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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betneb eines Elektrofilters bei der Abscheidung brennbarer Stäube, wobei die staubbeladenen, strömungsfähigen Medien, z.B Abgase von Holzspanetrocknem, durch aus positiv gepolten Niederschlagselektroden und negativ gepolten Spruhelektroden gebildete Gassensysteme bzw Abscheidezonen geführt werden, und wobei währenddessen die Betriebsspannung dieser Gassensysteme bzw. Abscheidzonen auf einen moglichst nahe der Überschlagsgrenze gelegenen Wert hochgeregelt wird, und wobei bei Entladungsvorgängen mit Lichtbogenbildung die Betriebsspannung sofort abgesenkt sowie anschliessend wieder auf die günstigste Betriebsspannung hochgeregelt wird.
Gegenstand der Erfindung ist aber auch ein Elektrofilter zur Ausübung dieses Verfahrens, bestehend aus von Niederschlagselektroden und Sprühelektroden gebildeten Gassensystemen bzw Abscheidzonen und aus einem deren Betnebsspannung beeinflussenden Spannungsregler, wobei über den Spannungsregler einerseits die Betriebsspannung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betnebszustand, z.B der Zusammensetzung, Temperatur und Feuchtigkeit des Mediums, standig auf die augenblickliche Überschlagsgrenze einstellbar ist, während über ihn andererseits die Betnebsspannung bei Auftreten eines Entladungsvorgangs bzw Lichtbogens zeitweilig absenkbar ist Die staubbeladenen Abgase durchstromen bei solchen Elektrofiltern ein aus plattenförmigen Niederschlagselektroden gebildetes Gassensystem, in dem sich zentnsch angeordnete Drähte als Sprühelektroden befinden.
Ein Filterspannungsregler hat die Aufgabe, die an den Elektroden anliegende Spannung stets in der Nahe der Überschlagsgrenze zu halten, weil erfahrungsgemäss bei dieser Betriebsspannung die optimale Abscheidleistung jeder Zone und damit des gesamten Filters erreicht wird Die günstigste Betriebsspannung wird automatisch unter Berücksichtigung der sich ständig, bspw mit Temperatur, Gaszusammensetzung und Staubgehalt, ändernden Durchbruchsspannung nach Zahl und Intensität der Überschläge eingestellt.
Durch den Einsatz von Leistungsthyristoren als Stellglieder in Verbindung mit dem Filterspannungsregler, der die Filterspannung direkt auf der Hochspannungsseite erfasst, ist es u.a möglich, die Reglereingriffszeiten auf weniger als 10 ms zu verkürzen. Tritt trotz einer dem Filter zugeordneten sogenannten Wischerautomatik im Filter ein Stehlichtbogen auf, so löscht der Regler diesen Lichtbogen durch Impulssperrung des Thyristorstellers. Bei einem Dauerkurzschluss im Elektrofilter wird die gesamte Spannungsumsetzanlage nach etwa 5 sec abgeschaltet, und es erfolgt eine Meldung dieser Störung.
Bei der Abscheidung brennbarer Stäube im Elektrofilter kann es in manchen Fällen durch die bei Spannungsüberschlägen auftretenden Überschlagsfunken bzw.-Lichtbogen zu Bränden der als Ansammlung auf den Niederschlagselektroden befindlichen Stäube kommen, weil diese durch den elektnschen Überschlag gezündet werden. Es stellt sich dann im Filter ein Glimmbrand ein, der sich mit grosser Wärmeentwicklung ausbreitet und dann zur völligen Zerstörung der Anlage führen kann. Eine solche Brandgefahr stellt sich insbesondere bei solchen Elektrofiltern ein, die zur Entstaubung der Abgase von Holzspänetrocknern eingesetzt werden.
Aus der EP 38 505 A1 ist bekannt, wie sich beim Betneb eines Elektrofilters zwischen Normaldurchschlägen und Folgedurchschlägen unterscheiden lässt Die Erkennung der Folgedurchschläge soll dabei dazu genutzt werden, die Steuerspannung für ein Stellglied so zu führen, dass ihre Zahl möglichst gering bleibt.
