Installation eines Gewebefilters im Zementwerk „El Alto“

Zusammenfassung: Im vorliegenden Artikel werden die wesentlichen Herausforderungen dargelegt, die sich beim Projekt des neuen Gewebefilters ergaben, der von FLSmidth in der Linie VII der Anlage „El Alto“ von Cementos Portland Valderrivas installiert wurde. Einerseits lagen die Schwierigkeiten in der lageplanmäßigen Anordnung auf Grund des begrenzten Platzes im Werk für die neue Anlage. Andererseits bestand die Herausforderung in der kurzen Stillstandszeit, die für die Durchführung der Arbeiten zur Verfügung stand, d.h. sowohl Demontage des vorhandenen E-Filters und Installation des neuen Gewebefilters. Zu diesen Faktoren kamen die Konstruktionsparameter der neuen Anlage und die Emissionspegel, die man während des nachfolgenden Betriebs der Anlage erhielt, hinzu.

1 Einleitung

Anfang 2007 unterzeichneten Cementos Portland Valderrivas und FLSmidth einen Vertrag über den Austausch des vorhandenen E-Filters durch einen neuen Gewebefilter, um die Abgase vom Ofen und der Rohmühle der Linie VII der Anlage „El Alto“ zu verarbeiten, die sich in Morate de Tajuña (Comunidad de Madrid) befindet.


Der vorhandene E-Filter (Bild 1), der 1991 von FLSmidth installiert worden war, entsprach nicht mehr den Anforderungen an die Staubemissionen der Anlage und musste ersetzt werden.
Außer den Besonderheiten der Konstruktion eines Filters, der den erforderlichen Spezifikationen hinsichtlich der Charakteristika der zu behandelnden Gase und der erforderlichen Betriebsgarantien entsprechen muss, gab es bei diesem Projekt zwei wesentliche Herausforderungen:

– Die erste war die lageplanmäßige Anordnung der Anlage. Diese Anordnung erforderte die Installation eines Filters mit einer größeren Grundfläche als der Vorgänger (Bild 2) innerhalb des begrenzten Raums in der ausgewiesenen Fläche. Die Anbindung erfolgt zusätzlich zu dem neuen System von Einlauf- und Auslauf­kanälen, einem neuen Saugzuggebläse mit einer Anbindung an den Schornstein sowie den erforderlichen Unterstützungen für all diese Teile.

– Die andere Herausforderung bestand darin abzusichern, dass alle Aufgaben von der Demontage der vorhandenen Ausrüstungen bis zur Montage der neuen Teile innerhalb einer sehr begrenzten Stillstandszeit durchgeführt wurden, die bis zur Wiederaufnahme des Ofenbetriebs zur Verfügung stand.


2 Wesentliche Daten und ­technische Charakteristika des neuen Filters

Die neue Anlage (Bilder 3 und 4) besteht aus einem Jet-Pulse Filter vom Typ „Fabric CleanTM“ mit 8 Modulen und den entsprechenden Einlaufschiebern and 16 Reinluftkammern, die jeweils mit einem Auslassschieber ausgerüstet sind. Die Reinluftkammern bestehen aus Edelstahl.


Die zentrale Einlaufsammelleitung (mit einem Teil für den Eintritt der Staubluft und einem für den Austritt der Reinluft) ist ein variabler Abschnitt und besteht aus Edelstahl vom Typ AVESTA 2205. Das ist ein Material mit Ausdehnungseigenschaften, die denen von Baustahl ähnlich sind. Dieses Qualitätsniveau ist erforderlich, um Schäden zu verhindern, die als Ergebnis der unterschiedlichen Expansionsverhältnisse zwischen den unterschiedlichen Stahlarten auftreten könnten.


Jede Reinluftkammer enthält einen Druckluftbehälter für die Filterabreinigung. Insgesamt gibt es 3456 Filterschläuche mit einer Filterfläche von 8294 m². Die für dieses Projekt ausgewählten Filter bestehen aus Glasfaser mit einer e-PTFE Membran und haben eine Länge von 6 m. Die Filterkörbe bestehen aus Edelstahl.


