Rauchgasreinigung Flue Gas Cleaning
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Rauchgasreinigung Flue Gas Cleaning
Rauchgasreinigung Flue Gas Cleaning Über Hitachi Power Europe Service Die Hitachi Power Europe Service GmbH (HPES) ist mit ca. 300 Mitarbeitern ein international tätiges Unternehmen auf dem Gebiet der Energieerzeugung, des Dampferzeugerbaus sowie der Feuerungs- und Umwelttechnik. Hauptsitz des Unternehmens ist Duisburg mit den Fachbereichen Engineering, Kessel- und Feuerungstechnik, Rauchgasreinigung, Montage und Inbetriebnahme. Weiterhin betreibt die Hitachi Power Europe Service GmbH mit einem Kooperationspartner ein Kompetenzzentrum für Oberflächentechnik (Cladding). Mit deutschlandweiten Service-Stützpunkten und Niederlassungen in Europa, dem Nahen und Mittleren Osten sowie Asien ist die Hitachi Power Europe Service GmbH mit ihren Produkten und Fachkompetenzen in unmittelbarer Kundennähe. Inhalt /Contents Vom Kessel bis zum Kamin From Boiler to Chimney4 Abscheidungsverfahren und ihre Einsatzgebiete Separation Methods and their Range of Application6 Rauchgasreinigung Flue Gas Cleaning8 Zyklone und Multiklone Cyclones and Multiclones16 Gewebe- und Schlauchfilter Fabric Filters and Tube Filters18 Staubaustragssysteme Dust Removal Systems22 2 Rauchgasreinigung About Hitachi Power Europe Service Hitachi Power Europe Service GmbH (HPES), with about 300 employees, is an internationally active company in the field of power generation, steam generator construction, as well as for environmental technologies and firing equipment. The company’s head office is located in Duisburg (Germany), with the departments of engineering, boiler and firing technology, flue gas cleaning, erection and commissioning. In addition, Hitachi Power Europe Service GmbH operates a center of excellence for surface engineering (cladding) with a cooperation partner. With service centers throughout Germany and branches in Europe, Middle East and Asia, Hitachi Power Europe Service GmbH operates as closely to its customers as possible, providing its products and specialist skills. Hitachi Power Europe Service GmbH Hauptsitz in Duisburg, Deutschland Head office in Duisburg, Germany Nationale Standorte German locations Internationale Standorte International locations Flue Gas Cleaning 3 Vom Kessel bis zum Kamin Von der Emission zur Immission Unser Leistungsspektrum: Entsprechend unserem Motto „Vom Kessel bis zum Kamin – alles aus einer Hand“ gilt ■■Inspektion, Schadensanalyse und Beratung unsere Aufmerksamkeit sowohl der Minimierung von Luftschadstoffen aus der Verbren- ■■Anlagen- und Betriebsmitteloptimierung nung als auch der Rauchgasreinigung. ■■Rauchgas-, Staub- und Ascheanalyse ■■Emissions-, Strömungsmessung und Untersuchung ■■Revision, Modernisierung, Reparatur, Wartung ■■Engineering, Lieferung, Montage und Inbetriebnahme Mit der Verordnung zur Einhaltung der Bundes-Immissionsschutzgesetze werden mit der 13. BImSchV für Großfeuerungs- und Gasturbinenanlagen und der 17. BImSchV für die Verbrennung von Abfällen hohe Anforderungen an die Rauchgasreinigungsanlagen gestellt. Diesen Anforderungen stellen wir uns seit Jahren erfolgreich mit ausgereiften und bewährten Reinigungssystemen. Unser Einsatzgebiet umfasst Kraftwerke, Müll-, Sondermüll- und Klärschlammverbrennungsanlagen ebenso wie Glashütten, Zement- und Hüttenwerke. So vielseitig die Verbrennungsprozesse sind, so unterschiedlich sind auch die verfahrenstechnischen Entstaubungsprinzipien, die einzeln oder in Kombination zur Anwendung kommen. Man unterscheidet zwischen trockene und nasse Reinigungsverfahren, Gewebefilter, Zyklone, Wäscher und Sprühabscheider, aber auch elektrische Gasreinigungen mit ihren elektrosta tischen Partikelabscheidungen. 1Zyklon Cyclone 2Elektrofilter Electrostatic dust filter Schema des Reinigungssystems Schematic of the cleaning system 3Gewebefilter Fabric filter 4 Rauchgasreinigung 2 3 From Boiler to Chimney From emission to immission In accordance with our motto "From boiler to chimney – everything from one source", we Our range of services: focus our attention on the minimisation of airborne pollutants from combustion as well as ■■Inspection, damage analysis and consultation flue gas cleaning. ■■Plant and operating materials optimisation ■■Flue gas, dust and ash analysis The ordinance on compliance with the Federal Pollution Abatement Laws places high requirements on flue gas cleaning plants, specifically the 13th German Federal Emission Control Ordinance for industrial furnaces and gas turbines