Aus der EP 39 817 A1 ist es grundsätzlich bekannt, die Spannung eines Elektrofilters zu regeln, indem bei der Inbetriebnahme des Filters eine Reihe von zur Regelung dienenden Parametem gespeichert wird und die jeweils während des Filterbetriebs wirksamen Parameterwerte vom Prozesszustand der Anlage abhängig sind
Die DE 3 327 443 A1 wiederum offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines gesamten elektrostatischen Staubabscheiders in bezug auf einen minimalen Energieverbrauch bei bestimmtem Wirkungsgrad. Hierzu wird der Staubgehalt in der Austrittsluft des Staubabscheiders gemessen und je nach seinem Anteil die Energieversorgung innerhalb festgelegter Grenzen gesteuert.
Der Erfindung ist nun das Ziel gesteckt, ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters sowie ein Elektrofilter zur Ausübung dieses Verfahrens anzugeben, welches einerseits darauf hinwirkt, elektrische Überschläge im aktiven, staubbeladenen Teil des Elektrofilters zu vermeiden, welches andererseits aber im Sinne einer optimalen Staubabscheidung die Betnebsspannung des Elektrofilters immer möglichst nahe der Überschlagsgrenze hält.
Auf verfahrenstechnischem Wege wird die gestellte Aufgabe durch die Erfindung damit gelost, dass ausserhalb der aktiven Abscheidzone in einem moglichst staubfreien, aber ansonsten allen
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wesentlichen Betriebsparametern unterliegenden Medienstrom eine Soll-Funkenstrecke mit hoher Empfindlichkeit betrieben wird, dass dabei ständig einerseits die Aktivität dieser Soll-Funkenstrecke uberwacht, und registriert sowie andererseits auch die Aktivität der möglichen bzw KannFunkenstrecken innerhalb der Gassensysteme mindestens der Hauptabscheidzone ermittelt und registriert werden, und dass damit das Hochspannungsaggregat zumindest der Hauptabscheidzone ausschliesslich über einen fortwährenden Vergleich der Registrierwerte für die Soll-Funkenstrecke und die Kann-Funkenstrecken auf eine die Überschlagsgrenze tangierende Betnebsspannung eingestellt wird.
Da die Soll-Funkenstrecke so eingestellt werden kann, dass während des Filterbetnebes zu jeder Zeit die für die Hochspannungsregelung massgebende Überschlagsgrenze nur an dieser Stelle erreicht wird, bevor sie an einer anderen Stelle innerhalb der aktiven Abscheidzone auftreten kann, lässt sich nach der erfindungsgemässen Verfahrensart ein Elektrofilter auch fur die Abscheidung brennbarer Partikel bzw Staube mit hoher Brandsicherheit betreiben
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist grundsätzlich vorgesehen, dass auch die SollFunkenstrecke vom Hochspannungsaggregat des Hauptabscheidfeldes versorgt wird Selbstverständlich ist es aber auch durchaus denkbar, die Soll-Funkenstrecke mit einer vom Hochspannungsaggregat der Hauptabscheidzone unabhängigen Hochspannungsversorgung zu verknüpfen
Die erfindungsgemässe Verfahrensart sieht auch vor,
dass die Soll-Funkenstrecke von einem Strahlungsdetektor bzw.-sensor überwacht wird, damit auf diese Art und Weise sicher geortet werden kann, dass die Spannungsüberschläge nicht im brandgefährdeten Bereich des Filters sondern ausserhalb desselben auf getreten sind.
Durch den Vergleich der Registrierwerte für die Soll-Funkenstrecke und die KannFunkenstrecken wird erfindungsgemäss zumindest der Spannungsregler für die Hauptabscheidzone eingestellt, und zwar in der Weise, dass dieser auf eine Betriebsspannung hochregelt, welche die augenblickliche Überschlagsgrenze tangiert bzw. an dieser liegt.
