Luchtemissiebeperkende techniek – Elektrostatisch filter

Inhoud

• Varianten en synoniemen
• Verwijderde stoffen
• Werkingsprincipe
• Toepasbaarheid
• Varianten techniek
• Installatie, ontwerp en onderhoud
• Milieuaspecten
• Financiële aspecten

Varianten en synoniemen

Elektrostatisch filter, electrostatic precipitator, ESP, e-filter, elektrofilter, elektrostatische stofvanger.

Verwijderde stoffen

Vooral: druppels, stofdeeltjes.

Werkingsprincipe

Het werkingsprincipe van elektrostatische afscheiding berust op het scheiden van geïoniseerde deeltjes in een afgasstroom in een elektrisch veld. Een elektrostatisch filter is een apparaat dat door middel van elektrische velden deeltjes lading geeft aan deeltjes (ionisatie) en deze uit een gasstroom onttrekt naar verzamelelektroden. De elektrische spanning die vereist is ligt in de ordegrootte van 20 – 100 kV.

De ionisatie kan plaatsvinden in dezelfde kamer als de deeltjesverzameling (eentraps ESP), maar een tweetrapssysteem is ook mogelijk. Daarbij worden de deeltjes eerst geïoniseerd in een eerste elektrisch veld, waarna de stofverwijdering plaatsvindt in een 2e elektrisch veld. De afgescheiden deeltjes vallen door de zwaartekracht en door periodiek kloppen of trillen van de verzamelelektroden naar beneden en komen in een stortbunker terecht.

Toepasbaarheid

Elektrostatische filters worden toegepast voor de verwijdering van stofdeeltjes uit gasstromen. Het toepassingsgebied omvat:

• afvalverbrandingsinstallaties
• chemische industrie
• energiecentrales
• metaalindustrie

Zeer Zorgwekkende Stoffen

De restconcentratie van elektrostatische filter kan voldoen aan de algemene emissie-eis voor stof. Lagere restconcentraties die voldoen aan strengere eisen voor Zeer Zorgwekkende Stoffen Klik hier voor uitleg over dit begrip (opent in popup) zijn in principe ook haalbaar.

Combinatie van technieken

Elektrostatische filters kunnen zelfstandig of in combinatie met andere technieken worden gebruikt. Natte elektrostatische filters worden gewoonlijk gebruikt als laatste zuiveringsstap om reststof en -druppeltjes na bijvoorbeeld absorptie te verwijderen.

Prestaties

De gepresenteerde waarden zijn afhankelijk van de specifieke configuratie en bedrijfscondities. De waarden zijn in principe gebaseerd op halfuurgemiddelde waarden. In voorkomende situaties kunnen afwijkende waarden gerechtvaardigd zijn.

De gegevens gelden voor situaties waar een elektrostatisch filter als zelfstandige techniek is gebruikt.

Randvoorwaarden

Debiet [Nm³/uur]:

• P10: 1.800
• P50: 11.500
• P90: 53.000

Temperatuur [°C]:

• <700 (droge ESP)
• 80 – 90 (natte ESP)

Druk [bar]: Atmosferisch

Drukval [mbar]: 0,5 – 5

Vochtgehalte: Onder het dauwpunt van water.

Stof [g/Nm³]:

• 1 – 10 voor pijpfilter
• 2 – 110 voor plaatfilters

Varianten techniek

Plaatfilter

Bij een plaatfilter wordt de gasstroom tussen 2 of meer platen doorgeleid. Tussen de platen in zijn draden gespannen waar een hoge elektrische spanning op staat, ordegrootte 20 – 100 kV. De stofdeeltjes in de gasstroom worden door deze hoge spanning geïoniseerd, waarna hun elektrische lading de deeltjes naar de platen trekt. De platen worden mechanische bewogen of 'geklopt' zodat de stoflading omlaag valt in een stofbunker. Door dit ‘kloppen’ kan een deel van het stof weer in de gasstroom terecht komen, waardoor de efficiëntie van het filter wordt beperkt. Wanneer er teveel platen tegelijk worden gereinigd zal de restemissie tijdelijk hoger zijn, het is dus gunstig het aantal gelijktijdig geklopte elektrodes te beperken.

Een elektrostatisch filter bestaat uit 1 of meer kamers waarover het te reinigen gas gelijkmatig wordt verdeeld. Dit gebeurt door middel van een afgasverdeelscherm. Het systeem is opgebouwd uit een aantal onafhankelijk van elkaar werkende en in serie geplaatste velden. Het eerste veld verwijdert het grootste deel van het stof, terwijl de laatste velden er zijn om restemissies laag te houden. Onafhankelijke regelbare velden genieten de voorkeur vanwege de bedrijfszekerheid, ieder van deze velden dient met een eigen stoftrechter uitgevoerd te zijn.

De platen dienen regelmatig geklopt te worden om te voorkomen dat de ‘vliegaslaag’ te dik wordt waardoor de efficiëntie afneemt. Wanneer echter te vaak geklopt wordt, wordt de ‘vliegaslaag’ niet voldoende dik, 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.

