SE444651B - Elektrostatisk stoftavskiljare der en vexelspenning er overlagrad en hog likspenning - Google Patents

Description

WW:çwwvwwfif-ç-yfiflf f-lwwvl ÜfrNWflHrsvv vrfwsyçy-iqwrrw»iïwwww» - - - < siosaas-8 _2_ slagsspänningen i stoftavskiljaren. Den frekvens som här kommit till användning är den som företrädesvis ligger inom området 50 kHz till 100 kHz eller högre.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN.

' TEKNISKT PROBLEM.

Ett grundläggande tekniskt problem för elektrostatiska stoftav- skiljare av ovan angiven beskaffenhet är att dessa är ytterst energi- krävande och det har länge förelegat ett framträdande önskemål att kunna 63 nedbringa energi- och effektbehovet. »ä Även om den ovan anförda svenska patentansökan ger anvisning om möjligheten att förflytta energimängder frân stoftavskiljarens kapaci- tans till en hjälpkapacitans, och därigenom erhåller en viss reducering §¿ i effekt- och energibehover, så har det dock länge förelegat ett önske- " mål att så konstruera den elektrostatiska stoftavskiljaren, att all inmatad effekt åtgår för att bygga upp fältet i stoftavskiljaren och utnyttjas för själva reningsprocessen. _ I anslutning till elektrostatiska stoftavskiljare är det ytterst komplicerat att styra corona-urladdningen och det har länge förelegat ett önskemål att kunna styra urladdningsströmmen oberoende eller väsent- ligen oberoende av medelvärdet för iikspänningen. .

Det är ett önskemål att ständigt kunna upprätthålla en hög fält- lkoncentration och en hög ytladdningstäthet i utrymmet mellan elektro- derna och det har visat sig vara förenat med stora svårigheter att konstruktivt iösa detta problem.

Det är ett framträdande önskemål och ett tekniskt problem att åstadkomma en likformig emission längs uriaddningselektroden eller urladdningswiren; “ “ V a Det är vidare ett framträdande kvalificerat tekniskt problem att 9 kunna vidtaga sådana åtgärder att vid puisad högfrekvent växelspänning överlagrad iikspänningen styra pulsbredden och repetitionsfrekvensen F utan att därför behöva använda dyrbara högspänningsbrytande- och siu- i tande kretsar.

Det är även ett kvalificerat tekniskt problem att vid en puisad iikspänning kunna styra strömmen till låga värden oberoende av spän- ningens topp-till-topp-värden, vilket kan ökas till genomslagsvärdet.

' LÖSNINGEN. _ Föreliggande uppfinning avser att ge anvisning om en lösning av de ovan angivna problemen genom att anvisa en elektrostatisk stoftavskil- jare, vid vilken en hög likspänning är ansluten till stoftavskiljaren ingående elektroder och där en växeispänning är överlagrad nämnda lik- spanning.

Uppfinningen anvisar speciellt att växeispänningens frekvens är vald till eller i nära anslutning till en resonansfrekvens bildad av en svangningskrets, vars kapacitansvärde och/eller induktansvärde hänför sig till stoftavskiljarens egenvärde. H Speciellt ger föreliggande uppfinning anyisning om att låta vaxel- spänningen vara puisad och att puisfrekvensen ar va d mellan 1 MHZ OCH 100 MHz samt att pulsvaraktigheten företrädesvis skall vara vald mellan 10 och 100_ps samt med repetitionsfrekvensen for den pulsade vaxelspan- ningen vald till minst 50 Hz. 8106438-8 Likspänningsnivån är med fördel vald inom omrâdet 20 kV och 60 kv, medan växelspänningens topp-till-topp-värde är valt inom omrâdet 10 kV och 100 kV. “ » TEKNISKA FURDELAR.

De tekniska fördelar som kan få anses vara förknippade med en , elektrostatisk stoftavskiljare i enlighet med föreliggande uppfinning är att väsentligen all inmatad effekt till den elektrostatiska stoftav- skiljaren utnyttjas för att upprätthålla laddningsfältet i stoftav- skiljaren och för en effektiv stoftavskiljning och därtill kommer att härigenom erhålles en betydligt bättre och likformig emission längs urladdningselektroden. Samtidigt kommer anvisning om en hög frekvens med hög spänning under användande av en serieresonans med låg spänningsexi- tering att ge möjlighet att lätt kunna styra pulsbredden och repetions- :rekvensen utan användning av dyrbara högspänningsbrytande- och slutande retsar.

