Luchtemissiebeperkende techniek – Stoffilter

Inhoud

• Varianten en synoniemen
• Verwijderde stoffen
• Werkingsprincipe
• Toepasbaarheid
• Varianten techniek
• Installatie, ontwerp en onderhoud
• Milieuaspecten
• Financiële aspecten

Varianten en synoniemen

• doekfilter, slangenfilter, zakkenfilter
• keramisch filter, Ceramic filter, hogetemperatuurfilter, kaarsenfilter
• tweetrapsstoffilter, metaalgaasfilter
• absoluutfilter, HEPA-filter, oppervlaktefilter, patronenfilter, microfilter

Verwijderde stoffen

Vooral: stofdeeltjes

In mindere mate: geur

Werkingsprincipe

Het werkingsprincipe van een stoffilter is het afscheiden van deeltjes uit een afgas op basis van de afmetingen. Deeltjes die groter zijn dan de maaswijdte van het filter worden tegengehouden, kleinere deeltjes passeren het filter. De met stof verontreinigde lucht wordt door filterend materiaal geleid en van stofdeeltjes ontdaan. Het stof wordt periodiek van het filter verwijderd en verzameld in een onder het filterinstallatie geplaatste trechter ('hopper').

Het filtermateriaal kent vele uitvoeringen en kan gemaakt zijn van doek, kunststof, metaal of keramisch materiaal. De verschillende materialen kunnen de installatie geschikt maken voor een specifieke afgasstroom of af te vangen stof. Het filtermateriaal kan op verschillende manieren zijn aangebracht zoals slangen, enveloppen, enz.

De binnenkomende lucht stroomt meestal niet rechtstreeks naar het filters, maar wordt door één of meerdere verdeelplaten geleid. Het doel hiervan is te zorgen voor een betere verdeling over het filtermateriaal doeken waardoor deze meer gelijkmatig worden belast. Ook verliest de lucht een groot gedeelte van zijn kinetische energie, waardoor een voorafscheiding van deeltjes met hogere dichtheid plaatsvindt onder invloed van de zwaartekracht.

Toepasbaarheid

Het meest toegepast filtermateriaal is textieldoek. Doekfilters worden primair gebruikt voor de verwijdering van stof en deeltjes tot <PM2,5. Kleinere deeltjes kunnen ook afgevangen worden als het type filter daarop is toegespitst, zoals met een HEPA-filter. Zware metalen die zich op het stof bevinden worden eveneens afgevangen.

In combinatie met injectiesystemen met bijvoorbeeld actief kool of katalysatormateriaal op het filterdoek kan de techniek ook worden toegepast voor de verwijdering van specifieke gasvormige verontreinigingen zoals HCl, kwik en dioxines.

Sectoren

Breed toepassingsgebied in onder meer de volgende sectoren:

• afvalverwerkende industrie
• chemische industrie
• metaalverwerkende industrie
• veevoederindustrie
• voeding- en genotsmiddelenindustrie

De varianten met keramische filter worden met name toegepast in de sectoren:

• afvalverwerkende industrie
• chemische industrie
• glasindustrie
• kunststofverwerkende industrie
• verbrandingsinstallaties en vergassingssystemen met steenkool als brandstof

De varianten met HEPA-filters worden toegepast in situaties waarbij een 'nul'-emissie noodzakelijk is, bijvoorbeeld in de farmaceutische industrie.

Zeer Zorgwekkende Stoffen

De restconcentratie van doekfilters voldoet in de meeste gevallen aan de algemene emissie-eis. Lagere restconcentraties die voldoen aan strengere eisen voor ZZS Klik hier voor uitleg over dit begrip (opent in popup) zijn in principe ook haalbaar al dan niet met keramische filters of meerdere trappen.

Combinatie van technieken

Doekenfilters kunnen in de praktijk gecombineerd worden met vrijwel alle andere technieken. Voor een doekenfilter is regelmatig een gravitatiescheider geplaatst, zoals een cycloon of bezinkkamer, zodat de zwaarste stofdeeltjes vooraf worden afgevangen en het doekenfilter niet belasten.