Der Filter ist so ausgelegt, dass er während des Mühlenbetriebs eine effektive Gasmenge von 520 000 m³/h bei einer Temperatur von 95 °C bewältigen kann. Bei einem Betrieb mit abgeschalteter Mühle werden die Ofengase normalerweise im Konditionierturm mit Wasser gekühlt, bevor sie in den Gewebefilter gelangen. Die Anlage ist für eine Gasmenge von
490 000 m³/h bei einer Temperatur von 170 °C ausgelegt.


Aus Sicherheitsgründen können die Filterschläuche aus Glasfaser jedoch nur bei Temperaturen bis zu 260 °C am Filtereinlauf arbeiten. Um die Filter gegen höhere Gastemperaturen zu schützen (z.  B. bei einer Fehlfunktion des Kühlturms), besitzt die neue Anlage ein Ventil für die Verdünnung des Gases mit Umgebungsluft, bevor es in den Filter eintritt. Dieses Ventil beginnt sich zu öffnen, wenn die Temperaturen am Filtereintritt 220 °C erreichen, und seine Öffnung wird automatisch eingestellt, um diese Temperatur zu halten.


Die Filterkammern machen es möglich, dass eine Wartung online durchgeführt werden kann, d.h. ein Modul mit Staubluft und seine zwei entsprechenden Reinluftkammern können isoliert werden, so dass sie geöffnet und die Filter ausgetauscht werden können, während der Filter weiter mit seiner „normalen“ Gasmenge laufen kann, die durch die anderen Module fließt.


3 Lageplanmäßige Anordnung für Gewebefilter und Hilfsausrüstungen

Der begrenzte Platz in der Anlage machte die Konstruktion eines sehr kompakten Systems erforderlich, das es gestatten würde, alle Teile (Filter, Kanäle, Gebläse, Unterstützungen und Zugangsstellen) in der ausgewiesenen Fläche unterzubringen. Es war weiterhin erforderlich, dass ein Zugang für Menschen und Fahrzeuge in diesem Raum gesichert ist, wenn die Anlage einmal fertiggestellt ist.


Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Bedingungen mussten die Tragkonstruktion aus Beton für den alten E-Filter sowie die Position des vorhandenen Schornsteins, der vom Vorwärmerturm des Ofens getragen wird, beibehalten werden.


Das Gebläse für den vorhandenen E-Filter war auf dem Boden direkt unterhalb des Eintritts zum E-Filter installiert worden. Das Gebläse hatte keine ausreichende Leistung (Druck) für den neuen Gewebefilter. Das bedeutete, dass es ersetzt werden musste. Außerdem musste der Filter mit Unterdruck gefahren werden. Das bedeutete, dass ein Gebläse zwischen dem Filteraustritt und dem Schornstein installiert werden musste.


Auch unter Berücksichtigung des angeblichen Vorteils, dass man über eine so breite Auflage für den neuen Filter verfüge, stellte die Betonkonstruktion eine Schwierigkeit dar, weil man die neuen Bauteile an die vorhandenen Abmessungen anpassen musste. Auch das Betonbauwerk musste durch eine Stahlkonstruktion verlängert werden, die das Gewicht der ersten ­Filterkammern und des Endteils der Filtereinströmleitungen (Bild 5) aufnehmen musste. In Anbetracht dieser Umstände wurde das neue Gebläse direkt unter dem Gewebefilter innerhalb der o.a. Betonkonstruktion angeordnet. Die Anordnung des Gebläses an dieser Stelle bedeutete, dass die Konstruktion von zwei der Filter nicht einfach war:

– Das betraf zuerst den Kanal, der vom Gewebefilter zum Gebläse führt (Bild 6). Dieser Kanal tritt heraus und verläuft dann zweifach unter dem Filter zurück zum Anschluss an den Gebläseeintritt.

– Der zum Schornstein führende Kanal ist am Gebläseaustritt angeordnet (Bild 7). Er führt zunächst in einem Bogen von 90 ° nach links, um dann ohne Unterbrechung senkrecht zu verlaufen, bis er in den Schornstein  einmündet. Die Ver­bindungsstelle befindet sich 36 m über dem Boden. Eine Einschränkung, die auch alle bereits aufgeführten Komponenten betraf, bestand darin, dass es vermieden werden musste, die neuen Grundflächen zu nutzen. Daher wurde der o.a. Verlauf des Kanals in dem engen Raum zwischen der Tragkonstruktion aus Beton und dem Vorwärmerturm angeordnet. Somit wurde keine der Zufahrtsstrecken der Anlage blockiert.  


