Elektrostatische Nassabscheider

Elektrostatische Nassabscheider arbeiten nach denselben Funktionsprinzipen wie ein Elektrofilter. In diesem Fall wird jedoch der abgeschiedene Staub von den Staubsammelplatten mittels einer geeigneten Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, durch sporadisches oder kontinuierliches Besprühen entfernt. Sie erweisen sich bei bestimmten Staubarten als vorteilhaft, die an den konventionellen Platten haften oder wenn andere Komponenten im Gasstrom mit dem Betriebsprozess in Konflikt geraten, wie beispielsweise bei kühlem, feuchtem Gas. Es entsteht ein Abwasser, dass weiterhin aufbereitet werden muss. Elektrostatische Nassabscheider werden lediglich bei neuen mit Schweröl befeuerten GFA eingesetzt und nach Prüfung auf ihre Eignung für Aerosolminderung.

3.2.3 Gewebefilter (Schlauchfilter)

Gewebefiltration ist ein weltweit angewandtes Verfahren zum Abscheiden von Staubn, (insbesondere Flugasche) aus Abgas in Industrieanlagen und kleineren Feuerungsanlagen. Der Trend geht jedoch hin zum Großeinsatz dieser Technologie in größeren Anlagen. Neben dem Abscheiden von Flugasche gab es eine Reihe von Anwendungen, bei denen Gewebefilter zusammen mit Festbettabsorber- Eindüsung von suspendierten oder pulverisierten Schwefeldioxid-Absorbenzien (beispielsweise Kalk oder Natriumbikarbonat) zur gleichzeitigen Verminderung von Schwefeldioxid und Flugaschemissionen verwendet wurden.

Ein Gewebefilter besteht aus einer oder mehreren getrennten Kammern mit reihenweise angeordneten Gewebefilterschläuchen oder Säcken. Das mit Staubn befrachtete Gas strömt an der Schlauchoberfläche entlang

(gewöhnlich) nach oben und danach radial durch das Gewebe. Der Staub wird von der Filterschicht auf der Oberfläche der Schläuche festgehalten, während der nun gereinigte Gasstrom in die Atmosphäre abgeleitet wird.

Der Filter wird zyklisch betrieben, im Wechsel zwischen relativ langen Filtrier- und kurzen Reinigungsperioden. Während der Reinigung wird der in den Schläuchen aufgefangene Staub von der Gewebeoberfläche entfernt und in einem Staubsammeltrichter zur nachfolgenden Entsorgung abgeleitet. Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal von Gewebefiltern gegenüber anderen Gasfiltern ist die Möglichkeit, die Filteroberfläche periodisch bei der Reinigung zu prüfen.

Abbildung 3.3: Allgemeine Anordnung eines Gewebefilters (mit einer Kammer im Reinigungszyklus) [36, Lurgi, 1999]

Back-flush phase: Rückspülphase;

Operating phase: Betriebsphase;

1. Raw gas duct: Rohgaskanal 2. Filter bags: Filterschläuche

3. Compartment casing: Kammergehäuse 4. Clean gas duct: Reingaskanal

5. Scavenging air fan: Spülluft-Ventilator 6. Control valves: Regelventile

7. Dust hopper: Staubsammelbehälter 8. Rotary valves: Drehschieber

Das regelmäßige Entfernen des Staubs ist nicht nur wichtig, um eine effektive Abscheideleistung zu wahren, sondern verlängert auch die Lebensdauer des Gewebes. Gewebefilter werden i.d.R. anhand der angewandten Verfahren klassifiziert, mit denen die Filtermedien gereinigt werden. Zu den üblichsten Reinigungsverfahren zählen: Luftrückspülung, mechanisches Abklopfen/Entleeren, Vibrations- und Jet-Impulsreinigung. Auch Schallgeber werden zum Reinigen der Schläuche eingesetzt. Die gewöhnlichen Reinigungsmechanismen reichen nicht aus, um das Gewebe in seinen Ausgangszustand zurück zu versetzen, und der abgelagerte Staub, die sich im Gewebe festgesetzt haben, bewirken, dass die Porengröße zwischen den Fasern verkleinert wird, wodurch ein hoher Wirkungsgrad bei Feinstaubpartikeln erzielt wird.

