DE4491316C2

DE4491316C2 - Verfahren zum Steuern der Zufuhr eines Konditioniermittels zu einem elektrostatischen Abscheider

Info

Publication number: DE4491316C2
Application number: DE4491316A
Authority: DE
Inventors: Hans Jacobsson; Kjell Porle
Original assignee: ABB Flaekt AB; Flaekt AB
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2014-02-26
Also published as: JPH08507959A; AU6223694A; JP3447294B2; DE4491316T1; SE501119C2; AU687788B2; SE9302557L; SE9302557D0; WO1994020218A1; US5707422A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Zufuhr eines Konditioniermittels zu einem elektrostatischen Abscheider, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus US 4 987 839. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Elektrostatische Abscheider stellen oft die am meisten bevorzugte Staubabscheideroption dar, insbesondere für die Rauchgasreinigung. Zwischen Entladungselektroden und Kollektorelektroden der elektrostatischen Abscheidereinheit wird durch einen diesen zugeführten, pulsierenden Gleichstrom eine variierende Hochspannung aufrechterhalten. Elektrostatische Abscheider haben einen robusten Aufbau und sind während des Betriebs hoch zuverlässig. Zudem sind sie sehr wirksam, wobei sie nicht selten einen Abscheidewirkungsgrad von oberhalb 99,9% erreichen. Da elektrostatische Abscheider im Vergleich zu Textilsperrfiltern sehr niedrige Betriebskosten aufweisen, sowie ein geringes Risiko, daß ein Durchbruch oder eine Unterbrechung aufgrund einer Fehlfunktion auftritt, sind sie in vielen Fällen die natürliche Wahl.

In dem Fall, in dem Staub mit einem hohem spezifischen Widerstand abgeschieden werden muß, ergibt sich bei dem Vergleich mit Textilsperrfiltern manchmal ein unterschiedliches Ergebnis. In derartigen Betriebsfällen ist es oft erforderlich, bei Einsatz elektrostatischer Abscheider diese mit außerordentlich ungünstigen Prozeßparametern zu betreiben, und zwar aufgrund des Risikos eines Durchbruchs bei der Staubschicht, die auf den Kollektorelektroden aufgebaut wird. Dies führt zur Emission von Ladungen und Staub von den Kollektorelektroden, was allgemein als Gegenkorona bekannt ist.

Bereits zu Beginn dieses Jahrhunderts wurde erwähnt, daß Zusatzstoffe einen günstigen Einfluß auf die Abscheidung haben könnten, beispielsweise durch Reduzierung des spezifischen Widerstands des Staubs. Der Zusatz von Wasser oder Schwefeltrioxid ist ein Beispiel hierfür und beispielsweise in US 1 909 825 und US 3 689 213 erörtert.

Zum Optimieren des Betriebs und zum Reduzieren des Energieverbrauchs bei gleichzeitiger Verbesserung der Abscheidung wurden mehrere Verfahren zum Zuführen von Stromimpulsen zu dem Filter vorgeschlagen. Beispiele hierfür sind in US 4 052 177 und US 4 410 849 beschrieben. In der ersten Veröffentlichung wird vorgeschlagen, Impulse in der Größenordnung von Mikrosekunden zuzuführen, was bedeutet, daß die Gleichrichter sehr teuer werden. Die zweite Publikation schlägt vor, Impulse in der Größenordnung von Millisekunden zuzuführen, was dadurch relativ leicht erreicht werden kann, daß gemeinsame Thyristorgleichrichter, die mit Wechselstrom der Netzfrequenz versorgt werden, selektiv gesteuert werden.

Das Erfordernis, die Menge von Konditioniermittel zu steuern, ist bereits im US 1 909 825 offenbart, wobei vorgeschlagen wird, daß ein zunehmender Strom in dem Abscheider zu einer reduzierten Zuführung von Wasser führt, und umgekehrt, daß ein abnehmender Strom zu einer erhöhten Zufuhr von Wasser führt. Alternative Ausführungsformen bestehen in der Zufuhr von Flüssigkeit oder überhitztem Dampf, optional in Kombination mit kalter Luft. In speziellen Fällen kann sich ein Heizen oder Kühlen, in Kombination mit dem Zuführen von Konditioniermittel, als geeignet erweisen.

Neuere Steuerprinzipien basieren auf einer Anzahl von Meßparametern. In US 4 779 207 wird vorgeschlagen, das Konditioniermittel so zuzuführen, daß die dem Abscheider zugeführte Leistung konstant gehalten wird. In US 3 665 676 steht die Menge des Konditioniermittels direkt im Zusammenhang mit dem Gasfluß. In US 3 993 429 wird vorgeschlagen, die Menge des zugeführten Konditioniermittels in Abhängigkeit von der Menge des Brennstoffs und der Kohle, zu wählen, die dem Ofen zugeführt wird, von dem das staubbelastete Gas ausgeht. In US 4 770 674 findet sich ein sehr breiter, jedoch unspezifizierter Bezug auf "mindestens einen Betriebsparameter der betrachteten Industrieanlage entsprechend der an den elektrostatischen Abscheider gestellten Anforderungen" sowie einige spezifische Beispiele für betrachtete Parameter, Temperatur, Gasfluß, Lüftergeschwindigkeit, Opazität in dem Kamin und elektrische Nutzleistung, die dem Abscheider zugeführt wird.

