Abstract:
Druckstoßregenerierte Oberflächenfilter werden konventionell zur Abscheidung von Partikeln aus Feststoff beladenen Gasströmen in der Gasreinigung eingesetzt. Aufgrund der effizienten Partikelabscheidung durch den Aufbau eines Staubkuchens auf der Medienoberfläche der installierten Filterelemente können Emissionsgrenzwerte zuverlässig eingehalten werden, sofern die Filter unter geeigneten Bedingungen betrieben werden und keine Lecks den direkten Staubdurchtritt von der Rohgasseite auf die Reingasseite ermöglichen. Selbst kleine Lecks mit einer Fläche mehrere Größenordnungen unterhalb der installierten Filterfläche können signifikant zur Gesamtemission der Filteranlagen beitragen und fungieren als lokaler Emissions-Hotspot. ... mehrDie Identifikation solcher Fehlstellen ist eine der größten Herausforderungen der Filterindustrie. Geeignete (räumlich verteilte) Online-Messtechnik hat das Potential die Prozessüberwachung und Wartung der Schlauchfilteranlagen zu verbessern. Neben dem Emissionsbeitrag von Lecks, ist der Filterbetrieb abseits der ursprünglichen Auslegung selten optimiert. Ungünstige Betriebseinstellungen (wie beispielsweise zu hohe Tankdrücke für die Regenerierung oder zu lange / kurze Zykluszeiten zwischen Regenerierungen der einzelnen Filterelemente) können zu erhöhten Emissionen oder einem erhöhten Energiebedarf führen.
Diese Dissertation beschäftigt sich mit diesen zwei aktuellen Problemstellungen (Identifikation von Emissionshotspots und effizienter Filterbetrieb im Hinblick auf Energiebedarf und Partikelemission) beim Betrieb von Schlauchfilteranlagen. Das Emissionsverhalten von druckstoßregenerierten Oberflächenfiltern wurde durch den Einsatz von räumlich verteilter online Partikelmesstechnik untersucht. Das Ziel dieser Untersuchungen war die zuverlässige Detektion und lokale Identifikation von Partikel-Emissionshotspots. Außerdem wurde der Energiebedarf von Filteranlagen im Kontext der Partikelemission untersucht um günstige Betriebsbedingungen zu identifizieren und so die Energieeffizienz der Anlagen zu verbessern und Emissionen zu verringern.
Für die Untersuchung des zeitlich und räumlich aufgelösten Partikelemissionsverhaltens wurden kommerziell erhältliche, kostengünstige Partikelzählsensoren (Low-Cost PM-Sensoren) verwendet, welche aufgrund der kompakten Bauweise potentiell als Online-Messtechnik auf der Reingasseite von Filterhäusern (bei Umgebungsbedingungen) geeignet wären. Ein bisher weit verbreitetes Einsatzfeld der Sensoren war die Messung der Partikelkonzentration in der Umgebungsluft. Ein Einsatz unter herausfordernden Bedingungen in technischen Prozessen stellt die Messgrenzen und die Genauigkeit der Sensoren im Hinblick auf die Messung von kurzen Emissionsspitzen, des maximalen Konzentrationsbereichs (z.B. 3000 #/cm³ für den Sensirion Sensor) und der Erfassung der Größenverteilung der Staubemission auf die Probe. Im Rahmen einer ersten Validierung im Hinblick auf die Eignung der Sensoren zur Erfassung des charakteristischen Emissionsverhaltens von druckstoßregenerierten Oberflächenfiltern wurden die Sensoren in einem Filterprüfstand angelehnt an die DIN ISO 11057 eingesetzt. Aus einer hohen Anzahl an kommerziell verfügbaren Low-Cost PM-Sensoren wurden der Sensor OPC-N3 des Herstellers Alphasense und der Sensor SPS30 des Herstellers Sensirion für die Untersuchungen ausgewählt. Die beiden ausgewählten Sensormodelle zeichnen sich durch ein umfassendes Datenblatt (z.B. mit Hinweisen zur Kalibrierung) und verschiedene Spezifikationen aus. Der Sensirion Sensor ermöglicht die Bestimmung von masse- und anzahlbezogenen (PMx) Feinstaubkonzentrationen und hat lediglich eine grobe Auflösung der Partikelgrößenverteilung (5 Klassen). Diese ausgegebenen Messdaten des Sensors und die geringe Auflösung einer Partikelgrößenverteilung sind charakteristisch für den Großteil verfügbarer Low-Cost PM-Sensoren. Der Alphasense Sensor liefert eine größere Anzahl an Messdaten wobei bei der Bestimmung von massebezogenen PMx Feinstaubkonzentrationen die Partikeldichte in den Einstellungen berücksichtigt werden kann. Weiterhin kann anhand von Zählereignissen in insgesamt 24 Größenklassen eine Partikelgrößenverteilung des Messaerosols bestimmt werden.
