GTC Filters
Fighting Fog, Salt, and Hydrocarbons

Watson Heizkraftwerk

Das Watson Heizkraftwerk, das sich innerhalb des Raffineriekomplexes von Los Angeles befindet, ist das größte Heizkraftwerk in Kalifornien. Das Kraftwerk liegt direkt am Pazifik. Die Filter müssen daher ausreichend geschützt werden, um Schäden zu vermeiden, und die Filtermedien sollten in der Lage sein, mit hoher Feuchtigkeit und Salz umzugehen.

Der Geschäftsführer des Kraftwerks war daran interessiert, verschiedene Filterklassen und Medientypen evaluieren zu lassen. Obwohl die derzeit installierten E12-Filter einen höheren Maschinenschutz bieten als die zuvor eingesetzten M6-Filter, war sich der Geschäftsführer nicht sicher, ob sie die optimale Lösung für die lokalen Verhältnisse am Standort und die Betriebsanforderungen darstellen. Camfil wurde damit beauftragt, die Validierung im Rahmen eines CamLab-Tests vor Ort durchzuführen, gefolgt von einer technischen Laboranalyse.

Standortbedingungen

Das Kraftwerk liegt an einer Hauptverkehrsstraße in einem Industriegebiet, in dem große Raffinerien und petrochemische Anlagen ansässig sind. Obwohl die Umgebung nicht sehr staubig ist, sind die Turbinen kleinen Kohlenwasserstoffen und Feinstaub ausgesetzt. Das Kraftwerk befindet sich außerdem direkt am Pazifik. Dies führt dazu, dass die Turbinen dichtem Nebel in Bodennähe mit einem hohen Salzgehalt ausgesetzt sind. Die Filter müssen daher ausreichend geschützt werden, um Schäden zu vermeiden, und die Filtermedien sollten in der Lage sein, mit hoher Feuchtigkeit und Salz umzugehen.

Die Prüfung

Alle Turbinen des Kraftwerks verfügen über 720 Filterpatronen der Klasse E12, die höchste Effizienzklasse, die üblicherweise für Gasturbinen-Lufteinlassfilter gewählt wird. Um die Filterung an die Umgebungsbedingungen anzupassen und das Risiko eines hohen Druckverlusts (dP) zu minimieren, wurde die derzeit eingesetzte E12-Lösung im Vergleich zu drei Produkten mit einer geringeren Effizienz getestet: die Tenkay GTC F9-Filterpatrone von Camfil und zwei Filterpatronen von anderen weltweit tätigen Filterherstellern.

Ein CamLab, ein mobiles Labor für Filterprüfungen, wurde für einen Zeitraum von 3 Monaten vor Ort eingerichtet. Zu den gemessenen Parametern gehörten der Luftdurchsatz, Filter-Druckverlust, Filtereffizienz, Umgebungstemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung.

Am Ende der Prüfung wurden die vier Filter in Camfils Testlabor in das Test- und Lerncenter von Montreal überführt, wo sie erneut geprüft wurden, um die Ergebnisse aus dem CamLab-Test zu validieren.

Die Werte für den Druckabfall in Tabelle 1 zeigen, dass das Tenkay GTC und Filter D den geringsten Druckverlust aufwiesen. Filter B hatte jedoch einen um 22 % höheren Druckverlust, während Filter A am Ende der Prüfung vor Ort einen um 15 % höheren Druckverlust verzeichnete.

Nachdem die CamLab-Werte verifiziert wurden, durchliefen die Filter zusätzlich Vergleichsprüfungen im Techniklabor: einen Vergleich der Effizienz vor und nach dem Entladen sowie eine Sprühnebelprüfung.

Effizienz im entlademem Zustand

Die Filter wurden entladen, um ihre wahre Filterklasse zu ermitteln. Tabelle 2 gibt die Effizienz im entladenen Zustand wieder. Das Tenkay GTC war das einzige Filter, das auch nach dem Entladen die gleiche Filterklasse behielt.