Unabhängig von der gewählte Technik sollte diese mit dem höchstmöglichen Wirksamkeit und Profitabilität eingesetzt werden. Dies gilt für die elektrischen Parameter sowie für die Konditioniersteuerung. Zuerst und am allerwichtigsten sollten die Emissionen unterhalb den gesetzten Werten liegen. Zweitens sollten die Kosten hierfür minimiert werden.

Mit den neuen Verfahren hat die Anzahl der Steuerparameter zugenommen und demnach die Komplexität der Steuersysteme. Bedauerlicherweise bedeutet dies auch, daß die Angleichung selbst die Wechselwirkung bei der Abscheidefunktion erhöht. In der gleichen Weise werden sich dann, wenn die Emissionen bei einem Tropfen des Filters zunehmen, die Emissionen während der Zeit zunehmen, in der der Angleichvorgang voranschreitet oder die eingestellten Steuerparameter überprüft werden.

Wird die Angleichung manuell auf der Grundlage der Anzeige an einem Opazimeter (Staubdichtemesser) durchgeführt, so ist für die Angleichung eine derartig lange Zeit erforderlich, daß unter sich verändernden Betriebsbedingungen sehr erhebliche Emissionen sehr gut während des geeigneten Angleichens erzeugt werden können, die einen erheblichen Teil der Gesamtemissionen darstellen. Zudem können Betriebsveränderungen die Angleichung beeinflussen, so daß die Optimierung fehlschlägt, wenn erhebliche Veränderungen in der Staubkonzentration oder Gastemperatur während der für die Angleichung erforderlichen Zeit auftreten. Dies gilt ebenso für die Angleichung der elektrischen Parameter und ist ein noch schwerer zu meisterndes Problem, wenn die Angleichung der Zufuhr des Konditioniermittels erforderlich ist, da die Zeitkonstante des Systems dann von einigen Minuten bis einigen Stunden reichen kann. Insbesondere dann, wenn eine Abnahme der Menge des Konditioniermittels erfolgt, wird es sehr lange dauern, bis sich die Auswirkungen hiervon einstellen. Zusätzlich wird der Effekt in den hinteren Abschnitten verzögert, wenn mehrere Abscheiderabschnitte in Serie geschaltet sind.

Es ist demnach hochwünschenswert, ein Verfahren zum schnellen und zuverlässigen Detektieren des Status eines Abscheiders mit einem Blick auf die Angleichung der zugeführten Konditioniermittelmenge zu schaffen. Vorzugsweise sollte diese Angleichung auf der Grundlage lediglich von elektrischen Messungen unmittelbar in dem Abscheider oder dem zugeordneten Gleichrichter erfolgen. Der Grund hierfür liegt - wie in anderen Dingen - darin, daß sich herausgestellt hat, daß selbst dann, wenn das Klopfen eines Filterabschnitts erheblichen Einfluß auf die Staubkonzentration des Gases hat, das den Abscheider verläßt, und demnach auf das Signal eines optionalen Staubdichtemessers, das Strom-Spannungs-Verhältnis in dem Abscheider hierdurch lediglich maginal verändert wird.

Bei dem bisher getesteten Verfahren zum Steuern der Zufuhr von Konditioniermittel bei einem Abscheiden von Staub mit hohem Widerstand hat sich gezeigt, daß diese nicht immer die optimale Parameterkombination erreichen und daß diese vor allem viel zu langsam sind. Erhebliche Gewinne in der Form von geringen Emissionen einem reduzierten Verbrauch von Konditioniermittel und einem reduzierten Energieverbrauch können durch eine veränderte Auswertung der Betriebsbedingungen erreicht werden. Dies gilt insbesondere im Vergleich mit Verfahren, die auf der Messung der Staubkonzentration basieren, aber es gilt auch für die bisher vorgeschlagenen Verfahren, die auf einer Steuerung nach dem Messen elektrischer Größen basieren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Steuern der Zufuhr von Konditioniermittel zu elektrostatischen Abscheidern beim Abscheiden von "schwierigem" Staub, beispielsweise Staub mit einem hohen spezifischen Widerstand, um Einsparungen beim Konditioniermittel oder der Energie zu erreichen oder die Auswahl einer Kombination zu ermöglichen, die in einer gegebenen Situation den Verbrauch von Energie und Konditioniermittel zum Minimieren der Kosten optimiert.