In dem Bereich, in dem das Gas in den Gewebefilter eintritt, war es notwendig, die neuen Kanäle so zu konfigurieren, dass sie so einfach wie möglich zu installieren waren bei optimalen Charakteristika bezüglich des Platzbedarfs ihrer Tragkonstruktionen in der Anlage.


Diese Konstruktion (Bild 8) wurde auf folgende Art erfolgreich zustande gebracht: ausgehend von der vorhandenen Konstruktion für die Gaskanäle (die vom Ofen bzw. der Rohmühle kommen), wo die erste Tragkonstruktion angeordnet wurde, steigen die neuen Kanäle in einem Winkel von 60 ° von der Horizontalen an und gehen dann in einem Winkel von 45 ° zum Filter herunter. Im Verlauf dieses Abstiegswegs vereinigen sich dann die zwei Kanäle zu einem, und anstelle eines Unterstützungspunkts in der Mitte wurde dieser erfolgreich weiter weg angeordnet, wo die Tragkonstruktion des Gewebefilters weiter wird. Das bedeutete, dass das Gesamtgewicht der zu installierenden Konstruktionen wesentlich reduziert wurde, während die Anzahl der Teile am Boden, die Zufahrtswege blockieren könnten, auf einem Minimum gehalten wurde.


4 Ausführung des Projekts

Die größte Einschränkung bei der Zeitplanung für das Projekt war die Stillstandszeit der Anlage. Diese war auf 34 Tage begrenzt. Das bedeutete, dass man einen genauen Zeitplan brauchte, der mit den Phasen des Engineering begann, dem die Herstellung, der Materialtransport und die Vormontage der Bauteile folgten, und der mit der Demontage der alten Anlagen und der Montage des neuen Systems endete, um den festgelegten Endtermin des Projekts einzuhalten.


4.1 Engineering, Fertigung und Transport der Teile

Das Engineering, die Fertigung und der Transport zur Anlage wurden gemäß Zeitplan in den ersten Monaten 2007 durchgeführt. In der zweiten Augusthälfte folgten dann die Vormontage und Vorbereitung der Teile, bevor die Linie außer Betrieb genommen wurde.


4.2 Vormontage

In der Phase der Vormontage wurde der Filter auf dem Boden in vier Hauptabschnitten zusammengebaut (Bild 9). Die zwei größten Sektionen umfassten jeweils vier Kammern für verunreinigte Luft mit ihren entsprechenden Reinluftkammern im oberen Teil. So blieben nur noch die Montage des zentralen Einlaufkanals sowie der Eintritts- und Austrittsschieber übrig, was dann geschehen sollte, wenn sich die Anlage in ihrer endgültigen Position befand. Die zwei restlichen Sektionen umfassten jeweils vier dazugehörige Materialbunker.


Außer der Vormontage des Gewebefilters wurde das Saugzuggebläse in seine Endposition gebracht (Bild 10), während die Betonkonstruktion des vorhandenen Filters, wie bereits beschrieben, durch eine neue Stahlkonstruktion erweitert wurde. Nach Abschluss dieser Erweiterung wurde der Tragsockel des neuen Filters mit einer Reihe von Gittern über der Tragkonstruktion konsolidiert.


Bezüglich des Systems von Kanälen, das in den vorangegangenen Abschnitten beschrieben wurde, wurden diese auf dem Boden so lang wie möglich vormontiert (Bild 11) und dann aufgerichtet. Es wurde besonders darauf geachtet, dass die entsprechenden Winkel zwischen den einzelnen Sektionen erhalten blieben, um später keine Probleme der Anpassung zu bekommen, wenn sie in ihre endgültigen Positionen gebracht werden.         


