Droge Elektrofilter

Synoniemen, afkortingen en/of procesnamen

—  Droge E-filter
—  Droge ESP
—  Droge Elektrostatische Precipitator

Verwijderde componenten

—  Stof, deeltjes, aërosolen

Principeschema

Procesbeschrijving

Werkingsprincipe

Vaste of vloeibare deeltjes in een gasstroom worden negatief geladen in een elektrisch veld veroorzaakt door ontladingselektrodes. Onder invloed van het elektrisch veld worden ze daarna uit de gasstroom afgebogen. De aldus afgescheiden deeltjes kunnen worden afgevangen op positief geladen verzamelelektroden of collectoren. Afvoer van afgescheiden deeltjes (vloeistof) vindt plaats door de zwaartekracht of, zoals bij vaste stoffen, door periodiek kloppen of trillen van de verzamelelektroden, waarbij de afzetting als plakken of brokken van de verzamelelektroden valt in een eronder geplaatste trechter, de zogenoemde bunker.

Het is weliswaar in principe mogelijk om aërosolen met een droog elektrofilter op de collector-elektrode te verzamelen, bij reiniging worden deze niet naar de trechter afgevoerd maar blijven in de luchtfase aanwezig omdat de aërosolen niet zullen bezinken.

Constructieve aspecten

Een elektrofilter bestaat uit één of meer kamers waarover de gasdoorzet verdeeld wordt. Een goede distributie van het gas middels een gasverdeelscherm moet een gelijkmatige verdeling van het stof over de verschillende verdeelkamers bewerkstelligen. Dode ruimtes dienen zo klein mogelijk te zijn om doorlekken van niet gereinigd gas te voorkomen. Naast deze parallelle indeling is een elektrofilter opgebouwd uit een aantal in serie geplaatste velden. Deze velden werken onafhankelijk van elkaar. Het eerste veld verwijdert de bulk van het stof, terwijl de laatste velden nog nauwelijks stof vangen, maar wel noodzakelijk zijn om de restemissies laag te houden bij vangen van "moeilijk" vliegas. Een aantal onafhankelijke regelbare velden verdient de voorkeur uit het oogpunt van restemissie en bedrijfszekerheid. Deze velden worden ieder met een eigen stoftrechter uitgevoerd.

Een ander belangrijk constructief aspect is de manier waarop elektrodes gereinigd worden.

Men kan kloppen in het vlak van de elektrode of loodrecht op dit vlak. Deze laatste methode heeft het nadeel dat, een gedeelte van de afgescheiden vliegas weer in de gasstroom terecht komt.

De eerste methode wordt uitgevoerd door met een hamer op de rand van de plaat te kloppen. Het stof laat dan in brokken tegelijk los en glijdt als het ware langs de elektrode naar beneden naar de stoftrechter. Indien er teveel platen tegelijk worden gereinigd zal de restemissie tijdelijk hoger zijn, het is dus gunstig het aantal simultaan geklopte elektrodes te beperken.

Verder dienen de platen met een zekere regelmaat geklopt te worden. Indien er te weinig geklopt wordt, wordt de vliegaslaag te dik en neemt de efficiëntie af. Als er te vaak geklopt wordt, compacteert de vliegaslaag niet voldoende, breekt in stukken en wordt meegenomen in de gasstroom. De configuratie van de platen is in dit verband belangrijk, waarbij zones met geringe gassnelheid en de hoogte/breedte verhouding van de platen bepalend zijn voor een goed rendement.

Ontwerpgegevens

Het rendement van een elektrofilter voor een niet uniforme deeltjesgrootte wordt beschreven met een empirische modificatie van de Deutsch-vergelijking:

 

µk = migratiesnelheid (m/s);

A = totaal neerslagoppervlak (m2);

Q = actuele gasdoorzet (m3/s);

k = empirische constante.

Uit de Deutsch-vergelijking volgt dat de vereiste grootte van de elektrofilter afhankelijk is van het gewenste vangstrendement en van de migratiesnelheid.

Omdat het vangstrendement direct afhankelijk is van de stofinlaat en -uitlaat-concentraties, is de toelaatbare restemissie een belangrijk ontwerpgegeven voor het bepalen van het benodigde filteroppervlak.

De migratiesnelheid is de snelheid waarmee het deeltje zich naar de neerslagelektrode beweegt. De migratiesnelheid wordt enerzijds bepaald door de eigenschappen van het stof (specifieke weerstand) en het afgas. De specifieke weerstand van het stof is ook afhankelijk van de temperatuur. Anderzijds hangt de migratie af van een aantal ontwerpgegevens en constructieve aspecten van de elektrofilter waaronder de corona-spanning, veldsterkte en het profiel van de elektrodes.

Het specifiek neerslagoppervlak is gedefinieerd als het quotiënt van het neerslagelektrode-oppervlak en het gasdebiet.

De gassnelheid door de elektrofilter legt de verblijftijd van het gas vast bij een specifiek neerslagoppervlak. In de praktijk past men gassnelheden van 1 à 2 m/s toe.

Varianten  

De tweetraps elektrofilter is opgebouwd uit twee compartimenten waarbij in het eerste compartiment de ionisatie gebeurt en in het tweede compartiment de deeltjes worden gecollecteerd.

Werkingsgraad

Voor totale stofverwijdering is de efficiëntie > 99 %. Het verwijderingrendement voor een deeltjesgrootte ? 10 µm ligt tussen 97 en 99 % en voor deeltjes ? 2,5 µm tussen 96 en 99 %.