plants and the 17th German Federal Emission Control Ordinance for waste combustion. We have successfully faced these requirements for years with fully developed and proven cleaning systems. ■■Emission & flow measurement and investigation ■■Inspection, modernisation, repair, maintenance ■■Engineering, delivery, assembly and commissioning Our application areas comprise power plants, waste, hazardous waste and sewage-sludge incineration plants as well as such equipment in glassworks, cement and iron and steel plants. As multi-dimensional as the combustion processes are, the process-engineering dust elimination principles vary accordingly and can be applied individually or in combination. One makes a distinction between dry and wet cleaning processes, fabric filters, cyclones, washers, spray separators as well as electrical gas cleaning with electrostatic particle separations. Entstaubung einer Biomasseverbrennung Dust elimination in biomass combustion Flue Gas Cleaning 5 Abscheidungsverfahren und Ihre Einsatzgebiete 1Schlauchfilter Tube filter 2Nass-Elektrofilter Wet electrostatic dust filter Fraktionsabscheidegrade von Staubabscheidern Fractional degrees of separation of dust separators 100 3Trocken-Elektrofilter Dry electrostatic dust filter 95 4Wäscherkondensator Washer condenser 85 5Zyklon Cyclone 2 90 3 80 4 75 70 65 60 55 50 5 45 40 0,1 1,0 Partikelgröße xp (µm) 10 Size of particles xp (µm) Die Wahl der Abscheidesysteme erfolgt nach den Anforderungen des Prozesses bzw. der erforderlichen Emissionen. Partikelabscheidung trocken Verfahren Physikalisches Prinzip Einsatzgebiet Effizienz Staubabscheidung Zyklon Trägheitskräfte Vorreinigung Niedrig EGR* Elektrostatisch Hauptreinigung Hoch Gewebefilter Filternd Haupt- und Feinreinigung Sehr hoch Partikelabscheidung nass Verfahren Physikalisches Prinzip Einsatzgebiet Effizienz Staubabscheidung Nass-EGR* Elektrostatisch Feinreinigung Sehr hoch Wäscher Trägheitskräfte Feinreinigung (eventuell auch Hauptreinigung) Mittelhoch * EGR = Elektrische Gasreinigung 6 Rauchgasreinigung Separation Methods and their Range of Application The selection of the separator systems is made based on the requirements of the process and / or required emissions. Particle separation dry Method Physical principle Range of application Efficiency of dust removal Cyclone Forces of inertia Pre-cleaning Low EGC* Electrostatic Main cleaning High Fabric filter Filtering Main and fine cleaning Very high Method Physical principle Range of application Efficiency of dust removal Wet EGC* Electrostatic Fine cleaning Very high Washers Forces of inertia Fine cleaning (possibly also main cleaning) Mid-high Particle separation wet * EGC = electrical gas cleaning Flue Gas Cleaning 7 Rauchgasreinigung Mittels Elektro-Staubabscheider Elektrofilter / -gasreinigungen (EGRs) werden als Platten-, Segment-, Röhren- oder Wabenfilter für nasse, trockene und nebelführende Rauchgase sowohl im Nieder- als auch Hochtemperaturbereich eingesetzt. Das Prinzip der Staubabscheidung beruht sowohl bei der trockenen als auch bei der nassen elektrischen Gasreinigung auf einer Separierung der Stäube durch elektrostatische Aufladungen. Die Rauchgase werden hierbei durch ein starkes elektrisches Feld geleitet, das zwischen den Sprühelektroden (SE-Elektroden) und den Niederschlagelektroden (NE-Elektroden) durch das Anlegen einer hohen Gleichspannung im Bereich der Durchbruchspannung erzeugt wird. Infolge der hohen Feldstärke kommt es im Bereich der negativ gepolten Sprühelektroden zu Korona-Entladungen und es werden Elektronen freigesetzt, die sich an die Staubteilchen oder Nebeltröpfchen des vorbeiströmenden Rauchgases lagern. Unter Einfluss des starken elektrischen Feldes werden die so negativ aufgeladenen Staubpartikel oder Nebeltröpfchen zu den geerdeten Niederschlagselektroden transportiert und dort abgeschieden. In Abhängigkeit des Staubgehaltes der Rohgase werden mehrere Hochspannungs- bzw. Staubabscheidefelder hintereinander geschaltet, wodurch Staubabscheidungen von 90 – 99 % bei Feinstäuben bis < 1 μm erreicht werden. Weitere Vorteile von Elektrofiltern sind der geringe Druckverlust, der geringe Bedienungsaufwand sowie die Unempfindlichkeit gegen Funkenflug. 