Sofern jedoch die Anzahl der im Bereich der Kann-Funkenstrecken auftretenden Spannungsüberschläge gegenüber denjenigen im Bereich der Soll-Funkenstrecke überwiegt, wird über den Spannungsregler die Betriebsspannung der aktiven Abscheidzone des Elektrofilters unter die Überschlagsgrenze abgesenkt.
Die Überschlagsgrenze der Soll-Funkenstrecke kann nach der Erfindung auf einfache Art und Weise durch Abstandsänderung ihrer Elektroden verändert werden.
Ein der Ausübung der vorstehend aufgezeigten Verfahrensart dienliches Elektrofilter der gattungsgemässen Art ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch eine ihm ausserhalb der aktiven Abscheidzone zugeordnete Soll-Funkenstrecke, welche über eine andererseits von den KannFunkenstrecken der Abscheidzone beeinflussbare Vorrang- bzw. Zählschaltung mit dem Spannungsregler verknüpft ist, wobei der Spannungsregler in Abhängigkeit von der SollFunkenstrecke über die Vorrang- bzw. Zählschaltung auf eine Betriebsspannung der aktiven Abscheidzone bzw. der Kann-Funkenstrecken einstellbar ist, die an der augenblicklichen Überschlagsgrenze liegt.
Um einen ordnungsgemässen bzw folgerichtigen Betrieb des Elektrofilters sicherzustellen, sieht die Erfindung ferner vor, dass der Soll-Funkenstrecke ein Strahlungsdetektor bzw.-sensor zugeordnet ist, welcher der Funkenerkennung ausserhalb der aktiven Abscheidzone des Elektrofilters dient und über die Vorrang- bzw. Zählschaltung mit dem Spannungsregler in Verbindung steht.
Erfindungsgemäss ist die Soll-Funkenstrecke mit abstandsveränderlichen Elektroden ausgestattet. Dabei kann der Elektrodenabstand manuell einstellbar sein. Er kann aber auch selbsttätig einstellbar gemacht werden.
In den meisten Fällen ist es ausreichend oder sogar zweckmässig, wenn die Soll-Funkenstrecke mit dem Hochspannungsaggregat der Hauptabscheidzone des Filters verknüpft ist. Es besteht andererseits aber auch die Möglichkeit, dass die Soll-Funkenstrecke eine vom Hochspannungsaggregat der Hauptabscheidzone unabhängige Hochspannungsversorgung aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 in schematisierter Darstellung eine ein Elektrofilter benutzende Anlage zur
Abscheidung brennbarer Stäube aus strömungsfähigen Medien, z.B aus Abgasen von Holzspänetrocknem, während die
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Figur 2 in graphischer Darstellung die Funktionsweise des Hochspannungsreglers für das
Elektrofilter bei dessen Betrieb an der Überschlagsgrenze.
Die in Fig. 1 der Zeichnung gezeigte Anlage zur Abscheidung brennbarer Staube aus staubbeladenen, strömungsfähigen Medien, z. B. aus Abgasen von Holzspänetrocknern, umfasst, ein Elektrofilter 1, das in der gezeigten Bauform fur vertikale Mediendurchströmung ausgelegt ist, welches natürlich aber auch so gebaut werden kann, dass es mit horizontaler Mediendurchströmung arbeitet. Das Elektrofilter 1 hat dabei die übliche Bauart, d h in einem rechtwinkligen kastenförmigen Gehäuse ist ein aus in Reihen angeordneten, plattenförmigen Niederschlagselektroden gebildetes Gassensystem untergebracht, das -vertikal oder horizontal von dem staubbeladenen, stromungsfähigen Medium durchströmt werden kann. In dem Gassensystem, und zwar in den Mittenebenen der einzelnen Gassen ist ein System von Spruhelektroden vorgesehen, die mit einer Hochspannungsanlage verbunden sind.
Der abgeschiedene Staub fällt in den unter dem Elektrofilter 1 befindlichen Staubbunker 2, der durch einen Staubaustrag 3 entleert werden kann.
