die Untersuchung der Betriebsbedingungen auf das Anlagen- und Emissionsverhalten. Die Betriebsbedingungen der Anlage beeinflussen das Emissionsverhalten deutlich: Bei allen Filtermedien und Teststäuben war der Tankdruck der dominierende Einflussfaktor im Einzelzyklus. Bei steigendem Tankdruck erhöht sich die Emissision deutlich, allerdings bei einer gleichzeitigen Verlängerung der Zykluszeiten. Die für die Einhaltung von Grenzwerten besonders relevante Reingasmassenkonzentration hängt somit von zwei gegenläufigen Effekten ab: einer mit steigendem Tankdruck höheren Emission pro Zyklus bei gleichzeitig verlängerter Zyklusdauer, wobei die Erhöhung der Emission die Verlängerung der Zyklusdauer überkompensiert. Die geringste emittierte Massenkonzentration konnte stets beim niedrigsten Tankdruck beobachtet werden. Der höchste Differenzdruck vor der Abreinigung sorgte in allen Fällen für die niedrigste Massenkonzentration.
Insgesamt ergibt sich aus den Ergebnissen eine klare Tendenz für die optimale Betriebsweise, die sich mit der Faustregel "viel Kuchen, wenig Bewegung" zusammenfassen lässt. Der Einfluss der Rohgaskonzentration, der Medienalterung und der Medienvorspannung wurden umfassend untersucht.

Projektteil C: Bestimmung des Emissionsverhaltens einer Mehrschlauchfilteranlage
Bei der Feinstaubemission in der Mehrschlauchfilteranlage (MSLA) zeigten sich trotz abweichender Betriebsbedingungen dieselben Grundtendenzen wie in der VDI-Anlage. Allerdings findet man dabei einen deutlichen Einfluss von Sekundäreffekten, wie z.B. Abreinigungsfolge, Ventilöffnungszeiten und variierenden Anströmgeschwindigkeiten.

Projektteil D: Emissionsverhalten einer industriell eingesetzten Schlauchfilteranlage
Die Untersuchungen konnten aufgrund von Verzögerungen nicht mehr im Zeitrahmen des Forschungsvorhabens vorgenommen werden. Die Messkampagne wird jedoch im September (außerhalb des Projektzeitraums) durchgeführt. Die dabei gewonnenen Ergebnisse werden offen gelegt und die Mitglieder des Projektbegleitenden Ausschusses entsprechend informiert.
Im Abschlussbericht werden die Ergebnisse und Messkampagnen zusammengefasst und bewertet. Es wird weiterhin auf die wirtschaftliche Bedeutung des Forschungsvorhabens eingegangen.

Das Ziel des Vorhabens wurde somit größtenteils erreicht.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 12/08 bis 05/11 an dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, Lehrstuhl Gas-Partikel-Systeme (76131 Karlsrhuhe, Straße am Forum 8, Tel.: 0721/608-6560) unter Leitung von Prof. Dr. Gerhard Kasper (gleichzeitig Leiter der Forschungsstelle).

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BMWi-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 15929 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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