1Sprühelektrode Spray electrode 2Elektron Electron 3 Staubteilchen aufgeladen Charged dust particle Abscheideprinzip beim Elektrofilter Separator principle of electrostatic filters 2 3 4 Staubteilchen abgeschieden Intercepted dust particle 4 5Niederschlagselektrode Collecting electrode 6Spannungsumsetzungsanlage Voltage converter system 5 6 8 Rauchgasreinigung Flue Gas Cleaning Using electrostatic dust separators Electrostatic precipitator systems (ESPs) are used as plate, segment, pipe, or honeycomb filters for wet, dry, and misty flue gases at low as well as high temperature ranges. The principle of the dust separation process is based on separating the dusts by means of electrostatic charging, in both the wet and dry electrostatic gas cleaning process. The flue gases are passed through a powerful electrical field generated between the spray electrodes (SE electrodes) and the collecting electrodes (CE electrodes) by applying a high DC voltage in the breakdown voltage range. As a result of the high field intensity, corona discharges occur in the area around the negatively poled spray electrodes, and electrons are released which then attach themselves to the dust particles or mist drops of the flue gas flowing by. Under the influence of the powerful electrical field, the negatively charged dust particles or mist drops are transported to the grounded collecting electrodes and intercepted there. Depending on the dust content of the raw gases, several high-voltage or dust separator fields are cascaded to achieve dust removal of 90% to 99% for fine dusts up to < 1 μm. Other advantages of electrostatic dust filters are the only slight pressure loss, the small amount of necessary operating input, and the insensitivity to flying sparks. 1 Sprühelektrode Spray electrode Schema Abscheideprinzip Schematic of separation method 1 – 2 Niederschlagselektrode Collecting electrode + 2 Flue Gas Cleaning 9 Rauchgasreinigung Trockene Rauchgase Bei der trockenen Rauchgasreinigung werden die Rauchgase vor Eintritt in die Filter über Leitbleche geführt. Die Leitbleche sowie eine abgestimmte Gestaltung des Filtereintrittsstutzens sorgen für ein optimales Strömungsprofil sowie eine gleichmäßige Verteilung der Rauchgase auf die Filtergassen – eine wesentliche Voraussetzung zur Erzielung hoher Abscheidegrade. Die einzelnen Filtergassen bestehen jeweils aus zwei Niederschlagselektroden, zwischen denen die Sprühelektroden installiert sind. Die Niederschlagselektroden-Reihen eines jeden Abscheidefeldes sind mit Klopfvorrichtungen bestückt, bestehend aus frei fallenden Hämmern, die versetzt auf Hammerwellen installiert sind. Die Hämmer fallen durch die versetzte Anordnung nacheinander auf die Ambosse der Plattenkopfgestänge und versetzen die Niederschlagselektroden in Schwingung, wodurch der anhaftende Staub abgereinigt wird. Durch eine frei schwingende Installation der Niederschlagselektroden ist auch bei Temperaturschwankungen eine freie Beweglichkeit und somit eine optimale Abreinigung sichergestellt. Ein wesentliches Kriterium für optimale Staubabscheidungen sind ferner die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der Stäube, für die verschiedene Bauformen der Sprühelektroden zum Einsatz kommen. So werden für Stäube mit geringen Staubwiderständen oder niedrigen Staubraumbeladungen Bänder mit glatten Kanten verwendet, während für hochohmige Stäube oder hohe Staub raumladungen Dorn-Elektroden eingesetzt werden. 1 Sprühelektrode Spray electrode – 2 Niederschlagselektrode Collecting electrode + Gassenaufbau Lane construction 2 10 Rauchgasreinigung Flue Gas Cleaning Dry flue gases In dry ESP, the flue gases are passed over baffle plates before entering the filters. These baffle plates as well as a corresponding design of the filter entry port ensure an optimal flow profile as well as a uniform distribution of the flue gases on the filter lanes, an essential prerequisite for obtaining high degrees of separation. The individual filter lanes each consist of two collecting electrodes between which the spray electrodes are installed. The row of collecting electrodes of each separation field are equipped with rappers consisting of free-falling hammers which are installed at displaced intervals on hammer shafts. Due to their spacing arrangement, the hammers fall one after another on the anvils of the plate head linkage, setting the collecting electrodes in oscillatory motion, which in turn cleans off the adhering dust. The freely swinging installation of the collecting electrodes, also at variations in temperature, ensures a free mobility and thus an optimal dedusting. An essential criterion for optimal electrostatic precipitation is the different electrical characteristics of the dusts, which call for the use of different types of spray electrode designs. Bars with smooth edges are used for dusts with low levels