Das staubbeladene, stromungsfähige Medium wird bspw. als Abgas eines Holzspänetrockners dem Elektrofilter 1 durch ein Leitungssystem 5 zugeführt und wird dann auf seinem Weg durch das Gassensystem von Niederschlagselektroden dem elektrischen Hochspannungsfeld 6 der Spruhelektroden ausgesetzt. Das von den Stäuben befreite strömungsfähige Medium, in welchem jedoch noch alle anderen wichtigen Betriebsparameter gegeben sind, gelangt sodann aus dem Elektrofilter 1 in die Reingasleitung 7.
Das elektnsche Hochspannungsfeld 6 des Elektrofilters 1 ist für seinen ordnungsgemässen Betneb einerseits mit einem Hochspannungstransformator 8 und andererseits mit einem Hochspannungsregler 9 verknupft. Letzterer kann dabei mit weiteren elektrischen Komponenten, bspw. Messumformern 10, Analoganzeigen 11 und manuellen Grösstwertbegrenzem 12 in einem gemeinsamen Gehäuse 13 untergebracht werden.
Im Normalbetrieb des Elektrofilters 1 wird über den Hochspannungsregler 9 die Filterspannung so geregelt, dass sie kurz unter der sogenannten Überschlagsgrenze liegt, wie das in Fig. 2 der Zeichnung erkennbar ist. Bei dieser Betriebsweise besitzt das Elektrofilter 1 in einem elektrischen Hochspannungsfeld 6 den höchsten Abscheidgrad. Die zulässige Spannung während des Filterbetriebs ändert sich fortwährend mit dem jeweiligen Filter-Betriebszustand und hängt dabei u. a von der Zusammensetzung, der Temperatur und der Feuchtigkeit des staubbeladenen, strömungsfähigen Mediums ab.
Im Sinne einer optimalen Abscheideleistung ist es daher bedeutsam, dass der Hochspannungsregler 9 ständig die augenblickliche Überschlagsgrenze im elektrischen Hochspannungsfeld 6 ermittelt und dementsprechend die Betriebsspannung neu einstellt Mit diesem Vorgang läuft beim Erreichen der Überschlagsgrenze jedesmal kurzfristig ein Entladungsvorgang ab, und zwar unter Bildung eines mehr oder weniger intensiven Lichtbogens, eines sogenannten Wischers, wie das in Fig 2 angedeutet ist. Mit dem Entstehen eines solchen Wischers senkt dann der Hochspannungsregler 9 augenblicklich die Betnebsspannung des elektrischen Hochspannungsfeldes 6 ab, um sie anschliessend wieder rampenförmig bis an die Überschlagsgrenze heranzufahren. Es ergibt sich somit zwangsläufig maximale Betnebsspannung bei eventuell schwankender Überschlagsgrenze.
Der vorstehend erläuterte Betrieb des Elektrofilters 1 einer Staubabscheidungsanlage läuft in aller Regel optimal und problemlos ab, sofern strömungsfähige Medien behandelt, werden, die mit nichtbrennbaren Stäuben beladen sind Müssen jedoch strömungsfähige Medien behandelt werden, die mit brennbaren Stäuben beladen sind, bspw. Abgase von Holzspänetrocknem, dann stellt sich das Problem ein, dass die auf den Niederschlagselektroden angelagerten, brennbaren Staubpartikel durch die innerhalb des elektrischen Hochspannungsfeldes 6 zwischen den Sprühelektroden und den Niederschlagselektroden auftretenden Überschläge bzw Wischer gezündet werden.
Im Elektrofilter 1 kann sich dann ein Glimmbrand mit grosser Wärmeentwicklung ausbreiten, der in vielen Fällen eine vollige Zerstörung der Staubabscheidanlage zur Folge hat
Es sind daher Vorkehrungen zur wirksamen Vermeidung von Glimmbranden innerhalb des Elektrofilters 1 zu treffen.
Diese Vorkehrungen bestehen dann, dass ausserhalb der aktiven Abscheidzone des Elektrofilters 1, also entfernt von dem diese bildenden elektrischen Hochspannungsfeld 6, und zwar in einem staubfreien, aber ansonsten allen wesentlichen Betnebsparametern des Medienstroms unterliegenden Bereich eine Soll-Funkenstrecke 14 betrieben wird, die ein weiteres elektrisches Hochspannungsfeld 15 aufbaut. Das elektrische Hochspannungsfeld 15 der Soll-
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Funkenstrecke 14 hat dabei grundsätzlich eine zumindest etwas grössere Empfindlichkeit als das elektrische Hochspannungsfeld 6 im Elektrofilter 1.
