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Dokumentenidentifikation DE69220815T2 05.02.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0627963
Titel STEUERVERFAHREN VON STROMPULS-VERSORGUNG FÜR EINEN ELEKTROSTATISCHEN ABSCHEIDER
Anmelder ABB Fläkt AB, Stockholm, SE
Erfinder JACOBSSON, Hans, S-352 49 Växjö, SE
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69220815
Vertragsstaaten AT, BE, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, NL, PT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 26.11.1992
EP-Aktenzeichen 929249803
WO-Anmeldetag 26.11.1992
PCT-Aktenzeichen SE9200815
WO-Veröffentlichungsnummer 9310902
WO-Veröffentlichungsdatum 10.06.1993
EP-Offenlegungsdatum 14.12.1994
EP date of grant 09.07.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.02.1998
IPC-Hauptklasse B03C 3/68

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines pulsierenden Gleichstroms, der an eine elektrostatische Abscheidereinheit geliefert wird, die Entladungselektronden und Sammelelektroden umfaßt, zwischen denen eine sich ändernde Hochspannung aufrecht erhalten wird. Die Frequenz, die Impulsladung und/oder die Impulsdauer des pulsierenden Gleichstroms werden veranlaßt, sich derart zu verändern, daß eine Vielzahl von Kombinationen von Frequenz, Ladung und Dauer erhalten werden. Für jede der Kombinationen wird die Spannung U zwischen den Entladungselektroden und den Samelelektroden gemessen.

Das Verfahren eignet sich insbesondere, wenn der pulsierende Gleichstrom in der Form eines Impulszugs ist, der zu der Frequenz der Netzspannung synchronisiert ist und dessen Impulse erzeugt werden, indem mittels eines Phasenwinkel-gesteuerten Gleichrichters (Thyristors) ein Teil einer Halbwelle der Netzspannung an die Elektroden des Abscheiders nach einer Heraufstufungstransformation geliefert wird, woraufhin eine Vielzahl von Perioden der Netzspannung vergehen können, ohne daß Strom an die Elektroden zugeführt wird. Danach wird ein Teil einer Halbwelle wieder zugeführt, gefolgt von einer Vielzahl von Perioden ohne Strom etc.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In vielerlei Hinsicht, insbesondere bei der Rauchgasreinigung, sind elektrostatische Abscheider, die am besten geeigneten Staubsammler. Ihre Konstruktion ist robust und sie sind höchst zuverlässig. Ferner sind sehr effiziente Trennungsgrade von über 99,9% sind nicht ungewöhnlich. Da ihre Betriebskosten, im Vergleich mit Stofffiltern, gering sind und das Risiko einer Beschädigung und eines Stoppens auf Grund von funktionellen Störungen beträchtlich kleiner ist, sind sie in vielen Fällen eine natürliche Wahl.

Die Anforderungen der Behörden bezüglich des Emissionsgrads, z.B. von Industrieanlagen, in denen Fossilkraftstoffe verbrannt werden, richten sich auf den Gesamtbetrag der Emissionen. Dies bedeutet, daß funktionale Störungen berücksichtigt werden müssen. Bei Verwendung von elektrostatischen Abscheidern ist die häufigste Störung die Reinigung des Filters einschließlich eines Losklopfens, was ausgeführt werden muß, um zu ermöglichen, daß Staub, der sich auf den Sammelelektroden abgelagert hat, von dem Filter entfernt werden kann. Bei einer derartigen Filterreinigung nehmen die Emissionen vorübergehend sehr stark zu, wenn keine speziellen Maßnahmen getroffen werden. Eine mögliche Maßnahme ist in der EP-162 826 offenbart.

Der Gesamtenergieverbrauch in den elektrostatischen Abscheidern in einer großen Verbrennungsanlage kann mehrere hundert kW betragen. Es ist deshalb höchst wichtig geworden, diesen Energieverbrauch so weit wie möglich zu verringern. Dies ist insbesondere wichtig, wenn Staub mit einem hohen Widerstand getrennt werden muß. In derartigen Fällen ist es aufgrund des Risikos eines elektrischen Durchschlags in der Staubschicht, die suczessive auf den Sammelelektroden wächst, oft erforderlich, mit extrem ungünstigen Betriebsparametern zu arbeiten. Dies führt dazu, daß Ladungen und Staub von den Sammelelektroden emittiert werden, eine sogenannte Rück-Korona.