Det har visat sig vidare att höga spänningar kan användas utan att få corona-alstring. . .

Det som främst kan få anses vara kännetecknande för en elektro- statisk stoftavskiljare i enlighet med föreliggande uppfinning anges i det efterföljande patentkravets 1 kännetecknande del.

KORT BESKRIVNING UVER BIFDGADE FIGURER.

*En för närvarande föreslagen utföringsform uppvisande de för före- liggande uppfinning signifikativa kännetecknen skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning där, figur 1 visar i perspektivvy en stoftavskiljare inne- fattande ett flertal efter varandra (i serie) sam- mankopplade enheter men med endast en för en enhet avsedd transformator/likriktarenhet visad sprängd ovanför stoftavskiljaren i övrigt, figur 2 visar ett blockschema för transformator/likriktar- enheten, ' ' figur 3 visar den signifikativa inkopplingen av den över- lagrade växelspänningen pâ en hög likspänning i enlighet med föreliggande uppfinning, figur 4 visar ett spännings/tidsdiagram illustrerande en pulsning av växelspänningen, figur 5 visar ett blockschema över en föreslagen utförings- orm, figur 6 visar spännings/strömdiagram vid jämförelse mellan en likspänning och en kontinuerlig högfrek- vens vid corona-alstring, figur 7 visar ett spännings/strömdiagram vid jämförelse mellan en likspänning och en pulsad högfrekvent växelspänning vid corona~alstring samt figur 8 visar ett spännings/strömdiagram vid jämförelse mellan en likspänning och effekten av att variera pulsrepetitionsfrekvensen för en pulsad högfrekvent växelspänning vid corona-alstring. _21 E 2 . _ , “,,, _ ,.»1w kr < 4 m,'n» 2,.,wfwfiÜwfif¶~Tf§fiw,TM,fi..f~g.-wwww . t. -cm ._....rwnffswf-n-T-f-ív-w-flfiwfi»-fflwmvf-ww-f-vfwvfwz-ivwvrf-srvz-fwzP-'fjw i ,. , _ I, , . . 8106458-8' _ 4 _ BESKRIVNING AV NU FÖRESLAGEN UTFURINGSFORM.

Med hänvisning till figur l visas således i perspektivvy en elekt- rostatisk stoftavskiljarenhet 1, bestående av fyra intill varandra pla- cerade i serie kopplade stoftavskiljare. Till var och en av dessa stoft- avskiljare erfordras en transformator/likrikarenhet, men i figur 1 har endast en enhet, som är avsedd för stoftavskiljaren 2, illustrerats och denna har givits hänvisningsbeteckningen 3. Sammankopplingen av stoft- avskiljaren är i princip så att utloppet för en stoftavskiljare är g kopplat direkt till inloppet för efterföljande stoftavskiljare o.s.v.

' Eftersom stoftavskiljaren 2 utgör den sista stoftavskiljaren så står dess utlopp i förbindelse med en skorsten 4. Stoftavskiljaren 1 är av det slaget där partikelbemängd luft anslutes till ett inlopp 5 och tillåtes passera in i den första stoftavskiljaren. I denna, liksom i övriga, blir partiklarna elektriskt laddade av det elektriska fältet, som är utbildat mellan intill varandra placerade plattor eller poler, genom att en hög likspänning är ansluten till nämnda plattor. En stoft- partikel som kommer in i detta fält blir elektriskt negativt laddad och denna partikel kommer då att attraheras av den ena positiva polen samt repelleras av den andra negativa polen och därvid kommer en partikelan- , samling att ske mot den ena polen. Den av samtliga stoftavskiljare g Zenade luften kommer då att passera ut genom utloppet 5a till skorstenen Stoftavskiljning sker här med hjälp av en likspänning och denna likspänning är med den positiva och negativa polen ansluten till var sitt polbleck. Pâ grund av den höga spänningen och den därvid erhållna corona-effekten kring polblecken erfordras emellertid en matning av en likström. Elektriskt laddade stoftpartiklar kommer av det elektriska fältet att fastna på det ena polblecket eller den ena plattan och bygger X där upp en beläggning. När denna är önskvärt stor skakas beläggningen Å mekaniskt av plattan och faller nedåt. De i stoftavskiljaren 2 ansamlade 1 partiklarna uppsamlas därvid normalt i en i stoftavskiljarens bottendel 2a utbildad uppsamlare eller partikeluppsamlande enhet. l Det är därför ett önskemål att kunna hålla.en hög spänning i stoft- avskiljaren utan "back corona”, eller åtminstone liten sådan och utan genomslag. ' - Detta är speciellt viktigt när stoftet bestâr_av högresistivt kol och där ett elektriskt genomslag icke är att förvänta.