Es wurde das Emissionsverhalten bei drei verschiedenen Filtermedien mit verschiedenen Eigenschaften und Oberflächenbehandlungen (auflaminierte Membran, gesengte Anströmseite, wasserstrahlverfestigte Mikrofilamente) mit Hilfe von Low-Cost PM-Sensoren untersucht. Der Teststaub für alle Untersuchungen dieser Arbeit war der Aluminium-Oxid-Hydroxid Staub „Pural SB“ des Herstellers Sasol. Bei den Validierungsuntersuchungen im Filterprüfstand konnten die Sensoren den Emissionspeak auf Basis von Partikeldurchtritt durch das Filtermedium nach der Regenerierung und den darauffolgenden Konzentrationsabfall durch fortschreitenden Kuchenaufbau, bis keine Partikeln mehr auf die Reingasseite penetrieren können (Konzentration sinkt auf null ab), messen. Im Vergleich zu einem Referenz-Aerosolspektrometer (Promo®2000 mit welas®2100 Sensor des Herstellers Palas®) wurden quantitative Abweichungen der erfassten Partikelkonzentrationen (z.B. Höhe und Form des Emissionspeaks, Abklingverhalten und emittierte Staubmasse pro Filterfläche) festgestellt. Trotz der quantitativen Abweichungen wurden äquivalente Emissionsniveaus (z.B. durch Filteralterung oder durch die Verwendung der verschiedenen Filtermedien) zwischen den Low-Cost PM-Sensoren und dem Referenz-Aerosolspektrometer erfasst. Im Falle des Alphasense Sensors stimmte auch die Größenverteilung der Partikelemission (wenn auch mit geringerer Auflösung) mit der Referenz überein.
Nach der ursprünglichen Validierung der Sensoren unter definierten Bedingungen im Filterprüfstand wurden die Sensoren in einer Schlauchfilteranlage im Technikumsmaßstab mit neun Filterschläuchen zur lokalen und simultanen Emissionserfassung eingesetzt. Aufgrund der besseren Auflösung der Partikelgrößenverteilung im Vergleich zu anderen verfügbaren Low-Cost PM-Sensoren (u.A. auch dem vorher untersuchten SPS30 des Herstellers Sensirion) wurde der OPC-N3 des Herstellers Alphasense für diese weiteren Experimente ausgewählt. Ein wichtiges Anwendungsszenario für die Online-Überwachung der Partikelemission ist die Identifikation von kleinen Lecks (im Bereich weniger Millionstel Fläche in Bezug auf die installierte Filterfläche) und anderen Emissions-Hotspots, die stark zur Gesamtemission beitragen. Im industriellen Maßstab, wo unter Umständen Hunderte von Filterelementen installiert sind, ist die genaue Identifikation eines Lecks mit enormen Aufwand verbunden. Frühzeitige Detektion und Lokalisierung eines möglichen Lecks würden die zielgerichtete und schnelle Wartung (z.B. den Austausch des defekten Filterelements) ermöglichen und den vorzeitigen Austausch intakter Filterelemente, welche ohne genaue Identifikation des Lecks als Sicherheitsmaßnahme ausgetauscht werden würden, vermeiden. Zwar können bei großen Anlagen nicht alle Schläuche (wirtschaftlich) mit Low-Cost Sensoren ausgestattet werden (ggf. lediglich Überwachung einzelner Reihen), besonders kleine Anlagen mit wenigen Elementen können aber von einer lokalen Überwachung profitieren.