Das Verfahren soll einfacher als bei bisher bekannten Verfahren die Anpassung an Betriebsveränderungen mit einer Menge von Konditioniermittel, die an jedes Betriebsereignis angepaßt ist, ermöglichen, oder zumindest einen eindeutigen Hinweis dahingehend ermöglichen, wann und in welche Richtung eine Veränderung durchzuführen ist, so daß das Risiko einer Überdosierung von Konditioniermittel mit dem hiermit verbundenen Risiko einer Umweltstörung und Korrosion aufgrund eines unnötig niedrigen pH-Wertes in den Gasleitungen reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 11 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für den Einsatz in einer elektrostatischen Abscheidereinheit, die Entladungselektroden und Kollektorelektroden enthält, zwischen denen eine variierende Hochspannung mittels eines zu diesen zugeführten impulsförmigen Gleichstroms zugeführt wird, zum Steuern im Hinblick auf die Reinigung eines einströmenden staubbeladenen Gases der Zufuhr von Konditoniermittel zu dem einströmenden staubbeladenen Gas stromaufwärts der Abscheidereinheit. Die Frequenz, die Impulsladung und/oder die Impulslänge des pulsierenden Gleichstroms werden so verändert, daß mehrere Frequenz- Ladungslänge-Kombinationen erreicht werden. Eine Leistungszahl wird für jede Kombination gemessen oder berechnet. Die Leistungszahlen werden zum Erreichen einer optimalen Kombination benützt. Die Zufuhr von Konditioniermittel wird in Abhängigkeit der Impulsfrequenz der eingestellten optimalen Kombination gesteuert.

Seit über 50 Jahren ist bekannt, daß die Zufuhr von Konditioniermittel zu einem staubbeladenen Gas oberhalb eines elektrostatischen Abscheiders oft die Leistung des Abscheiders verbessert. Dies ist dann besonders offensichtlich, wenn der Staub schwierig abzuscheiden ist, d. h. einen hohen spezifischen Widerstand aufweist. Wie oben erwähnt, hat dies zur Entwicklung vieler Konditionierverfahren geführt. Zudem wurden Versuche angestellt, für denselben Zweck, manchmal mit hochkomplexer Ausrüstung, die erforderliche Energie dem Abscheider unter Gebrauch sehr kurzer Impulse zuzuführen.

Allmählich hat sich gezeigt, daß exzellente Ergebnisse auch mit Impulsen möglich sind, die in derselben Größenordnung wie die Halbwellen der regulären Wechselspannung, die in dem Verteilernetzwerk benützt wird, liegen. Hierfür sei beispielsweise auf die oben erwähnte US 4 410 849 verwiesen. Diese Erkenntnis war jedoch lange zuvor verfügbar.

Kombinationen des Impulsverfahrens und des Konditionierens im Hinblick auf die Verbesserung des Wirkungsgrads eines Abscheiders sind noch nicht weit verbreitet; da sich jedoch diese Verfahren wechselseitig ergänzen können, kann eine Kombination Vorteile sowohl im Hinblick auf die Umwelt als auch die Wirtschaftlichkeit mit sich bringen. Ein Beispiel eines kombinierten Steuerverfahrens findet sich in US 4 987 839.

Zum Erzielen des erwähnten Zweckes enthält das vorgeschlagene Verfahren eine Analyse der elektrischen Parameter des Abscheiders und auf der Grundlage hiervon ein Ableiten von Schlüssen über die geeignete Menge von Konditioniermittel. Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird unter vorgegebenen und soweit wie möglich konstanten Bedingungen eine ausschließlich elektrische Optimierung so durchgeführt, daß optimale Werte der Impulsfrequenz, der Impulsladung und der Impulslänge erhalten werden. Die erhaltene Impulsfrequenz in der eingestellten optimalen Kombination wird anschließend als Steuerparameter für die Zufuhr von Konditioniermittel benützt.

Die elektrische Optimierung kann in vielen unterschiedlichen Arten erfolgen. Es wird vorgeschlagen, diese durchzuführen, indem jeder Kombination aus Impulsfrequenz, Impulsladung und Impulsmenge eine Leistungszahl durch Messen und optionale Berechnung zugeordnet wird.

Ein Beispiel einer Leistungszahl ist ein Spitzenwert, ein Mittelwert oder ein unterer Wert der Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders. Ein derartiges Verfahren ist in US 4 311 491 offenbart.

Es kann jedoch auch vorteilhafterweise ein Wert sein, der auf einer höher entwickelten Grundlage erstellt wird, beispielsweise dem Quotient von Spitzenwert und Impulsladung, wenn optional einer dieser Parameter während des Angleichens konstant gehalten wird. Dies ist in EP 0 184 922 A2 vorgeschlagen.

Bei dem in den beiden letztgenannten Patenten beschriebenen Verfahren wird eine Leistungszahl nicht zu jeder denkbaren Parameterkombination zugeordnet, da diese Verfahren bereits eine Bedingung für einen Maximalwert oder einen Minimalwert enthalten, und so ein erstes Auswahlprinzip zugeordnet wird.

