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Aug 22, 2023

Die Integration eines Systems zur Druckbeaufschlagung brennbarer Gase mit einem Online-Aschereinigungsgerät verbessert die Energieeffizienz

Eine stationäre Stoßwellen-Aschereinigungsanlage in Kombination mit einem pneumatischen Boostersystem ist eine Lösung für die stündliche Reinigung von angesammelter Asche in Kesselrohrbündeln. Der automatisierte Aschereinigungsprozess

Eine stationäre Stoßwellen-Aschereinigungsanlage in Kombination mit einem pneumatischen Boostersystem ist eine Lösung für die stündliche Reinigung von angesammelter Asche in Kesselrohrbündeln. Der automatisierte Aschereinigungsprozess kontrolliert die Aschebildung stabil und verbessert so die Effizienz der Stromerzeugung in Energy-from-Waste-Anlagen weiter.

Aufgrund der komplexen und vielfältigen Eigenschaften von Abfällen in Energy-from-Waste-Anlagen (EfW) führt die Verbrennungsreaktion zwischen verschiedenen Substanzen zu Verschmutzungen und Klinkern, die an den Kesselrohrwänden haften und dadurch den Kesselwirkungsgrad und die Lebensdauer des Überhitzers verringern und andere Ausrüstung. Die herkömmliche Reinigung von Verbrennungsanlagen erfordert die manuelle Entfernung von Ascheansammlungen in einer 3D-Umgebung (gefährlich, schmutzig und schwierig). Abgesehen davon, dass dies zeitaufwändig ist, kann die optimale Kesseleffizienz direkt nach der Verschmutzungsreinigung nur für kurze Zeit aufrechterhalten werden.

In diesem Artikel wird erläutert, wie ein stationäres Stoßwellen-Aschereinigungsgerät (SSACD) und ein pneumatisches Boostersystem in EfW-Anlagen integriert wurden, um eine stündliche automatische Reinigung von Verschmutzungen und Klinkern zwischen den Überhitzerbündeln zu implementieren. Durch eine unterbrechungsfreie Gasversorgung und die Druckbeaufschlagung der Niederdruckgase ist es nicht mehr erforderlich, die Gasflaschen am Aschereinigungsgerät manuell auszutauschen, wodurch ein automatisierter Verschmutzungsreinigungsprozess mit erhöhter Effizienz realisiert wird.

Bei der Müllverbrennung erhitzt das Rauchgas mit hoher Temperatur durch Wärmeübertragung den Dampf im Überhitzer des Kessels, sodass der Dampf die Turbinen antreiben kann. Die Wärmeübertragungseffizienz der Überhitzeroberfläche beeinflusst die Stromerzeugungseffizienz der EfW-Anlage.

Aufgrund der komplexen Eigenschaften von Abfällen entstehen bei der Verbrennung jedoch Gase mit hoher Temperatur und großen Mengen an Aschepartikeln. Aufgrund der Van-der-Waals-Kraft und der elektrostatischen Kraft bilden diese Aschepartikel zunächst eine dünne Ascheschicht auf den Rohrwänden. Dann beginnen sich größere Aschepartikel an der dünnen Ascheschicht festzusetzen. Während der Kessel in Betrieb ist, wird die Ascheschicht mit nichtlinearer Geschwindigkeit schnell dicker.

Im Allgemeinen kann der Druckunterschied zwischen Ein- und Auslass des Überhitzers als quantitativer Indikator für die Schwere der Ascheansammlung im Kessel verwendet werden. Einige schlecht konzipierte Kessel erfordern sogar häufige Betriebsunterbrechungen zur Beseitigung von Verschmutzungen und Klinkern (einschließlich regelmäßiger jährlicher Ausfälle und vorübergehender Unterbrechungen für die Aschereinigung), da sich starke Asche ansammelt und infolgedessen Druckunterschiede auftreten, die über dem akzeptablen Wert liegen eine Erinnerung an die Aschebeseitigung. Durch die häufige Unterbrechung des Kesselbetriebs wird nicht nur die jährlich verarbeitete Abfallmenge verringert, sondern auch die Lebensdauer des Kessels verkürzt.