Sprühnebelprüfung (Wasser)

Zuletzt wurde eine Sprühnebelprüfung durchgeführt, bei der Wasser auf jeden der geladenen Filter aus dem CamLab-Test gesprüht wurde. Die Ergebnisse zeigen, wie unterschiedlich die Empfindlichkeit der vier Filter in Bezug auf den am Standort vorkommenden Nebel ist. Außerdem zeigt die Prüfung, wie stark die mit der Zeit zu erwartende Druckerhöhung sein würde, wenn der Filter mit Kontaminanten belastet und Niederschlag ausgesetzt wird.

Geprüft wurde, bis 5 inH₂O erreicht waren oder drei Stunden vergangen waren, je nachdem, was zuerst eintrat. Die Ergebnisse der Prüfung werden in Abbildung 1 dargestellt. Sie zeigen, dass das Tenkay GTC F9-Filter das einzige Filter war, das einen Zeitraum von 3 Stunden erfolgreich überstehen konnte und zudem mit 1,9 inH₂O den geringsten Druckverlust verzeichnete.

Tabelle 1: Pressure Drop Results

Filter  Druckverlust inch w.g. (@700 CFM)
Filter A (F9) 0.79
Filter B (E12) Current

0.84

Tenkay GTC (F9) 0.69
Filter D (E10) 0.69

Tabelle 2: Discharged Efficiency Results

Filter  Effizienz im entladenen Zustand (EN779:2012 EN1822:2009)
Filter A (F9) F7
Filter B (E12) Current E11
Tenkay GTC (F9) F9
Filter D (E10) F9

Dabei gilt zu beachten, dass für die Filterklassen E10, E11 und E12 gemäß EN 1822:2009 die Effizienz bei der am stärksten durchdringenden Partikelgröße (MMPS: üblicherweise zwischen 0,08–0,15 µm) für entladene Filter über 85 % bzw. 95 % bzw. 99,5 % liegen muss.

Für die Filterklasse F9 gemäß EN 779:2012 muss die Effizienz bei 0,4 µm mehr als 70 % betragen.

Figure 1: Deluge Test Results

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Table 3: Deluge Test Results

Filter  Test Duration (min) Water Sprayed (lbs) Max dP (inch w.g.)
Filter A (F9) 28 27 5.0
Filter B (E12) Current 35 31 5.0
Tenkay GTC (F9) 180 165 1.9
Filter D (F9) 122 98 5.0
 

Diskussion

Ziel der Prüfung war, die Auswirkungen einer Senkung der Filtereffizienz zu ermitteln. Es ergeben sich mehrere Schlussfolgerungen.

  • Filter A hatte im entladenen Zustand mit F7 die geringste Effizienz in Kombination mit dem zweithöchsten Druckabfall und war das erste Filter, das bei 5 inH20 nach 28 Minuten Nebelsimulation ausfiel.
  • Filter B hatte im entladenen Zustand mit E11 die höchste Effizienz, verzeichnete jedoch den höchsten Druckabfall und war das zweite Filter, das bei 5 inH20 nach 35 Minuten Nebelsimulation ausfiel.
  • Das Camfil Filter und Filter D hatten einen identischen Druckabfall und mit F9 eine vergleichbare Effizienz im entladenen Zustand. Filter D fiel jedoch bei 5 inH20 nach 122 Minuten aus, während das Camfil Filter nach 180 Minuten Nebelsimulation 1,9 inH20 erreichte. Zudem war Filter D 24 Stunden nach der Sprühnebelprüfung immer noch von Wasser durchtränkt, während das Tenkay GTC Filter vollständig getrocknet war, was auf bessere wasserabweisende Eigenschaften schließen lässt (Beständigkeit gegen das Eindringen von Wasser).

