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
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
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
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
Raw Gas
RohgasBrüden aus Kohletrocknung
Electrical Power
Elektrische Energie
Clean Gas
Reingas
Collected particles
abgeschiedener Braunkohlestaub
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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.)
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
Rahmenkonstruktion eines Filtergehäuses
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
Darstellung eines typischen E-Filters mit 2 elektrischen Zonen
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
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
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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)
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Electrode SystemZT 24 / VARIODYN 15
Sprüh- und Nieder-schlagselektrodeZT 24 / VARIODYN 15
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Discharge Frame withVARIODYN 15 Electrodes
Sprührahmen mit VARIODYN 15 Elektroden
Sprührahmen bei WTA Ausführung gasdicht verschweißt, um Staub-Ablagerungen in den Rahmen zu vermeiden
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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
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Elektrofilter (hinten) zur Abscheidung von Braunkohlestaub aus Brüden;kleiner davor Gewebefilter zur Reinigung der Luft aller Absaugstellen
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Montage Trogbunker
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Trogbunker mit Aussteifungen innen
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Montage der Niederschlagselektroden im 2. Feld
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Filterdach: Regendecke, Isolierung und Dampf-Begleitheizung
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Isolatoren auf dem Dach,Gehäuse des Filters zu 100% dampfbeheizt;
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HS-Zuführung über den Isolatordom: Undichtigkeit
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Hochspannungsaggregat auf dem Dach
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Abströmung aus dem Braunkohletrockner, hin zum Elektrofilter
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GAS FLOW
Angestrebte vertikale Strömungsverteilungdurch nach oben gerichtetes Klappenblech.
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GAS FLOW
Angestrebte horizontale Strömungsverteilung im Filteraustritt durch sogenannte U-Bleche
Verteilung ohne "U"-BlecheVerteilung mit "U"-Blechen
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Klappenbleche zur Gasrichtung im Gaseintritt Gassen mit Sprühelektrodenrahmen
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Rheinisches Braunkohlerevier
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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
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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
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
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
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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
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
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
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
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
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
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 %
ENVIROTHERMElektrofilter: Einsatz in der WTA-Anlage der RWE Power AG
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.