Um den Betrieb zu optimieren und den Energieverbrauch zu verringern, wenn gleichzeitig die Abscheidung verbessert wird, sind mehrere Verfahren zur Impulszuführung des Stroms an das Filter vorgeschlagen worden. Beispiele sind in der US-4,052,177 und der US-4,410,849 offenbart. Die erstere schlägt die Zuführung von Impulsen in der Größenordnung von Mikrosekunden vor, was bedeutet, daß die Gleichrichter extrem teuer werden. Die Letztere schlägt Impulse in der Größenordnung von Millisekunden vor, was relativ einfach durch selektives Steuern von gewöhnlichen Thyristor-Gleichrichtern erreicht werden kann, an die ein Netzfrequenz-Wechselstrom geliefert wird.

Unabhängig von der gewählten Technik versucht man natürlich, sie so effizient und wirtschaftlich wie möglich zu verwenden. Am wichtigsten ist, daß die Emissionen geringer als die festgelegten Grenzwerte sein müssen. Als nächstes sollten die Kosten davon minimiert werden.

Die neuen Techniken haben zu einer erhöhten Anzahl von Steuerparametern und demzufolge zu einer erhöhten Komplexität in den Steuersystemen geführt. Unglücklicherweise bedeutete dies auch, daß die tatsächliche Einstellung eine Hauptstörung in der Funktion des Abscheiders sein kann. In der gleichen Weise, so wie sich die Emissionen während des Abklopfens des Filters erhöhen, werden sich die Emissionen während der Einstellung oder während der Uberprüfung der Steuerparameter, so wie sie eingestellt sind, erhöhen.

Wenn eine Einstellung manuell mittels des Ablesens auf einem Opacimeter (einem Tester für die optische Dichte von Rauch) bewirkt wird, so benötigt dies eine lange Zeit, so daß die Emissionen, wenn sich die Last häufig ändert, während der tatsächlichen Einstellung so beträchtich werden können, daß sie sicherlich so groß wie ein Betrag der Gesamtemissionen werden, wie diejenigen, die durch den Filterreinigungsbetrieb verursacht wird. Ferner besteht ein Risiko darin, daß Betriebsveränderungen die Einstellung beeinflussen, so daß die Optimierung fehlschlägt, wenn beträchtliche Abderungen in der Konzentration des Rauchs oder der Gastemperatur während der Zeit auftreten, die für die Einstellung benötigt werden.

Ferner führt die tatsächliche Reinigung der Sammelelektroden durch ein Abklopfen, wie voranstehend erwähnt, zu einer vorübergehend stark erhöhten Staubkonzentratation in dem emittierten Gas. Jede Messung der Lichtdurchlässigkeit für eine Einstellung der Stromzuführung sollte deshalb lediglich in den Perioden ausgeführt werden, wenn keine Reinigung des Filters ausgeführt wird. Da eine derartige Reinigung häuig in dem Abscheider stattfindet, der der Verbrennungs- oder irgendeiner anderen Staubguelle am nächsten ist, besteht ein erhöhtes Risiko darin, daß die Reinigung des Filters noch einen entscheidenen negativen Einfluß auf die Einstellung ausübt.

Deshalb ist es extrem wichtig, Verfahren zum schnellen und sicherem Einstellen der Stromzuführung an elektrostatische Abscheider ausschließlich basierend auf elektrischen Messungen in dem Abscheider selbst oder dem zugehörigen Gleichrichter zu entwickeln. Es ist gezeigt worden, daß selbst wenn die Reinigung des Filters die Staubkonzentration in dem Gas, das von dem Abscheider emittiert wird, stark beeinflußt, dies nur marginal die Beziehung zwischen dem Strom und der Spannung in einem Abscheider ändert.

