Pyrotex® KE-Elemente - Heißgasentstaubung und NOx Reduzierung in der Zementindustrie

Die Emissionsgrenzwerte in der Zementindustrie wurden bereits verschärft und sollen noch weiter verschärft werden. Obwohl es weltweit regulatorische Unterschiede gibt, werden die Grenzwerte zweifellos immer weiter reduziert. Eine direkte Folge davon wird sein, dass die Zementhersteller weltweit ihre Aktivitäten zur Staubkontrolle verbessern müssen.

In Zementwerken auf der ganzen Welt haben sich Zyklone, Elektrofilter und Gewebefilter einzeln oder in Kombination in der Staubbekämpfung durchgesetzt, wobei jedes System seine eigenen Vorteile bietet. Die bekannte und bewährte Technik der Elektrofilter ist in der Lage, Staubemissionsgrenzwerte von 5 - 10 mg/Nm3 einzuhalten. In der Zementindustrie können E-Filter bis zu einer Betriebstemperatur von ca. 450° C eingesetzt werden. Allerdings werden das für die Ofenaustrittsgase benötigte Gas, und das Gas für die Klinkerkühlung nicht gekühlt. Bei Bypass-Filtern müssen die Gase in Abhängigkeit der Ofenaustrittstemperatur mit Luft oder Wasser gekühlt werden. Eines der überzeugendsten Argumente für die Installation eines E-Filters ist deren einfache Bedienung. Zudem ist der Wartungsaufwand vergleichsweise gering und kostengünstig, da hier weniger Komponenten verbaut sind, als dies beispielsweise bei Gewebefiltern der Fall ist. Andererseits ist der Platzbedarf bei einem Elektrofilter enorm und möchte man die Staubemissionen noch weiter reduzieren, so wird der Filter extrem groß und der Stromverbrauch steigt drastisch. So kann der Ausbau eines E-Filters, beispielsweise um neue Emissionsgrenzwerte einzuhalten, zu höheren Fix - und Betriebskosten führen. Zumeist können vorhandene E-Filter in bestehenden Anlagen aufgrund des verfügbaren Raums nicht ausgebaut werden. Zudem kann es sein, dass die vorgeschriebenen verminderte Emissionsziele gar nicht mehr erreicht werden können.

Immer wieder zwingen Änderungen der Verordnungen und strengere Emissionsgrenzwerte die Branche, sich nach neuen Lösungen umzusehen. Verminderte Emissionen im Bereich von ca. 3 - 5 mg/Nm3 können auch über Gewebefilter erreicht werden, die einen geringeren Platzbedarf als E-Filter haben. So erstaunt es nicht, dass die Branche reagiert hat, indem bestehende E-Filter Anlagen entweder insgesamt oder teilweise in Gewebefilter umgebaut wurden. Diese Art der Filterumwandlung hat sich in der Zementindustrie durchgesetzt und angesichts der Vorgabe neuer Grenzwerte wird erwartet, dass in den kommenden Jahren weltweit weitere Anlagen nachgerüstet werden. Dennoch zahlt sich die Nachrüstung nur bei sachgemäßer Umsetzung aus. Einige der Probleme sind auf die substanziellen Unterschiede zwischen den beiden Systemen zurückzuführen. Zu diesen grundlegenden Unterschieden gehören die Strömungsrichtung der Rauchgase sowie die Betriebstemperatur.

Bei einem E-Filter müssen die Rauchgase die Niederschlagselektroden horizontal durchströmen. In einem Gewebefilter durchströmen die Rauchgase vertikal durch die Filterelemente. Dementsprechend muss der Luftstrom bei einem Gewebefilter vertikal verlaufen.

Ein E-Filter kann bei etwa 450° C betrieben werden, wohingegen die Temperatur bei einem Gewebefilter von der Art der eingesetzten Filtermedien begrenzt wird. Die maximale Dauerbetriebstemperatur bei Gewebefiltern liegt bei 250 - 260° C, sodass die Rauchgase gekühlt werden müssen. Das Filtermedium kann hierbei ein Gewebe aus Nadelfilz oder gewebter Glasfaser sein. Beide Gewebe können mit Polytetrafluorethylen (e-PTFE) -Membranmaterial ergänzt werden. Wegen der sehr geringen Porengröße der Membran von 1 - 2 µm, können die geringeren Emissionsraten von ca. 3 - 5 mg/Nm3. erreicht werden. Der Kristallit Schmelzpunkt von PTFE liegt bei 327° C, sodass eine mögliche aktive Dauerbetriebstemperatur von 288° C möglich scheint. Die praktischen Dauerbetriebstemperaturen der Filtration liegen jedoch im Bereich von höchstens 250 - 260° C. Um also die Gewebefiltermedien zu schützen, muss wertvolle Wärmeenergie für das Kühlen der Rauchgase verschwendet werden. In vielen Fällen, in denen über Luft gekühlt wird, handelt es sich bei 30 - 50 % der durch den Gewebefilter geführten Luft um die Luft, die zum Herunterkühlen der Rauchgase auf die gewünschte Temperatur erforderlich wird.