Med hänvisning till figur 2 visas ett kopplingsschema över en transformator/likriktarenhet och denna är styrd av en i figuren endast T antydd styranordning. Växelströmsledningen 6a är ansluten till två i motriktade tyristorer 8, 8a, försedda med var sin styrelektrod 8', 8a', vilka är kopplade till styranordningen 7. Härigenom erhålles en styrning utav strömmen genom en induktans ingående i en transformator T1. Trans- formatorlindningen T1 samverkar med transformatorlindningen T2, vilken ar kopplad till en för höga spänningar anpassad likriktarbrygga 9. Till polblecket 10 i stoftavskiljaren 2 anslutes den negativa spänningen, vilken kan få anses vara likriktad och utjämnad på grund av den kapa- citans som föreligger mellan det jordade polblecket ll och polblecket 10. Momentana likspänningsvärden kan utvärderas via ledningen 12 över en resistans R1 medan momentana likströmsvärden kan utvärderas via led- ningen 13 över en resistans R2. 2 8106438-8 _ 5 _ Växelspänningens nollgenomgångar kan utvärderas via ledning 14 an- sluten till en transformator T3. Ström- och spänningsvärdena på led- ningarna 12 och 13 samt information av matningsströmmens nollgenomgångar via ledningen 14 är anordnade att matas till styranordning 7 för att bl.a. styra inkopplingen av tyristorerna 8, 8a.

Dessa delar har emellertid icke illustrerats i föreliggande ansökan utan förutsättes vara tidigare kända.

Genom den anordning som beskrivits i anslutning till figur 2 är det således möjligt att ansluta en hög likspänning till stoftavskil- jarens 2 elektroder 10, 11.

I matningsledningen från likriktarbryggan 9 förefinns en induktans 15, vilken antingen som en del utgöres av en transformator eller är kopplad till en transformator 16 för att vid den på likspänningen kunna överlagra en växelspänning.

Med hänvisning till figur 3 illustreras hur en negativ likspänning påmatas stoftavskiljaren 2 via en ledning 9a och hur en växelspänning 17 ävenledes är ansluten till stoftavskiljaren 2 via en kopplingskonden- sator 18.

Figur 3 illustrerar att endast en induktansspole 15 är anordnad i matningsledningen till den elektrostatiska stoftavskiljaren 2.

Med hänvisning till figur 4 illustreras den reglermöjlighet som föreliggande uppfinning erbjuder, genom att låta växelspänningsgenera- torn och dess inkopplingsorgan vara styrda av styrutrustningen 7 för den elektrostatiska stoftavskiljaren.

Med hänvisning till figur 4 anvisar tidsavsnittet ”A” tiden mellan två på varandra följande pulser. Repetitionsfrekvensen för den pulsade växe spänningen kan vara vald till minst 50 Hz. 1 Tiden för pulsvaraktigheten har i figur 4 illustrerats med "B" och denna skall företrädesvis vara vald mellan 10 och 100,us. “ Pulsfrekvensen "f" kan vara vald mellan 1 MHz och 100 MHz. Slut- ligen kan likspänningsnivân "D" vara vald inom området 20 kV och 60 kV samtidigt som växelspänningens topp-till-topp-värde är valt inom området l0 kV och 100 kV, illustrerat med hänvisningsbeteckningen "C".

I figur 4 har illustrerats att pulsen "f" har samma frekvens som pulsen "f1" men där pulsen "fi" tilldelats ett högre topp-till-topp- värde. Vidare kommer vid den praktiska utföringsformen ett insväng- ningsförlopp att ske, vilket illustrerats med sträckade linjer.

