DE2949786A1 - Verfahren zum ermitteln der filterstromgrenze eines elektrofilters - Google Patents

Verfahren zum ermitteln der filterstromgrenze eines elektrofilters

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DE2949786A1 DE19792949786 DE2949786A DE2949786A1 DE 2949786 A1 DE2949786 A1 DE 2949786A1 DE 19792949786 DE19792949786 DE 19792949786 DE 2949786 A DE2949786 A DE 2949786A DE 2949786 A1 DE2949786 A1 DE 2949786A1
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Helmut Dipl.-Ing. 6078 Neu Isenburg Herklotz
Ing.(grad.) Günter 6000 Frankfurt Mehler
Franz Dipl.-Ing. 6057 Dietzenbach Neulinger
Walter Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Schmidt
Helmut Dipl.-Ing. 6056 Heusenstamm Schummer
Heinrich 8524 Neunkirchen Winkler
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
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Description

METALLGESELLSCHAFT AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Frankfurt/Main ·*»·»« - Λ
79 P 8 5 2 9
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Berlin und München
Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilter, das z.B. über ein Thyristorstellglied aus einem Wechselstromnetz gespeist ist und bei dem die Steuerspannung des Stellgliedes abhängig von Filterbetriebswerten bis zu einer vorgegebenen Filterstromgrenze änderbar ist.
Mit diesem Oberbegriff wird auf ein Steuerverfahren Bezug genommen, wie es beispielsweise in der Siemens-Zeitschrift 1971, S. 56? - 572 näher beschrieben ist. 20
Da die Wirksamkeit eines Elektrofilters etwa mit dem Quadrat der anliegenden Spannung steigt, muß man bestrebt sein, die Filterspanr.ung so hoch wie möglich einzustellen. Die Durchbruchsfostigkeit des Gases be-
Ch 2 Sie / 23.11.1979
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grenzt allerdings diese Spannung nach oben. Da es außer dem Durchbruch selbst kein Kriterium für die maximal mögliche Spannung gibt, müssen in bestimmten Zeitabständen Durchbrüche herbeigeführt werden, um diese Grenze abzutasten. Da sich die Durchbruchsgrenze sehr schnell ändern kann, muß relativ häufig abgetastet werden.
Bei einer derartigen durchschlagabhängigen Regelung muß dafür gesorgt werden, daß die Strombelastbarkeit der Anlage nicht überschritten wird. Bei der bekannten Anordnung wird durch eine einstellbare Strombegrenzung bei Erreichen des eingestellten Wertes ein weiteres Ansteigen der Steuerspannung verhindert. Steigt der Strom wegen einer Verkleinerung des Staubwiderstandes an, dann bewirkt die Strombegrenzung ein langsames Absenken der Steuerspannung, bis der Strom auf seinen eingestellten Wert abgesunker. .1st.
Neben dieser Nennetrombe^r^nzung ist noch eine andere Art der Filterstrombegrer?.un£ von Interesse. Unter bestimmten Betriebsbedingungen des Elektrofliters, z.B. in Sinteranlagen oder ira Bypansbetrieb im Zementwerk kann entweder ein Filterspannungsmaximum oder auch eine Filterspannurigssättigung eintreten. Hier ist das Ziel der Funktion "Strombegrenzung" das Maximum bzw. die Sättigung festzustellen, um unnötig hohe Filterströme zu verhindern.
Die Aufgabe der vorliegeacen Erfindung besteht darin, die vom Betriebszustand des Filters abhängige Filterstromgrenze so zu bestimmen, daß sich ein optimales Verhältnis von Abscheiderlei .oiung zum Energieaufwand ergibt.
Diese Aufgabe wird errfindungsgeraäß dadurch gelöst, daß während des Filterbetriebes in vorgegebenen Zeitabstän-
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den die Steuerspannung selbsttätig in vorgegebenen Schritten bis zu einem Minimalwert und von hier aus wieder bis zum ursprünglichen Wert geändert wird, daß dabei fortlaufend die Verhältnisse von Änderung der FiI-terspannung zu Änderung der Steuerspannung und Änderung der Filterspannung zur Änderung des Filterstromes berechnet werden und daß beim Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte dieser Verhältnisse oder bei einer Vorzeichenänderung zweier aufeinanderfolgender Verhältniswerte der jeweils zugehörige Filterstrom die Filterstromgrenze bestimmt.