Werden diese Verfahren zum Zuführen von Impulsen zu einem elektrostatischen Abscheider durch phasenwinkelgesteuerte Gleichrichter benützt, so wird man eine Leistungszahl für jede Impulsfrequenz durch eine Variation der Größe der Impulse erhalten, wonach die erhaltenen Leistungszahlen für die Auswahl der optimalen Frequenz miteinander verglichen werden.

Ein geeignetes und wirksames Verfahren zum Bestimmen einer Leistungszahl, indem jede Parameterkombination durch eine individuelle Leistungszahl gekennzeichnet wird, dient - wie in WO 93/10902 A1 beschrieben wird - zum Festlegen eines Referenzspannungspegels U_ref, allgemein zwischen einem Spitzenwert und einem unteren Wert der Spannung zwischen den Entladungselektroden und den Kollektorelektroden, und zum Zuordnen eines positiven Wertes zu der Zeit, während der die Spannung diesen Pegel überschreitet und zum Zuordnen eines negativen Wertes zu der Zeit, während der die Spannung unterhalb diesen Pegel fällt. Diese Zuordnung erfolgt vorteilhafterweise mit einer Gewichtung gemäß der Funktion A = U.(U - U_ref), wobei U die Spannung darstellt, die zu einem gewissen Zeitpunkt zwischen den Elektroden des Abscheiders vorliegt.

Zum Bewerten des Impulses durch Zuordnung einer Art eines bestimmten Meßwertes kann die Funktion A während eines definierten Zeitintervalls integriert werden oder - bei einer Abtastmessung - kann eine geeignete gewichtete Summierung A während eines definierten Zeitintervalls geeignet stattfinden, so daß eine Art eines Mittelwerts gebildet wird oder eine numerische Approximation der Integrierung stattfindet.

Mit dieser Technik kann die Auswirkung des schädlichen Stromes, der von der Gegenkorona der Kollektorelektroden abhängt, bewertet und mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens minimiert werden.

Die Wahl der Referenzspannung U_ref beeinflußt in hohem Maße die Auswertung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren. Für eine zufriedenstellende Betriebsoptimierung ist es erforderlich, daß U_ref nahe an der Spannung gewählt wird, bei der die Koronaentladung an den Entladungselektroden beginnt.

Die Länge des Zeitintervalls, währenddessen die Impulse bewertet werden, ist nicht so kritisch wie der Wert der Referenzspannung U_ref. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ist das Zeitintervall, währenddessen die Bewertung stattfindet, vorzugsweise das Zeitintervall, während dem die Koronaentladung bei den Entladungselektroden stattfindet.

Nach einer ausschließlich elektrischen Optimierung durch Variation der Impulsparameter wird die eingestellte optimale Impulsfrequenz bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren benützt, um zu entscheiden, wie die Zufuhr von Konditioniermittel verändert wird. Üblicherweise bedeutet dies eine Zunahme der Menge des Konditioniermittels, wenn die optimale Impulsfrequenz sehr niedrig ist und eine Abnahme der Menge des Konditioniermittels, wenn die optimale Impulsfrequenz sehr hoch ist. Demnach ist es möglich, eine Angleichung gegen einen gewünschten Wert der Impulsfrequenz oder gegen ein gewünschtes Intervall des Impulsfrequenz durchzuführen. Die Impulsfrequenz dient demnach als ein Zwischenparameter zum Angleichen der Menge des Konditioniermittels.

Üblicherweise wird das Konditioniermittel nur an einer Stelle oberhalb des Abscheiders zugeführt, auch wenn dieser in mehrere oder in Serie verbundenen und/oder parallel verbundenen Abschnitten aufgeteilt ist. Beim Bewerten der Auswirkung der Konditionierung auf die Bedingungen in dem Abscheider und demnach dem Umfang der Abscheidung müssen demnach mehrere Signale bewertet werden, und eine prinzipielle Entscheidung muß getroffen werden. Dies kann erreicht werden, indem derjenige Abscheideabschnitt, der den gasärmsten Status aufweist, maßgebend ist als Regel ist es jedoch wahrscheinlicher, daß die Entscheidung aufgrund der Bedingung gefällt wird, die in einem der oberstromigen Abschnitte vorliegt, da die letzten Abschnitte - in Richtung der Strömung betrachtet - auch den am meisten verzögerten Effekt aufweisen. Demnach erfolgt eine Entscheidung über die Menge des Konditioniermittels vorzugsweise auf der Grundlage der Bedingung in dem ersten oder dem zweiten Abschnitt, während gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren in den anderen lediglich eine elektrische Optimierung stattfindet.