Alle aufgeführten Teile – die in zwei Sektionen aufgeteilten Filterkammern, die zwei Gruppen von Bunkern, die Gitter für die Tragkonstruktion des Filters und die Leitungssysteme – wurden in einem Bereich in der Nähe der endgültigen Baustelle der Anlage vormontiert (Bild 12). Trotz dieser Nähe musste jedoch jedes einzelne Teil mit einem Kran gehoben und zum Standort des Filters bewegt werden, um dann in seiner Endposition installiert zu werden.


4.3 Abfahren der Linie – Mechanische Demontage

Nachdem alle beschriebenen Teile entsprechend vorbereitet worden waren, wurde die Linie an dem vom Werk festgelegten Termin abgeschaltet.


Die Außerbetriebnahme begann mit einem nicht erwarteten Vorkommnis, denn der für die Demontage und die darauf folgende Montage vorgesehene Kran war nicht verfügbar. Der Kran war für ein anderes Projekt eingesetzt, bei dem der Zeitplan nicht eingehalten wurde. Auf Grund der Knappheit von Kränen dieser Größe (Kapazität 800 t) auf dem Markt war es unmöglich, sofort einen anderen Kran mit gleichen Eigenschaften zu besorgen.


Es wurde entschieden, mit der Firma für die mechanische Montage und mit der Kranfirma zu vereinbaren, einen kleineren Kran (400 t) bereitzustellen und mit den Demontageaufgaben zu beginnen, die damit durchführbar waren, sowie den zeitlichen Ablaufplan für die Arbeiten zu ändern, bis der ursprünglich ausgewählte Kran verfügbar wurde. Nach sechs Tagen intensiver Arbeit, in denen man versuchte, die geringere Leistung des Krans auszugleichen, war der Kran der Wahl verfügbar, und es wurde möglich, mit der Demontage der Hauptbestandteile des E-Filters zu beginnen.


Ab diesem Zeitpunkt wurde die Demontage in großen Blöcken mit einem Gewicht von jeweils 60 bis 70 t durchgeführt (Bilder 13 und 14). Um solche Teile zu erhalten, wurde der E-Filter buchstäblich scheibenweise sorgfältig abgebaut, und man erhielt Blöcke von ähnlichem Gewicht und ähnlicher Größe. Für den Abtransport von der Stelle des E-Filters zu dem Bereich, von wo die Teile zum Zusammenpressen entnommen wurden, wurde der Kran mit einem Raupenfahrwerk ausgerüstet.


Außer dem E-Filter mussten auch die alten Gaskanäle davor demontiert werden (Bild 15). Diese Aufgabe wurde nur mit dem ersten Kran durchgeführt. Dasselbe traf auf die Leitungen für den Staubtransport zu. Das alte Gebläse wurde erst demontiert, nachdem der neue Filter endgültig an seinem Platz war, denn es befand sich nicht in einem Bereich, wo es beim Zusammenbau der Anlage gestört hätte. Das Gesamtgewicht der demontierten Teile betrug ca. 310 t.


5 Mechanische Montage

Nachdem die beschriebenen Teile demontiert worden waren und die Aufstellfläche für den neuen Filter komplett gereinigt war, wurden die einzelnen vormontierten Teile der neuen Anlage in ihre entsprechend erhöhten Positionen in Übereinstimmung mit der vorher festgelegten Reihenfolge gehoben. Die ersten Teile, die installiert wurden, waren einige der Zugangsbühnen zu den Bunkern sowie die vier Schneckenförderer für den Staubtransport unter dem neuen Filter.


Dann wurden die Unterstützungsgitter für die Filter angehoben (Bild 16), die auf der Betonkonstruktion angebracht wurden, die man von der alten Anlage übernommen hatte.


Danach wurde die Kanalstrecke für den Transport der Gase vom Filter zum Gebläse installiert (Bild 17), die wegen der Krümmer in ihrem Verlauf vor dem Einbringen der Bunkergruppen in die Betonkonstruktion montiert werden musste.


Danach wurden die zwei Gruppen von je vier Bunkern in ihre Position gehoben (Bild 18), die bereits mit Pendelklappen versehen waren, über die sie mit den vorher installierten Schneckenförderern verbunden wurden. Die Auflagestellen für die Bunker über der Tragkonstruktion waren die bereits erwähnten Gitter. Zur Installation der Bunker mussten die 19 m langen Module bewegt werden, von denen jedes ca. 15 t wog.


