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Dokumentenidentifikation DE3301772C2 23.05.1990
Titel Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Spannungsregelung eines elektrostatischen Abscheiders
Anmelder Walther & Cie AG, 5000 Köln, DE
Erfinder Frank, Werner, 5060 Bergisch-Gladbach, DE
Vertreter Zientek, H., 4044 Kaarst
DE-Anmeldedatum 20.01.1983
DE-Aktenzeichen 3301772
Offenlegungstag 26.07.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.05.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.05.1990
IPC-Hauptklasse B03C 3/72
IPC-Nebenklasse B03C 3/68   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Spannungsregelung eines elektrostatischen Abscheiders mit einer Regelung an der maximalen elektrischen Abscheiderleistung bzw. an der Durchbruchspannung des elektrischen Feldes und mit einem aus zwei entgegengesetzt gepolten Elektroden bestehenden Miniatur-Elektroabscheider zur Regelung des elektrostatischen Abscheiders.

Normalerweise wird die Hochspannung bis zum Überschlag hochgeregelt und danach um einen einstellbaren Betrag unter der vorherigen Überschlagsspannung für eine ebenso einstellbare Zeit eingestellt, bevor eine erneute Hochregelung bis zum Überschlag erfolgt. Auf diese Weise kann weitgehend die elektrische Abscheiderleistung in verbesserter Weise geregelt werden und dabei der sich ändernden Durchschlagsfestigkeit des Gases erfolgen.

Die Betriebsspannung des Elektroabscheiders ist immer begrenzt durch Funkenschläge zwischen Sprüh- und Niederschlagselektroden. Im allgemeinen wird eine Abscheiderspannung so eingestellt, daß einige Funkenüberschläge (Durchschläge) im Abscheider erfolgen, weil dann der Abscheidegrad maximal ist. Die Durchschlagshäufigkeit soll dabei nicht zu groß sein.

Die Nachteile der bekannten Regelungsarten bestehen darin, daß jeder Überschlag zu einem totalen Feldzusammenbruch führt und bei Verwendung moderner Leistungsschalter (Tyristoren) eine Abschaltung der Hochspannung während einiger Halbwellen erfolgt, um nicht in unmittelbaren Überschlagsbereich einen sofortigen Folgeüberschlag zu initiieren. Damit ergeben sich Ausfallzeiten, bei denen nicht in optimaler Weise chargiert wird und die zur Abscheidung erforderlichen Feldkräfte eine Unterbrechung erfahren.

Bei einem bekannten Elektroabscheider (DE-OS 18 07 018) ist ein Miniatur-Elektroabscheider in einem Gas-Nebenstrom vorgesehen, bei dem zu einem Verpuffungsschutz der Unterschied zwischen Betriebsspannung und Überschlagsspannung möglichst klein gehalten wird. Die Anordnung des Miniatur-Elektroabscheiders in einem Nebenstrom ist jedoch sehr nachteilig, weil die Durchschlagsgrenze nicht unmittelbar erfaßt werden kann. Außerdem müssen für den Nebenstrom besondere Vorkehrungen geschaffen werden, wie: Isolierung der Nebenleitung, Unterbringung des Miniatur-Elektroabscheiders in einem Druckgehäuse, besondere Betätigungsvorrichtungen für die Veränderung des Elektrodenabstandes des Miniatur-Elektroabscheiders. Ein besonderer Nachteil des bekannten Abscheiders ist darin zu sehen, daß sich die Verpuffungen in dem Druckgehäuse ungehindert in den Hauptgasstrom hinein fortpflanzen.

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Elektroabscheiders (DE-PS 30 48 979) soll die Betriebsweise des Elektroabscheiders dahingehend verbessert werden, daß die Versorgungs-Hochspannung möglichst schnell dem jeweiligen Gaszustand angepaßt wird und der Elektroabscheider mit einer möglichst geringen elektrischen Leistung zu betreiben ist. Eine automatische Spannungsregelung mit der Vermeidung von Ausfallzeiten wird hierdurch nicht nahegelegt.

Des weiteren ist ein Elektroabscheider bekannt (US-PS 42 84 417), bei dem mittels eines Lichtundurchlässigkeits-Wandlers der Elektroabscheider geregelt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Spannungsregelung von Elektroabscheidern zu schaffen, mit dem die Ausfallzeiten mit einfachsten Mitteln vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Miniatur-Elektroabscheider mit eigener, von der Haupthochspannungsversorgung unabhängiger, Hochspannungsversorgung arbeitet und daß der Miniatur-Elektroabscheider zur Regelung der zugehörigen Haupthochspannungsversorgung und als Leitregler für mehrere Zonen des Elektroabscheiders gleichzeitig dient.