of dust resistance or low dust burden of filter space, whereas spike electrodes are employed for high-impedance dusts or high dust burden of filter spaces. Niederschlagsplatte Collecting plate Sprühelektrode Spray electrode Flue Gas Cleaning 11 Rauchgasreinigung Gesättigte oder feuchte Rauchgase Nasselektroreinigungen kommen als Horizontal- oder als Röhrenfilter zur Anwendung. Ihr Einsatzgebiet ist z. B. die Reinigung von feuchten / gesättigten Prozessabgasen aus der Chemie und Hüttenindustrie, SO2-haltigen Gasen z. B. für die Produktion von Schwefelsäure, TiO2-haltigen Gasen aus der Kalzinierung oder auch Abgasen aus Sondermüllverbrennungsanlagen. Das physikalische Prinzip entspricht dem der Trockenelektrofilter, jedoch entfallen die Klopfsysteme zur Abreinigung, da die Staubteilchen als Suspension ausgetragen werden. Unter Einwirkung des elektrischen Feldes bildet sich auf den Niederschlagselektroden ein mit Staubpartikeln durchsetzter Flüssigkeitsfilm, der kontinuierlich abläuft. Um insbesondere bei Abgasen mit höheren Feststoffgehalten Schlammablagerungen an den Niederschlagselektroden zu vermeiden, wird zur Verstärkung der Gassättigung häufig ein zusätzliches System mit kontinuierlich arbeitenden Nebeldüsen eingesetzt. Diese Nebeldüsen verstärken den Flüssigkeitsfilm an den Elektroden und setzen die Feststoffkonzentration herab, wodurch die Abreinigung durch die in Intervallen arbeitenden Spüldüsen verbessert wird. Röhrenfilter, wie nachstehend abgebildet, werden bevorzugt als korrosionsfeste Filter eingesetzt. Sie bestehen aus parallelen senkrecht angeordneten Rohren mit kreis- oder wabenförmigem Querschnitt, in deren Mitte die Sprühelektroden aufgehängt sind. 1Gehäuse Enclosure 2Isolatoren Insulators Die Rohre bestehen aus nichtleitenden Elektrogasanlage Electrical gas system Materialien und haben mit ihrer Oberfläche lediglich die Trägerfunktion für den Flüssig- 3Röhre Tube 2 damit der Staubniederschlag erfolgt. 4Elektrode Electrode 4 3 2 12 Rauchgasreinigung keitsfilm, in dem der Stromtransport und Flue Gas Cleaning Saturated or moist flue gases Wet ESP systems are employed as horizontal or tube filters, for instance for cleaning damp / saturated process exhaust gases from the chemical and steel industries, gases containing SO2 e.g. for the production of sulphuric acid, TiO2-containing gases from calcination or also waste gases from hazardous waste incineration plants. The physical principle corresponds to that of the dry electrostatic filter, however without the rapper systems for dedusting, since the dust particles are discharged as a suspension. Under the influence of the electrical field, a fluid film permeated with dust particles forms on the collecting electrodes, which continuously flows off. In order to avoid sludge deposits on the collecting electrodes, especially from exhaust gases with higher solids content, an additional system using continuously operating mist nozzles is frequently employed to reinforce the gas saturation. These mist nozzles strengthen the fluid film on the electrodes and reduce the solid concentration, which improves the dedusting effect by the flushing nozzles which operate in intervals. Tube filters, as depicted here, are preferred for use as corrosion-proof filters. They consist of vertical tubes arranged in parallel with a circular or honeycomb-shaped cross-section, with the spray electrodes each hanging in the middle. The tubes consist of non-conducting materials whose surfaces solely provide the carrier function for the fluid film, where the flow transport and thus the dust precipitation takes place. 1Elektrode Electrode Röhrenfilteranlage Tube filter system 2Röhre Tube 2 Flue Gas Cleaning 13 Rauchgasreinigung Elektrofilter und ihre elektrischen Komponenten Die zur Erzeugung der hohen Feldstärken benötigte Hochspannung wird pro Filterzone durch eine 2- oder 3-phasige Spannungsumsetzanlage erzeugt. Jede dieser Hochspannungsanlagen besteht aus einem Hochspannungstransformator mit Gleichrichter sowie einer Phasenanschnittsteuerung zur Spannungsversorgung der einzelnen Felder des Elektrofilters. Um eine höchstmögliche Abscheidung zu erzielen muss die Betriebsspannung dabei knapp unter der Durchbruchspannung ausgeregelt werden, die prozessbedingt beständig variiert. Zu diesem Zweck tastet die Steuerung die Überschlagsgrenze kontinuierlich ab und führt die Spannungsversorgung feinfühlig nach. Bei der Abreinigung von z. B. hochohmigen Stäuben tritt unter bestimmten Betriebsbedingungen ein „Rücksprühverhalten“ ein, was den Wirkungsgrad der Filteranlage erheblich herabsetzt. Durch den Einsatz des Pulsbetriebes kann bei zum Rücksprühen neigenden Stäuben die Abscheidung wesentlich verbessert werden. Der Wirkungsgrad des Elektrofilters wird hierdurch nicht nur gesteigert, sondern in vielen Fällen kann sogar eine deutliche Energie einsparung erreicht werden. Ein übergeordneter Prozessrechner kontrolliert über die Rauchgasdichte den gesamten Entstaubungsprozess und passt die Spannung der einzelnen Filterzonen der erforderlichen Abscheideleistung an. Hierdurch werden Sättigungsströme, die keine Mehrleistungen erbringen, vermieden und eine maximale Abscheidung bei geringstem Energieverbrauch erreicht. 