Abbildung 3.4: Niederdruck-Jetimpuls-Gewebefilter [36, Lurgi, 1999]

1 Raw gas inlet: Rohgaseinlass 2 Baffle plate: Prallplatte 3 Filter bags: Filterschläuche

4 Clean gas space: Reingasraum 5 Clean gas duct: Reingaskanal 6 Diaphragm

valve:Membranventil

7 Compressed air reservoir:

Druckluftbehälter

8 Nozzle lance: Düsenlanze 9 Dust hopper:Staubsammler

Bei der Auswahl des Filtergewebes sind die Zusammensetzung der Gase, die Art und Partikelgröße des Staubs, das anzuwendende Reinigungsverfahren, der erforderliche Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit zu berücksichtigen. Die Gastemperatur ist ebenfalls in Betracht zu ziehen, ebenso wie die Verfahrensweise der Gaskühlung, sofern zutreffend, und der entstehende Wasserdampf und Säuretaupunkt.

Der Verschleiß der Filtersäcke führt zu allmählicher, aber messbarer Leistungsminderung. Falls Korrosion auftritt, kann auch das Risiko von Beschädigung oder totalem Ausfall mehrerer Filtersäcke entstehen, wenn abrasives Material gefiltert wird oder wenn Brandgefahr besteht. Einfache Online-Überwachungssysteme wie beispielsweise Druckabfallanzeigen oder automatische Staubmessgeräte bieten nur eine grobe Funktionsanzeige.

Elektrostatische oder optische Messgeräte dienen dazu, Tendenzen der Staubemissionen vom Gewebefilter zu messen, um mögliche Ausfälle zu bestimmen. Auch können sie zum Feststellen von Spitzen bei der Staubentwicklung während eines Reinigungszyklus dienen. Werden diese Maßnahmen in ein in Kammern untergliedertes Reinigungssystem integriert, so wird jede Kammer erkannt, in der sich beschädigte Säcke befinden, und es können lokal Reparaturen vorgenommen werden [37, Robson, 1998].

Mittels Synthetikfiltergewebe wie beispielsweise Gore-Tex^® und Tefaire^® (Teflon/Glasfaser) lassen sich Gewebefilter für ein breites Anwendungsspektrum verwenden. Auch die Lebensdauer der Filter wurde verlängert. Die Leistungsfähigkeit moderner Filtermaterialien, sogar unter hohen Temperaturen oder abrasiven Bedingungen, wurde seit kurzer Zeit verbessert. Die Gewebeproduzenten können Materialien empfehlen, die sich bestens für die jeweilige spezifische Anwendung eignen.

Im Hinblick auf Spülluftsystemen und solche mit Schüttel-/Austragvorrichtungen werden zur Verbesserung des Verhältnisses zwischen Luftdurchgang und Gewebe sowie zwecks Reduzierung des Druckverlusts ständig neue Verfahren erforscht. Änderungen bezüglich der Abgaszu- bzw. -ableitung zielen auf verbessertes Sammeln der Flugaschepartikeln am Boden des Schlauchfiltergehäuses ab, wobei der obere Teil frei bleibt, um Hindernisse im Abgasausgangsbereich zu reduzieren.

In einigen Ländern wird bevorzugt die Druckstoßimpulstechnologie bei Gewebefiltern zur Staubpartikelminderung bei Dampfkesselfeuerungen im kommunalen und industriellen Bereich eingesetzt.

Durch permanente Forschungsarbeit ist man bestrebt, die Kenntnisse über die Feuerungsprozesse zu vervollkommnen und die Systemleistung zu verbessern.

Angesichts zahlreicher verschiedener Filtermaterialien auf dem Markt entscheidet sich ein Betreiber für denjenigen, der seinen Anforderungen am besten genügt. Das Filtermaterial muss besonders sorgfältig ausgewählt werden, um mögliche Probleme bei einer Parameteränderung zu vermeiden.