Um eine wesentliche Überdosierung in dem Fall zu vermeiden, in dem eine Betriebsstörung in einem der Abscheiderabschnitte Vorliegt, für die eine Einflußnahme auf das Steuern zulässig ist, sollte die Anlage mit einer Art Überwachung des austretenden Gases versehen sein, so daß eine Anzeige erfolgt, wenn der Anteil des Konditioniermittels in den Emissionen zunimmt oder einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

Handelt es sich bei dem Betrieb nicht um einen, bei dem ein maximales Ausmaß an Abscheidung erzielt werden muß, sondern liegt die Intention lediglich darin, unterhalb der durch die Behörden festgelegten Emissionswerte zu bleiben, so ist das Verfahren eine leistungsstarke Hilfe bei der Minimierung der Betriebskosten. Die Kosten der Konditionierung haben einen höchst signifikanten Einfluß auf die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage.

Eine detailiertere Beschreibung der Erfindung erfolgt nun unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 die grundlegende Beziehung zwischen Strom und Spannung als eine Funktion der Zeit in einem elektrostatischen Abscheider;

Fig. 2 die gemessene Spannung als eine Funktion der Zeit in einem elektrostatischen Abscheider, der mit Stromimpulsen einer Frequenz von ungefähr 11 Hz versorgt wird;

Fig. 3 den Spitzenwert und den unteren Wert der Spannung zwischen den Elektroden und einem elektrostatischen Abscheider bei einer konstanten Impulsfrequenz als eine Funktion der Wurzel des Mittelwerts des Stroms, der durch den Abscheider fließt;

Fig. 4 die grundlegende Beziehung zwischen dem Mittelwert des Stroms durch den Abscheider und dem entsprechenden Spitzenwert, Mittelwert und unteren Wert der Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders bei Betriebsbedingungen, bei denen ein Durchbruch in einer abgeschiedenen Staubschicht auftreten kann;

Fig. 5 ein Verfahren zum Bewerten der Spannung zwischen den Elektroden eines Abscheiders; und

Fig. 6 eine vereinfachte Ansicht zum Darstellen einer Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern der Zufuhr eines Konditioniermittels.

Die Fig. 1a zeigt die allgemeine Beziehung zwischen Strom und Spannung in einem elektrostatischen Abscheider, der mit Strom aus einem phasenwinkelgesteuerten Gleichrichter (Thyrostorgleichrichter) versorgt wird, wenn die Thyristoren in allen Halbperioden des Wechselstroms angeschaltet sind. Die Fig. 1b zeigt dieselbe Beziehung, wenn die Thyristoren lediglich in jeder dritten Halbperiode angeschaltet sind. Im allgemeinen wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei wesentlich niedrigeren Anschaltfrequenzen als den gezeigten benützt, die aus Gründen der Klarheit nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Deshalb ist die Beziehung zwischen den Pegeln, wie auch immer, auch nicht von Relevanz.

Die Fig. 2 zeigt die Spannung, die tatsächlich in einer realistischeren Situation gemessen wird, in der die Thyristoren in jeder neunten Halbperiode angeschaltet sind, was dann einen sehr steilen Spannungsanstieg ergibt, woraufhin diese sehr steil abfällt und anschließend langsam abnimmt. Der große Unterschied zwischen dem Spitzenwert und dem unteren Wert der Spannung zwischen den Elektroden ist ziemlich realistisch. Aufgrund der Veränderung der Skalierung sind Vergleiche mit der vorhergehenden Figur ungeeignet. In Fig. 2 beträgt der Spitzenwert der Spannung ungefähr 58 kV und der untere Wert der Spannung ungefähr 16 kV.

Wenn die Anschaltwinkel der Thyristoren mit konstanter Frequenz variiert werden, können sowohl der Spitzen- als auch der untere Wert der Spannung variieren. Unter günstigen Betriebsbedingungen oder in der Nähe des optimalen Betriebs ist der untere Wert relativ unabhängig von dem Anschaltwinkel, während der Spitzenwert monoton ansteigt, mit abnehmendem Anschaltwinkel, d. h. erhöhter Leitzeit der Thyristoren. Bei harten Betriebsbedingungen und während eines Betriebs mit ungünstigen Parametern nimmt die untere Spannung selbst bei einem niedrigen Strom mit abnehmendem Anschaltwinkel ab, und bei höheren Strömen nehmen sowohl der Mittelwert als auch der Spitzenwert der Spannung ab.

Die Fig. 3 stellt die tatsächlich gemessenen Beziehungen bei einer bestimmten Impulsfrequenz in der Nähe des optimalen Betriebs dar.

Die Fig. 4 zeigt die Grundbeziehung zwischen Strom und Spannung in einem Abscheider beim Trennen von Staub mit hohem spezifischen Widerstand. Die Fig. 4a zeigt eine imaginäre Beziehung entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Impulszug, d. h. wenn die Impulse erzeugt werden, indem ein Teil jeder Halbwelle des regulären Wechselstroms des Netzes an dem Gleichrichter des Abscheiders anliegt. Die Kurven 41, 42, 43 entsprechen dem unteren Wert 41, dem Mittelwert 42 und dem Spitzenwert 43 der Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders. Alle drei Kurven zeigen ein lokales Maximum. Dies kann als ein Beispiel elektrischer Parameter angesehen werden, die auf einen optimalen Betrieb hindeuten. In diesem Betriebsfall ist die Frequenz konstant und gleich der doppelten Netzfrequenz.