Der Miniatur-Elektroabscheider ist innerhalb des Hauptgasstromes angeordnet und kann an geeigneter Stelle - zum Beispiel unterhalb der Dachträger am Eintritt des zu regelnden Feldes - sitzen und dabei die sich ändernde Überschlagsgrenze unmittelbar und laufend erfassen. Dabei berücksichtigt der Miniatur-Elektroabscheider sowohl die wesentlichen Einflüsse des Gases als auch des abzuscheidenden Staubes auf die Durchschlagsgrenze. Der Miniatur-Elektroabscheider wird bei geringen Elektrodenabständen und somit vergleichsweise niedrigen Spannungswerten betrieben, so daß auftretende Überschläge entsprechend selten sind. Dabei unterliegen der Hauptabscheider und der Miniaturabscheider exakt den gleichen Betriebsbedingungen.

Die Spannungsbegrenzung für die Hochspannungsversorgung der Abscheiderzonen erfolgt durch eine einfache und kostengünstige Steuerung, wobei die im Miniatur-Elektroabscheider laufend definierte Überschlagsgrenze die Führungsgröße darstellt.

Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren für elektrostatische Abscheider ist insbesondere überall da besonders vorteilhaft einzusetzen, wo verfahrensbedingt starke Schwankungen der Durchschlagsgrenze zeitabhängig auftreten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesonders geeignet bei Kraftwerksentstaubungen mit wechselnden Brennstoffen beziehungsweise Lasten, Rohbraunkohle-Feuerungen, Brüdenabscheider für Mahltrocknungsanlagen, Ofenentstaubungen in der Zementindustrie mit verschiedenen Betriebsweisen wie Direkt-, Verbund- oder Mischbetrieb, Entstaubungen für Müllverbrennungsanlagen und vielen anderen mehr. Ein gesonderter Anwendungsfall sind Elektroabscheider, die mit zündfähigen, explosionsfähigen Medien betrieben werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt durch einen Elektroabscheider,

Fig. 2 das Funktionsprinzip eines Elektroabscheiders,

Fig. 3 ein Spannungs-Zeitdiagramm,

Fig. 4 ein weiteres Spannungs-Zeitdiagramm.

Ein Elektroabscheider 1 besteht aus einem Gehäuse 1a mit darunter angeordneten Ausfallbunkern 2 sowie einem Gaseintrittsstutzen 3 und einem Gasaustrittsstutzen 4. An den Stutzen 3 ist die Rohgasleitung 5 und an den Stutzen 4 die Reingasleitung 6 mit Saugzuggebläse 7 angeschlossen. Mit 8 bis 10 sind die einzelnen Abscheiderzonen dargestellt, wobei Sprühelektroden 11 bis 13 in Fig. 1 schematisch dargestellt sind.

In Fig. 2 ist das Funktionsprinzip eines Elektroabscheiders 1 dargestellt. Mit 1a ist das Gehäuse als Niederschlagselektrode und mit 11a eine Sprühelektrode bezeichnet. In diesem Beispiel entsteht der Koronastrom an der dünnen drahtförmigen Sprühelektrode 11a, der am negativen Pol eines Hochspannungsaggregats 15 liegt. Mit 19 ist ein Hochspannungskabel und mit 32a ein Isolator bezeichnet. 36 deutet eine Wechselstromeinspeisung an und mit 35 ist eine Erdleitung bezeichnet. Die Staubteilchen gelangen von unten in das Gehäuse 1 des Elektroabscheiders und werden auf den ersten Zentimetern ihrer Wanderung im elektrischen Feld aufgeladen. Dann werden die geladenen Teilchen durch das elektrische Feld an die Wandungen des Gehäuses 1a getrieben. Zur Abscheidung des gesamten Staubes wird oft nur eine Zeitspanne von 1 bis 2 Sekunden benötigt.

Derartige Abscheider können ein oder zweistufig sowie mit einer oder mehreren Abscheiderzonen ausgebildet sein. Den Zonen 8 bis 10 in Fig. 1 ist jeweils eine eigene Hochspannungsversorgung mit Hochspannungsaggregaten 15 bis 17 zugeordnet. Isolatoren 32 bis 34 bilden die erforderliche Isolierung, wobei Hochspannungskabel 19 bis 22 von den Hochspannungsaggregaten zu Steuerschränken 23, 24 und 26 geführt sind, die mit Stellgliedern ausgerüstet sind. Eine gemeinsame Regelleitung 27 mit Regelzuführungen 28, 29 und 31 ergänzen das Regelsystem.