Auf diese Weise lassen sich Sättigungserscheinungen bzw. Maximalwerte der Filterspannung erkennen, ab denen eine weitere Steigerung der Energiezufuhr zum Filter, d.h. Stromerhöhung, keine wesentliche Erhöhung der Abscheiderleistung mehr ergibt.
Das Erkennen derartiger Grenzwerte ist im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Betrieb des Elektrofilter von großem Interesse.
Vorteilhafterweise wird die Filterstromgrenze, ab der eine weitere Steigerung der Filterleistung verhindert wird, etwa so gewählt, daß sie 3 bis 1596 über dem Filterstrom liegt, an dem die vorstehend erwähnten Kriterien vorliegen.
Vorteilhafterweise werden ferner die zu Jedem Schritt gehörigen Werte von Filterstrom und Filterspannung gespeichert und die daraus bestimmbare Filtercharakteristik angezeigt. Dies gibt zum einen dem Bedienungspersonal einen Aufschluß über das Betriebsverhalten des Filters und kann andererseits von Interesse für übergeordnete Optimierungsstrategien mehrerer Filter sein. Bei der Aufnahme der Filtercharakteristik wird
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ferner vorteilhafterweis«? das Verhältnis von Änderung der Filterspannung und Änderung des Filterstromes zur Änderung der Steuerspannung berechnet. Ergibt sich, daß die relative Änderung der Filterspannung bei einer Änderung der Steuerspannung größer ist als die Änderung des Filterstromes, so wird bei Durchschlägen des Filters eine definierte Spannungsabsenkung vorgenommen. Ergibt sich der umgekehrte Fall, so wird bei Durchschlägen eine definierte StromabSenkung vorgenommen. Auf diese Weise kann entschieden werden, ob als Reaktion auf einen Durchbruch zweckmäßigerweise der Strom oder die Spannung um einen vorgegebenen Betrag abzusenken ist, damit man z.B. im Rahmen der vorgegebenen Durchschlagshäufigkeit bleibt.
Vorteilhafterwelse werden femer bei Vorhandensein mehrerer hintereinander oder paralielgeschalteter Filter die Zeitpunkte für die Aufnattme der Filtercharakteristik so gewählt, daß jeweils nur bei einem Filter die Steuerspannung variiert wird. Sei z.B. angenommen, daß die Filtercharakteristik alle 15 Minuten aufgenommen wird and die Aufnahme Jeweils eine Sekunde dauert, ist einzusehen, daß hierdurch der Abscheidebetrieb praktisch nicht berührt wird.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die YrI iridung näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 das elektrische Sei αLtungsschema einer Filteranlage mit Steuerung,
Figur 2 zwei Filtercharekterir-tiken, d.h. Abhängigkeit
von Filterspannung und Filterstrom und Figur 3 den Verlauf der Filtsrspannung in Abhängigkeit von der Steuerspannung am Stellglied.
Bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung wird das Elek-
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trofilter 1 über Hochspannungsgleichrichter 2, Hochspannungstransformator 3 und ein aus antiparallelgeschalteten Thyristoren bestehendes Thyristorstellglied 4 aus einem Wechselspannungsnetz 6 gespeist. In Abhängigkeit von Filterbetriebswerten, wie z.B. Primärstrom und Primärspannung, Sekundärspannung, Sekundärstrom und Zahl der Durchschläge im Filter, wird durch einen Regler t- die Steuerspannung U^+ für das Thyristorstellglied U so Lestimmt, daß sich optimale Filterbetriebswerte ergeben.
Eine Steuerung dieser Art ist beispielsweise in dem eingangs genannten Aufsatz beschrieben. Im Zuge der heutigen Digitalisierung der Technik ist es von Vorteil, wenn dieser Regler 5 heute als digitaler Regler ausgebildet wird, d.h. im wesentlichen aus einem Mikrocomputer^'.-; tem besteht.