1Elektrofilter Electrostatic precipitator 2Spannungsumsetzungsanlage Voltage converter system Das Visualisierungsprogramm ermöglicht Coromatic-Filteranlage Coromatic filter system dem Betriebspersonal eine zentrale Beobachtung und Bedienung der kompletten Fil- 4 3Hochspannungssteuerung High voltage control teranlage, einzelner Filterebenen bis hinunter 7 zu den einzelnen Kraftfeldern. Gleichzeitig 4Prozessrechner Process controller können von jeder Spannungsumsetzanlage 5Klopfsteuerung Rapping control 6Rauchgasdichtemessung Flue gas density measurement alle erfassten Messwerte archiviert werden. 3 Zusätzlich wird durch die Koordinierung der 5 Klopfintervalle der Niederschlagselektro- 7Monitor Screen 6 denklopfung eine effektive Reinigung der Inneneinrichtung in Verbindung mit einem 2 optimalen Staubabscheidegrad erreicht. Zur Vermeidung erhöhter Staubauswürfe durch Kumulierung erfolgt zu bestimmten Zeitpunkten die Klopfung jeweils nur einer Filterzone. 14 Rauchgasreinigung Flue Gas Cleaning ESP filters and their electrical components The high voltage required to generate the high field intensities is created by one 2- or 3-phase voltage converter system per filter zone. Every one of these high voltage systems consists of a high-voltage transformer with power rectifier as well as a phase control for the power supply of the individual fields of the electrostatic filter. To attain the highest possible filtering effect, the operating voltage must be adjusted to just barely below the breakdown voltage, which constantly varies depending on the process. For this purpose the control system continually samples the breakdown limit and sensitively adjusts the power supply. When dedusting high-impedance dusts, for instance, sometimes a respray behaviour sets in under certain operating conditions, which considerably lowers the efficiency of the filtration system. Using pulse control operation considerably improves the separation in case of dust particles that tend to respraying. The efficiency of the electrostatic filter is thus not only improved, but in many cases it is possible to attain significant energy savings as well. A higher-level process control computer monitors the flue gas density throughout the entire dedusting process and adjusts the voltage of the individual filter zones to the required separation capacity. This way, saturation voltages that do not provide any increased performance are avoided, achieving a maximum separation at the lowest possible energy consumption. The visualization system allows the operating personnel to centrally monitor and operate the complete filtration system and individual filter levels, right down to the individual fields of force. At the same time, every measured value recorded can be archived by every voltage converter unit. Additionally, by coordinating the rapping intervals of the collecting electrode rapping, an effective cleaning of the internal components is achieved in combination with an optimum degree of dust separation. To prevent increased dust emission due to accumulation, one filter zone at a time undergoes the rapping process at certain times. Flue Gas Cleaning 15 Zyklone und Multiklone Filterung trockener Rauchgase Das Abscheideprinzip ist die Fliehkraftabscheidung. In zylindrischen Abscheidebehältern Skizze Zyklon Schematic of cyclone werden die Rauchgase in Kreisbewegungen versetzt, deren rotierende Strömungen hohe Fliehkräfte hervorrufen, die die Staubpartikel zur Außenwand schleudern. Während das gereinigte Gas durch einen zentral angeordneten Kanal nach oben abgesaugt wird, sinken die Staubpartikel aufgrund ihrer trägen Masse an der Außenwand auf einer 2 schraubenförmigen Bahn in den Staubbunker. Wenngleich Fliehkraftabscheider mit ihren ge- 3 ringen Druckverlusten für Rauchgastemperaturen bis zu 1000 °C eingesetzt werden, kommen 1Reingaseintritt Clean gas inlet sie aufgrund der hohen heutigen Anforderungen an den Entstaubungsgrad vorwiegend nur 2Rohgasaustritt Raw gas outlet 3Tauchrohr Probe tube noch als Grob- und Vorabscheider sowie für Staubrückführungssysteme zum Einsatz. Fliehkraftentstauber reagieren empfindlich auf Änderungen der Abgasgeschwindigkeit und errei- 4 chen in Abhängigkeit der Staubart Abscheidegrade von lediglich 50 – 90 %. 