In den Untersuchungen wurden gezielt lokale Emissions-Hotspots im Schlauchfilter eingebracht. Hierbei wurden die Nähte von fabrikneuen Filterschläuchen, welche äquivalent zu kleineren „Pinhole“ Lecks einen erhöhten Partikeldurchtritt (insbesondere bei einem geringen Filteralter) ermöglichen, verwendet. Ein einzelner fabrikneuer Filterschlauch mit entsprechender Naht wurde über mehrere Messreihen an verschiedenen Stellen eingebaut, wobei die restlichen acht Filterelemente aus einem effizienten Membranfiltermedium mit versiegelten Nähten gefertigt waren, welche ein geringes Emissionsniveau ermöglichen und Partikeldurchtritt im Vergleich zu den Nähten des fabrikneuen Schlauchs nur in sehr geringem Maß auftritt. Dieser Partikelemissions-Hotspot konnte anhand der gemessenen Partikelkonzentrationen durch die kostengünstigen PM-Sensoren zuverlässig identifiziert werden. In einem weiteren Versuch wurde eine steigende Anzahl an Lecks über mehrere Versuchsdurchläufe in einem einzelnen Filterschlauch erzeugt. Die Lecks verursachten einen starken Anstieg der (kontinuierlichen) Partikelemission an der zugehörigen Messposition und der Gesamtemission, was die Messgenauigkeit der Sensoren im Hinblick auf die maximale Partikelkonzentration an ihre Grenzen brachte und die Größenklassierung des Aerosols beeinflusste. Eine steigende mittlere PM10-Konzentration war ein zuverlässiger Indikator für die steigende Anzahl der Lecks. Ein scheinbarer und fälschlicherweise detektierter Rückgang der PM2,5-Konzentration am Emissions-Hotspot war ein deutliches Anzeichen für das Auftreten von Koinzidenz bei der Partikelzählung des Sensors (Koinzidenzwahrscheinlichkeit von 0,84% bei lediglich 1000 #/cm³ für den Alphasense Sensor). Trotz der Messungenauigkeiten wurde das Potential der Sensoren als kostengünstiges Überwachungstool für die räumliche Detektion von Lecks aufgezeigt.
Unter definierten Bedingungen bei einem geringeren Emissionsniveau (Einsatz von Membranfilterelementen mit versiegelten Nähten für alle neun Einbaupositionen der Filteranlage) wurde das räumlich und zeitlich aufgelöste Emissionsverhalten durch die Messung mit verteilten Sensoren einhergehend mit dem erwarteten Verhalten aus der Literatur und der Validierungsmessungen im Filterprüfstand erfasst. Nach der Regenerierung des entsprechenden Filterelements wurde vom Sensor an der zugehörigen Messposition ein Emissionspeak detektiert. Aufgrund des hohen Abscheidegrads des Membranfilterelements und dem direkten Kuchenaufbau klingt die Partikelemission bereits nach einigen Sekunden auf ein Nullniveau ab. Die Messungen mit dem Referenz-Aerosolspektrometer zeigten einen äquivalenten qualitativen Trend, wobei erneut quantitative Unterschiede hinsichtlich der exakten Partikelkonzentrationen zwischen Low-Cost Sensoren und der Referenz aufgezeigt wurden.
Weitere Trends im räumlichen Partikelemissionsverhalten wurden in der Schlauchfilteranlage bei Verwendung von regulären Filterschläuchen ohne versiegelte Nähte untersucht und die Messergebnisse der Low-Cost PM-Sensoren stimmten (qualitativ) mit dem Referenz-Aerosolspektrometer überein. So hat die Messung mit verteilten Sensoren den bekannten Trend einer abnehmenden Partikelemission mit zunehmendem Filteralter aufgrund von Partikeleinlagerungen innerhalb der Filtermatrix und der Verstopfung der Nähte lokal am einzelnen Filterelement aufgezeigt. Eine Erhöhung des Tankdrucks oberhalb geeigneter Betriebspunkte hinaus führt zu einem "zufälligen" lokalen und zeitlich begrenzten Auftreten von Partikelemissionen an einzelnen Filterelementen. Diese Daueremission wurde mit den Nähten des Filterelements in Verbindung gebracht, wobei sich vorherige Verstopfungen der Nähte aufgrund der hohen Druckstoßintensität lösen können und somit erneuten Partikeldurchtritt ermöglichen. Das Auftreten der umlaufabhängigen Daueremission, welche primär bei den erhöhten Tankdrücken auftritt wurde auch durch eine lokale Messung mit dem Referenz-Aerosolspektrometer validiert. Durch den Einsatz von Filterschläuchen aus verschiedenen Filtermedien (gleiche Filtermedien wie bei den Validierungsmessungen im Filterprüfstand) und der Variation der Zykluszeit zwischen den einzelnen Filterregenerierungen wurden, äquivalent zur Messung im Filterprüfstand, verschiedene Emissionsniveaus durch Messungen mit Low-Cost PM-Sensoren untersucht. Die ermittelte Partikelgrößenverteilung, welche aus den registrierten Zählereignissen des Alphasense Sensors berechnet wurde, stimmte qualitativ mit der Referenz überein, lieferte aber aufgrund der im Vergleich zum Referenzgerät geringeren Anzahl von Größenklassen begrenzte Informationen. Das von den Low-Cost PM-Sensoren erfasste lokale Partikelemissionsverhalten in der Schlauchfilteranlage im Technikumsmaßstab wurde mit Feldmessungen in einer industriellen Anlage in einen Kontext gesetzt, wobei ein äquivalentes lokales Verhalten bei der Messung der Partikelemission am Einzelschlauch für verschiedene Filtermedien aufgezeigt wurde.