Die zwei größten zu bewegenden Teile waren die Sektionen, in denen die Filtermodule vormontiert waren (Bilder 19 und 20). Sie wurden mit der bereits montierten Wärmeisolierung in ihre Position über den Bunkern gehoben. In Anbetracht ihres enormen Gewichts (jeweils ca. 60 t) mussten dieses Sektionen mit größter Sorgfalt bewegt werden, einerseits wegen des reinen Gewichts und andererseits wegen des für Manöver begrenzten verfügbaren Raums (Bild 21), wobei schon die geringste Kollision den Filter selbst oder die Anlagen um ihn herum beschädigen könnte. Nach der Montage des Filters selbst wurden die verbleibenden Einlauf- und Auslaufkanäle in Position gebracht.


Außer den Austrittskanälen (der Abschnitt vom Filter zum ­Gebläse war bereits installiert) gab es noch die Abschnitte, die vom Gebläse zum Schornstein verliefen. Die Anbindung der Leitung an den Schornstein war besonders schwierig, da sie sehr hoch gelegen und der Verbindungsbereich schwer zugänglich war. Die Einlaufabschnitte, die in vier Sektionen während der Vormontagephase montiert wurden, wurden nicht installiert, bevor der Filter in seine endgültige Position gebracht worden war.


Zwei der vier Sektionen wurden mit denen, die vom Ofen und der Rohmühle kamen, verbunden. Eine dritte wurde am Filtereintritt installiert. Damit blieb schließlich die mittlere Sektion übrig, die mit äußerster Genauigkeit installiert werden musste, da sie die Verbindung in der Mitte zwischen den drei vorher beschriebenen Sektionen bilden würde, die völlig unterschiedliche Schnittwinkel auf völlig unterschiedlichen Ebenen hatten. Unter diesen Umständen bestand ein Risiko, dass, wenn die Ebenen und Vormontagearbeiten nicht absolut genau waren, eine der Leitungen geändert werden müsste, was wiederum bedeutet hätte, dass die vereinbarten Endtermine nicht gehalten werden konnten. Die Sektion wurde aber schließlich richtig in Position gebracht (Bild 22), und es war kaum eine Anpassung nötig. Damit war die Aufgabe genau wie geplant erfüllt worden.

In dem Teil, in dem der Filter enthalten war, mussten neben dem mittleren Kanal noch die Einlass- und Auslassventile installiert werden. Diese Bauteile wurden nacheinander zusammen mit dem Kanalsystem montiert. Es blieben noch zwei
sehr wichtige Phasen, bis die mechanische Montage beendet war.


Das war zum einen die Installation der 3456 Filterschläuche mit ihren entsprechenden Körben (Bild 23). Diese Aufgabe wurde sehr routiniert erledigt, natürlich mit der nötigen Sorgfalt, die diese wichtigen Bauteile der Anlage erforderten.


Die andere Aufgabe war die Installation des Klimaschutzgehäuses. Dieses war zwar nicht sehr schwer, hatte aber ein sehr großes Transportvolumen, das zweimal so groß war wie das der Komponenten, die mit dem Filtergehäuse bewegt wurden. Nur eine falsche Bewegung während des Anhebens oder ein Windstoß konnten sehr leicht dazu führen, dass eine der umgebenden Anlagen beschädigt wurde. Diese Schwierigkeit wurde ohne größere Probleme bewältigt, und die Phase der mechanischen Montage war termingerecht beendet worden. Das ungefähre Gewicht der gehobenen Ausrüstungen betrug 400 t. Einschließlich der Wärmedämmung belief sich das Gesamtgewicht auf 435 t.