4Abscheideraum Separation chamber 5Staubsammelbehälter Ash collecting hopper 6Zellenradschleuse Rotary feeder Als Grob- bzw. Vorabscheider schützen sie Kesselheizflächen, Wärmetauscher sowie Gebläse vor Verschleiß oder Belagsbildung und entlasten nachgeschaltete leistungsfähige 5 6 Staubabscheider wie beispielsweise Elektrofilter. Zyklonen mit einer unteren Grenze der wirkungsvoll abscheidbaren staubabhängigen Körnung von 5 – 10 μm werden je nach Gasmenge mit Durchmessern zwischen 0,5 und 5 m gebaut. Die Bauform und Anordnung der Gasanschlüsse von Multiklonen können in weiten Grenzen variiert werden. Sie beanspruchen bei gleichem Gasdurchsatz einen geringeren Platzbedarf 1Rohgaskanal Raw gas duct 2Reingaskanal Clean gas duct 3Reingasrohr Clean gas pipe und können so einfacher in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden. Die Filteranlage Skizze Multiklon Schematic of multiclone besteht aus einer Vielzahl parallel geschalteter Abscheiderohre mit Durchmessern von 1 ca. 230 mm. Aufgrund der kleinen Durch- 2 4Trennzelle Separator cell 3 messer der Multiklonrohre können über die schaufelförmigen Einbauten höhere Flieh- 5Staubbunker Dust bunker kräfte als in einem Großzyklon erzeugt werden, wodurch auch relativ feine Stäube mit Körnungen ab 2 – 5 μm abgeschieden werden können. 4 5 Die Aufteilung des Gasvolumens auf viele Multiklonrohre führt zu geringeren spezifischen Staubbelastungen der einzelnen Abscheideflächen, wodurch auch bei stark schleißenden Stäuben hohe Standzeiten erreicht werden. 16 Rauchgasreinigung Cyclones and Multiclones Filtering of dry flue gases The separation principle is centrifugal force separation. The flue gases are set into circular motion in cylindrical separation tanks, whereby the rotating flows produce high centrifugal Skizze Multiklon Schematic of multiclone 1 forces which hurl the dust particles towards the exterior wall. While the cleaned gas is sucked upwards by a centrally installed duct, the dust particles 2 descend to the outer wall on a helical course into the dust bunker, owing to their inert mass. Although centrifugal force separation units with their low level of pressure loss are employed for flue gas temperatures of up to 1000 °C, due to the current high level of dedusting requirements they are now primarily only used as rough and preliminary separators as well as for dust recycling systems. Centrifugal force dedusters react sensitively to changes of the exhaust gas velocity and achieve degrees of separation of merely 50 % – 90 %, depending on the type of dust. 1Reingas Clean gas 2Rohgas Raw gas 3Staub Dust As rough or preliminary separators, they protect boiler heating surfaces, heat exchangers as well as ventilators from wear and tear or the accretion of deposits, and relieve downstream high-performance dust removers, such as for example electrostatic filters. Cyclones with a 3 lower limit of efficiently precipitable dust-dependent particle size of 5 to 10 μm are built with diameters between 0.5 and 5 m, depending on the gas quantity. The design and arrangement of the multiclone gas connections can be varied across a broad range. They require less space for the same throughput and can therefore be more easily upgraded in existing plants. The filtration system consists of a multitude of separation pipes with diameters of about 230 mm, con- 1Reingas Clean gas Multiklonanlage Multiclone system 2Rohgas Raw gas figured in parallel. Due to the small diameter 1 of the multiclone pipes, greater centrifugal forces than in a large cyclone can be gener- 4Abscheideraum Separator chamber ated via the shovel nose fixtures, whereby relatively fine dusts with a particle size as of 2 3Tauchrohr Immersion pipe 3 2 to 5 μm can also be separated out. The distribution of the gas volume to many multiclone pipes leads to smaller specific dust loads of the individual separation surfaces, whereby a long service life can be achieved even in case of highly abrasive dusts. 