Nar det galler de ovan angivna värdena bör vid valet av utnyttjat värde följande beaktas.

Vid en pulsfrekvens under 1 MHz torde det för de flesta elektro- statiska stoftavskiljarna vara risk för överslag under ena halvperioden, vilket kommer att ge instabil drift samt risk för skador genom tran- sienter. Därtill är en dålig veckningsgrad att förvänta. ' Vid en pulsfrekvens över 30 MHz kan en exitering av högre moder ske i stora filter och»detta torde ge en instabil drift.

Vid mindre filter är det att förvänta att pulsfrekvensen skall kunna ökas upp till 100 MHz.

Däremot är att förvänta en stabil drift med minimal risk för gnist- överslag och med släckning av begynnande överslag under ena halvperioden när den total spänningen är lägst. ' ' Pulsernas varaktighet bör med fördel-vara så lång att det alstrade laddningsskiktet vandrat bort från högspänningselektroden och ej stöts tillbaka av egen repulsion. Samtidigt skall pulsen vara kort jämfört med 8106438-8 _6... tiden för passage genom gapet, annars övergår driften från pulsad till kontinuerlig. Det koncentrerade laddningsskiktet ger snabb uppladdning av stoftet och utjämning av rymdladdningens fördelning genom egen re- pulsion.

Det mest praktiska användbara området bör därför ligga mellan 10 och MID/us.

När det gäller repetitionsfrekvenser så skall denna vara beroende av driftstiden för rymdladdningsmolnet och den blir därför beroende av filtrets dimensioner. _ En övre praktisk gräns torde kunna vara 1000 Hz. Den undre gränsen är beroende av strömbehovet för att fasthålla utfält stoft och på upp- laddningstiden för stoftet. Förhållandet är således beroende av pulsens varaktighet. Ett minimivärde torde vara 50 Hz. A Likspänningens nivå skall ligga strax under tändspänningen eller genomslagsvärdet och blir beroende av filtrets dimensioner. Prak- šgstö sett bör värdet ligga mellan 20 kV och 100 kV vanligtvis ej över Det kan vara fördelaktigt att utnyttja speciellt konstruerade emissionselektroder¿ som kräver radiofrekvens för att emittera.

Växelspänningens toppvärde bör väljas så att tillräcklig emission erhålles. Emissionen är starkt beroende av elektrodgemotrin.

Normalt önskas att likspänningen och den överlagrade växelspän- ningens toppvärde blir så högt som möjligt d.v.s. detta ger hög stoft- uppladdning.

Det lägsta värdet är beroende av önskad likspänning och önskad emissionsström.

Uppskattningsvis kan detta värde variera mellan 10 kV och 100 kV, endast i undantagsfall över 60 kV. ' Gjorda beräkningar för nu i drift varande stoftavskiljare tyder på att pulsfrekvensen bör ligga inom området 1-5 MHz, varaktigheten 40- 60,us, repetitionsfrekvensen 100-300 Hz, likspänningensvärdet 30-50 kV och toppvärdet för växelspänningen 20-40 kV.

Med hänvisning till figur 5 visas ett blockschema över en utnytt- jad anordning där hänvisningsbeteckningen 20 avser en högfrekvenssignal- generator, 21 en modulator, 22 en till modulatorn ansluten signalgene- rator, 23 en högfrekvenseffektförstärkare, 24 en impedansanpassnings- krets samt 25 en högfrekvenslikspänningsisolator samt 28 en inkopp- lingskrets, styrd frân styranordningen 7 för att inkoppla pulsad hög- frekvent växelspänning till den elektrostatiska stoftavskiljaren 2 enligt figur 4.

Hänvisningsbeteckningen 26 illustrerar en matningskrets för en hög likspänning medan hänvisningsbeteckningen 27 illustrerar en högfre- kvensisolering.

