Elektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG ... · Elektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG ENVIROTHERM Status des E-Filters der WTA-Anlage im Mai 2011

ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG

3. Fachtagung Filteranlagentechnik

„Trocken-Elektrofilter: Auslegung und innovativer Einsatz in der WTA Braunkohlentrocknung der RWE Power AG“

Dipl.-Ing. Jürgen Holtmeier, EnvirothermDipl.-Ing. Claus Moser, RWE Power AG

Haus der Technik, Essen; 20. Mai 2011


Aufbau des Vortrags:

• Elektrofilter - eine alte und immer noch aktuelle Technologie

• Aufbau und Einsatz

• Aufzeigen von Auslegungskriterien und Abscheideleistungen eines Trockenelektrofilters

• Braunkohletrocknung

• WTA-Entwicklung (Labor, Prototyp, Demonstrationsanlage)

• Vergleich wichtiger Kennzahlen

• Aktueller Stand


Raw Gas

RohgasBrüden aus Kohletrocknung

Electrical Power

Elektrische Energie

Clean Gas

Reingas

Collected particles

abgeschiedener Braunkohlestaub


Rohgas Wasserdampf mit Staub

Rohgasmenge 180.000 m³/h

Temperatur 130 °C

Druck 1,300 bar

Filterfläche 4.344 m²

Nennhochspan-nung

86.000 V

Nennstrom 1.200 mA

Staubaustrag 22 t/h

Reingasstaub-gehalt

20 mg/m³(i.N.)


Rahmenkonstruktion eines Filtergehäuses


Darstellung eines typischen E-Filters mit 2 elektrischen Zonen


Sprührahmen gasdicht wg Staub

Zusätzliche flexible Schürzen aus Nadelfilz

Trogbunker bei WTA

Klopfung GVW bei WTA

Spülung mit Wasser über beiden el. Feldernnach dem Abfahren

Spülung Isolatoren mit N2 / Wasserdampfim Betrieb

Darstellung mit WTA E-Filter und den WTA spezifischen Auslegungsdetails

Werkstoff C-Stahl, nur der Trogbunker innen mit Edelstahlliner bei WTA

Alle Einbauten so gestaltet, dass Staubablagerungen vermieden werden.

Auslegung für 300 mbar Überdruck


Verfahrensschritte

1. Elektronen-Emission• Korona der Elektrode

2. Ladung Staubpartikeln• Diffusionsladung für

Partikel < 0,5 µm• Feldladung für

Partikel > 0,5 µm3. Transport der geladenen

Partikel• Coulombsche Kraft• Stokesches Gesetz

4. Staubansammlung an der Niederschlagselektrode• Kohäsion / Adhäsion • Spannung

5. Staubabreinigung von der Niederschlagselektrode• mechanisches Klopfen• Schwingung

Staubbelag

Nieder-schlags-elektroden-fläche

KlopfmechanikSprühelektrode mit negativerHochspannung (20 – 111 kV)


Electrode SystemZT 24 / VARIODYN 15

Sprüh- und Nieder-schlagselektrodeZT 24 / VARIODYN 15


Discharge Frame withVARIODYN 15 Electrodes

Sprührahmen mit VARIODYN 15 Elektroden

Sprührahmen bei WTA Ausführung gasdicht verschweißt, um Staub-Ablagerungen in den Rahmen zu vermeiden


Distribution of Rapping Acceleration in g Values over the Surface of a Collecting Electrode Type ZT 24

Verteilung der Klopfbeschleunigungen in g an der Oberfläche einer Niederschlagselektrode Typ ZT 24

Klopfschlag


Elektrofilter (hinten) zur Abscheidung von Braunkohlestaub aus Brüden;kleiner davor Gewebefilter zur Reinigung der Luft aller Absaugstellen


Montage Trogbunker


Trogbunker mit Aussteifungen innen


Montage der Niederschlagselektroden im 2. Feld


Filterdach: Regendecke, Isolierung und Dampf-Begleitheizung


Isolatoren auf dem Dach,Gehäuse des Filters zu 100% dampfbeheizt;


HS-Zuführung über den Isolatordom: Undichtigkeit


Hochspannungsaggregat auf dem Dach


Abströmung aus dem Braunkohletrockner, hin zum Elektrofilter


GAS FLOW

Angestrebte vertikale Strömungsverteilungdurch nach oben gerichtetes Klappenblech.