Im Rahmen des zweiten Schwerpunkts der Arbeit (außerhalb der lokalen Emissionserfassung mit Low-Cost PM-Sensoren) wurden der Energiebedarf und die Partikelemissionen beim Betrieb von Schlauchfilteranlagen untersucht und gegenübergestellt. Die Gesamtleistung für den Filterbetrieb wurde aus der Lüfterleistung und einer mittleren repräsentativen Leistung für den Druckluftverbrauch bei der Regenerierung berechnet. Eine experimentelle Parameterstudie wurde für verschiedene (konstante) Rohgaskonzentrationen, Filteranströmgeschwindigkeiten und Tankdrücke für die Filterregenerierung durchgeführt, wobei die Zykluszeit zwischen den einzelnen Regenerierungen für jeden Parametersatz variiert wurde. Dabei konnte für jeden Parametersatz ein dediziertes Leistungsminimum bei einer entsprechenden Zykluszeit (zwischen 30 und 120 Sekunden) ermittelt werden. Ein günstiger Betriebspunkt liegt bei Zykluszeiten am oder oberhalb des Leistungsminimums, da Zykluszeiten unterhalb des Leistungsminimums zu höheren Staubemissionen ohne Leistungseinsparung führen. Die Partikelemission nimmt mit zunehmender Zykluszeit hyperbolisch ab, da in einer bestimmten Zeit weniger Emissionspeaks auftreten. Zu kurze Zykluszeiten erzeugen einen Betriebszustand nahezu konstanter Regenerierung, bei dem die Partikelemissionen stark ansteigen und der Druckluftverbrauch einen hohen Anteil an der Gesamtleistung ausmacht. Bei sehr langen Zykluszeiten dominieren der Differenzdruck und die Lüfterleistung die Gesamtleistung, was zum Einbrechen des Volumenstroms beim Überschreiten der maximalen Kapazität des Gebläses führen kann. Höhere Filteranströmgeschwindigkeiten und höhere Rohgaskonzentrationen bewirken eine Verschiebung des Leistungsminimums hin zu kürzeren Zykluszeiten / häufigerer Regenerierung. Eine Erhöhung des Tankdrucks führt zwar zu einer Verlängerung der Zykluszeit am Leistungsminimum, bringt aber keinen eindeutigen energetischen Vorteil auf Kosten stark erhöhter Partikelemissionen. Im Anschluss an die experimentelle Parameterstudie wurden die experimentell erfassten Daten für die Modellierung des Filtrationsbetriebs verwendet. Das Modell basierte dabei auf den Grundgleichungen der Oberflächenfiltration, welche durch die Berücksichtigung der experimentellen Daten, des Energiebedarfs und der Partikelemission erweitert wurden. Nach der Wahl eines geeigneten Anpassungsparameters (Medienwiderstand als Funktion der Zykluszeit) stimmten die Ergebnisse der Modellierung mit den experimentellen Daten gut überein.
Abstract (englisch):
Pulse-jet cleaned filters are well established in gas cleaning processes for the separation of particles from dust-laden gas streams in many industrial sectors. Due to the efficient particle separation enabled by the development of a dust cake on the medium surface of installed filter elements, emission limits can be reliably met provided the filters are operated under suitable conditions and no leaks enable direct bypass of particulate matter from the raw-gas side to the clean gas side. Small leaks in the range of only several parts per million of installed filter area can contribute greatly to the total dust emission and serve as spatial particle emission hotspots. ... mehrThe identification of such leaks is one of the greatest challenges of the filter industry and suitable (spatially resolved) online measurement technology has the potential to improve process monitoring for pulse-jet cleaned filters facilitating troubleshooting and maintenance procedures for plant operators. In addition to leaks, filter operation is rarely optimized apart from the initial plant layout. Unsuitable regeneration strategies (e.g. high tank pressures or too long / short cycle times between individual filter regenerations) can lead to increased dust emissions or an increased power consumption.
