Neuere Erkenntnisse und Anwendungen bei der elektrischen Abscheidung von Stäuben und Nebeltröpfchen

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  • Neuere Erkenntnisse und Anwendungen bei der elektrischen Abscheidung von Stauben und Nebeltropfchen*

    Gernot Mayer-Schwinning und Rolf Rennhack**

    Einleitend werden prinzipieller Aufbau, Wirkungsweise und Einsatzgebiete trocken und naD arbeitender Elektrofilter erlautert. Einige wichtige, die Wanderungsgeschwindigkeit der Partikeln beeinflussende Parameter werden diskutiert. Gronere Gassenabstiinde fuhren entgegen den Vorstellungen der klassischen Theorie zu hoheren Wanderungsgeschwin- digkeiten der Partikeln und damit zu hohen spezifischen Abscheideleistungen. Auf Methoden zur Konditionierung von Kraftwerksrauchgasen wird eingegangen ;die MelJergeb- nisse einer im grofltechnischen MaDstab arbeitenden SO,- Konditionierungsanlage werden dargestellt. Ein neues An- wendungsgebiet eroffnet sich der Stahlindustrie durch den Einsatz eines Trockenelektrofilters besonderer Bauart . Neue- re Entwicklungen bei Kunststoff-Filtern fur die chemische Industrie werden aufgezeigt. Zum SchluB wird auf die mit der Einfuhrung neuer Kraftwerkskonzepte verbundenen An- strengungen zur Entwicklung von Heingasfiltern fur hohere Teniperaturen und Drucke eingegangen.

    1 Einfuhrung

    Elektrofilter gehoren seit Jahrzehnten zu den wichtigsten Apparaten zur Abscheidung von Feststoff- und Flussigkeits- teilchen aus stromenden Gasen. Sie werden bevorzugt zur Reinigung grokier Gasvolumenstrome eingesetzt und zeich- nen sich durch einen hohen Trenneffekt auch im Bereich sehr kleiner Teilchenabmessungen und durch einen im Vergleich zu anderen Abscheidearten geringen Energiebedarf aus. Die prinzipielle Trennwirkung des Elektrofilters sei an Hand der schematischen Darstellung in Abb. 1 erlautert. Das Elektrofilter besteht aus parallel angeordneten Niederschlags- elektroden, die gemeinsam mit dem Gehause geerdet sind. Sie bilden Gassen, durch die das zu reinigende Gas stromt. In der Mitte der Gassen befinden sich Spruhelektroden, das sind dunne Driihte oder mit Spitzen versehene Metallbiinder, die negativ gepolt sind und von Isolatoren getragen werden. Bei den heute ublichen Gassenabsthden von 200 bis 300 mm betragt die zwischen den Elektroden angelegte Gleichspan- nung etwa 30 000 bis 60 000 V. In unmittelbarer Umgebung der Spruhelektroden ergeben sich besonders hohe Feldstarken. Ab einer bestimmten Spannung kommt es zu Korona-Entladungen, die zur Bildung negativ geladener Gas-Ionen fuhren. Die Gas-Ionen wandern zur Niederschlagselektrode und bewirken damit

    * Vortrag von G. Mayer-Schwinning auf dem Jahrestreffen der Verfahrens-Ingenieure, 26. his 28. Sept. 1979 in Nurnberg.

    ** Dip1.-Ing. G. Mayer-Schwinning, Lurgi Umwelt und Chemotech- nik GmbH, Postfach 119181,6000 Frankfurt/M., und Prof. Dr.- Ing. R. Renilhack, Univ. Paderborn-GHS, Lehrgebiet Verfahrens- technik.

    New insights and applications in the electrostatic precipita- tion of dusts and mists. The introduction deals with the basic design, the mode of operation, and the fields of application of dry and wet type electrostatic precipitators. A few important parameters which influence the migration velocity are discussed. Contrary to what the classical theory states, greater passage widths lead to higher migration velocities of the particles and thus to a higher specific efficiency. The methods for conditioning flue gases of power stations are considered, as are the experimental results obtained in an industrial-scale SO, conditioning plant. A new field of application is seen in the steel industry through the use of a dry type electrostatic precipitator of special design. New plastic precipitator developments for the chemical industry are discussed, and the articles closes with an account of the efforts invested in developing hot gas precipitators for higher temperatures and pressures in connection with the introduction of new power station concepts.

    einen geringen elektrischen StromfluD (Spriihstrom). Ein Teil dieser Gas-Ionen lagert sich an den Feststoff- bzw. Flussig- keitsteilchen an, so daki diese ebenfalls negativ aufgeladen und zu der Niederschlagselektrode verschoben werden. Eine Abscheidung aus dem trockenen Gas fiihrt zu Staubbe- lagen, die in bestimmten Zeitabstgnden durch Abklopfen mittels Hammerschlag von den Niederschlagselektroden entfernt werden miissen. Die in Abb. 1 gezeigtegassenformige

    Abb. 1. Grundschema eines Plattenelektrofilters. 1 Niederschlags- elektrode, 2 Spruhelektrode, 3 staubbeladener Gasstrom, 4 Span- nungsumsetzanlage.

    Chem.-1ng.-Tech 52 (1980) Nr. 5 , S 375-383 Verlag Chemie, GmbH, D-6940 Weinheim 1980 0009-286X/80/0505-0375$02.50/0

    375

  • Tabelle 1. Elektrofiltereinsatz in verschiedenen Entstaubungsbereichen.

