SIPREC C Steuerung für Elektrofilter Produkt-Umweltdeklaration Industry Solutions
Umweltleitbild Umweltgerechtes Produktdesign Mit unserem Wissen und unseren Lösungen leisten wir einen Beitrag für eine bessere Welt. Wir tragen gesellschaftliche Verantwortung und bekennen uns zum Umweltschutz. Unser Unternehmen berücksichtigt bei seiner weltweiten Tätigkeit, die durch eine Vielzahl an Prozessen, Produkten und Dienstleistungen charakterisiert wird, die dauerhafte Sicherung der natürlichen Lebensgrundlagen der Menschen. Wir sehen dabei die drei wesentlichen Faktoren Wirtschaft, Umweltschutz und soziale Verantwortung als gleichberechtigte Größen in einem liberalen Welthandel. Wir unterstützen die Verbreitung des erforderlichen Wissens zu einer dauerhaften tragfähigen Entwicklung durch Transfer von Wissen auf den Gebieten Management und Technik, wo immer wir tätig sind. Ökodesign ist bei Siemens kein neues Thema. Das zeigt unsere firmeninterne Norm SN 36350 zur umweltverträglichen Produktgestaltung. Seit 1993 ist sie in die Produktentstehungspläne integriert. Sie fordert unter anderem Sortenreinheit, eine einfache Demontierbarkeit und die Reduzierung von Bauteilmengen pro Produkt, lange Lebensdauer, niedrigen Energiebedarf in der Herstellung und der Gebrauchsphase sowie Verzicht auf gefährliche Stoffe. Für Produkt-Umweltdeklarationen enthält sie Mindestanforderungen hinsichtlich der zu beschreibenden Parameter. Mit Hilfe dieser Norm und auf der Basis unseres Umweltmanagements werden wir unserer Philosophie gerecht, den Umweltschutz ganzheitlich zu betrachten, also von der Produktplanung bis zur Wiederverwertung und Entsorgung der Produkte. Die Anforderungen dieser Norm werden in produktspezifischen Leitfäden weiter präzisiert. Eine dauerhafte tragfähige Entwicklung im Umweltschutz bedeutet für uns sparsamen Um gang mit den Ressourcen; bereits bei der Produktund Prozessentwicklung bedenken wir daher mögliche Folgelasten für unsere Umwelt. Es ist unser Ziel, Umweltbelastungen auch über die geltenden Vorschriften hinaus zu vermeiden oder auf ein Minimum zu reduzieren. 2
Beträchtliche Energieeinsparpotenziale Verbesserte Elektrofilterleistung durch IGBT- Umrichtertechnologie Steuerung der Hilfsantriebe und der Heizung Sprühdrahtklopfung HS-Gerät Isolatorenbeheizung Spülluftgebläse / -heizung Klopfung Gasverteilungswand Plattenklopfung 6 mg Staubtrichterbeheizung & Füllstandsmeldung Staubaustrag Fernservice SIPREC ODS Leitsystem Filter - Leistungskabel optimierung Lichtwellenleiterkabel Leistungs- und Steuerkabel PROFIBUS-Kopplung mit Lichtwellenleiter PROFIBUS-Kopplung Einspeisung Umrichter Thyristor Thyristor Automatisierung Elektrofilter-Expertensystem mit umfangreicher, fernbedienbarer Funktionalität für Optimierung und Diagnose Energie management für minimalen Ener gieverbrauch bei optimaler Abscheide leistung
Mehr Abscheideleistung und niedrigerer Energieverbrauch Die Herausforderung Beispielhaft wurden durch Modernisierungen mit SIPREC T und SIPREC ODS in Kohle kraftwerken folgende Energieeinsparungen erzielt: Vorteile für die Umwelt Steigerung der Elektrofilter-Abscheideleistung Deutliche Energieeinsparung Brennstoff Kraftwerksleistung Steuereinheiten Installierte Leistung [kva] Energiebedarf ohne EMIN [kw] Energiebedarf mit EMIN [kw] Darüber hinaus wurden auch für Filter der Industrieanlagen, z. B. bei Zement anlagen, teilweise deutliche Energieeinsparungen erzielt. Als Nebeneffekt der eingespar ten Energie wird der Ausstoß von mehreren tausend Tonnen des Treibstoffgases CO₂ verhindert. Ein lohnender Umweltbeitrag und Ansporn zur Entwicklung weiterer Optimierungen zur maximalen Ausschöpfung der ver fügbaren Energie. Einsparung Steinkohle 2x750MW 2 x 20 4.320 2.560 760 70 % Steinkohle/ Gas 1x400MW/ 1x350MW 1 x 18/ 1 x 15 5.450 2.210 750 66 % Steinkohle 2x230 MW 2 x 5 2.140 780 660 15 % Steinkohle 3x300 MW 3 x 18 3.618 1.650 1.300 21 % Steinkohle 2x60 MW 2 x 6 672 240 70 71 % Das Potenzial zur Steigerung der Abscheideleistung und Energieeinsparung hängt von der Anzahl der installierten HS-Erzeuger, der installierten Leistung und der Konfiguration/Betriebsweise des Elektrofilters ab und kann vorab anhand der installierten Anlagen abgeschätzt und durch einen Probebetrieb quantifiziert werden. Elektrofilter werden zur elektrostatischen Abgasreinigung (Abscheidung von Partikeln oder Aerosolen) in Industrieanlagen und Kraftwerken eingesetzt. Das zu reinigende Abgas durchströmt eine Anordnung von Elektroden welche, durch Hochspannungsanlagen mit einer Gleichspannung versorgt werden. Die dabei erzeugten Ladungsträger beladen die Partikel