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

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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.)

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Rahmenkonstruktion eines Filtergehäuses

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Darstellung eines typischen E-Filters mit 2 elektrischen Zonen

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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

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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

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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

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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.