Verbesserung der Feinstaubabscheidung durch Hochfrequenz-Hochspannungserzeuger bei Elektrofiltern hinter Biomassefeuerungen

Abstract

Durch den voranschreitenden Klimawandel und der daraus resultierenden Notwendigkeit verstärkt nachwachsende Rohstoffe zur Energieerzeugung einzusetzen, wurde auch die Strom- und Wärmeerzeugung aus holzartiger Biomasse in den letzten Jahren intensiviert. Die bei der Verbrennung entstehenden Feinstaubemissionen werden nach dem Stand der Technik mit Elektrofiltern auf ein akzeptables Niveau gesenkt.<br />Im letzten Jahrzehnt wurden durch den Einsatz von Hochfrequenz-Hochspannungsaggregaten (HF-Aggregaten) anstelle konventioneller Hochspannungstechnik weitere Fortschritte in der Feinstaubabscheidung bei Elektrofiltern im Kohlekraftwerksbereich und anderen Industrieanwendungen erzielt.<br />Aufgabe dieser Arbeit war es, den Einsatz solcher HF-Aggregate bei Elektrofiltern hinter Biomassefeuerungen zu untersuchen und das mögliche Verbesserungspotential in der Feinstaubabscheidung in Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter zu untersuchen.<br />Um einerseits einen möglichst großen Parameterbereich bei konstanten Betriebsbedingungen und andererseits das Verhalten von HF-Aggregaten im Realbetrieb untersuchen zu können, wurde die Arbeit in zwei Teilen durchgeführt. Zur Analyse verschiedener Einflussparameter auf den Abscheidegrad von Elektrofiltern bei Verwendung unterschiedlicher Hochspannungstechnologien wurde eine Technikumsanlage geplant und realisiert. Um das Verhalten der Hochspannungsaggregate unter realen Bedingungen zu untersuchen, wurde ein HF-Aggregat auf einem Elektrofilter einer biomassebefeuerten 30MW Kraft-Wärmekopplungsanlage installiert. Die im Technikum gewonnenen Erkenntnisse konnten somit durch die Messungen an der Realanlage untermauert werden.<br />Diese Arbeit zeigt eine Möglichkeit der Verbesserung der Feinstaubabscheidung durch Hochfrequenz-Hochspannungserzeuger bei Elektrofiltern hinter Biomassefeuerungen auf und trägt somit zur weiteren Reduktion von Feinstaubemissionen bei.<br />

The use of wooden biomass as energy source was intensified the last year due to increasing awareness of greenhouse gas emissions and climate change. High-Frequency power supplies (HF-power supplies) also referred to as Switch Mode Power Supplies (SMPS) were successfully used instead of conventional Transformer/Rectifier-sets (T/R-sets) to power electrostatic precipitators and increase precipitation efficiency at fossil power plants and other industrial applications.<br />The aim of this work was to investigate the influence of HF-power supplies at ESP's for biomass applications on precipitation efficiency dependent on varying process parameters.<br />On one hand side the investigation should have been done for a wide range of process parameters but still at constant conditions, on the other hand the performance of the HF-power supply should have been tested under real conditions. Therefore the work was split in two parts.<br />To investigate the influence of various parameters on separation efficiency when using a HF-power supply a laboratory setup was designed and realized. To examine operational behavior and performance of different power supply technologies under industrial conditions a HF-power supply was installed at an ESP of a biomass fired 30MW power plant. The results found at the laboratory setup could also be verified by measurements at the industrial application.<br />This work shows the possibility to improve particulate matter separation efficiency by using High-Frequency power supplies at electrostatic precipitators for biomass combustion sites and to contribute further emission reductions.