Traditionell wird die Asche manuell gereinigt, indem Arbeiter während der Kesselstillstandszeit den Überhitzerbereich betreten, um die Asche mit Handwerkzeugen und pneumatischen Werkzeugen zu entfernen. Diese Methode ist nicht nur ineffizient, sondern auch ungünstig, da sie das Arbeiten in einer 3D-Umgebung erfordert. Da das Bewusstsein für sichere und nachhaltige Arbeitsplätze heutzutage von größter Bedeutung ist, sollte dieser Vorgang nach Möglichkeit vermieden werden. Aus diesem Grund ist die Online-Aschereinigung, die keine Kesselabschaltung erfordert, die erste Wahl.

Wenn es um Online-Methoden zur Aschereinigung geht, gibt es einige gängige Methoden, darunter CO2-Stoßwelle, Wasserstrahlen, Dampfrußbläser, Klopfen, mobile Stoßwelle und stationäre Stoßwelle. Im Folgenden besprechen wir die Aschereinigung anhand einer Fallstudie.

In einer EfW-Anlage in Taiwan ist der Spalt zwischen den Überhitzerbündeln zu eng, was zu einer starken Ascheansammlung führt. Infolgedessen muss die EfW-Anlage mehr als sechs Mal im Jahr wegen der Aschereinigung stillgelegt werden. Es wurden Versuche zur Einführung verschiedener Online-Methoden zur Aschereinigung unternommen, die zu einer erheblichen Reduzierung der durchschnittlichen Aschedicke führten. Allerdings können günstige Kesselbedingungen nur für kurze Zeit aufrechterhalten werden. Daher wurde SSACD eingeführt, um langfristig eine gute Wärmeübertragungsleistung des Überhitzers aufrechtzuerhalten.

Diese Online-Methode zur Aschereinigung erfordert das Einfüllen von brennbarem Gas und Sauerstoff. Die beiden Gase werden in einem festen Verhältnis und in einer festen Menge von den Quellen zur Vermischung in die Gerätekammer geleitet. Um die Kammer mit einer höheren Konzentration an brennbarem Gas und Sauerstoffmolekülen zu füllen, werden beide Gase unter hohem Druck gefüllt, bis das Mischgas entzündet wird und explodiert, wodurch Stoßwellen an den Überhitzer gesendet werden, um die angesammelte Asche an den Rohrwänden zu lösen.

Abbildung 1 zeigt ein Diagramm der Ascheansammlung in den Überhitzerbündeln der EfW-Anlage vor der Installation des SSACD. Die Ascheansammlung in den Überhitzerbündeln nach Einführung des SSACD ist in Abbildung 2 dargestellt. Aus den Wärmebildern, die von einer Wärmekamera im Inneren des in Betrieb befindlichen Kessels aufgenommen wurden, geht hervor, dass das Ausmaß der Ascheansammlung an den Bündeln deutlich unterschiedlich ist. Dies zeigt deutlich die Wirksamkeit der stündlichen, regelmäßigen Stoßwellen-Aschereinigung bei der Entfernung der angesammelten Verschmutzungen und Klinker.

1. Dieses Wärmebild zeigt die Ascheansammlung vor der Installation eines stationären Stoßwellen-Aschereinigungsgeräts (SSACD) in der Verbrennungsanlage. (Hinweis: Der hellweiße Teil des Wärmebildes ist die heißere angesammelte Asche in den Kesselrohren. Der dunkelgraue Teil sind die blanken Metallrohre. Die unregelmäßigen schwarzen Flecken im Bild sind Schmutz auf der Linse.) Mit freundlicher Genehmigung von ECOVE Environment Services Corp.

2. Dieses Wärmebild zeigt die Ascheansammlung nach der Installation des SSACD in der Verbrennungsanlage. (Siehe Hinweis in Abbildung 1.) Mit freundlicher Genehmigung von ECOVE Environment Services Corp.