Einige wenige Experimente mit einer Optimierung, die ausschließlich auf einer Messung von elektrischen Variablen basiert, sind bereits durchgeführt worden und die US-4,311,491, EP-90905714 und EP-184 922 können als Beispiele erwähnt werden. Jedoch sind diese Beispiele nachteilig hinsichtlich der verbleibenden Unzulänglichkeiten in Hinsicht auf eine Flexibilität, wenn der Prozeß modifiziert wird, und in Hinsicht auf eine Zuverlässigkeit bezüglich einer Auffindung der Einstellung, die einen minimalen Energieverbrauch unter sich verändernden Bedingungen beinhaltet, wenn höchst widerstandsbehafteter Staub getrennt wird.

In der BP 184 922, die als der nächstkommende bekannte Stand der Technik angesehen wird, ist ein Verfahren zum Steuern einer intermittierenden Spannungszuführung an einen elektrostatischen Abscheider offenbart, vorzugsweise zur Auffindung der optimalen Impulsfrequenz. Die Energiezuführung wird mit einer Netzspannung versorgt, die in eine hohe Spannung transformiert und gleichgerichtet wird. Nur ein Abschnitt der Halbwellen von der Netzspannung wird an den Hochspannungstransformator geliefert, wodurch somit eine gepulste Zuführung eines Stroms an den elektrostatischen Abscheider bereitgestellt wird. Die Impulsparameter, d.h. im wesentlichen der Zündwinkel für die Thyristoren und die Impulsfrequenz, werden gesteuert, so daß ein Extremwert des Verhältnisses zwischen der Spitzenspannung zwischen den Elektroden und der an die Elektroden in einem einzelnen Impuls gelieferten Ladung aufgefunden wird. Während der Suchprozedur wird entweder vorzugsweise die Spitzenspannung oder die Impulsladung konstant gehalten.

AUFGABEN DER ERFINDUNG

Es hat sich gezeigt, daß die Verfahren, die bislang versucht wurden, nicht immer zu der optimalen Kombination von Parametern führen, wenn höchst widerstandsbehafteter Staub getrennt wird. Wenn die Kombination von Parametern geändert und offensichtlich verschlechtert wird, können im Gegensatz dazu beträchtliche Vorteile in der Form von geringeren Emissionen und einem geringeren Energieverbrauch erhalten werden. Dies ist insbesondere der Fall für die Verfahren, die auf einer Messung der Staubkonzentration basieren, aber auch für Verfahren, die bislang vorgeschlagen wurden und auf einer Messung von elektrischen Variablen basieren.

Deshalb ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Wählen von Betriebsparametern für elektrische Abscheider bereitzustellen, wenn sogenannter schwieriger Staub, beispielsweise höchst widerstandsbehafteter Staub, getrennt wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, welches auf Grundlage nur der Messung von elektrischen Variablen allgemein zu einer schnelleren und zuverlässigeren Einstellung von elektrostatischen Abscheidern führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines pulsierenden Gleichstroms, der an eine elektrostatische Abscheidereinheit geliefert wird, die Entladungselektroden und Sammelelektroden umfaßt, zwischen denen eine sich ändernde Hochspannung aufrecht erhalten wird. Die Frequenz, Impulsladung und/oder die Impulsdauer des pulsierenden Gleichstroms werden veranlaßt, sich derart zu verändern, daß eine Vielzahl von Kombinationen von Frequenz, Ladung und Dauer erhalten werden. Für jede der Kombinationen wird die Spannung U zwischen den Entladungselektroden und den Sammelelektroden gemessen.

In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird für jede der Kombinationen ein Spannungspegel Uref nahe zu der Spannung, bei der die Corona-Entladung an dem Entladungselektroden beginnt, bestimmt, gemessen, oder berechnet. Für jede der Kombinationen wird entweder das Integral Ik = U (U-Uref) .dt während eines Zeitintervalls gemessen oder berechnet, oder Ai = Ui . (Ui - Uref) wird an einer Anzahl von Zeitpunkten "i" in einem definierten Zeitintervall gemessen und berechnet. Dieses definierte Zeitintervall ist kürzer oder gleich zu der Zeit 1/f, wobei f die Impulsfrequenz ist. Fk oder Linearkombinationen von Ai werden verwendet, um die Kombination von Frequenz Ladung und Dauer des pulsierenden Gleichstroms zu wählen.

ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Seit mehr als 50 Ihrens ist bekannt, daß eine Impulszuführung des Stroms an elektrostatische Abscheider zu verbesserten Betriebscharaktenstiken des Abtrenners führt. Dies ist insbesondere offensichtlich, wenn es schwierig ist, den Staub zu trennen, d.h. wenn er höchst widerstandsbehaftet ist. Wie voranstehend erwähnt, sind Versuche durchgeführt werden, um mittels eines Geräts, welches manchmal höchst kompliziert ist, die erforderliche Energie an den Abscheider auch durch sehr kurze Impulse zuzuführen.

Schließlich erkannte man, daß Impulse der gleichen Größe wie die Halbwellen in einer gewöhnlichen AC-Spannung, so wie sie für die Netzzuführung verwendet wird, hervorragend funktionierte. Dies wurde durch die Tatsache erklärt, daß die Entladungen in der Staubschicht, die die sogenannte Rück- Korona verursachen, eine Zeitkonstante von ungefähr 1 Sekunde aufweisen. Jedoch darf dies nicht so interpretiert werden, als ob es 1 Sekunde dauert, die Schicht zu entladen, selbst wenn dieser Fehler häufig gemacht wird, sondern, daß ungefähr 1 Sekunde benötigt wird, um die Schicht zu entladen, wenn das Laden aufgehört hat. Das Laden wird nur durch die zugeführte Ladung gesteuert, d.h. durch die Größe des Stroms Somit wird das Laden in weniger als 1 ms durchgeführt, wenn die Stromintensität ausreichend ist.

Jedoch ist es seit geraumer Zeit als fast offensichtlich angesehen worden, daß kurze Impulse mit großen Strömen immer wünschenswert sind.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der unerwarteten Offenbarung, daß auch durch einen Betrieb, bei dem die Pulsfrequenz sehr gering ist und große Ladungen durch jeden Impuls zugeführt werden, die Trennung von Staub unzureichend sein kann, aber überraschenderweise auf ein auffälligstes Maß verbessert werden kann, wenn die Größe der Impulse geringfügig verringert wird, wenn die Impulsfrequenz beibehalten wird.

Um dies zu erreichen, muß man gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren die Reaktion des Abscheiders bei jedem Impuls analysieren und sich nicht auf eine Messung von Durchschnittspegeln oder Spitzenpegeln beschränken. Die Aufgabe dieses Verfahrens besteht darin, daß es möglich sein sollte, den Effekt des störenden Stroms auszuwerten, der von einer Rück-Korona von den Sammelelektroden abhängt, und diesen Effekt mittels des vorgeschlagenen Verfahrens zu minimieren.

Diesbezüglich wird ein Referenzspannungspegel Uref zwischen dem oberen Pegel und dem unteren Pegel der Spannung zwischen Entladungselektroden und Sammelelektroden bestimmt und ein positiver Wert wird zu der Zeit hinzugefügt, in der die Spannung diesen Pegel übersteigt und ein negativer Wert wird der Zeit zugeschrieben, in der die Spannung geringer als dieser Pegel ist. Dies wird durch Gewichten gemäß der Funktion A = U (U-Uref) durchgeführt, wobei U die Spannung zwischen den Elektroden in dem Abscheider für einen gegebenen Zeitpunkt ist.

Um den Impuls durch Zuweisen irgendeiner Art von unverwechselbaren Meßzahl auszuwerten, kann die Funktion A während eines definierten Zeitintervalls integriert werden oder bei einer abgetasteten Messung kann eine gewichtete Addition von Ai kann während eines definierten Zeitintervalls ausgeführt werden, in geeigneter Weise derart, daß irgendeine Art von Durchschnittswert gebildet wird oder eine numerische Approximation der Integration stattfindet. Dieses Zeitintervall muß natürlich kleiner oder gleich zu der Zeit 1/f sein, wobei f die Impulsfrequenz ist. Wenn diese Zeit lang ist, sollte das Zeitintervall kürzer sein und es sollte ihm entweder ein vorgegebener maximaler Wert gegeben werden, oder es sollte durch eine Messung in einem Zusammenhang mit der betreffenden Betriebssituation gebracht werden.

