Technische Berechnungswerkzeuge
Allgemeine Gewebefilter-Rechner gehen davon aus, dass der vorliegende Durchflusswert dem tatsächlich am Filter ankommenden Durchfluss entspricht. Bei der Entstaubung von EAF- und Pfannenofenanlagen ist das Gas heiß, und der vorliegende Wert liegt fast immer in Nm³/h vor — wird er direkt verwendet, kann der Filter deutlich unterdimensioniert werden.
Luft-Tuch-Verhältnis
1,33 m/min
4,37 ft/min
Nach den Auslegungsrichtlinien der EPA für Gewebefilter liegt die Filtrationsgeschwindigkeit insgesamt etwa im Bereich von 0,3-3,7 m/min (1-12 ft/min); Pulse-Jet-Systeme bewegen sich eher am oberen Ende dieser Spanne, Umkehrluft- (Reverse-Air) und Rüttel- (Shaker) Systeme eher am unteren Ende. Der richtige Wert für Ihren Staub und Ihr Reinigungsverfahren ist eine Auslegungsfrage, die gemeinsam mit den Ingenieuren von DNL geklärt werden sollte.
Das Luft-Tuch-Verhältnis ist der tatsächliche Betriebsvolumenstrom geteilt durch die gesamte Filterfläche:
Verhältnis [m/min] = tatsächlicherVolumenstrom [m³/h] / 60 / Filterfläche [m²]
tatsächlicherVolumenstrom ist der reale Volumenstrom des Gases durch den Filter bei Betriebstemperatur (m³/h) — nicht der Normvolumenstrom (Nm³/h); Filterfläche ist die gesamte Filterfläche bei allen im Betrieb befindlichen Schläuchen (m²).
Anlageningenieure haben ihren Durchflusswert meist in Nm³/h vorliegen (Normbedingungen, bezogen auf 0°C); für die Filterauslegung wird jedoch der TATSÄCHLICHE Volumenstrom bei Betriebstemperatur (m³/h) benötigt. Heißes Gas nimmt bei gleicher Masse deutlich mehr Volumen ein als unter Normbedingungen — wird der Nm³/h-Wert anstelle von m³/h verwendet, wird die erforderliche Filterfläche unterschätzt.
Auslegung einer EAF-Entstaubungsanlage, angegeben mit 400.000 Nm³/h, Gastemperatur 130°C, für eine Zielgeschwindigkeit von 1,0 m/min.
Wird dieser Wert von 400.000 direkt als m³/h verwendet, ergibt sich eine erforderliche Filterfläche von 6.667 m².
Dabei handelt es sich jedoch um einen Normvolumenstrom. Umgerechnet auf den tatsächlichen Volumenstrom bei 130°C Betriebstemperatur, nach der 0°C-Referenz gemäß DIN 1343, ergeben sich 590.372 m³/h.
Auf Basis dieses tatsächlichen Volumenstroms beträgt die tatsächlich erforderliche Filterfläche 9.840 m².
Das bedeutet: Die korrekt berechnete Fläche von 9.840 m² ist um 47,6% größer als der mit dem Nm³/h-Kurzschluss ermittelte Wert von 6.667 m² — der Unterschied zwischen einem Filter, der zu heiß läuft, frühzeitig verblendet und Emissionsdurchbrüche riskiert, und einem korrekt dimensionierten Filter.
Annahmen: Normbedingungsreferenz von 0°C nach DIN 1343, konstanter Druck, ideales Gasverhalten.
Dieser Rechner liefert das BRUTTO-Verhältnis, berechnet mit allen im Betrieb befindlichen Filterschläuchen. Werden Kammern zur Reinigung abgeschaltet, strömt dieselbe Gasmenge durch weniger Filterfläche — die tatsächliche Filtrationsgeschwindigkeit in diesem Moment liegt dann über dem berechneten Brutto-Verhältnis. Eine Auslegung allein auf Basis des Brutto-Verhältnisses, ohne Kammeranzahl und Reinigungszyklus zu berücksichtigen, ist ein bekannter Auslegungsfehler.