GAS FLOW

Angestrebte horizontale Strömungsverteilung im Filteraustritt durch sogenannte U-Bleche

Verteilung ohne "U"-BlecheVerteilung mit "U"-Blechen


Klappenbleche zur Gasrichtung im Gaseintritt Gassen mit Sprühelektrodenrahmen


Rheinisches Braunkohlerevier


Mit WTA Wirkungsgradvorteile von 4-6 %-Punkten für das TBK-Kraftwerk

Rauchgas+ Brüden1,000°C

heißesRauchgas

Roh-kohle

Trockenkohle+ Rauchgas+ Brüden

Kessel

TBK-Konzept:Separate Trocknung (WTA)

Kessel

Rauchgas

Trockenkohle

WTA

BoA-Konzept:integrierte Trocknung

Roh-kohle


53 t/h Rohkohle

WTA 1 Frechen1993 – 1999

ca. 20.000 Betriebsstd.

Grobkorntrocknunggroßtechnisch

einsatzreif

29 t/h Rohkohle

WTA 2 Frechen2000 – 2004

ca. 8.000 Betriebsstd.

Feinkorntrocknung einfache, robuste Technik geringe Investitionskosten

210 t/h Rohkohle

WTA 2 Niederaußemab 2009

Bisher ca. 3500 Betriebsstd.

FeinkorntrocknungErste vorkommerzielle

Anlage


Brüden zur Atmosphäre

RBK-Feinmahlung

Trockner

Brüden-Elektrofilter

Kreislauf-gebläse

TBK-Kühler

TBK 0 - 1 mm

Brüdenkondensator

Fremddampf

zur BeheizungTBK-Nachmahlung

Kesselspeisewasser

RBK –Bunker

Kondensat

Brüdenkondensat


Trockenkohleproduktion: 110 t/hWasserverdampfung: 100 t/h

Rohkohlekörnung: 0 - 2 mm Rohkohleeinsatz: 210 t/h

WTA-Konzeption für 1000 MW BlockWTA-Prototypanlage

Auslegungsdaten WTA-Prototypanlage

840 t/hRohbraunkohle

1. Strang

2. Strang

3. Strang

4. Strang

Trockenkohle

440 t/h

Umfang WTA-Prototyp


Beschreibung Einheit WTA Demo Frechen

WTA Prototyp Niederaußem

Betriebsvolumenstrom Wasserdampf Bm³/h 95.000 173.000Temperatur °C 110 110Druck bar 1,15 1,15Dichte Rohgas kg/m³ 0,61 0,61Rohgas-Staubbeladung g/m³ 80 116Korngrößenverteilung Staub nach E-Filter>200 µm % 0 0125 – 200 µm % 0,16 0,4890 – 125 µm % 2,02 8,9863 – 90 µm % 52,86 42,7432 – 63 µm % 20,9 35,44<32 µm % 24,04 12,36


Beschreibung Einheit WTA Demo Frechen

WTA Prototyp Niederaußem

Filterbreite licht m 5 6,8Höhe m 6,86 9,8Länge m 13,75 13,75Anzahl der elektrischen Felder 2 2Anzahl der Gassen 16 22Gassenabstand mm 300 300Niederschlagselektrodenhöhe m 5,35 9,45Niederschlagselektrodenlänge m 5,28 5,28Filterfläche, projiziert m2 1.808 4.344Filterfläche, abgewickelt m2 2.170 4.822Gasgeschwindigkeit m/s 1,05 0,78Verweilzeit s 10,6 13,6Abscheidegrad, Auslegung % 99,988 99,9828Reingas-Staubbeladung Garantie mg/m³(i.N.) < 10 < 20


Betriebsergebnisse der WTA-Anlage

Erster Trocknungslauf: 19.12.2008

Längster Trocknungslauf (März 2011): 629 h

Max. Anlagenlast (H20verd): ~ 82 %

Gesamte Betriebszeit: ~ 3.570 h(in 2009: ~ 465 h, in 2010: ~ 1.438 h, in 2011 bisher: 1.667 h)

Gesamte Einsatzmenge an Rohbraunkohle: ~ 371.000 t

Gesamte Produktion an Trockenbraunkohle: ~ 194.000 t

Trockenbraunkohlefeuchte: 10 - 13 %


Status des E-Filters der WTA-Anlage im Mai 2011

Mängel behoben: Türen verbessert, undichte Isolatorendome, HS-Trafo defekt, Gassperren.

WTA-Trocknung in Betrieb, E-Filter in Betrieb.

An- und Abfahrkonzept funktioniert, Staubablagerungen sind beherrschbar.

Ungleichmäßige Strömungsverteilung trotz Einbauten im Filtereintritt und –austritt; führt zur Überschreitung der garantierten Reingasstaubgehalte, ca. 50 statt 20 mg/m³.

Danach CFD Strömungsberechnungen und Modelluntersuchungen durchgeführt, Umbau der Einbauten in der E-Filter Rohgashaube

Reingaswert danach dauerhaft bei 15 mg/m3

Nächste Schritte

Entwicklung und Erprobung einer Online-Staubmessung im Reingas unter Druck und Temperatur in Wasserdampfatmosphäre.

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