This dissertation deals with these two current problems (identification of particle emission hotspots and efficient filter operation regarding energy demand and particle emissions) of baghouse filtration application. The emission behavior of pulse-jet cleaned filters was investigated by application of spatially deployed online particle emission measurement technology with the goal to identify particle emission hotspots. Additionally, an evaluation of the energy demand of the filtration process in the context of particle emission was performed in order to identify favorable operating conditions to potentially lower dust emissions and improve energy efficiency of the separation process.
For the evaluation of the spatially resolved transient particle emission behavior commercially available “low-cost” PM-sensors that could be installed locally on the clean gas side of baghouses due to their compact size for simultaneous online process monitoring were utilized. The sensors are prominently applied under ambient conditions for air quality monitoring. The operation under demanding conditions in a technical process challenges the limits and accuracy of the low-cost measurement technology regarding the measurement of concentration peaks, as well as the maximum specified particle concentration (e.g. 3000 #/cm³ for the Sensirion sensor) and particle size categorization of the dust emission. For the initial testing of the general suitability of the sensors to measure and quantify the characteristic transient particle emission behavior of pulse-jet cleaned filters, different sensors were installed in a filter test rig for surface filter media based on DIN ISO 11057. Out of a wide selection of commercially available low-cost PM-sensors, the model OPC-N3 manufactured by Alphasense and the model SPS30 of the manufacturer Sensirion were selected in the experiments due to their comprehensive datasheets (including e.g. information on sensor calibration) and different specifications. The Sensirion sensor offers mainly mass & number resolved particulate matter (PMx) concentrations as measurement outputs and is very limited regarding size categorization (5 size classes). These corresponding outputs and the limited amount of size-information are typical for the larger share of available low-cost PM-sensors. The Alphasense sensor on the other hand offers a larger variety of (measurement) data outputs whereby particle density can be considered in the determination of mass resolved particulate matter concentrations. Furthermore, counting events over a total of 24 size classes enable the determination of particle size distributions.
Three different filter media with different properties and surface treatments (membrane lamination; singed upstream side; hydro entangled micro-filaments) were selected to investigate the impact of filter media properties on different particle emission levels applying low-cost PM-sensors. The test dust for all experiments was an aluminum oxide hydroxide powder “Pural SB” of the manufacturer Sasol. During the validation measurements in the filter test rig, both tested sensors measured the characteristic particle emission peak caused by particle penetration through the filter medium directly after filter regeneration and a subsequent concentration decay with increasing cake formation on the surface of the filter medium until no particles can penetrate to the clean gas side (zero concentration). In comparison to a highly developed reference aerosol spectrometer (Promo®2000 with welas®2100 sensor of the manufacturer Palas®), quantitative differences regarding the detected particle concentrations (e.g. peak height, decay behavior / shape of the emission peak and emitted dust mass per filter area) could be shown. Despite these quantitative differences, the sensors were in good agreement with the reference regarding the general characterization of the particle emission, enabling the identification of different particle emission levels (e.g. caused by filter aging or the application of the three different filter media) and the corresponding particle size distribution in case of the Alphasense sensor (albeit with a lower size resolution compared to the reference).
After the initial validation under defined conditions in the filter test rig, multiple low-cost PM-sensors were spatially deployed in a pilot-plant scale baghouse filter with nine filter bags. Due to the more comprehensive size categorization compared to other low-cost PM-sensors (including the previously investigated SPS30 of the manufacturer Sensirion), the OPC-N3 sensor of the manufacturer Alphasense was selected for these further experiments. A beneficial application scenario for online particle emission monitoring is the spatial identification of small leaks (in the range of several parts per million of installed filter area) and particle emission hotspots that contribute greatly to the total dust emission and are difficult to pinpoint on an industrial scale where hundreds of filter elements are installed. Early detection and localization of a potential leak can enable well directed and fast maintenance procedures (e.g. exchanging the corresponding filter bag) as well as avoid premature replacement of intact filter bags that would (without leak identification) be exchanged as a precaution. For larger baghouses monitoring for each filter bag is economically not feasible (e.g. monitoring of individual rows only), but smaller facilities with fewer filter elements can profit from local online emission monitoring.