Die Wahl der Referenzfrequenz Uref hängt stark von der Auswertung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ab. Für eine zufriedenstellende Optimierung des Betriebs muß Uref nahe zu der Spannung gewählt werden, bei der die Koronaentladung and den Entladungselektroden beginnt. Da diese Spannung kaum kontinuierlich während eines Betriebs überwacht werden kann und es auch ansonsten schwierig ist, sie eindeutig zu bestimmen - sie hängt unter anderem von dem Design und Defekten, soweit vorhanden, der Entladungselektroden ab -, wird eine vereinfachte Messung während eines Betriebs vorgeschlagen.

Bei dieser Bestimmung von Uref wird die Größe der Impulse veranlaßt, sich bei einer konstanten Impulsfrequenz zu verändern und der Durchschnittswert des Stroms und die entsprechenden oberen Pegel und unteren Pegel der Spannung zwischen den Elektroden werden gemessen. Danach werden die oberen Pegel und die unteren Pegel als eine Funktion der Quadratwurzel des Stroms aufgetragen. Diese zwei Funktionen werden mit Ausdrücken der ersten Ordnung approximiert. Da der obere Pegel und der untere Pegel sich aneinander bei geringen Strömen annähern, werden sich diese vereinfachten Approximationsfunktionen nahe bei dem Null-Pegel des Stroms schneiden. Der Pegel der Spannung an diesem Überschneidungspunkt wird als die Referenzspannung Uref für diese Frequenz verwendet.

Aus der Erfahrung hat sich gezeigt, daß selbst wenn die Wahl des Pegels von Uref kritisch ist, sich Uref gemäß der voranstehend beschriebenen Bestimmung nicht so viel ändert, wie sich die Impulsfrquenz verändert. Der Fehler, der gemacht wird, wenn der Pegel von Uref gleich für sich mäßig ändernde Impulsfrequenzen eingestellt wird, ist somit nicht ausschlaggebend. Deshalb gibt es andere Möglichkeiten zum Bestimmen des Pegels von Uref. Beispielsweise kann eine Extrapolation einer der Funktionen, vorzugsweise des unteren Pegels, auf den Nullpegel des Stroms verwendet werden. Bei einer Extrapolation nach unten kann auch der Schnittpunkt z.B. zwischen dem Durchschnittspegel und dem unteren Pegel der Spannung oder irgendeiner anderen eindeutig definierten Stromverbindung verwendet werden, wobei sich die Differenz davon Null annähernd, wenn der Strom abnimmt.

Die Dauer des Zeitintervalls, in dem der Impuls ausgewertet wird, ist nicht so kritisch wie der Pegel der Referenzspannung Uref. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren sollte das Zeitintervall, in dem eine Auswertung stattfindet, vorzugsweise das Zeitintervall sein, in dem die Korona-Entladung an den Entladungselektroden stattfindet.

Der Start des Intervalls kann somit auf einen Zeitpunkt eingestellt werden, zu dem der Stromimpuls beginnt. Jedoch dauert die Korona-Entladung auch nach dem Ende des Stromimpulses etwas an. Die Spannung in dem Abscheider ist für eine fortgesetzte Entladung ausreichend.

Das Ende des Intervalls sollte vorzugsweise durch Analysieren der Steigung der Abnahme der Spannung durch irgendeine Art von Messung von Differenzen oder eine numerische Ableitung bestimmt werden. Das Ende des Intervalls wird dann auf den Punkt eingestellt, an dem der differenzielle Widerstand einen bestimmten Wert übersteigt, oder auf den Zeitpunkt, wenn eine markierte Zunahme des differenziellen Widerstands stattfindet. Wenn der differenzielle Widerstand den angegebenen Grenzwert nicht übersteigt oder, wenn keine markierte Zunahme des Widerstands registriert wird, wird das Zeitintervall gleich zu der Zeit zwischen zwei Impulsanfängen eingestellt.