4 Flue Gas Cleaning 17 Gewebe- und Schlauchfilter Reinigung trockener Rauchgase Gewebe- sowie Schlauchfilter kommen zur Abreinigung staubbelasteter trockener Rauchgase im Niedertemperaturbereich bis maximal 250 °C zum Einsatz. Sie erreichen Abscheidegrade von > 99 % bei Druckverlusten zwischen 15 – 20 mbar und eignen sich insbesondere auch zur Abreinigung von Feinstäuben < 1 µm. Staubbelastete Rauchgase werden hierbei durch eine poröse Gewebe- oder Filzschicht geleitet, wodurch das Trägergas von den Staubpartikeln getrennt wird. Der Staub, der sich an der Filterschicht anlagert, wird in definierten Zeitintervallen durch das Gegenspülen des Filters mit Luft entfernt und fällt in den Staubbunker. Unter den Gewebefiltern sind insbesondere die Systeme mit Druckluftreinigungen weit verbreitet. Die einzelnen Filterschläuche, die von außen nach innen durchströmt werden, sind im Inneren mit Filterkörben versteift, die das Zusammenfallen der Gewebeschläuche verhindern. Die Abreinigung des außen abgelagerten Filterkuchens erfolgt während des laufenden Be triebes durch einen Druckluftstoß in das Schlauchinnere, wodurch der Rauchgasstrom in dem jeweiligen Filterschlauch kurz unterbrochen wird. Durch das ruckartige Aufblähen des Filterschlauches platzt der Filterkuchen ab. Die Spülluft, die druckstoßartig durch den Filter gepresst wird, bewirkt darüber hinaus eine Tiefenreinigung des Filtergewebes. Die Abreinigungsphasen werden wahlweise 1Rohgaseinlass Raw gas intake 2Prallblech Baffle plate 3Schlauchbündel Tube bundle in Abhängigkeit des Differenzdruckes über Puls-Schlauchfilter Pulse tube filters 4 8 das Filterelement oder aber in festen Zeit 7 intervallen durch eine Steuerung ausgelöst. 6 Der kammerartige Aufbau ermöglicht während des Betriebes das Abkoppeln von Teil- 4Reingaskammer Clean gas chamber 5 5Reingassammelkanal Clean gas collection duct 6Membranventil Diaphragm valve 7Druckluftspeicher Compressed-air tank 1 3 8Düsenblasrohr Nozzle blowpipe 9Staubsammelbunker Dust collection bunker 2 9 18 Rauchgasreinigung bereichen zu Wartungszwecken. Fabric Filters and Tube Filters Cleaning of dry flue gases Fabric filters and tube filters are used for dedusting dustburdened dry flue gases in the low temperature range of up to a maximum of 250 °C. You can attain degrees of separation greater than 99 % at pressure losses between 15 – 20 mbar; this method is especially suitable for dedusting fine dusts < 1 μm. Here, the dustburdened flue gases are passed through a porous tissue or felt layer, which separates the carrier gas from the dust particles. The dust which collects on the filter layer is removed at defined time intervals by countercurrent flushing of the filter with air, and then drops into the dust bunker. Systems with compressed air cleaning mechanisms are particularly widespread among fabric filters. The individual filter tubes, which are subject to flow from outside inwards, are reinforced with filter baskets on the inside, which prevent the fabric tubes from collapsing. The externally deposited filter cake is removed during the ongoing operation by a rush of compressed air injected into the tube’s interior, briefly interrupting the flow of flue gas in the respective filter tube. The jerky inflation of the filter tube breaks off the filter cake. The purge air, pressed through the filter in quick blasts, moreover effects a deep-cleaning of the filter fabric. The dedusting phases are optionally trig1Abreinigungsvorgang Dedusting process gered via the filter element or at fixed time intervals by a control mechanism, depending on the pressure differential. The chamberlike Schlauchquerschnitt Tube cross-section 2Filtrationsvorgang Filtration process construction allows decoupling subsections 3Stützkorb Support for maintenance purposes during operation. 4Filtermedium Filter medium 1 2 3 4 Flue Gas Cleaning 19 Gewebe- und Schlauchfilter 1Rohgaskanal Raw gas duct 2Filterschläuche Filter tubes Schema Gegenstromspülung Schematic of counterflow flushing 4 3Kammergehäuse Chamber enclosure 6 4Reingaskanal Clean gas duct 5Spülluftgebläse Flush air blower 6Steuerventile Control valves 5 2 7Staubsammelbunker Dust collection bunker 3 8Zellenradschleusen Rotary feeders 7 8 1 Reinigung durch Gegenstromspülung Neben den Gewebefiltern, deren Reinigung durch Druckluft erfolgt, kommen auch Gewebefilter mit Reinigungen durch Gegenstromspülung zum Einsatz. Derartige Filteranlagen bestehen aus mehreren getrennten Kammern, die parallel geschaltet sind. Das Rohgas strömt bei dieser Bauform von innen nach außen durch die Schlauchfilter und der Staubkuchen setzt sich im Inneren der Filterschläuche ab. Zur Abreinigung der Filterschläuche wird die jeweilige Kammer vom Rohgasstrom abgekoppelt und damit kurzzeitig außer Betrieb genommen. Mit gereinigtem Rauchgas werden die Filterelemente zur Beseitigung der Staubbeläge in einem Gegenstromverfahren durchspült. Die Filterschläuche verformen sich nach innen, wodurch der Staubkuchen bricht und in den Staubsammelbunker fällt. Das Spülgas tritt durch den Rohgaseintritt aus und strömt zusammen mit dem Rohgas durch die im Betrieb befindlichen Filterkammern. In Abhängigkeit der Staubeigenschaften kommen mitunter zusätzliche Rütteleinrichtungen zum Einsatz, die das Abreinigen der Filterschläuche unterstützen. 