Die Fig. 4b zeigt drei Serien von Kurven entsprechend der einen, die in Fig. 4a gezeigt ist. Diese Kurven können erhalten werden, indem die Impulsfrequenz variiert wird. Aus Gründen der Klarheit wurde eine Frequenzachse in einer driten Dimension gezeichnet, und die Kurven sind in unterschiedlichen Koordinatensystemen 401, 402, 403 mit Tiefeneffekt dargestellt. In der folgenden Beschreibung wird für die Stromachse eine unterschiedliche Abstufung für die unterschiedlichen Koordinatensysteme 401-403 in der Tiefe angenommen, so daß sie eine Abstufung entsprechend der betreffenden Impulsladung anstelle des Mittelwerts des Stroms aufweisen.

Weiterhin sind in der Fig. 4b Beispiele eingezeichnet, wie die betreffenden Leistungszahlen nachgewiesen werden können, und zwar für eine bestimmte Impulsfrequenz, die erhalten wird, wenn die Thyristoren des Gleichrichters nicht in jeder Halbperiode angeschaltet sind, sondern mit einer Mehrzahl von stromlosen Perioden, die auf jede Halbwelle folgen, während der Strom dem Abscheider zugeführt wird. Die gestrichelten Linien 421, 422, 423 zeigen die maximale Spitzenspannung für die betreffende Impulsfrequenz, wenn lediglich die Leitzeit der Thyristoren variiert wird. Die durchgezogenen Linien 431, 432, 433 zeigen unter denselben Bedingungen die maximale untere Spannung. Die punktierten Linien 441, 442, 443 weisen auf die zugeführte Impulsladung bei einem vorgegebenen Spitzenwert der Spannung hin. Der konstante Spitzenwert 441- 443 muß erheblich unterhalb dem entsprechenden maximalen Spitzenwert 421-423 liegen.

Die Fig. 5 zeigt ein anderes Verfahren zum Nachweisen der Leistungszahl für eine bestimmte Parameterkombination. Diese Figur zeigt mit einer leichten Verzerrung für eine größere Klarheit, wie die Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders mit der Zeit variiert, und zwar während des Intervalls von einem Stromimpulsstart bis zu dem Start des nächsten Stromimpulses. Es ist dort auch sehr deutlich gezeigt, daß die Lösung der Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders in mehreren diskreten gleichmäßig verteilten Zeitpunkten stattfindet. In dem praktischen Fall findet die Messung bei wesentlich mehr Zeitpunkten als gezeigt statt, beispielsweise 1-3 mal pro Millisekunde. Diese Meßwerte werden in einer Steuereinheit 630 gespeichert, die vorzugsweise rechnergestützt ist, und A_i = U_i(U_i - U_ref) wird für jeden Meßpunkt mit Hilfe des Werts von U_ref berechnet, der auch in der Steuereinheit 630 gesteuert ist.

Das Integral I_k = ∫ U.(U - Uref).dt wird hiernach für das gesamte Intervall numerisch ausgewertet, indem die wie oben beschrieben berechneten A_i differentiell addiert werden, wobei eine Multiplikation mit der Zeitdifferenz zwischen zwei diskreten Messungen erfolgt. Die Zeitdifferenzen sind hier konstant. Die Berechnung wird automatisch in der Steuereinheit 630 durchgeführt, und das Ergebnis wird als eine "Leistungszahl" der Kombination betreffend die Impulsfrequenz und den Anschaltwinkel der Thyristoren in dem jeweiligen Gleichrichter 621, 622, 623 gespeichert.

Hier wird angenommen, daß die Impulsfrequenz nicht zu niedrig ist. Bei Frequenzen, die unterhalb von 10 Hz liegen, wird vorgeschlagen, daß eine Auswertung während eines Intervalls stattfindet, das kürzer als die Zeit zwischen dem Beginn zwei aufeinanderfolgender Impulse ist. Dies kann dadurch erfolgen, daß entweder ein Wert des Intervalls bestimmt wird, der für jede Frequenz fest ist, und dieser in der Steuereinheit 36 gespeichert wird, oder daß die Länge des Intervalls durch Auswerten der Abnahme der Spannung bestimmt wird.