Restemissies: 5 – 50 mg/Nm3

Randvoorwaarden

—  Debiet:                               1 800 – 1 800 000 Nm3/h
—  Temperatuur:                    ? 700 °C
—  Inkomend stofgehalte:    1 - 110 g/Nm3

Hulpstoffen

Geen

Milieu-aspecten

Afgevangen stof als reststof

Energieverbruik

Het energieverbruik varieert tussen 0,17 – 0,35 kWh per 1 000 Nm3 afhankelijk van de uitvoering. Bijkomend moet er een verbruik van 0,17 – 0,5 kWh voor de ventilator worden ingerekend.

Kostprijs

  • Investering
    — 
    Bedraagt 10 tot 20 EUR per m3 voor systemen van 30°000 – 200 000 m3/h [1, 2, 6]
    —  Een installatie van 60°000 Nm3/h kost ca. 1,8 miljoen EUR, voor andere debieten kan een opschaalfactor van
          0,6 gehanteerd worden [7].
  • Werkingskosten
    — 
    Personeelskosten:   ca. 0,25 mu/dag (onderhoud elektrodes)
    —  Hulp & reststoffen: verwerkingskost van het afgescheiden stof is afhankelijk van de aard van de reststof.

                                               *  Inert: ca. 75 EUR/ton
                                               *  Chemisch: 150 – 250 EUR/ton
    —  Operationele kost: 0,05 – 0,1 EUR per 1 000 Nm³/h voor systemen groter dan 50 000 m3

Voor- en nadelen

  • Voordelen
    — 
    Zeer hoge vangstrendementen worden bereikt, zelfs boven 99%;
    —  Zeer kleine deeltjes kunnen met behulp van een elektrofilter goed worden gevangen. Er is geen theoretische
          begrenzing aan de deeltjesgrootte;
    —  Stof kan meestal droog worden afgescheiden, dit biedt de mogelijkheid tot hergebruik van het afgescheiden
          stof;
    —  Elektrofilters zijn geschikt voor het behandelen van zeer grote gasstromen, terwijl eveneenshogetemperatu-
          ren kunnen worden toegelaten;
    —  Door toepassing van speciale materialen kan de elektrofilter geschikt worden gemaakt voor zeer corrosieve
          gasstromen;
    —  Het rendement van elektrofilters kan door aanbouw van meerdere velden of zones later worden verhoogd;
    —  Lage drukvallen: 0,05 – 0,3 kPa
  • Nadelen
    — 
    Elektrofilters zijn over het algemeen minder geschikt voor processen met variabele bedrijfsomstandigheden
          met betrekking tot de aangeboden stofconcentratie. Dit bezwaar kan echter door automatische spannings-
          regeling gedeeltelijk worden opgevangen. Variabele bedrijfsomstandigheden zijn geen probleem, indien de 
          installatie is ontworpen op de meest ernstige situatie;
    —  Zij zijn minder geschikt voor de verwijdering van stof met een zeer hoge of zeer lage elektrische weerstand;
    —  Deeltjes met een in verhouding tot de massa groot oppervlak kunnen moeilijk worden afgevoerd omdat deze
          weer door de turbulente gasstroom worden meegevoerd;
    —  Voor moeilijk af te scheiden stoffen kan in verband met de grootte van de te behandelen gasstroom en het
          vereiste rendement het ruimtebeslag een probleem opleveren;
    —  Gevoelig voor onderhoud;
    —  Explosiegevaar bij brandbaar stof (b.v. roet)

Toepassingen

De voornaamste toepassingsgebieden zijn energiecentrales en afvalverbrandingsinstallaties.

Specifiek voor kolencentrales spreekt men van dikwijls van “makkelijke” en “moeilijke” kolen. Dit heeft alles te maken met de specifieke weerstand van de vliegas dat voor een deel bepaald wordt door de chemische samenstelling van het vliegas. De kolen worden dan ook als volgt gekarakteriseerd:

Samenstelling en gehalte

 

Makkelijke kolen

Moeilijke kolen

Fe2O3

hoog

laag

Na2O

hoog

laag

CaO

laag

hoog

MgO

laag

hoog

Voorts is de rookgassamenstelling relevant, met name het SO3- en het vochtgehalte. Bij lage SO3-concentraties ligt de weerstand hoger dan bij hoge SO3-gehaltes.

De SO3 kan afkomstig zijn van de zwavel uit de kool maar kan ook kunstmatig worden toegevoegd aan het rookgas, dit proces heet conditioneren. Als conditioneringsmiddelen worden water (stoom), ammoniak en triethylamine toegepast.

Aangezien de specifieke weerstand ook afhankelijk is van de temperatuur, is de weerstand voor de vliegas het hoogst bij een temperatuur van 150 tot 200°C. Bij het ontwerp van de E-filters wordt dit gebied vermeden.

Referenties

  1. Factsheets luchtemissie beperkende technieken, www.infomil.nl, Infomil
  2. Common waste water and waste gas treatment and management systems in the chemical sector. BREF document, European IPPC Bureau, http://eippcb.jrc.es
  3. Elslander H., De Fré R., Geuzens P., Wevers M. (1993). Vergelijkende evaluatie van mogelijke gasreinigingssystemen voor huisvuilverbranding. In: Energie &  Milieu, 9
  4. Vanderreydt I. (2001). Inventarisatie van de afvalverbrandingssector in Vlaanderen. Vito, 2001/MIM/R/030
  5. Werkboek milieumaatregelen: “Metaal- en elektrotechnische industrie” (1998) VNG uitgeverij
  6. Leveranciersinfo
  7. Jacobs A., Gielen B., Van Tomme, De Roock Ch. en Dijkmans R., Beste Beschikbare Technieken voor de houtwerkende nijverheid, 2003