Das Abgas muss tief abgekühlt werden, bevor es die Gewebefilter erreicht, denn die Betriebsbedingungen der Filterschläuche setzen die Grenze. Bei Schläuchen aus vergleichsweise kostengünstigem Material darf die Abgastemperatur am Filtereintritt 120–140°C nicht überschreiten; in einer mit höherer Ofenleistung umgebauten Anlage kann dieser Grenzwert durch die Verwendung hochwertigerer Schlauchmaterialien auf bis zu 200°C angehoben werden (Toulouevski & Zinurov, Innovation in Electric Arc Furnaces, 2. Auflage, Kapitel 14, S. 256).
Diese Kühlung wird auf drei Wegen erreicht: durch Einspritzen fein zerstäubten Wassers in den heißen Abgasstrom, durch Vermischen mit kalten Sekundäremissionen am Kanalknotenpunkt und durch Ansaugen von Außenluft über ein eigenes Ventil.
Dieser Grenzwert hängt direkt mit dem zusammen, was der Rechner benötigt: Der einzugebende tatsächliche Volumenstrom ist der Volumenstrom am Gewebefiltereintritt nach der Kühlung — nicht der Volumenstrom, der den Ofen verlässt. Die Kanalstrecke zwischen Ofen und Filter ist deshalb nicht nur eine Förderaufgabe, sondern auch ein Kühlungsproblem.
Das ist ein völlig anderes Thema als die Umrechnung von Nm³/h in m³/h weiter oben auf dieser Seite. Dort ging es um einen einzigen Gasstrom, gemessen unter unterschiedlichen Bedingungen — dieselbe Masse, wegen der Hitze etwa das 1,5-fache Volumen. Hier geht es um unterschiedliche Gasströme: Primärgas aus dem Ofen, über die Haube erfasste Sekundäremissionen und Verdünnungsluft. Die Entstaubungsanlage muss alle drei bewältigen; der Ofen erzeugt nur den ersten.
Nach Toulouevski & Zinurov beträgt die maximale Gasentwicklung im Freiraum (Freeboard) eines 120-Tonnen-Ofens, einschließlich eindringender Luft, etwa 19.000 m³/h. Bis diese Gase die Gewebefilter erreichen, erhöht die Verdünnung mit Luft die Menge auf 1,4–1,5 Millionen m³/h — das 70- bis 80-fache. Etwa 10% der gesamten für die Stahlerzeugung eingesetzten elektrischen Energie werden dafür aufgewendet, diese im Grunde unbedeutende Menge an primären Prozessemissionen abzusaugen und zu reinigen (Toulouevski & Zinurov, Innovation in Electric Arc Furnaces, 2. Auflage, Kapitel 14.3.4, S. 268).
Toulouevski & Zinurov erklären die Ursache in eigenen Worten: Der Großteil dieses Überschusses entsteht nicht durch die primären Prozessemissionen selbst, die im Grunde unbedeutend sind, sondern durch die Notwendigkeit, sekundäre, nicht erfasste Emissionen über gering wirksame Absaughauben oberhalb des Ofens einzufangen — weil moderne Luftreinhaltevorschriften das vollständige Fehlen sichtbarer Staubemissionen über der Halle verlangen.
Toulouevski & Zinurov liefern dazu auch die Rechnung, die sich von Hand nachprüfen lässt: Um Sekundäremissionen vollständig zu erfassen, darf die Absauggeschwindigkeit des Luft-Gas-Gemisches durch die von unten offene Haubenöffnung nicht unter 2 m/s liegen. Bei einem 120-Tonnen-Ofen beträgt die Haubenöffnungsfläche etwa 200 m², was 200 × 2 × 3600 = 1.440.000 m³/h ergibt.
Die praktische Folge ist eindeutig: Eine Entstaubungsanlage, die nur nach dem primären Gasvolumen des Ofens ausgelegt wird, fällt um das 70- bis 80-fache zu klein aus — denn der Filter muss Primärgas, Sekundärerfassung und Verdünnungsluft gemeinsam bewältigen.
Ein Vorbehalt ergibt sich unmittelbar aus den eigenen Zahlen von Toulouevski & Zinurov: Der Faktor 70–80 stammt von einem 120-Tonnen-Ofen mit Haubensystem und ist kein universeller Multiplikator. Eine Anlage mit einer geschlossenen Einhausung (Doghouse) anstelle von Hauben entstaubt deutlich weniger — das wird dort ausdrücklich festgestellt.