D.h. während des Betriebs des Elektrofilters 1 wird zu jeder Zeit die für die Hochspannungsregelung massgebende Überschlagsgrenze im Bereich der Soll-Funkenstrecke 14 bzw des elektrischen Hochspannungsfeldes 15 erreicht, bevor sie an irgendeiner Stelle des elektrischen Hochspannungsfeldes 6 innerhalb der aktiven Abscheidzone des Elektrofilters 1 auftreten kann. Über einen Einsteller 16, der manuell, aber auch automatisch betätigt werden kann, lässt sich die Empfindlichkeit der Soll-Funkenstrecke 14 bzw des elektrischen Hochspannungsfeldes 15, bspw.
durch Veränderung des Elektrodenabstandes innerhalb gewisser Grenzen variieren, damit die Betriebsspannung im elektrischen Hochspannungsfeld 6 des Elektrofilters 1 im Sinne einer hohen Wirksamkeit immer nahe der Überschlagsgrenze gehalten wird
Die Uberschlagserkennung sowohl für das elektrische Hochspannungsfeld 6 der aktiven Abscheidzone des Elektrofilters 1 als auch für das elektrische Hochspannungsfeld 15 der SollFunkenstrecke 15 ist im Hochspannungsregler 9 vorhanden bzw. integriert. Dabei kann jedoch die Überschlagserkennung des Hochspannungsreglers 9 für sich allein nicht unterscheiden, ob der jeweilige Überschlag bzw.
Wischer im elektrischen Hochspannungsfeld 6 des Elektrofilters 1 oder aber im elektrischen Hochspannungsfeld 15 der Soll-Funkenstrecke 14 aufgetreten ist Es findet vielmehr eine kumulierende Registrierung der Überschläge bzw Wischer in einem dem Hochspannungsregler 9 zugeordneten Zähler 17 statt.
Zur Sicherstellung einer örtlichen Unterscheidung zwischen den in der Anlage auf getretenen Überschlägen bzw Wischern, arbeitet die Soll-Funkenstrecke 14 bzw deren elektrisches Hochspannungsfeld 15 mit einem Strahlungsdetektor bzw.-sensor 18 zusammen, welcher nur auf die Überschläge bzw Wischer im Bereich der Soll-Funkenstrecke 14 bzw des elektrischen Hochspannungsfeldes 15 reagiert und auf einen weiteren, nachgeschalteten Zähler 19 arbeitet Stimmen nur die Zählwerte der beiden Zähler 17 und 19 überein, dann sind mit höchster Wahrscheinlichkeit nur an der Soll-Funkenstrecke 14 Überschläge bzw. Wischer aufgetreten, die keinen Ghmmbrand im Bereich der aktiven Abscheidzone des Elektrofilters 1 auslösen können.
Ist jedoch der Zählwert in dem vom Hochspannungsregler 9 beaufschlagter Zähler 17 grösser als der allein von der Soll-Funkenstrecke 14 beaufschlagten Zähler 19, dann sind auch in der aktiven Abscheidzone bzw. im Bereich des elektrischen Hochspannungsfeldes 6 des Elektrofilters 1 Überschläge bzw. Wischer aufgetreten, aus denen dann Brandgefahr resultiert. Über den Einsteller 16 ist dann die Soll-Funkenstrecke 14 in dem Sinne nachzujustieren, dass das Auftreten nachfolgender Überschläge bzw. Wischer zur Soll-Funkenstrecke 14 verlagert wird. Die beiden Zähler 17 und 19 können auch über eine Vergleichs Schaltung zusammenarbeiten, die auf eine Steuerleitung 20 einwirkt, welche auf den Einsteller 16 geschaltet ist und diesen damit automatisch auf Nachjustierung der Soll-Funkenstrecke 14 beeinflusst.