Deze techniek kan ook 'nat' worden toegepast, bijvoorbeeld als de stof kleverige deeltjes bevat of als de gasstroom erg vochtig is. In de 'natte' variant worden de platen continu dan wel periodiek gespoeld met water om de stofdeeltjes te verwijderen. De stofbunker zoals die bij droge ESP's aanwezig is, wordt dan vervangen door een spoelsysteem.

Pijpfilter

Een pijpfilter is vergelijkbaar met een plaatfilter maar in plaats van platen worden parallel lopende buizen gebruikt. In die buizen zijn, over de lengteas, draden gespannen waar een hoge elektrische spanning op staat. De buizen worden van het stof gereinigd door geluidsgolven die het stof lostrillen, waarna het stof omlaag valt in een stofbunker. Een ‘natte’ variant is ook mogelijk.

Installatie, ontwerp en onderhoud

De belangrijkste ontwerpparameters zijn:

• debiet, grotere debieten hebben een grotere elektrode nodig
• samenstelling van de deeltjes en de gasstroom
• vochtigheid dan wel kleverigheid van het stof, voor de keus tussen een droge of natte variant
• deeltjesgrootte
• elektrische weerstand van de deeltjes

Elektrofilters zijn relatief gevoelig voor onderhoud en juiste afstellingen. In het bijzonder de afvoer van stof en het klopmechanisme kunnen voor extra onderhoud zorgen.

Monitoring

Een continue monitoring van de werking van het systeem is noodzakelijk. Dat omvat ten minste monitoring van de uitgaande stofconcentratie, de elektrische spanning, de werking van het klopmechanisme en de temperatuur van de gasstroom. Reguliere inspectie van de elektroden, isolatiematerialen en mechanische systemen is nodig om corrosie of verstopping tijdig op te merken.

Milieuaspecten

De belangrijkste voordelen zijn:

• hoge efficiëntie, ook voor kleine stofdeeltjes
• geschikt voor een breed bereik van temperatuur, druk en debiet
• terugwinning van stof is mogelijk

Nadelen zijn:

• minder geschikt voor gasstromen met een fluctuerend debiet of een wisselende samenstelling van de gasstroom
• groot ruimtebeslag
• gevoelig voor onderhoud en juiste afstellingen (complexe elektronische sturing)
• explosierisico bij droge ESP's
• rendement is afhankelijkheid van de elektrische weerstand van het af te vangen stof

Hulpstoffen en energie

Water: Niet van toepassing bij droge ESP. In de 'natte' variant spoelen met water om de stofdeeltjes te verwijderen.

Chemicaliën: SO₃ of NH₃ kunnen toegevoegd worden aan de gasstroom om de elektrische weerstand van stofdeeltjes te verlagen en zo de verwijderingsefficiëntie te verhogen.

Energieverbruik: Opwekken van elektrostatische veld en pomp voor natte variant.

Milieuafwegingen

Terugwinning: Terugwinning van product is mogelijk. Vliegas uit rookgassen wordt gebruikt als grondstof voor de bouw.

Lucht: Er ontstaan geen andere vormen van luchtverontreiniging.

Afvalwater: Bij natte ESP’s ontstaat een afvalwaterstroom die verwerkt moet worden.

Afval: Het afgevangen stof kan afval zijn, als het niet hergebruikt wordt. Afhankelijk van de samenstelling van de gasstroom kan het zwaar vervuild stof zijn dat afgevoerd moet worden als gevaarlijk afval.

Veiligheid: Systemen met een verhoogd risico (explosie, brand) moeten voorzien zijn van veiligheidsmaatregelen zoals expansieluik, of watersproeiers (sprinklers).

Financiële aspecten

Investeringen [EUR per 1.000 Nm³/uur]: 20.000 – 60.000 (droge ESP), natte varianten zijn gewoonlijk ongeveer 30% duurder.

Operationele kosten [EUR per 1.000 Nm³/uur per jaar]: ongeveer 0,1 – 1 (het gaat hier alleen om elektriciteitsverbruik)

Operationele kosten

Dit is een opsplitsing van de operationele kosten. Ze tellen dus niet apart mee bij een kostenberekening. Zie ook Financiële aspecten op de pagina Opbouw van de factsheets.

Personeel [uur/week]: 2

Materiaal: Geen verbruik van materiaal.

Energieverbruik [kWh/1.000 Nm³]: 0,2 – 2

Baten: Kostenbesparing op grondstof indien recycling mogelijk is of afzetwaarde van het afgevangen stof.

Kostenbepalende parameters: Debiet, afgastemperatuur, stofconcentratie en eventueel kosten voor afvoer van het afgevangen stof.

Informatiebronnen

1. Handreiking luchtemissiebeperkende technieken; DHV, 15 april 2009.
2. BREF Waste Gas Management and Treatment Systems in the Chemical Sector; first draft, 2019.
3. BVT 2016 (tabel 27).
4. VITO LUSS: Droge en natte elektrofilter.