Die Werte basieren auf tatsächlichen Volumenströmen (m³/h) bei Betriebstemperatur. Die Geschwindigkeiten 1,0 und 1,5 m/min dienen der Veranschaulichung und sind keine Empfehlung — die richtige Geschwindigkeit hängt von Ihrem Staub und Ihrem Reinigungsverfahren ab.
| Tatsächlicher Volumenstrom (m³/h) | Filterfläche @ 1,0 m/min (m²) | Filterfläche @ 1,5 m/min (m²) |
|---|---|---|
| 50.000 | 833 | 556 |
| 100.000 | 1.667 | 1.111 |
| 200.000 | 3.333 | 2.222 |
| 400.000 | 6.667 | 4.444 |
| 600.000 | 10.000 | 6.667 |
| 800.000 | 13.333 | 8.889 |
| 1.000.000 | 16.667 | 11.111 |
| 1.500.000 | 25.000 | 16.667 |
Bei einem tatsächlichen Volumenstrom von 400.000 m³/h und einer Zielgeschwindigkeit von 1,0 m/min benötigen Sie etwa 6.667 m² Filterfläche. Weitere Durchflusswerte finden Sie in der Referenztabelle oben.
Nm³/h beschreibt das Gasvolumen unter Normbedingungen, etwa bei 0°C; m³/h beschreibt das tatsächliche Volumen bei Betriebstemperatur. Heißes Gas dehnt sich aus, sodass dieselbe Masse deutlich mehr Volumen einnimmt. Ein Beispiel: Ein EAF-Entstaubungsdurchfluss von 400.000 Nm³/h bei 130°C ergibt, direkt als m³/h verwendet, eine Filterfläche von 6.667 m² — umgerechnet auf den tatsächlichen Volumenstrom nach DIN 1343 sind es jedoch 590.372 m³/h, und die tatsächlich erforderliche Filterfläche beträgt 9.840 m². Der korrekte Wert ist um 47,6% größer als der mit der falschen Einheit berechnete.
Nein. Nach Toulouevski & Zinurov beträgt die maximale Gasentwicklung im Freiraum eines 120-Tonnen-Ofens etwa 19.000 m³/h — doch bis diese Gase die Gewebefilter erreichen, erhöhen die Haubenerfassung der Sekundäremissionen und die Verdünnungsluft den Volumenstrom auf 1,4–1,5 Millionen m³/h. Eine Anlage, die nur nach dem primären Gasvolumen des Ofens ausgelegt wird, fällt um das 70- bis 80-fache zu klein aus, denn der Filter muss neben dem Primärgas auch die Sekundärerfassung und die Verdünnungsluft bewältigen (Toulouevski & Zinurov, Innovation in Electric Arc Furnaces, 2. Auflage, Kapitel 14.3.4, S. 268).
Das hängt vom Staub und vom Reinigungsverfahren ab. Die Auslegungsrichtlinien der EPA für Gewebefilter setzen die Filtrationsgeschwindigkeit insgesamt etwa in den Bereich von 0,3-3,7 m/min (1-12 ft/min); Pulse-Jet-Systeme liegen eher am oberen Ende, Umkehrluft- und Rüttelsysteme eher am unteren Ende. Den für Ihr Projekt richtigen Wert ermitteln Sie am besten gemeinsam mit den Ingenieuren von DNL.
Das Brutto-Verhältnis geht davon aus, dass alle Kammern des Filters gleichzeitig in Betrieb sind. In der Praxis wird jedoch regelmäßig eine oder mehrere Kammern zur Reinigung abgeschaltet; derselbe Gasstrom fließt dann durch weniger Filterfläche, sodass die tatsächliche Filtrationsgeschwindigkeit in diesem Moment höher ist als das berechnete Brutto-Verhältnis.
Eine zu hohe Filtrationsgeschwindigkeit erhöht den Druckverlust, lässt die Schläuche schneller verblenden, verkürzt deren Standzeit und erhöht das Risiko eines Emissionsdurchbruchs. Die genauen Auswirkungen hängen vom Staub und der Anlage ab, weshalb wir hier keine Zahlen nennen.