Voor of na het filter kunnen adsorptiefilters worden geplaatst om bijvoorbeeld VOS, dioxines en furanen af te vangen. Ook combinaties met een thermische naverbrander zijn bekend. In de praktijk kan een doekenfilter ook onderdeel zijn van een adsorptiesysteem. Dan wordt een reactieve stof, bijvoorbeeld kalk, voor het filter ingespoten. Het kalk reageert met zure stoffen en wordt daarna afgevangen door het doekenfilter.

Prestaties

De prestaties zijn in de volgende tabel aangegeven. De gepresenteerde waarden zijn afhankelijk van de specifieke configuratie en bedrijfscondities. De waarden zijn in principe gebaseerd op halfuurgemiddelde waarden. In voorkomende situaties kunnen afwijkende waarden gerechtvaardigd zijn.

De gegevens over algemene stofdeeltjes en ZZS-deeltjes zijn overgenomen uit BREF WGC D1, 2019 (met name de 10-percentiel en de 90-percentiel). De gegevens over dioxine/furanen zijn ongewijzigd overgenomen van de vorige versie van de handreiking.

Door het filtermateriaal te voorzien van een katalysator en/of in combinatie met injectie van adsorberende stoffen kunnen ook gassen in de afgasstroom worden behandeld.

Randvoorwaarden

Debiet [Nm³/uur]: 300 – 2.000 – 19.000 (10-percentiel – mediaan – 90-percentiel), overgenomen uit WGC BREF, D1, 2019

Temperatuur [°C]:

• < 280 voor doekfilters
• < 500 voor metaalgaasfilters
• < 1.200 voor keramische filters

Druk [bar]: atmosferisch

Drukval [mbar]:

• tot 15 voor doekfilters
• tot 25 voor keramisch filter

Vochtgehalte: Boven dauwpunt

Stof [g/Nm³]:

• 0,1 – 230 voor doekfilter
• < 20 voor keramisch filter
• geen begrenzing voor metaalgaasfilter

Varianten techniek

Keramisch filter

Bij een keramisch filter wordt met deeltjes vervuild afgas door filtermateriaal gevoerd. Het filter zorgt ervoor dat deeltjes in het filtermateriaal achter blijven en het afgas wordt gereinigd. Het verschil met een doekfilter is dat het filtermateriaal keramisch is. Er zijn uitvoeringsvormen van het keramisch filter waarbij ook verzurende gassen zoals HCl, NO_x en SO_x, maar ook dioxines worden afgevangen. In die situaties wordt een reactief filterdoek gebruikt. Het filtermateriaal wordt dan van katalysatormateriaal voorzien en injectie van stoffen voor het filter kan nodig zijn.

Het filtermateriaal van de keramische filter kan in verschillende vormen worden toegepast. Het is mogelijk om het keramische materiaal te verwerken tot doek, vezelvilt, vezelelementen, sinterelement of filterkaarsen.

De belangrijkste voordelen in vergelijking met een doekfilter zijn:

• hoger rendement mogelijk
• bestand tegen hoge temperaturen en agressieve stoffen zoals zuren en basen

De belangrijkste nadelen zijn:

• hogere investerings- en operationele kosten
• kwetsbaar materiaal

Absoluutfilter

De te reinigen gasstroom wordt in een kamer geleid en door een zogenaamde High Efficiency Particle Air filter (HEPA-filter) gevoerd. Het filtermateriaal van een HEPA-filter bestaat uit dunne glasvezels die in papier zijn gevat of een papieren filter. Om een zo groot mogelijk filteroppervlak te verkrijgen, is dit glasvezelpapier als een harmonica opgevouwen. Dit is noodzakelijk omdat de dichte massa van het glasvezelpapier weinig lucht doorlaat. Om een voldoende grote luchthoeveelheid te kunnen verplaatsen, is dus een grote oppervlakte nodig. Het stof blijft achter op het filter, maar dringt er niet in door. Het gaat om een proces van oppervlaktefiltratie. De stoflaag die zich afzet op het filter kan het stofvangstrendement aanvankelijk gunstig beïnvloeden.