    Eisenhuttsnbereich Sinteronlagen Rournentstaubungen Sinterbandentstaubung Oirektreduktionsanlagen ISL /RNl Stahlwerksbereich SM-Otenentstaubung Konvertergasentstaubung Hallenluftentstaubung

    Steinkohle Braunkohle

    Mullverbrennung.agdQw

    Lepololen Worrnelauscheroten Longer Orehrohrofen Zementmuhlenfilter

    H H H

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    Heingasfilter fur SO, - ha? t ige Gose

    .breinigung

    T T

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    Zeichenerklarung I V Vertikal H Horizontal N Flussigablauf T Trockenabreinigung

    ederschlog5 ektroden

    P P

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    ?hausekon- ruktion

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    K R K

    K

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    K

    R K

    3 Rohr P Platten N Woben 5 Segrnentgassen K Kastenbauweise

    Kanditro- nierung

    (SO31

    VK

    WE

    WE IWEI VK

    VK VK

    IWEl

    VK

    VK

    iasternpero- ur

    O C

    120-150 1 LO-180

    250-280

    120-1 80 150-1 8 0 350-LOO

    80-1 0 0

    60-100 120-180

    2 0 0

    2 50 1 8 0 6 0-80

    100-200 3 5 0

    30 0-L 0 0

    LO

    LO

    20-25 L5-80

    IK Verdampfungskuhler NE Wassereindusung

    Verbundbetrieb

    Anordnung der Niederschlagselektroden bei horizontaler Durchstromung ist typisch fur Trockenelektrofilter, wobei das Gehause in der Regel kastenformig ausgefuhrt ist. Bei NaDelektrofiltern - sieht man von den Apparaten zur Gichtgasreinigung ab - wird hingegen die vertikale Durch- stromung bevorzugt, wobei die Niederschlagselektroden die Form von zylindrischen Rohren, Waben oder Quadratgassen aufweisen. Der abgeschiedene Nebel bildet einen nach unten ablaufenden Flussigkeitsfilm, so daD eine zusatzliche Abreini- gung in der Regel entfallt. Wird gleichzeitig Staub abgeschie- den, ist mitunter eine periodisch stattfindende Zusatzspulung der Niederschlagselektroden erforderlich. Elektrofilter werden in vielen Industriezweigen eingesetzt. Tab. 1 gibt einen Uberblick uber Hauptanwendungen, verbunden mit einigen konstruktiven und verfahrenstechni- schen Daten. Die angegebenen Reingasstaubbeladungen stellen den gegenwartigen Stand der Filterdimensionierung dar unter Beachtung der Vorschriften der TA Luft f i r Abgase bzw. der speziellen Erfordernisse fur Nutz- und ProzeDgase zum Schutze nachgeschalteter Anlagenteile. Die groDten Filter werden im Kraftwerksbereich und in der Eisen- und Stahlindustrie eingesetzt. Die folgenden Daten einer der grooten gebauten Filtereinheiten machen den heutigen Leistungsstand deutlich : In einem steinkohlege- feuerten Kraftwerk von 750 MW installierter elektrischer Leistung wird durch zwei parallel geschaltete Filter ein Rauchgasvolumenstrom (Normzustand'), trocken) von ins- gesamt 2 500 000 m3/h entstaubt. Die Feldhohe der Filter betragt 14m, die Filterbreite 37 m. Bei einem Gesamtabschei- degrad von uber 99% werden ca. 25 t Flugascheh abgeschie- den. Der Gesamtdruckverlust des Filters liegt bei 3 mbar. Der Energieverbrauch fur die elektrischen Felder, Isolatorenbe- heizung und die Hilfsantriebe betragt 0,52 kWh/l000 m3 zu entstaubendes Gas.

    1) Normzustand: 1013,25 mbar, 273,16 K.

    ru 0 O C

    3WO 60-65

    bis 50

    60 60 30

    L 5-50

    15 LO-L5

    7 5

    6 0 7 5

    bis20

    70

    L 5

    30-50

    30-50

    20-25 2 5-30

    V"

    m3/ h

    2500000 3 0 0 0 0 0 0

    1 5 0 0 0 0

    1 5 0 0 0 0 2 5 0 0 0 0 350000

    7 5 0 0 0

    8 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

    1 0 0 0 0 0

    1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0

    1 5 0 0 0 0 0

    5 0 0 0 0

    7 0 0 0 0

    5 0 0 0 0

    5 0 0 0 0

    P O 0 0 0 60000

    CrOh n

    g/m3

    10-15 10-20

    5-10

    2-5 50-1000' 6 0

    b15500

    1 5 0.5-2 10-20

    5-1 5 50-100

    1-5

    1 0 0

    10-50

    1-5

    1-5

    2 0 3

    C..," n mq /rn3

    1 0 0 7 5

    50-100

    75 7 5 75 7 5

    7 5 100-150

    50-100

    50-100 50-100

    50

    2 0

    1 0 0

    5-20

    5-20

    20 5 0

    ng'"

    %

    >9 9 >9 9

    98-99

    >98 >99.5 >99.5 >9 9.5

    >9 9 9 0

    >9 9

    s 9 9 >99 >9 0

    >9 9

    >9 9

    >99.5

    >9 9.5

    99.9 >96

    2 Elektrofilterauslegung Grundlage der verfahrenstechnischen Auslegung eines Elek- trofilters ist die Formel nach Deutsch')

    Der Gesamtabscheidegrad qges ist durch die vom jeweiligen ProzeD stammende Teilchenbeladung des Rohgases Croh und durch die zulassige Teilchenbeladung des Reingases Crein vorgegeben ; ebenso ist der zu reinigende Gasvolumenstrom V bekannt. Bei Kenntnis der Wanderungsgeschwindigkeit w laDt sich nun die erforderliche GroDe der Niederschlagsflache A berechnen. Nach Festlegen des Gassenabstandes und der Stromungsge- schwindigkeit, die je nach Anwendungsfall im Bereich von 1 bis 4 m/s liegt, ergeben sich hieraus Querschnitt und Lange de

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