Einige Brennstoffe können problematisch sein, da sie Verstopfungen verursachen, die den Verfahrensablauf verkomplizieren. Verstopfungen können z.B. beim Anfahren mit Ölfeuerung auftreten. Das Filtermaterial ist i.d.R. ziemlich empfindlich gegenüber den Asche- und Abgastemperaturen, daher können Ablagerungen von unverbranntem Kohlenstoff und heißer Flugasche das Filtermaterial zerstören.

Im Gewebematerial können sich auch Risse bilden, die im Betrieb schwerlich erkennbar sind. Diese Risse führen zu erhöhtem Staubausstoß. Abhilfe bietet die modulare Konstruktionsweise des Filtergehäuses und getrennte Kammergestaltung, so dass Wartungsarbeiten ohne Betriebsunterbrechung möglich sind.

Die Wartungskosten sind ebenfalls hoch, da das Filtermaterial alle zwei bis fünf Jahre ersetzt werden muss. Der Mindestaufwand für einen Filterwechsel beläuft sich auf 10 % der Investitionskosten. Das abgeschiedene Material lässt sich einfach zurückführen, und so kann beispielsweise unreagiertes Sorbens mit einem gewissem ökonomischen Nutzen erneut dem Prozess zugeführt werden.

3.2.4 Zentrifugalabscheidung (Zyklone)

Dieser Systemtyp zur Staubminderung nutzt die Fliehkraft, wobei alle Arten von Abgas im trocknen Zustand verarbeitet werden können. Aufgrund seiner Leistungsparameter ist jedoch seine Anwendung auf kleinere oder mittlere Anlagen begrenzt und kann nur als Vorabscheider benutzt werden, wenn eine Kombination mit anderen Anlagen zur Staubminderung erfolgt.

Ein mechanischer Abscheider besteht aus einer bestimmten Menge von Zyklonen (beispielsweise 31 x 24 mit jeweils einem Einzeldurchmesser von ca. 240 mm, ausgelegt für eine Kapazität von 700000 m³Abgas/Std bei 130°C), die in einem oder mehreren Gehäusen installiert sind. Die zu reinigenden Gase werden durch eine entsprechend ausgelegte Kammer auf die Zyklone verteilt. Der zentrifugierte Staub lagert sich an der Peripherie der Zyklone ab und wird zum Boden der Vorrichtung befördert, wo er in einen Aufnahmebehälter fällt. In jedem Zyklon gelangt die gereinigte Luft über einen zentralen Kanal in den oberen Teil, wo sie in einer Ausgangskammer gesammelt wird und anschließend in Luftleitungen strömt.

Mechanische Abscheider eignen sich nicht zum Abreinigen von Feinstaub. Dadurch ist ihr Wirkungsgrad natürlich begrenzt und beträgt zwischen 85 und 90 %. Bei Dampfkesseln zur Feuerung von Stückkohle auf Rosten findet die Zyklontechnologie noch Anwendung, weil der Anteil an Flugasche relativ gering ist (20 % bei kohlebetriebenen Rostfeuerungen im Vergleich zu 80 % bei Kohlenstaubfeuerungen). Der Anteil aufgefangener Staubpartikel zwischen 5 - 10µm liegt bei 100 % oder nahe dabei. Auch Staub kleinerer Korngröße wird bis zu 1 µm abgeschieden, jedoch ist die Abscheideleitung hier geringer. Die Zyklon-‘Blow-down’-Technologie wird zur Unterstützung von Zyklonen eingesetzt, um einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen, insbesondere Zyklone in GFA, wo zahlreiche kleinere Zyklonzellen parallel arbeiten können.

Mechanische Abscheider verursachen die geringsten Investitionskosten von allen Staubabscheidern. Da diese Technik nicht allein zur Verminderung von Flugasche eingesetzt wird, ist bei der Planung der Investitionskosten auch eine kombinierte Technik zur Flugascheminderung in Betracht zu ziehen. Die Betriebskosten beinhalten die Kosten der Energie, die für das pneumatische oder hydraulische Entfernen der aufgefangenen Asche benötigt wird sowie zum Ausgleichen des Abgasdruckverlustes der Anlage. Die Wartungskosten sind ausgesprochen gering dank der robusten Konstruktion aller betreffenden Komponenten. Die Lebensdauer kann wegen des hohen Erosionsrisikos begrenzt sein [58, Eurelectric, 2001].