Als de drukval over het filter te groot wordt, na enige standtijd, moet deze vervangen worden. Het HEPA-filter kan direct in een pijpleiding worden geplaatst of in een aparte behuizing. HEPA-filters vereisen wel een voorreinigingsstap om het grovere stof af te vangen, hierdoor zijn HEPA-filters vaak de laatste filterstap voor het verwijderen van stof. HEPA-filters worden slechts zelden hergebruikt, omdat de reiniging aanleiding kan geven tot beschadiging en lekkage van het filter.

Het belangrijkste voordeel in vergelijking met een doekfilter is een lage restconcentratie, ook voor kleine stofdeeltjes.

De belangrijkste nadelen zijn:

• vaak voorfiltratie vereist
• vaker vervanging van filtermateriaal

Compactfilter

(Verbeterde) Compactfilters, ook cassettefilter of enveloppenfilter genaamd. Compactfilters worden uitgevoerd in verschillende groottes en capaciteiten. Vaak wordt gebruik gemaakt van standaardeenheden, waaruit filterinstallaties met grotere capaciteiten kunnen worden opgebouwd. Het verschil ten opzichte van het doekfilter is de compacte opbouw en de manier waarop het filterelementen zijn aangebracht in het filterhuis. Ze zijn zodanig geplaatst dat ze eenvoudig te vervangen zijn. Synoniemen zijn Sintamatic, Sinterlamellenfilter, Spirot Tubes.

Tweetrapsstoffilter

Het tweetrapsstoffilter heeft metaalgaas als filtermateriaal. In de eerste trap wordt een filterkoek opgebouwd waarna de filtratie plaatsvindt in de tweede trap. Afhankelijk van de drukval over het filter wordt de tweede trap gereinigd en wordt de luchtstroom gewisseld over de twee trappen. De eerste filter is nu de tweede filter, en vice versa. Het stof valt naar de bodem van de installatie waar het kan worden verwijderd.

Een variatie op de standaard tweetrapsstoffilter is een systeem met meer dan twee metaalgaasfilters waarbij eerst een filterkoek wordt opgebouwd voordat het filter in de te reinigen afgasstroom wordt geplaatst. Dit voorkomt dat de reinigingsefficiëntie van het filters lager wordt vlak na het schoonmaken van het filters.

De belangrijkste voordelen in vergelijking met een doekfilter zijn:

• hogere filterbelasting is mogelijk
• bestand tegen hoge temperaturen (tot ongeveer 500 °C)
• ook toepasbaar voor vochtig, kleverig, vezelig of statisch stof

De belangrijkste nadelen zijn:

• het frequent wisselen tussen de twee compartimenten (bij een normale tweetrapsfilter) waardoor het rendement tijdelijk verminderd
• kleppen nodig in een stoffige omgeving wat tot grotere kans op storingen leidt.

Katalytische doek

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 ook andere verontreinigingen zoals VOS, PAK's, PCB's en andere gechloreerde verbindingen kunnen worden verwijderd.

Reactief filterdoek

Dit filtermateriaal heeft de eigenschappen dat het dioxine/furanen afbreekt in plaats van adsorbeert. Het materiaal is bestand tegen een temperatuur van 260 °C en heeft een optimale werking rond een bedrijfstemperatuur van 220 °C.

Doekmateriaal

Verschillende typen doeken kunnen worden toegepast voor verschillende toepassingen.
Voorbeelden:

Installatie, ontwerp en onderhoud

De belangrijkste ontwerpparameters zijn:

• afgasdebiet
• werkingstemperatuur en maximale temperatuur
• afgassamenstelling
• filterdoekbelasting (filterratio)
  De filterdoekbelasting is afhankelijk van het type en de aard van het doekmateriaal, de stofbelading, het soort en de deeltjesgrootte van het stof. Voorbeelden hiervan zijn voor glasvezel: 60-120 m/uur; en voor PTFE (Teflon): 80-100 m/uur
• in de voedingsmiddelenindustrie is vanwege hygiëne de reinigbaarheid en uitvoering van de behuizing van belang

Filterdoeken: 11 – 17 m² per 1.000 Nm³/h

Er zijn verschillende typen doeken mogelijk (kwaliteit, type verontreiniging) De meest voorkomende filtermaterialen zijn katoen, wol, nylon, polypropyleen, Orlon, Dacron, Dynel, glasvezel, Nomex, polyethyleen, Teflon. Precoating van het filterdoek kan noodzakelijk zijn bij kleverige of statische stoffen ter bescherming van het doek.