Die Fig. 6 zeigt schematisch eine Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Abscheider 600 mit einem Einlaßkanal 641 und einem Auslaßkanal 642 enthält drei Abschnitte 601, 602, 603, von denen jeder jeweils einen Staubtrichter 611, 612 und 613 enthält, wobei die Abschnitte jeweils mit pulsierendem Gleichstrom aus den drei Gleichrichtern 621, 622 und 623 versorgt werden. Die Gleichrichter 621-623 werden durch eine Steuereinheit 630 gesteuert und überwacht. Die Steuereinheit 630 kommuniziert auch mit einer Vorrichtung 650 zum Zuführen von Konditioniermittel zum Einlaßkanal 641 des Abscheiders 600 über eine Leitung 651.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird dem durch den Einlaßkanal 641 geleiteten Gas eine konstante Menge von Konditioniermittel aus der Vorrichtung 650 über die Leitung 651 zugeführt. Der Gleichrichter 621 führt mit variierenden Parametern gemäß einem vorgegebenen Prinzip einen pulsierenden Gleichstrom den Elektroden (nicht gezeigt) in dem Abschnitt 601 zu. Die Steuereinheit 630 bewertet den zugeführten impulsförmigen Strom und die auftretende Spannung und berechnet eine Leistungszahl für jede Kombination von Parametern oder für jede Gruppe von Kombinationen. Gemäß einer vorgegebenen Strategie erfolgt eine Auswahl auf der Grundlage dieser Leistungszahlen der Parameterkombination, die für die Zufuhr des betreffenden Konditioniermittels als die elektrisch optimale betrachtet werden kann, und der Betrieb wird mit dieser eingestellten Parameterkombination fortgeführt.

Erfolgt bei dieser optimalen Parameterkombination eine Zuordnung einer Frequenz oberhalb von 10 Hz, so hört die Zufuhr von Konditioniermittel vollständig auf. Wählt die zugeordnete Frequenz unterhalb 1 Hz, so wird die Zufuhr von Konditioniermittel erhöht. Wählt die zugeordnete Frequenz unterhalb 0,3 Hz, so wird die Zufuhr stark erhöht. Eine geeignete Angleichstrategie muß auf einer gewissen Erfahrung mit der betreffenden Anlage basieren, sowie optional auch auf dem in dem zu reinigenden Gas enthaltenen Staub.

Eine elektrische Optimierung der Stromzufuhr zu allen drei Abschnitten 601, 602, 603 findet in kurzen Intervallen statt. Diese wird durch die Steuereinheit 630 initiiert und bewertet.

Für die stromabwärts gelegenen Abschnitte 602, 603 findet lediglich eine Optimierung der elektrischen Parameter statt. Die Steuerung der Menge des Konditioniermittels erfolgt auf der Grundlage einer Bewertung des Status des ersten Abschnitts 601.

Nach einer vorgegebenen Zeit, die auf der Grundlage der Einstellzeit nach dem Verändern der Zufuhr des Konditioniermittels bestimmt wird, erfolgt eine wiederholte Bewertung im Hinblick auf eine erneute Angleichung der Menge des Konditioniermittels. Dies kann auch nach dem Empfang eines Alarms einer optionalen Überwachungsensorvorrichtung (nicht gezeigt) zum Detektieren der Menge von Staub oder Konditioniermittel in dem Auslaß 642 des Abscheiders erfolgen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt.

Das Verfahren ist vollständig unabhängig davon, wie die Konditionierung technisch durchgeführt wird. Es kann auch dann angewendet werden, wenn eine chemische Veränderung des gesamten Gasflusses oder eines Teilgasflusses bewirkt wird, um die Substanz zu erzeugen, die zu der gewünschten Verbesserung des Abscheidungswirkungsgrads führt. Es kann ausschließlich beim Kühlen benützt werden, sowie auch, wenn Schwefeltrioxid, Ammoniak oder Ammoniumsulfat zugesetzt wird.

Zum Zuführen von Strom in der Form von Impulsen zu elektrischen Abscheidern können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Beispiele derartiger Verfahren sind Impulsbreitenmodulations-Hochfrequenz- und andere Formen von sogenannten Schalt-Modus-Techniken, sowie der Gebrauch von "Abschalt"-Thyristoren. Das Verfahren eignet sich auch für den Einsatz von speziellen Impulsgleichrichtern, die Impulse in der Größenordnung von Mikrosekunden erzeugen.

Das Verfahren eignet sich besonders gut, wenn der pulsierende Gleichstrom die Form eines Impulszuges aufweist, der mit der Frequenz der Netzspannung synchronisiert ist und die Impulse dadurch erzeugt werden, daß ein Teil einer Halbwelle der Netzspannung durch einen phasenwinkelgesteuerten Gleichrichter (Thyristor) nach einer Hochtransformation den Elektroden des Abscheiders zugeführt wird, wonach während mehrerer Perioden der Netzspannung kein Strom den Elektroden zugeführt wird. Ein Teil einer Halbwelle wird hiernach wiederum zugeführt, wonach mehrere Perioden ohne Strom folgen, usw.

Das Verfahren kann sowohl zur Optimierung der Menge des Konditioniermittels als auch für taktische Entscheidungen, ob Konditioniermittel überhaupt zugeführt werden soll, benützt werden.