Das Kühlen der Rauchgase kann vermieden werden, wenn das Filtermedium auch für höhere Temperaturen ausgelegt ist. In diesem Fall bieten sich die folgenden Möglichkeiten:
• Die Luftmenge kann reduziert werden, was Stromkosten am Gebläse Motor spart.
• Somit kann die Produktionskapazität gesteigert werden, ohne dass die Kapazität des Ventilators erhöht werden muss.
• Die sauberen Gase haben eine höhere Temperatur und müssen somit nicht für eine mögliche SCR-NOx-Reduktion erhitzt werden. Dies spart Kraftstoff und damit Kosten.
• Die Wärmeenergie der sauberen Heißgase kann entweder als Wärmeenergie zum Trocknen von Rohstoffen oder von Kohle verwendet werden. Zudem können diese sauberen Heißgase auch zur Produktion von Strom eingesetzt werden.

Starre Filterelemente haben sich in der Glasherstellung schon seit langem etabliert. Sie sind in der Zementindustrie noch neu. BWF Envirotecs Markenname für dieses Produkt ist Pyrotex® KE. Damit lassen sich extrem geringe Staubemissionen von weniger als 1 mg/Nm3 erreichen. Diese Filterelemente bestehen aus Kalzium-Magnesium-Silikat-Fasern, die nicht kanzerogen und bio-löslich sind. Diese Fasern sind für die Gesundheit unbedenklich.

Die für die Herstellung der Pyrotex® KE-Filterelemente verwendeten Werkstoffe sind auch bei hohen Temperaturen beständig, und bleiben auch bei konstanten Betriebstemperaturen von bis zu 850° C stabil. Werden Pyrotex® KE-Elemente in den Anlagen zur Staubkontrolle der Rauchgase aus dem Zementofen, einem Ofen-Bypass-Filter und der Staubkontrollanlage des Klinkerkühlers eingesetzt (Bild 1), so müssen die Rauchgase nicht herabgekühlt werden. Mit dem Einsatz von Pyrotex® KE-Elementen wird keine thermische Heizenergie verschwendet. Wird Elektrofilter für die Ofenabgase durch einen Pyrotex® KE-Filter ersetzt, lässt sich ca. 1 Megajoule Wärmeenergie pro 10 Tonnen Klinker einsparen. Die folgende Abbildung zeigt typische Installationen der Pyrotex®KE-Filter in Zementwerken.

Im Vergleich zu anderen erhältlichen Filterelementen, weisen die BWF Envirotec Pyrotex® KE-Filterelemente eine geringe Dichte auf, was ein vergleichsweise niedriges Gesamtgewicht ermöglicht. Aufgrund der geringen Dichte des Aufbaus, verhält sich die Luftdurchlässigkeit der Pyrotex® KE-Filterelemente ähnlich wie bei Glasfasern mit Membranmaterial. Mit der hohen Luftdurchlässigkeit geht ein geringer Differenzdruck einher.

Die erste erfolgreiche gewerbliche Installation der Pyrotex® KE-Filterelemente in einem Klinkerkühler mit einer Betriebsleistung, welche die Auslegungsparameter bei weitem übertrifft und insbesondere mit einem hohen, günstigen Differenzdruck überzeugt, hat den Weg für die erfolgreiche Zukunft geebnet (Bild 2). Bei dieser Anwendung liegt der Reinigungsdruck bei etwa 2,0 - 2,5 bar, sodass sich ein Differenzdruck von 10 - 12 mbar über das gesamte Filter ergibt. Angesichts der hervorragenden Luftdurchlässigkeit benötigt diese Anlage lediglich einen kompletten Reinigungszyklus pro Tag. Somit darf mit einer erhöhten Lebensdauer der Pyrotex® KE-Elemente gerechnet werden.

 

Über BWF Envirotec:
Die BWF Envirotec Group als größter Unternehmensbereich der BWF Group in Offingen (260 Mio. € Umsatz, 1.700 Beschäftigte) ist global aufgestellt und betreibt Produktionsstandorte in Deutschland, China, USA, Russland, Italien, Polen, Türkei, Südafrika, Indien und Österreich. Kundennähe wird ergänzend durch 50 weltweite Partner garantiert. Von der Bahnenware aus synthetischem Nadelfilz über Filterschläuche und Filterelemente bis hin zu umfassenden Serviceleistungen und einem F&E-Kompetenzzentrum deckt BWF Envirotec das komplette Produktportfolio der industriellen Filtration weltweit als Marktführer ab.
 

Pyrotex® KE-Filter in Zementwerken
Installierte Pyrotex® KE-Elemente

.