6 Elektomontage und Wärmedämmung

Als sich die mechanische Montage in der Endphase befand, wurde mit der Elektromontage begonnen. Sie bestand aus der Installation der Steuerungsanlage Smart-Puls SPC 800 von FLSmidth zusammen mit allen Anschlüssen von der Steuerungsanlage zu den Druckluftventilen, den Druckwächtern der Druckluftverteilung, den Differenzdruckmanometern usw. Zu diesem Montageumfang gehörte auch die Integration der Anlage in die E-Anlage des Werks, damit sie von der zentralen Schaltwarte bedient und gesteuert werden konnte. Die Durchführung dieser Installation war sehr leicht. Der Vorteil bestand darin, dass alle Anschlüsse zu den Druckluftventilen und Druckwächtern bereits verdrahtet geliefert wurden, so dass sie nur noch in ihrer Endposition montiert werden mussten.


Neben der mechanischen und elektrischen Montage musste in Abstimmung mit den restlichen Arbeiten die Wärmedämmung der Teile, wie z.  B. des Filters, Gebläses und Kanalsystems, vorgenommen werden. Diese Aufgabe erforderte einen hohen Grad an Koordinierung mit der mechanischen Montage. Sie wurde sowohl nach der Vormontage- als auch nach der Montagephase durchgeführt.


7 Überprüfungen und Anfahren

Nach den beschriebenen Montagearbeiten und noch immer innerhalb des Grenzwerts von 34 Tagen Stillstandszeit wurden die Module geprüft, ob sie luftdicht sind. Auch die gute Funktion der Einlass- und Austrittsschieber des Filters sowie des neuen Frischluftventils wurden überprüft. Letzteres sorgt dafür, dass keine Gase zum Filter gelangen, wenn sie eine Temperatur haben, die über der liegt, für die das Material der Filterschläuche ausgelegt ist.

Nachdem diese Überprüfungen zusammen mit denen für das Gebläse, die Luftschleusen, die neuen Schneckenförderer und den Regler SPC 800 (sowohl vom Filter als auch von der zentralen Schaltwarte) durchgeführt worden waren, konnte die Produktionslinie angefahren werden.


8 Betrieb des neuen Filters

Seit seiner Installation läuft der neue Filter mit hoher Leistung mit den vorhergesagten Lastverlusten und einer Staubemission, die beachtlich unter der garantierten Konzentration von
20 mg/Nm³ Trockengas liegt. In Tabelle 1 werden die in den ersten Betriebsmonaten aufgezeichneten Werte mit den Garantiewerten verglichen.


Die Angaben für die Staubemissionen, Gasmengen und Schornsteintemperaturen sind die Durchschnittswerte von insgesamt 17 Messungen (davon 14 mit laufender Rohmühle), die von zwei anerkannten Firmen durchgeführt wurden. Während des Zeitraums der Messungen war der Filterregler so eingestellt, dass der Abreinigungszyklus bei einem Differenzdruck von 15 mbar gestartet und bei einem Differenzdruck von 14 mbar beendet wurde. Bei dieser Einstellung ist der berechnete Druckluftverbrauch für die Abreinigung der Filterschläuche erstaunlich gering. Heute, nach mehr als einem Jahr seit Inbetriebnahme des Filters weist die Staubemission die gleichen Werte wie zu Beginn auf, und nicht ein einziger Filterschlauch musste ausgewechselt werden.


9 Schlussfolgerungen

Es wäre nicht möglich gewesen, die erforderlichen Montage- und Demontagearbeiten innerhalb des festgesetzten Zeitrahmens von 34 Tagen durchzuführen ohne einen hohen Grad der Abstimmung zwischen den beteiligten Abteilungen, sowohl von Cementos Portland Valderrivas als auch von FLSmidth. Nicht zu vernachlässigen ist auch die Arbeit der Firmen für die mechanische Montage, die Wärmedämmung und die Elektroinstallation sowie der Kranfahrer. Zusammen waren sie die Garantie dafür, dass die unterschiedlichen Spezialaufgaben mit nur minimalen Unterbrechungen erfüllt wurden, und sie sorgten dafür, dass die Schwierigkeiten, die es unbestreitbar gab, auf der Baustelle überwunden wurden.


Auch das Programm zum Arbeits- und Gesundheitsschutz während der Montage verdient eine besondere Erwähnung. Dank seiner Durchsetzung und seiner Empfehlung für alle Arbeiter der beteiligten Firmen gab es keine Unfälle während der Ausführung des Projekts zu beklagen.

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