“Emission hotspots” were created in the baghouse filter by installing an individual factory-new membrane filter bag with seams. The seams of the filter bag act similar to pinhole leaks and are a source of particle penetration, especially at a low filter age. One factory-new bag with the corresponding seams was installed at each of the different installment positions over multiple experiments. The remaining eight filter elements were made from an efficient membrane filter medium with sealed seams. Particle penetration through these filter elements is very low compared to the increased particle penetration through the seams of the factory-new bag. This filter bag serving as particle emission hotspot could be reliably identified based on the detected particle concentrations by the low-cost PM-sensors. In another investigated application scenario, several leaks were generated within an individual filter bag. The leaks caused a high increase in (continuous) particle emission, pushing the limits of the detection capabilities of the sensor regarding the maximum particle concentration (coincidence probability of 0.84% at
1000 #/cm³ for the Alphasense sensor) and demonstrating limitations in sensor accuracy regarding size categorization. While an increasing average PM10 concentration served as a reliable indication for the growing number of leaks, an illegitimate decrease in PM2.5 concentration was proof for a coincidence error. Despite this error, the overall suitability of the sensors and their potential as cheap monitoring tool regarding spatial leak detection was demonstrated.
Under more defined conditions at a lower particle emission level (application of membrane filter elements with sealed seams for all nine installment positions in the baghouse filter), the sensors characterized the spatial particle emission behavior in accordance to the expected transient behavior known from literature and the validation experiments in the filter test rig. After the regeneration of the corresponding filter element, a particle emission peak was detected by the sensor at the measurement position. The peak quickly declined to a zero level after a couple of seconds mainly due to the high efficiency of the membrane filter bag and the fast cake formation. Measurements applying the reference aerosol spectrometer showed the same qualitative trend, whereby quantitative differences regarding the exact particle concentrations were shown.
Further experiments regarding the (spatial) particle emission behavior were investigated in the pilot-plant scale baghouse filter for regular filter bags without sealed seams. The overall (qualitative) trends measured by the low-cost PM-sensors were in good agreement with the trends detected by the reference aerosol spectrometer. The low-cost PM-sensors measured a decreasing particle emission with increasing filter age due to deposition of particles within the filter matrix and clogging of the seams at the individual filter element according to the typical behavior known from literature and application. Increasing the tank pressure above suitable operation points causes a “random” spatial and temporal increase of (continuous) particle emissions. This behavior is linked to the seams of the filter element that de-clog due to the high pulse-intensity enabling renewed particle penetration. This spatio-temporal behavior was validated applying the reference aerosol spectrometer. Differences in the average particle emission level caused by application of filter bags made from different filter media (identical filter media compared to validation experiments) and variation of cycle time could also be derived based on measurements with low-cost PM-sensors and are in agreement with the results from the filter test rig. The particle size distribution calculated from the counting events registered by the Alphasense OPC-N3 low-cost sensor was in overall agreement with the reference but only gives a limited amount of information due to the lower number of size classes compared to the reference device. The general spatial particle emission behavior of the pilot plant scale baghouse filter that was characterized by the low-cost PM-sensors was put into context of an industrial field measurement, where a qualitatively corresponding emission behavior was observed at individual filter bags.
Investigations concerning the operating behavior of pulse-jet cleaned filters in the combined context of energy-demand and particle emissions was the second focus of this work (no spatial PM-monitoring). The total power for filter operation was calculated based on the required fan power and an average power representing the consumption of pressurized air for filter regeneration. An experimental parameter study was performed for several raw-gas concentrations, filter face velocities and regeneration tank pressures varying the cycle time between individual filter regenerations for each set of parameters. A dedicated power minimum at a corresponding cycle time (ranging from 30 to 120 seconds) could be identified for each set of parameters. A suitable operating point should be selected at or above the cycle time for the power minimum, as shorter cycle times cause higher dust emissions at no energetic benefit. The total particle emission decreases hyperbolically with increasing cycle time, as fewer particle emission peaks occur over a certain time. Too short cycle times create a state of near constant regeneration, where particle emissions increase strongly and the consumption of pressurized air dominates the total power. For exceedingly long cycle times the differential pressure / fan power contribute greatly to the total power pushing the limits of the maximum blower capacity. Larger filter face velocities and raw-gas concentrations cause a shift of the power minimum to shorter cycle times / more frequent regenerations. Increasing the tank pressure, while causing an increase of the cycle time at the power minimum, creates no clear energetic benefit at the cost of strongly increased particle emissions. The results of the experimental parameter study were modeled applying the fundamental equations for the operating behavior of pulse-jet cleaned filters. After the selection of a suitable fit parameter (filter medium resistance as a function of cycle time), the results between model and experiment were in good agreement.
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