Zwischen den Abscheiderzonen 9 und 10 ist im Bereich eines Dachträgers 42 ein Miniatur-Elektroabscheider 14angeordnet, der ebenso wie die übrigen Abscheiderzonen aus einer Sprühelektrode und einer Niederschlagselektrode besteht. Auch hier ist über einen Isolator 43 ein Hochspannungskabel 21 zu einem Hochspannungsaggregat 18 und von dort weiter zu einem Leitregler 25 geführt. Eine Regelabzweigung 30 ist in die Regelleitung 27 eingeführt.

Im Diagramm der Fig. 3 ist die herkömmliche Regelung gezeigt, wobei mit u die Spannung und mit t die Zeit aufgetragen ist. 37 zeigt die Überschlagscharakteristik, und mit 38 sind die Ausfallzeiten und damit die Verluste des Elektroabscheiders gegeben. 39 bezeichnet die Abscheiderdurchbruchspannung. Die übrigen Bezeichnungen haben folgende Bedeutung:



Das Diagramm in Fig. 4 zeigt im oberen Teil den Spannungsverlauf bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Abscheiderdurchbruchspannung 39 und der Abscheiderspannung 40 und im unteren Teil die Durchbruchspannung am Miniatur-Elektroabscheider 41. Auch hier ist eine geringe Leistungsminderung im geregelten elektrischen Feld gegeben. Es treten aber nicht mehr die den Abscheidegrad gravierend beeinflussenden Feldzusammenbrüche auf.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur automatischen Spannungsregelung eines elektrostatischen Abscheiders mit einer Regelung an der maximalen elektrischen Abscheiderleistung bzw. an der Durchbruchspannung des elektrischen Feldes und mit einem aus zwei entgegengesetzt gepolten Elektroden bestehenden Miniatur-Elektroabscheider zur Regelung des elektrostatischen Abscheiders, dadurch gekennzeichnet, daß der Miniatur-Elektroabscheider mit eigener, von der Haupthochspannungsversorgung unabhängiger, Hochspannungsversorgung arbeitet und daß der Miniatur-Elektroabscheider zur Regelung der zugehörigen Hochspannungsversorgung und als Leitregler für mehrere Zonen des Elektroabscheiders gleichzeitig dient.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelnen Hochspannungsversorgung ein Stellglied zugeordnet ist, welches über einen zentralen Rechner (Mikroprozessor) in einem einstellbaren Verhältnis zur Führungsgröße gesteuert wird, die der Rechner seinerseits von dem Miniatur-Elektroabscheider erhält.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Miniatur-Elektroabscheider im Bereich unterhalb des Dachträgers die sich ändernde Durchschlagsgrenze laufend abtastet und dabei die wesentlichen Einflüsse des Gases und des abzuscheidenden Staubes auf die Durchschlagsgrenze berücksichtigt.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzung für die Hochspannungsversorgung in Serie liegender Abscheiderzonen mit unterschiedlichen aber fest eingestellten Verhältnissen zur Führungsgröße durchgeführt wird und die im Miniatur-Elektroabscheider laufend definierte Durchschlagsgrenze die Führungsgröße für die Regelung darstellt.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 mit einem Elektroabscheider der in mehrere Abscheiderzonen und mit getrennten Sprühelektroden und Niederschlagselektroden unterteilt und jeder Zone ein gesondertes Hochspannungsaggregat mit Steuerschrank und Einzelstellgliedern zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Abscheiderzonen (8, 9 oder 9, 10) ein Miniatur-Elektroabscheider (14) im Bereich des Dachträgers (42) angeordnet ist, dem ein eigenes Hochspannungsversorgungsaggregat (18), mit Leitregler (25), zugeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Miniatur-Elektroabscheider (14) eine gesonderte mechanische Reinigungseinrichtung mit kontinuierlichen Reinigungsintervallen zugeordnet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß den den Hochspannungsaggregaten (15 bis 18) zugeordneten Steuerschränken (23 bis 26) eine gemeinsame Regelleitung (27) mit Regelzuführungen (28 bis 31) zu den Steuerschränken (23 bis 26) zugeordnet ist.






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