Bei hohen Impulsfrequenzen, wobei hier Frequenzen über 10 Hz gemeint sind, sollte es möglich sein, das Ende des Intervalls auf einen Festwert oder auf den Zeitpunkt des nächsten Impulsbeginns zweckdienlicherweise einzustellen.

Bei geringen Impulsfrequenzen, wobei in diesem Zusammenhang Frequenzen unter 10 Hz gemeint sind, sollte es möglich sein, das Ende des Intervalls bei einem festen Wert in dem Bereich 30 bis 100 ms in zweckdienlicher Weise einzustellen. Dies wird gegenüber einer numerischen Ableitung zum Messen des Widerstands bevorzugt, wenn eine numerische Ableitung zu einer sich stark verändernden Dauer des Zeitintervalls führt.

BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Erfindung wird nachstehend eingehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen 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, dem Stromimpulse mit einer Frequenz von ungefähr 11 Hz zugeführt werden;

Fig. 3 den oberen und unteren Pegel der Spannung zwischen den Elektroden in einem elektrostatischen Abscheider bei einer konstanten Impulsfrequenz, als eine Funktion der Quadratwurzel des Durchschnittspegels des Stroms durch den Abscheider;

Fig. 4 ein grundlegendes Verfahren zum Messen der Spannung zwischen den Elektroden mittels einer sogenannten Abtastung; und

Fig. 5 die aus Fig. 4 berechnete Funktion Ai = Ui (Ui-Uref) Fig. 1a zeigt die allgemeine Beziehung zwischen Strom und Spannung in einem elektrostatischen Abscheider, dem Strom von einem Phasenwinkel-gesteuerten Gleichrichter (Thyristor-Gleichrichter) zugeführt wird, wenn die Thyristoren in allen Halbperioden des Wechselstroms gezündet werden. Fig. 1b zeigt den gleichen Zusammenhang, wenn die Thyristoren lediglich in jeder dritten Halbperiode gezündet werden. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird gewöhnlicherweise bei wesentlich geringeren Zündfrequenzen als die dargestellten ausgeführt, die zur besseren Übersichtlichkeit nicht im Maßstab gezeichnet sind. Die Beziehung zwischen den Pegeln ist deshalb völlig irrelevant.

Fig. 2 zeigt die tatsächlich gemessene Spannung in einer realistischeren Situation, bei der die Thyristoren in jeder neunten Halbperiode gezündet werden und dann einen sehr steilen Spannungsanstieg erzeugen, woraufhin sie zuerst sehr steil und dann immer langsamer abfällt. Der große Unterschied zwischen dem oberen Pegel und dem unteren Pegel zwischen der Spannung zwischen den Elektroden ist ziemlich realistisch. Die Skalierungsänderung macht Vergleiche mit den Fig. 1a und 1b ungeeignet. In Fig. 2 beträgt der obere Pegel der Spannung ungefähr 58 kV und der untere Pegel ungefähr 16 kV.

Wenn die Zündwinkel der Thyristoren veranlaßt werden, sich bei einer konstanten Frequenz zu ändern, werden sich sowohl die oberen als auch die unteren Pegel der Spannung ändern. Unter ungünstigen Betriebsbedingungen oder nahe zu einem optimalen Betrieb ist der untere Pegel vergleichsweise unabhängig von dem Zündwinkel, während der obere Pegel monoton mit einem abnehmenden Zündwinkel, d.h. einer erhöhten Leitungsperiode der Thyristoren, anwächst. Unter komplizierten Betriebsbedingungen und, wenn mit ungeeigneten Parametern gearbeitet wird, nimmt die untere Spannung mit einem abnehmenden Zündwinkel ab. Fig. 3 illustriert dies für eine gegebene Impulsfrequenz nahe des optimalen Betriebspunkts.

In dem Diagram sind die oberen und unteren Pegel der Spannung bei vier unterschiedlichen Zündwinkeln als eine Funktion der Quadratwurzel des Stroms (Durchschnittswert) aufgetragen worden. Das Diagramm zeigt, daß die Beziehung größtenteils linear ist und, daß die zwei Funktionen, extrapoliert in Richtung auf niedrigere Werte des Stroms hin, sich relativ nahe an der Spannungsachse, d.h. wo der Strom Null ist, schneiden. Es ist nicht erforderlich, die Messung im Zusammenhang mit mehr als einigen wenigen Pegeln des Stroms auszuführen. Aufgrund der guten Linearität sind 2-4 Messungen ausreichend, um den Schnittpunkt und somit den Wert von Uref zu bestimmen. Gemäß dem bevorzugten Verfahren wird die Unterbrechung des Betriebs deshalb weder extensiv noch lang.