Zusätzlich zu dem gerade beschriebener« Filter sind noch weitere Filter 7 und 8 angedeutet. Die Digitalregler 5 der einzelnen Filter verkehren über einen Datenbus Q-i mit einem übergeordneten Leitrechner 9, dem eine Anzeige 91 zugeordnet ist. Vo.n Leitrechner 9 her können die einzelnen Betriebsparameter und Einsrellwerte vorgegeben werden und gegebenenfalls Optiir.ierungsstrategien für die Filter berechnet werden.
Die Funktion Filterstrom als Funktion der Scheitel-spannung bzw. des arithmetischen Mittelwertes oder des Effektivwertes der Filterspannung sei nachfolgend als Filtercharakteristlk bezeichne+:. Sie ist u.a. von dem momentanen Betrlebsverhältnissen des Elektrofilters abhängig und muß daher zyklisch, z.B. im Abstand voxi 15 Minuten ermittelt werden, und z"*ar zu einem Zeitpunkt, an dem nicht gerade die Durchschlagsgrenze abgetastet wird.
Bei der Aufnahme der V'ilterchar^kteristik wird zunächst
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die aktuelle ßteuersparmung U3^ gespeichert und dieser Wert nach Abschluß der Filtercharakteristikaufnahme erneut an den Thyristorsteller U ausgegeben. Gleichzeitig werden die zugeordneten Werte von Filterspannung und Filterstrom gespeichert. Anschließend wird zu Beginn jeder Halbwelle der Primärspannung die Steuerspannung um ein konstantes Inkrement^U-. vermindert bis zum Erreichen eines Minimalwertes von z.B. 1 Volt, der durch die untere mögliche Steuerspannung gegeben ist. Anschließend wird die Steuerspannung Ug+ von diesem Miniinalwert mit dem gleichen Inkrement wieder bis zum aktuellen Wert am Beginn der Aufnahme hochgefahren. Sei z. B. angenommen, daß die gesamte Filtercharakteristik in 32 Stützpunkte unterteilt sei, was für die normalen Betriebsverhältnisse völlig ausreicht, so ist dabei mit einer Maximaldauer von etwa 0,5 bis 1 Sekunde für die Aufnahme der Filtercharakteristik zu rechnen.
Die jeder Steuerspannung Vc.^ zugeordneten Werte der FiI-terspannung Up, ^p. 1 usw. und des Filterstromes Ip werden während der Absenkpha%e gespeichert und mit den entsprechenden Werten der Hochlaufphase arithmetisch geEittelt. Die hieraus berechnete Charakteristik kann i'.ann in der Anzeige 91 angezeigt werden.
Nach Erreichen des Anfangswertes der Steuerspannung •wird geprüft, ob die Filterstrombegrenzung verändert werden muß und der aktuelle Umschaltpunkt zwischen Strom- und Spannungsabsenkung bei Durchschlägen berechnet. In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, daß beim Auftreten eines Durchschlages während der Aufnahme der Filtercharakteristik die normale Spannungsbzw. Stromabsenkurgsroutinr- eingreift und die Aufnahme der Charakter!sti)" abgebrochen wird, da während des eigentlichen Durchschlages keine brauchbaren Verhältniswerte berechenbar sind.
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In Figur 2 sind zwei Filtercharakteristiken, d.h. Filterstrom Ip in Abhängigkeit von der Filterspannung Up aufgetragen, und zwar zeigt die Kurve a eine Filtercharakteristik mit einem Spannungsmaximum und dia Kurve b eine Filtercharakteristik mit Sättigungserscheinungen. Eine Filterspannungssättigung liegt vor, wenn, Δ Up, _
..-*1 < y oder ~ vgl. Figur 3 -1Fl
Δ UF1
^USti - ist
wobei Δ Up1, .^. Ip* und Δ ^c+. normierte Inkremente von Filterspannung, Filterstrom und Steuerspannung in Meßpunkt i sind, mit Δ ^. i S, 32
Als Schwellwert sei z.B.ζ,= 0,005 vereinbart. Wird also während der Aufnahme der Filtercharakteristik dieser Wert£,unterschritten, so wird in diesem Fall der maximale Filtergrenzstrom auf den Wert Ipmax = X · -'p begrenzt, wobei I'p derjenige Wert ist, an dem las betreffende Kriterium festgestellt wurde und χ zwischen 3 und "\5% gewählt ist.