Inkopplingskretsen 28 är anordnad att i beroende av information från styranordningen 7 inkoppla växelspänningen under det i och för sig variabla tidsavsnittet ÜB" och dessutom ombesörja repetitionsfrekvensen med den i och för sig variabla tiden "A". Värdet för likspänningen "D", topp-till-topp-värdet "C" samt i vissa fall även frekvensen "f" kan' ' varieras från styranordningen 7. ' Av väsentlig betydelse för föreliggande uppfinning är att växel- spänningens frekvens "f" är vald till eller i nära anslutning till en 8106458-8 resonansfrekvens bildad av en svängningskrets vars kapacitansvärde och/eller induktansvärde hänför sig till stoftavskiljarens egenvärde i kombination med den inkopplade induktansen 15.

För en given högfrekvensoscillator erfordras måhända en anpassning av kapacitansvärdet och/eller induktansvärdet för stoftavskiljaren och då kan detta enkelt ske antingen genom att variera induktansen 15 eller genom att inkoppla hjälpkapacitanser till stoftavskiljaren. Mest fördel~ aktift torde vara att anpassa induktansen 15.

Normalt torde dock högfrekvensgeneratorns frekvens tillverkas och anpassas mot den frekvens som svangningskretsen, bildad av stoftavskil- jarens egenvärde för kapacitans och/eller indnktansen, uppvisar. gällande för en jämförelse mellan en corona-emission vid en likspänning, med kurvan betecknad DC, samt en kontinuerlig högfrekvent spänning överlagrad likspänningen.

MHz.

Vidare har den högfrekventa spänningens toppvärde angivits på spän~ ningsaxeln. ' I figur 7 visas ett spännings/strömdiagram för en jämförelse mel- lan likspänningsvärdet och en pulsad högfrekvensspänning för corona~ ng D I .. . . variera pulsrepetitionsfrekvensen.

Den pulsade högfrekventa spänningen överlagras en 36 kV likspänning och med en pulsvaraktighet av 100,us och med en pulsrepetitionsfrekvens av 50 Hz erhålles kurvan (1), med en pulsrepetitionsfrekvens av 100 Hz erhålles kurvan (2) och med en pulsrepetitionsfrekvens av 200 Hz erhål- les kurvan (3). Toppvärdet för den pulsade högfrekvensspänningen anges på spänningsaxeln.

Från de ovan angivna diagrammen framgår med all önskvärd tyd- lighet att en avsevard höjning av spänningsvardet kan ske innan vid Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan såsom exempel angivna utföringsformen utan kan genomgå modifikationer inom ramen för efterföljande patentkrav. '

Claims (7)

.,_,._, iw-f- 'ív"w'~n~~E-.m=. .~ -- -. ~v,,.,.,, ...Nqfvggïh w W Q W, w .nä 9] w s1oe43s~8 8 PATENTKRAV.

1. Eiektrostatisk stoftavskiijare (2), vid viiken en hög iikspän- ning är ansiuten ti11 i stoftavski1jaren ingående eiektroder (10, 11) och där en växeispänning (15, 16, 20-25) är överïagrad nämnda iikspän- ning (26, 27), k ä n n e t e c k n a d därav, att växeispänningens (16) frekvens (f) är va1d ti11 e11er i nära ansiutning ti11 en resonansfrek- vens biidad av kapacitans- och/e11er induktansvärden hänförande sig ti11 stoftavskiijarens (2) egenvärde.

2. Stoftavskiijare enïigt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att växeispänningen (f) är puisad (fig. 4).

3. Stoftavskiijare eniigt patentkravet 1 e11er 2, k ä n n e t e c k- n a d därav, att puisfrekvensen är va1d me11an 1 Mhz och 100 MHz, före- trädesvis under 30 MHz.

4. Stoftavskiijare en1igt patentkravet 1, 2 e11er 3, k ä n n e - t e c k n a d därav, att puisvaraktigheten är vaid me11an 10 och 100 US.

5. Stoftavski1jare eniigt patentkravet 2, 3 e11er 4, k ä n n e - t e c k n a d därav, att-repetitionsfrekvenser för den puisade växe1- spänningen (f) är va1d me11an S0 och 1000 Hz, företrädesvis under 300 Hz. ä å

6. Stoftavskiijare eniigt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att iikspänningsnivân är va1d inom området 20 kV och 1000 kV, vaniigtvis under 60 kV.

7. Stoftavski1jare eniigt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d É därav, att växeispänningens topp-ti11-topp-värde är vait inom området 10 1 kV och 100 kV, vaniigtvis under 60 kV.