Um den unterbrechungsfreien regulären Betrieb des SSACD sicherzustellen, haben wir einen Prozess entwickelt, der die Ausrüstung stabil mit brennbarem Gas mit einem Druck von 60 bar versorgen kann. Früher verwendeten wir Gasflaschen mit dem vollen Druck von 120 bar, die immer dann manuell ausgetauscht wurden, wenn der Druck nicht mehr ausreichte. Jetzt wurde ein Druckgerät als zentrales Drucksystem installiert, um einen stabilen Betrieb des SSACD zu gewährleisten.

Da es auf dem Markt verschiedene Ausführungen von Gasdruckgeräten gibt, darunter pneumatische Kompressoren, Kolbenkompressoren und Rotationskompressoren, haben wir sie nach ihrer Sicherheit und Betriebsleistung bewertet. Am Ende wurde der pneumatische Verstärker als der am besten geeignete für den Einsatz in Verbrennungsanlagen ausgewählt, wie in Abbildung 3 dargestellt.

3. Funktionsprinzip des pneumatischen Verstärkers. Mit freundlicher Genehmigung von ECOVE Environment Services Corp.

Beim Betrieb des pneumatischen Verstärkers wird ein Kolben mithilfe von Druckluft hin- und herbewegt. Das Verhältnis zwischen der Fläche des Antriebskolbens und der angetriebenen Kolbenfläche bestimmt den maximalen Druck, den der Verstärker erzeugen kann. Wenn der Ausgangsdruck die Druckgrenze des Verstärkers erreicht, erreicht der Kolben das statische Gleichgewicht und der Verstärker stellt den Betrieb ein. Der Betrieb wird wieder aufgenommen, wenn die Ausgangsgase von den Prozessen verbraucht werden, wodurch der Ausgangsdruck sinkt.

Auf der Grundlage dieses Prinzips wurde ein System zur Druckbeaufschlagung von Niederdruckgas entwickelt. Das über Leitungen geleitete Gas mit einem Druck unter 2 bar kann, basierend auf Taiwans praktischer Situation, durch das SSACD auf 60 bar erhöht werden. Der pneumatische Verstärker wird durch Druckluft angetrieben und kann durch eine mechanische Konstruktion den Betrieb automatisch stoppen. Um Funken durch eine elektrische Schnittstelle zu verhindern, stellt das Gerät außerdem den Betrieb ein, wenn der Zieldruck erreicht ist, sodass keine explosionsgeschützten Sensoren und Steuereinheiten erforderlich sind. Die routinemäßige Überprüfung des Ausgangsdrucks im Zusammenhang mit dem Austausch von Gasflaschen ist nicht mehr erforderlich, was effektiv Arbeitsstunden spart und gleichzeitig Effizienz und Sicherheit beibehält.

Basierend auf dem Gedanken, Technologien zu verbessern und zu integrieren, um die Effizienz des Ressourcenkreislaufs zu optimieren, wurde 2018 das SSACD in der EfW-Anlage eingeführt. Anschließend wurde die Anlagensuspension für die Aschereinigung auf maximal dreimal pro Jahr reduziert, was die Vorteile dieser Maßnahme unter Beweis stellt Aschereinigungsmethode für EfW-Anlagen.

Durch die Kombination von brennbarem Gas über Leitungen und einem pneumatischen Verstärkersystem, um eine konstante Druckgasquelle für die SSACD aufrechtzuerhalten, kann der Aschereinigungsprozess automatisiert werden. Verglichen mit der Methode der Verwendung von Hochdruckgasflaschen, die Drucküberwachung, Flaschentransport und -austausch erfordert, kann dieser automatisierte Prozess Arbeitskräfte einsparen und die Zuverlässigkeit des Betriebs und der Wartung der EfW-Anlage erhöhen.

—Ling-Yu Kung ist Ingenieur in der Technologieentwicklungsabteilung von ECOVE Environment Services Corp., einem CTCI-Unternehmen.

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