Die Soll-Funkenstrecke 14 bzw. deren elektrisches Hochspannungsfeld 15 können im Elektrofilter 1 in unmittelbarer Nachbarschaft der Reingasleitung 7 oder aber in derselben vorgesehen werden, weil dort das zu überwachende strömungsfähige Medium praktisch staubfrei ist, ansonsten aber allen wesentlichen Betriebsparametem unterliegt, die einer optimalen Überwachung dienlich sind.
Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Anlage wird die Soll-Funkenstrecke 14 bzw deren elektrisches Hochspannungsfeld 15 vom gleichen Hochspannungsaggregat, nämlich dem Hochspannungstransformator 8 versorgt, wie die aktive Hauptabscheidzone, nämlich das elektrische Hochspannungsfeld 6 des Elektrofilters. Abweichend hiervon ist es aber auch möglich, die Soll-Funkenstrecke 14 mit einer vom Hochspannungsaggregat der Hauptabscheidzone unabhängigen Hochspannungsversorgung zu verknüpfen.
Die vorstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung gemachten Ausführungen lassen deutlich werden, dass ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters 1 sowie auch ein Elektrofilter 1 zur Ausübung dieses Verfahrens vorgeschlagen sind, bei der es auf das Vorhandensein einer SollFunkenstrecke 14 auf das Messen und Auswerten der sowohl im Bereich dieser SollFunkenstrecke 14 als auch im Bereich der aktiven Abscheidzone auftretenden Überschläge bzw.
Wischer sowie auf die funktionale Verknüpfung von aktiver Abscheidzone, Soll-Funkenstrecke 14 und Spannungsregler 9 ankommt.
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Liste der Bezugszeichen
1 Elektrofilter
2 Staubbunker
3 Staubaustrag
4 Holzspänetrockner
5 Leitungssystem
6 elektrisches Hochspannungsfeldlaktive Abscheidzone
7 Reingasleitung
8 Hochspannungstransformator
9 Hochspannungsregler
10 Messumformer
11 Analoganzeige
12 manueller Grosstwertbegrenzer
13 Gehäuse
14 Soll-Funkenstrecke
15 elektrisches Hochspannungsfeld der Soll-Funkenstrecke
16 Einsteller
17 Zähler
18 Strahlungsdetektor bzw-sensor
19 Zähler
20 Steuerleitung
Patentansprüche : 1. Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters bei der Abscheidung brennbarer Stäube, wobei die staubbeladenen, strömungsfähigen Medien, z. B. Abgase von Holzspänetrocknem, durch aus Niederschlagselektroden und Sprühelektroden gebildete Gassensysteme bzw.
Abscheidzonen geführt werden, wobei währenddessen die Betriebsspannung des elektrischen Hochspannungsfeldes der Abscheidzonen auf einen möglichst nahe der Überschlagsgrenze gelegenen Wert hochgeregelt wird, und wobei bei Entladungsvor- gängen mit Lichtbogenbildung die Betriebsspannung des elektrischen
Hochspannungsfeldes der Abscheidzonen sofort abgesenkt sowie anschliessend wieder auf die günstigste Betriebsspannung hochgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet.
dass ausserhalb der aktiven Abscheidzone in einem möglichst staubfreien, aber ansonsten allen wesentlichen Betnebsparametern unterliegenden Medienstrom eine Soll-
Funkenstrecke (14) mit hoher Empfindlichkeit betrieben wird, dass dabei ständig einerseits die Aktivität dieser Soll-Funkenstrecke überwacht (18) und registriert (19) sowie andererseits auch die Aktivität der Kann-Funkenstrecke innerhalb der Gassensysteme mindestens der Hauptabscheidzone ermittelt (9) und registriert (17) werden, und dass damit das Hochspannungsaggregat (8) zumindest der Hauptabscheidzone ausschliesslich über einen fortwährenden Vergleich der Registrierwerte (19) für die Soll-Funkenstrecke (14) und die Registrierwerte für die Kann-Funkenstrecken auf eine die Überschlagsgrenze tangie- rende Betriebsspannung eingestellt wird.