Wenn die Anlage gestartet wird, wird ein Erfahrungswert oder ein Wert von Uref, der aus der vorangehenden Betriebsgelegenheit gespeichert ist, verwendet. Wenn die Pulsfrequenz zu regelmäßigen Intervallen geändert wird, wird Uref während eines Betriebs zum Überprüfen gemessen und, soweit erforderlich, beispielsweise jede halbe Stunde eingestellt.

Fig. 4 ist ein Bild, welches zur besseren Verständlichkeit geringfügig verzerrt ist und zeigt, wie sich die Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders über der Zeit während des Intervalls von einem Stromimpulsstart zu dem Start des nächsten Stromimpulses verändert. Es ist auch angedeutet, daß Messungen bei einer Vielzahl von diskreten gleichmäßig verteilten Zeitpunkten stattfinden. In dem praktischen Fall finden Messungen bei einer beträchtlich größeren Anzahl von Zeitpunkten als die dargestellten statt, beispielsweise 1 - 3 mal pro Millisekunde. Diese Messwerte werden in einer Steuereinheit, vorzugsweise computerisiert (nicht gezeigt), gespeichert, und mittels des Werts von Uref, der ebenfalls in der Steuereinheit gespeichert ist, wird Ai = Ui (Ui-Uref) für jeden Meßpunkt berechnet. Fig. 5 zeigt den Wert von Ai für das betreffende Beispiel.

Danach wird das Integral Ik= U (U-Uref) dt numerisch für das gesammte Intervall durch eine differenzielle Addition von Ai, berechnet wie oben angegeben, abgeschätzt und mit der Zeitdifferenz zwischen zwei diskreten Messungen multipliziert. Die Differenzen in der Zeit sind in diesem Fall konstant. Diese Berechnung wird automatisch in der Steuereinheit ausgeführt und das Ergebnis wird als eine "Gütezahl" für die gegenwärtige Kombination von Pulsfrequenz und Zündwinkel der Thyristoren gespeichert.

In dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Impulsfrequenz und der Zündwinkel veranlaßt, sich zu verändern, wodurch eine Vielzahl von Kombinationen gebildet werden. Für jede Impulsfrequenz wird zunächst die Spannung Uref wie voranstehend beschrieben gemessen, und dann wird Ui bei einer Vielzahl von Zündwinkeln gemessen. Nach Berechnen des entsprechenden Werts Ai wird der betreffenden Kombination ihre "Gütezahl" gegeben. Wenn ein Maximum in dem untersuchten Bereich vorhanden ist, wird dieses herausgesucht und die Parameter davon werden in dem fortgesetzten Betrieb verwendet. Wenn jedoch festgestellt wird, daß die größte "gütezahl" an der Kante des untersuchten Bereichs ist, werden die Frequenz und der Zündwinkel wiederum veranlaßt, sich zu verändern, und zwar auf Grundlage der Parameter, die diesen größten Wert der "Gütezahl" ergaben.

Eine derartige Einstellung wird fortgesetzt, bis ein Maximum erreicht wird. In einem kontinuierlichen Betrieb werden die Parameter überprüft und eine neue Einstellung findet bei regelmäßigen Intervallen, beispielsweise einmal jede halbe Stunde, statt. Während dieses Zeitraums finden kleine Veränderungen des Zündwinkels in einer vorgegebenen Weise bei einer konstanten Impulsfrequenz statt, während die Igütezahlt des Impulses entsprechend ausgewertet und die Parameter eingestellt werden, wenn dies erforderlich ist, um sicherzustellen, daß der Betrieb so nahe wie möglich an einem Optimum ist. Derartige kleine Einstellungen können z.B. einmal jede Minute ausgeführt werden.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, daß die Impulsfrequenz nicht zu gering ist. Bei Frequenzen unter 10 Hz wird vorgeschlagen, daß die Auswertung während eines Intervalls stattfindet, das kürzer als die Zeit zwischen dem Start von zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ist. Dies ist möglich entweder durch Bestimmen eines Werts des Intervalls, das für jede Frequenz fest ist, und durch Speichern dieses Werts in der Steuereinheit, oder durch Bestimmen der Länge des Intervalls durch Auswerten der Abnahme der Spannung, wobei der Wert auch in diesem Fall für die gleiche Frequenz bei sich ändernden Zündwinkeln konstant gehalten wird.