20 Rauchgasreinigung Fabric Filters and Tube Filters Cleaning by counterflow flushing Apart from the fabric filters which are cleaned by compressed air, fabric filters can also be cleaned by counterflow flushing. These kinds of filter systems consist of several separate chambers configured in parallel. Here, the raw gas flows from the inside to the outside through the tube filter, and the dust cake is deposited on the inside of the filter tubes. To dedust the filter tubes, the respective chamber is decoupled from the raw gas flow and hence put briefly out of operation. The filter elements are flushed with cleaned flue gas to remove the dust deposits in a counterflow procedure. The filter tubes are deformed inwards, causing the dust cake to break up and drop into the dust collection bunker. The flushing gas escapes through the raw gas intake and flows together with the raw gas through the operating filter chambers. Depending on the dust characteristics, occasionally additional vibration devices are employed to support the dedusting process of the filter tubes. Flue Gas Cleaning 21 Staubaustragssysteme Ein Beitrag für die Umwelt Ob über Rohr-, Trogschnecken oder Kratzbandförderer, wir kümmern uns neben der Ab reinigung der Rauchgase von ihrer Staubbeladung auch um den Austrag der Stäube aus den Staubbunkern, deren Rauchgasabschluss die Zellenradschleusen sind. In Abhängigkeit von den Anlagenerfordernissen sowie den Staubeigenschaften kommen Förderbänder oder pneumatische Druckförderer zum Einsatz, die den Staub bis zum Entsorgungspfad transportieren. Bei nicht kontinuierlich arbeitenden Förderorganen übernehmen Füllstandssonden in den Staubbunkern die Vorgabe der Transporttaktzeiten. Welches der Konzepte auch zum Einsatz kommen mag, zugeschnitten auf die Anlagenbelange erarbeiten wir Konzepte für Rehabilitationen, Reparaturen, Optimierungen, Erweiterungen sowie Erneuerungen und setzen diese bis zur Übergabe an den Kunden um. Wir beraten Sie in Bezug auf Fragen der Lebensdauer sowie Erhöhung der Verfügbarkeit der unterschiedlichen Staubaustrags- und Fördersysteme und unterstützen Sie bei den Genehmigungsverfahren. Was wir mit der Feuerung beginnen, vollenden wir über die Rauchgasreinigung bis hin zum Staubaustrag zu Ihrer Zufriedenheit und für eine saubere Umwelt. Staubeinschmelzverfahren Dust smelting process 22 Rauchgasreinigung Dust Removal Systems To protect the environment Whether by employing tube, screw feeder or scraper conveyor systems, apart from the dedusting of flue gases of their dust burden, we also take care of the removal of dusts from the dust bunkers, whose flue gas termination consists of the rotary feeders. Depending on the plant requirements as well as the dust characteristics, conveyor belts or pneumatic pressure conveyors are employed to transport the dust all the way to its disposal path. For non-continually operating conveyor systems, filling level probes in the dust bunkers control the transport cycle times. Whichever principle is used, we develop efficient concepts for rehabilitation, repairs, optimisation, expansions as well as new constructions tailored to the precise system needs of the customer, and implement them until hand-over to the customer. We will gladly advise you regarding questions of service life and increasing the availability of the different dust removal and conveyor systems, and support you during the approval process. What begins with the firing is completed with the flue gas cleaning, up to and including the dust removal, to your complete satisfaction and for a clean environment. Flue Gas Cleaning 23 Friedrich-Ebert-Straße 134 47229 Duisburg, Germany Phone+49.2065.4221-0 Fax+49.2065.4221-677 [email protected] www.hitachi-power-service.com 24h Hotline +49.172.2608481 © Hitachi Power Europe Service GmbH / 01.2013 / Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem Papier / Printed on chlorine-free bleached paper Hitachi Power Europe Service GmbH