DE4491316C2 - Verfahren zum Steuern der Zufuhr eines Konditioniermittels zu einem elektrostatischen Abscheider - Google Patents
Verfahren zum Steuern der Zufuhr eines Konditioniermittels zu einem elektrostatischen AbscheiderInfo
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Description
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 Uref, 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 - Uref), 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 Uref beeinflußt in hohem Maße
die Auswertung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren. Für eine
zufriedenstellende Betriebsoptimierung ist es erforderlich,
daß Uref 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 Uref. 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 Ai = Ui(Ui - Uref) wird für
jeden Meßpunkt mit Hilfe des Werts von Uref berechnet, der
auch in der Steuereinheit 630 gesteuert ist.
Das Integral Ik = ∫ U.(U - Uref).dt wird hiernach für das
gesamte Intervall numerisch ausgewertet, indem die wie oben
beschrieben berechneten Ai 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 (11)
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.
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 Uref bestimmt, gemessen oder berechnet wird,
für jede dieser Kombinationen entweder eine Messung erfolgt, oder eine Berechnung des Integrals Ik = ∫ U.(U - Uref).dt während eines bestimmten Zeitintervalls, oder eine Messung und eine Berechnung von Ai = Ui.(Ui - Uref) bei einer Anzahl von Zeitpunkten "i" innerhalb eines definierten Zeitintervalls, und
Ik oder Linearkombinationen von Ai als Leistungszahl für die Frequenz-Ladungslängen-Kombination des impulsförmigen Gleichstroms benützt werden.
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 Uref bestimmt, gemessen oder berechnet wird,
für jede dieser Kombinationen entweder eine Messung erfolgt, oder eine Berechnung des Integrals Ik = ∫ U.(U - Uref).dt während eines bestimmten Zeitintervalls, oder eine Messung und eine Berechnung von Ai = Ui.(Ui - Uref) bei einer Anzahl von Zeitpunkten "i" innerhalb eines definierten Zeitintervalls, und
Ik oder Linearkombinationen von Ai als Leistungszahl für die Frequenz-Ladungslängen-Kombination des impulsförmigen Gleichstroms benützt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
Uref 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.
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.
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.
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.
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.
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