Die Ergebnisse zeigen, dass die Filtereffizienz nur einer von vielen Faktoren ist, die es bei der Filterauswahl zu beachten gilt. Zum Beispiel ergab sich aus der Prüfung mit simuliertem Nebel, dass das aktuell verwendete Filter der Klasse E12 (E11) einen sehr hohen Druckverlust aufwies. Dieser hohe Druckverlust würde höchstwahrscheinlich zu einem Alarm und einem Auslösen der Turbine führen. Das Tenkay GTC-Filter konnte jedoch seine F9-Filterklasse aufrecht erhalten und verzeichnete einen minimalen Anstieg des Druckverlusts bei Nebel, was den Schluss zulässt, dass es sich besser für diesen Standort eignen würde. Die Fähigkeit des GTC, nach dem Besprühen vollständig zu trocknen, lässt auf bessere wasserabweisende Eigenschaften schließen (Beständigkeit gegen das Eindringen von Wasser).

Warum lieferte Camfil GTC so gute Ergebnisse?

Obwohl Pulsfilter überall auf der Welt zum Einsatz kommen, wurden sie ursprünglich für sehr staubige Bereiche entwickelt. Herkömmliche Pulsfilter verlassen sich auf die Bildung eines Staubkuchens auf der Medienoberfläche, um ihre Effizienz zu optimieren. In küstennahen Umgebungen, wo Salz und andere hydrophile Kontaminanten in der Luft vorhanden sind und die Luftfeuchtigkeit oft stark ansteigt, können Salzpartikel im Staubkuchen auf der Oberfläche des Filtermediums anschwellen, was einen hohen Druckverlust zur Folge hat.

Bei den dreidimensionalen synthetischen GTC-Medien fangen feine Fasern in der mittleren Schicht die Salzpartikel auf der gesamten Tiefe ab, nicht nur an der Oberfläche. Zudem bieten sie einen geringen Luftwiderstand, was zu einem niedrigeren Druckverlust über die gesamte Filterstandzeit führt.

Neben einer verbesserten Medienleistung bietet die offene HemiPleat® Faltentechnologie der Filterpatronen von Camfil breitere Abstände, sodass eine größere Medienoberfläche dem Luftstrom ausgesetzt ist. Dies führt zu einem geringeren Gesamtdruckverlust und vor allem zu einer minimalen Erhöhung des Druckverlusts bei hoher Feuchtigkeit. Außerdem kann so die Staubabgabe bei der Impulsreinigung verbessert werden. Ein geringer Druckverlust bietet Betreibern die folgenden Vorteile:

  • Weniger ungeplante Ausfälle
  • Niedrigere Wartungskosten
  • Bessere Maschinenverfügbarkeit
  • Höhere Ausgangsleistung

Warum ist die Effizienz im entladenen Zustand wichtig?

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Während der Herstellung einiger synthetischer Filtermedien baut sich eine elektrische Ladung auf, die zu einer anfänglichen Erhöhung der Filtereffizienz führen kann. Diese vorübergehende Ladung verschwindet mit der Zeit und die Effizienz sinkt. Theoretisch sammeln sich Staubpartikel auf dem Filter, während die elektrische Ladung schwindet, sodass die Effizienz erneut aufgebaut wird.

In sehr staubigen Umgebungen erhöht sich die Effizienz aufgrund der Ansammlung von Staub im Filter – der Staubkuchen dient als zusätzliche Barriere und erlaubt das Abfangen kleinerer Partikel, was zu einem Anstieg der Filtereffizienz führt. In Bereichen mit wenig Staub reicht das Staubaufkommen oft nicht aus, um die Effizienz wiederherzustellen, nachdem die elektrostatische Ladung verschwunden ist. Dies kann zu Fäulnis mit anschließendem Verstopfen der Kühlöffnungen der Turbine oder sogar zu Korrosion führen, was die Lebensdauer der Turbinenschaufeln verringern kann.

Die Anlage von Watson Cogen hat, wie meistens in Küstennähe, eine eher geringe Staubkonzentration. Die Partikel sind somit kleiner und dünner, weshalb beim Kauf der Filter nicht nur die Durchschnittseffizienz, sondern auch die Anfangseffizienz im entladenen Zustand berücksichtigt werden muss. Fordern Sie immer Prüfergebnisse gemäß EN 779:2012 oder EN 1822:2009 an.


1 http://www.decentralized-energy.com/articles/2012/08/tesoro-gain-control-of-californias-largest-chp-plant-after-bp-deal.html