Optimierung eines Kondensations-Nass-Elektro-Filters für Feinstaub und Aerosol-Abscheidung

Projektnummer 337

Die nachgeschaltete CO2-Abscheidung aus Kraftwerksabgasen erfordert für den wirtschaftlichen Betrieb eine Vorkonditionierung des Rauchgases, so dass es möglichst weitgehend von Restgehalten an SO2, SO3, Wasser und Staub befreit ist. Im Rahmen dieses sog. Capture-Ready-Designs stellt die Erweiterung des konventionellen Rauchgasreinigungsprozesses um einen Kondensations-Nass-Elektro-Filter (KNEF) hinter der REA einen vielversprechenden Ansatz dar.

Durch Untersuchungen an einem scale-up-fähigen Nass-Elektrofilter- und die Entwicklung einer darauf basierenden Simulationssoftware sollen für eine industrielle Anwendung mögliche Konzepte erarbeitet werden. Zu diesem Zweck werden in dem Versuchselektrofilter Abscheidegrade für unterschiedliche Partikeldurchmesser und -Konzentrationen bestimmt, in dem die relevanten Größen jeweils vor und hinter der Abscheidestrecke gemessen werden. Das Versuchsmedium wird vor Eintritt in den Nass-E-Filter künstlich beladen und gezielt konditioniert. Dieses Vorgehen ermöglicht es, bei zusätzlicher Variation der Prozessgrößen "Spannung" und "Strömungsgeschwindigkeit", ein breites Spektrum an Betriebsbedingungen zu charakterisieren.

Parallel zu den Technikumsversuchen wird ein CFD-Modell entwickelt. Dabei dienen die Versuchsergebnisse der Validierung des Modells. Die Berücksichtigung der oben genannten Versuchsparameter in einem physikalisch fundierten Berechnungsmodell bedeutet für die Auslegung von Nass-Elektro-Filtern eine wesentliche Neuerung. Die bisherige Auslegungsgrundlage beruht auf der fiktiven Annahme einer konstanten Partikelwanderungsgeschwindigkeit in Richtung Abscheideflächen. Diese kann bestenfalls auf Basis empirischer Erfahrungen für verschiedene Größenfraktionen angepasst werden. Die Eignung eines derart ausgelegten Nass-E-Filters für den Einsatz hinter einem REA-Nasswäscher lässt sich damit schwerlich beurteilen, da das hier vorherrschende Milieu von einer wasserdampfgesättigten Atmosphäre und der Anwesenheit von Aerosolen geprägt ist. Das zu entwickelnde CFD-Modell stellt damit ein neuartiges Werkzeug zur Auslegung und Optimierung von Nass-E-Filtern für die industrielle Anwendung dar.

Das Forschungsvorhaben wird seit Mai 2010 mit einer zweijährigen Laufzeit durchgeführt. Für den Bau der Versuchsapparatur und die Durchführung der Versuche ist das Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. in Duisburg verantwortlich. Das CFD-Modell zur Simulation der Abscheideleistung von Kondensations-Nass-Elektrofiltern wird am Lehrstuhl Umwelttechnik der TU Dortmund entwickelt. Der Arbeitskreis Abgasreinigung begleitet die Untersuchungen.

Das Forschungsprojekt wird unter der Vorhabennummer 16563 N durch die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.