und führen durch das elektrische Feld zu einer Partikelbewegung in Richtung Abscheideelektroden, welche zyklisch abgereinigt werden. Eine umweltpolitische Herausforderung ist die elektrische Ansteuerung, durch die die Abscheideleistung gesteigert und der Energiebedarf reduziert wird. Die Lösung Siemens hat sich dieser Aufgabe gestellt und mit SIPREC I, SIPREC T und SIPREC ODS neue Umrichteranlagen und energieoptimierte Steuerungen für Elektrofilter entwickelt. SIPREC I Umrichteranlagen erhöhen aufgrund des Schaltungskonzeptes nachweislich die einge speiste Koronaleistung und damit die Abscheideleistung vorhandener oder neuer Filteranlagen. Am effizientesten ist der Einsatz der Umrichter in den ersten Zonen eines Elektrofilters, da hier typischerweise durch die hohe Staubbeladung und Raumladung die maximal mögliche Koronaleistung begrenzt wird. Aber auch in den letzten Filterzonen erzielen SIPREC I Umrichter eine deutlich höhere Abscheidung der Feinstäube. Die Modernisierungskosten bei Einsatz der SIPREC I Umrichter sind deutlich geringer gegenüber einer mechanischen Filtererweiterung. Da SIPREC I und SIPREC T auf den gleichen Steuerungskomponenten aufbauen, sind Mischanlagen die optimale Lösung für eine maxi male Abscheideleistung bei geringstem Energieverbrauch. Zur Minimierung des Energieverbrauchs koordiniert die Expertensoftware SIPREC ODS die Messwertaufnahme und Zielwertbestimmung der einzelnen über PROFIBUS gekoppelten SIPREC Steuerungen abhängig vom aktuellen Emissionswert und der gewünschten Abscheideleistung. Für die dynamischen Optimierungsaufgaben wird sowohl bei SIPREC I und SIPREC T als auch bei SIPREC ODS die Fuzzy Logic eingesetzt, welche gerade bei extremen Prozessschwankungen (z. B. häufige Durchschläge, Chargenwechsel, An- und Abfahrvorgänge) ohne Eingriff des Bedienpersonals den bestmöglichen Betriebspunkt ermittelt. Langjährige Praxiserfahrungen dokumentieren abhängig von der Filterkonstruktion und den Betriebsbedingungen Steigerungen der Abscheideleistung von teilweise über 50 % bei Einsatz der SIPREC I Umrichter für Elektro filter (Stein-/Braunkohlekraftwerke, Stahlkonverteranlagen, Zementofen-/Mühlenfilter, Glaswannenentstaubung u. a.). 4
Implementierung und Bewertung Auf der Basis der vorab beschriebenen Beispiele sowie Annahmen zu zwei weiteren Modellanlagen einem kohle betriebenen Kraftwerk und einem Beispiel aus der verarbeitenden Industrie wurde pro installierter SIPREC C in Verbindung mit SIPREC ODS eine mittlere zu erzielende Reduzierung der Leistungsaufnahme ermittelt. Hiermit ergibt sich für die Modernisierung der Abgas filterung einer bestehenden Anlage mit einer installierten Leistung von 2,1 MW folgende durchschnittlich zu erwartende jährliche Energie einsparung: Durchschnittliche ESP Install. Leistung: 2,1 MW, 23 SIPREC C Steuerungen, Betriebsdauer: 7.920 h/a Anzahl der Steuerungen Energieeinsparung/ Steuerung Gesamtenergieeinsparung Energieeinsparung (ESP)/Jahr [kw] [kw] [MWh/a] 23 30 690 5.465 Die erzielten Energieeinsparungen resultieren in erster Instanz aus dem Ersatz eines konventionellen Kontrollsystems durch SIPREC C Umrüstsätze und das Optimierungsprogramm SIPREC ODS. Die tatsächlich realisierbaren Einsparungen hängen von der Konfiguration und Betriebsweise der Anlage ab und lassen sich im Rahmen eines Probebetriebes bzw. einer Simulationsrechnung vorab individuell abschätzen. Treibhausgaseinsparungen Treibhauspotenzial Die absoluten Einsparungen der Treibhausgas-Äquivalente verändern sich regional. Abhängig von Konfiguration und Betriebsweise der Anlage ist ein Einsparungspotenzial von 33 % möglich. CML 2001 GWP (100 Jahre) [t CO₂-Äquiv.] 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 Umweltfreundliche Lösung Referenz EU-15 EU-25 IN CN US Eco-Care-Matrix (ECM) 1 Im Vergleich zu konventionellen Lösungen erzielen SIPREC C Steuerungen mit SIPREC ODS eine um 33 % niedrigere Umweltbelastung durch den geringeren Energieverbrauch. Gleichzeitig 0,5 liegen die Systemkosten um 29 % niedriger als bei der Referenzlösung. 0 Umweltnutzen -0,5 Referenz Umweltfreundliche Lösung -1-1 -0,5 0 0,5 1 Kundennutzen 5
Weitere Informationen erhalten Sie von: Siemens AG Industry Sector Industry Solutions Industrial Technologies Werner-von-Siemens-Str. 65 91052 Erlangen Germany E-Mail: siprec.industry@siemens.com Die Informationen in dieser Broschüre enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden. Bestell-Nr.: E10001-T1-A111-V1 Printed in Germany Dispo-Nr.: 21600 K-Nr.: 28137 GB 090684 WS 11100.5 Änderungen vorbehalten Siemens AG 2010 Alle Rechte vorbehalten www.siemens.de/elektrofilter