Claims

1. Verfahren zum Steuern der Zufuhr eines Konditionierungsmittels zu einem elektrostatischen Abscheider, der Entladungselektroden und Kollektorelektroden enthält, denen ein impulsförmiger Gleichstrom zugeführt wird,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Variierung der Frequenz, der Impulsladung und/oder der Impulslänge des impulsförmigen Gleichstroms zum Erhalten mehrerer Frequenz-Ladungszeit-Kombinationen,
Messen oder Berechnen einer Leistungszahl für jede Kombination oder für eine definierte Gruppe von Kombinationen,
Benützen der Leistungszahl zum Nachweisen einer optimalen Kombination, und
Angleichen der Zufuhr des Konditioniermittels in Abhängigkeit der Pulsfrequenz der nachgewiesenen optimalen Kombination.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Konditioniermittels verändert wird, wenn die Impulsfrequenz der nachgewiesenen optimalen Kombination außerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Konditioniermittels reduziert wird, wenn die Impulsfrequenz der nachgewiesenen optimalen Kombination einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Konditioniermittels erhöht wird, wenn die Impulsfrequenz der nachgewiesenen optimalen Kombination unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes fällt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obigen Schritte nach einem Zeiterintervall, das das Erreichen stationärer Bedingungen in dem Abscheider ermöglicht, im Hinblick auf die Angleichung der Bedingungen derart wiederholt werden, daß die elektrische Energie unter optimalen Bedingungen bei einem gegebenen Freqeunzintervall oder in der Nähe einer vorgegebenen Impulsfrequenz zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungszahl bestimmt wird, indem
die Frequenz, die Impulsladung und/oder die Impulslänge des impulsförmigen Gleichstroms variiert wird, so daß mehrere Frequenz-Ladungslängen-Kombinationen erhalten werden,
für jede dieser Kombinationen die Spannung U zwischen den Entladungselektroden und den Kollektorelektroden gemessen wird,
für jede dieser Kombinationen ein Spannungswert U_ref bestimmt, gemessen oder berechnet wird,
für jede dieser Kombinationen entweder eine Messung erfolgt, oder eine Berechnung des Integrals I_k = ∫ U.(U - U_ref).dt während eines bestimmten Zeitintervalls, oder eine Messung und eine Berechnung von A_i = U_i.(U_i - U_ref) bei einer Anzahl von Zeitpunkten "i" innerhalb eines definierten Zeitintervalls, und
I_k oder Linearkombinationen von A_i als Leistungszahl für die Frequenz-Ladungslängen-Kombination des impulsförmigen Gleichstroms benützt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß U_ref ungefähr gleich der Zündspannung der Koronaentladung gesetzt wird und daß das definierte Zeitintervall gleich oder ungefähr gleich mit der Zeit ist, während der die Koronaentladung während eines Stromimpulses stattfindet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungszahl bestimmt wird, indem
die Frequenz des impulsförmigen Gleichstroms konstant gehalten wird, während die Impulsladung und/oder die Impulslänge variiert wird, damit mehrere Ladungs-Längen- Kombinationen erhalten werden, und
der Maximalwert des unteren Werts, der Mittelwert und/oder der Spitzenwert der Spannung als eine Leistungszahl für die betreffende Frequenz benützt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leistungszahl als der Quotient zwischen dem Spitzenwert der Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders und der Impulsladung bestimmt wird, und
ein Vergleich mit anderen Frequenzen entweder bei einer konstanten Impulsladung oder bei einer konstanten Spitzenspannung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungszahl bestimmt wird, indem
die Frequenz des impulsförmigen Gleichstroms konstant gehalten wird, während die Impulsladung und/oder die Impulslänge verändert wird, damit mehrere Ladungs- Längen-Kombinationen erhalten werden, und
die Impulsladung bei einem gegebenen Pegel für den Spitzenwert der Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders als Leistungszahl für die Frequenz benützt wird, wobei der Pegel erheblich unterhalb des Maximalwerts der Spannung bei der betreffenden Frequenz liegen sollte.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Steuern der Zufuhr eines Konditionierungsmittels zu einem elektrostatischen Abscheider (600) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit
einer Einrichtung (621, 622, 623) zum Zuführen eines impulsförmigen Gleichstroms an die Entladungselektroden und Kollektorelektroden des elektrostatischen Abscheiders (600);
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (621, 622, 623) zum Variieren der Frequenz, der Impulsladung und/oder der Impulslänge des impulsförmigen Gleichstroms zum Erhalten mehrerer Frequenz-Ladungszeit-Konmbinationen;
eine Einrichtung (630) zum Messen oder Berechnen einer Leistungszahl für jede Kombination oder für eine definierte Gruppe von Kombinationen, und Nachweisen einer optimalen Kombination unter Benutzung der Leistungszahl; und
eine Einrichtung (650) zum Angleichen der Zufuhr des Konditioniermittels in Abhängigkeit der Pulsfrequenz der nachgewiesenen optimalen Kombination.