Monitoring

De werking van het filter kan worden gecontroleerd door het meten van de deeltjesconcentratie in het effluentgas. Dit kan met behulp van bijvoorbeeld een isokinetische monstername, UV/doorschijnendheidsmeter, et cetera. Temperatuur en druk moeten regelmatig worden gecontroleerd. De drukval over het filter bepaalt wanneer de schoonmaakcyclus moet worden gestart.

Regelmatige inspectie van het filter is nodig voor controle op verslechtering van het filter en de omkasting, goede toegang tot het filter is dus noodzakelijk. Een goed gecontroleerd doekenfilter moet een lekdetectiesysteem met alarm hebben om ongecontroleerde emissies te voorkomen.

Milieuaspecten

De belangrijkste voordelen zijn:

• algemeen bekende techniek
• modulaire opbouw, kan taakspecifiek worden aangepast
• hoog verwijderingsrendement
• wisselende belasting heeft geen invloed op drukval en efficiëntie
• afgevangen stof kan eventueel weer als grondstof worden gebruikt

Nadelen zijn:

• niet geschikt voor natte of kleverige stoffen in verband met verstoppen van filter
• explosierisico
• mogelijke elektrostatische oplading
• groot ruimtebeslag

Hulpstoffen en energie

Water: Niet van toepassing

Chemicaliën: Chemicaliën kunnen in de afgasstroom voor het filter worden toegevoegd.

Energieverbruik: Perslucht: 3 – 7 bar nodig bij reiniging van het filterelementen en bij perslucht- en ultrasone reiniging.

Milieuafwegingen

Terugwinning: Terugwinning van product is mogelijk.

Lucht: Er ontstaan geen andere vormen van luchtverontreiniging.

Afvalwater: Er ontstaat geen afvalwater.

Afval: Reststoffen zijn het afgevangen stof en de gebruikte doeken. De hoeveelheden zijn afhankelijk van de toepassing.

Veiligheid: Systemen met een verhoogd risico (explosie, brand) moeten voorzien zijn van veiligheidsmaatregelen zoals expansieluik, of sprinklers.

Financiële aspecten

Investeringen [EUR per 1.000 Nm³/uur]:

• 1.000 – 9.000 voor standaarduitvoeringen.
• 30.0000 – 55.000 voor keramische filters en metaalgaas tweetrapsfilters

Operationele kosten [EUR per 1.000 Nm³/uur per jaar]: Circa 200 – 1.500

Operationele kosten

Dit is een opsplitsing van de operationele kosten. Ze tellen dus niet apart mee bij een kostenberekening. Zie ook Financiële aspecten op de pagina Opbouw van de factsheets.

Personeel [uur/week]: 2

Materiaal [EUR per 1.000 Nm³/uur]: 660 – 2.000 (filtermateriaal)

Energieverbruik [kWh/1.000 Nm³]: 0,2 – 2

Baten: Kostenbesparing op grondstof indien recycling mogelijk is of afzetwaarde van het afgevangen stof.

Kostenbepalende parameters: Eigenschappen af te vangen stof (bijvoorbeeld explosiegevaarlijk, verdeling van deeltjesgrootte, kleverigheid), temperatuur, drukval en eventueel kosten voor afvoer van het afgevangen stof

Informatiebronnen

• Handreiking luchtemissiebeperkende technieken; DHV, 15 april 2009
• BREF Waste Gas Management and Treatment Systems in the Chemical Sector; first draft, 2019
• BVT 2016
• VITO LUSS: doekenfilter