Ein Filterspannungsmaximum liegt vor, wenn das Vorzeichen eines Filterspannungsinkrementes ungleich dem Vorzeichen des nächsten Filterspannungsinkrementes bei veränderter Steuerspannung ist (vgl. Kurve a), d.h. also Vorzeichen mit Λ UFi+1 - UFi+2 - UFi+1
- Up.
^ USti+1 ^i
wobei mit i die Abtastpunkte der Filtercharakteristik bezeichnet sind. Auch In diesem Fall wird dennaximale Filterstrom auf den Wert "begrenzt: Ipmax = X · I'F
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Der maximale Filterstrom sowie die ihm zugeordneten Werte der Filter-und der Steuerspannung werden gespeichert, bie begrenzen z.B. den Stellbereich einer Rauchgasdichteregelung oder das Abtasten der Durchschlagsgrenze.
Zusätzlich kann noch aus der Aufnahme der Filtercharakteristik der Umschaltpunkt festgelegt werden, d.h. der Punkt, ab dem bei einem Durchschlag vorteilhafterweise eine definierte Spannungs- oder Stromabsenkung vorgenommen werden soll. Der als Kriterium für diese Wahl angenommene Umschaltpunkt wird dadurch ermittelt, daß das Verhältnis von Änderung der Filterspannung zur Änderung der Steuer spannung \·ηά das Verhältnis von Änderung des Filterstromes zur Änderung der Steuerspannung berechnet wird und daß diese beiden Verhältniswerte miteinander verglichen werden. Ergibt sich eine relativ größere Reaktion des Filterstromes als der Filterspannung bei Änderung der Steuerspannung, so wird bei Durchschlägen mit definierter Stromabsenkung gearbeitet, da dies dann verfahrenstechnisch gunstiger ist. Das umge- <elirte gilt, falls die relative Spannungsänderung höher als die relative Stromänderung bei Änderung der Steuerspannung ist,
<O 5 Patentansprüche
3 Figuren
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    [y. Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilters, das über ein Stellglied aus einem Vechselstromnetz gespeist ist und bei dem die Steuerspannung des Stellgliedes abhängig von Filterbetriebswerten bis zu einer vorgegebenen Filterstromgrenze änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß während de::; Filterbetriebes Ln vorgegebenen Zeitabständen die SteuerSpannung (Ust) in vorgegebenen Schritten ( Δυ ) bis zu einem Minimalwert und von hier aus wieder bis zum ursprünglichen Wert geändert wird, daß dabei fortlaufend die Verhältnisse von Änderung der Filterspannung (U ) zur Änderung der Steuerspannung und Änderung der Filterspannung zur Änderung des Filterstromes (I ) berechnet werden und daß bei Unterschreiten vcrgegebener Grenzwerte (c ) dieser Verhältnisse oder bei einer Vorzeichenänderung zweier aufeinanderfolgender Verhältniswerte der Jeweils zugehörige Filterstrom (I' ) die Filterstromgrenze (!,jv,- ) bestimmt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterstromgrenze (Ipmax) zu etwa 3 bis 15% über demjenigen Filterstrom (I' ) liegt, bei dem eines der Kriterien erfüllt ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Jedem Schritt gehörigen 'werte von Filterstrom (I) und Filterspannung (Uv) gespeichert werden und die resultierende Filtercharakteristik angezeigt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer hintereinander oder parallelgeschalteter Filter (1, 7, 8) die Zeitpunkte für die Aufnahme der Filtercharakteristik so gewählt
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    ORIGINAL INSPECTED
    - 2 - VPA 79 P 8 5 2 9 BRD
    sind, daß jeweils nur bei einem Filter die Steuerspannung (Uß-fc) variiert wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Änderung der Filterspannung (Up) und Änderung des Filterstromes (Ip) zur Änderung der Steuerspannung (Ug+) berechnet wird und durch den jeweils größeren relativen Wert festgelegt ist, ob als Reaktion auf die Durchschläge des Filters eine definierte Spannungs- oder Stromänderung durchgeführt wird.
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