Es wird vorgeschlagen, daß eine derartige Auswertung stattfindet, indem angenommen wird, daß die Spannung zwischen den Elektroden des Abscheiders durch die folgende Beziehung bestimmt ist:

Ux = Uy exp[(ty-tx)/(R C)]

Wenn C, die Kapazität der Trenneinrichtung, als konstant angenommen wird, zeigt die Erfahrung, daß der Widerstand R sich ändert. Wenn der Zeitpunkt "x" gleich zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt "i" gesetzt wird und der Zeitpunkt "y" zur Zeit des Startens des nächsten Impulses "N" gesetzt wird, dann wird die folgende Funktion erhalten:

Ri = (tN-ti)/fC ln(Ui/UN)]

Dieser Wert Ri steigt stark an, wenn die Korona-Entladung aufhört und dann wird das Ende des Auswerteintervalls auf den Zeitpunkt eingestellt, wenn dies stattfindet.

Alternativ kann eine numerische Ableitung für die gleiche Auswertung verwendet werden. Dies bedeutet, daß das Ende des Auswerteintervalls durch den Zeitpunkt bestimmt wird, wenn

R = U/(C dU/dt)

stark ansteigt oder einen gegebenen Wert überschreitet.

ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist natürlich nicht auf die voranstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann in vielerlei Weise innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.

Das Verfahren kann auf eine Anzahl von anderen Vorgehensweisen zum Zuführen von Strom in der Form von Impulsen an elektrische Abscheider angewendet werden. Beispiele von derartigen Vorgehensweisen sind Impulsbreitenmodulierte-Hochfrequenz oder andere Formen von sogenannten "Schaltmoden", sowie die Verwendung von Thyristoren, die "ausgeschaltet" werden können. Das Verfahren eignet sich auch für die sehr speziellen Impulsgleichrichter, die Impulse in der Größe von Mikrosekunden erzeugen, selbst wenn dies technische Schwierigkeiten bei der tatsächlichen Messung mit sich bringt.

Beispiele von Modifikationen des Verfahrens sind andere Vorgehenswisen zum Bestimmen des Pegeis Uref und die Einführung einer Gewichtung bei der Addition der Funktion Ai.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Steuern eines pulsierenden Gleichstroms, der an eine elektrostatische Abscheidereinheit geliefert wird, die Entladungselektroden und Sammelelektroden umfaßt, zwischen denen eine sich ändernde Hochspannung aufrecht erhalten wird, wobei ein pulsierender Gleichstrom an die Elektroden geliefert wird,

die Frequenz, Impulsladung und/oder Impulsdauer des pulsierenden Gleichstroms veranlaßt werden, sich derart zu verändern, daß eine Vielzahl von Kombinationen von Frequenz, Ladung und Dauer erhalten werden; und für jede der Kombinationen die Spannung U zwischen den Entladungselektroden und den Sammelelektroden gemessen wird;

dadurch gekennzeichnet,

daß für jede der Kombinationen ein Spannungspegel Uref nahe zu der Spannung, bei der die Corona-Entladung an den Entladungselektroden beginnt, bestimmt, gemessen oder berechnet wird;

daß für jede der Kombinationen entweder das Integral Ik= U (U-Uref) dt während eines definierten Zeitintervalls gemessen oder berechnet wird, oder Ai=Ui (Ui-Uref) an einer Anzahl von Zeitpunkten "i" in einem definierten Zeitintervall gemessen und berechnet wird, wobei das definierte Zeitintervall kürzer als die oder gleich zu der Zeit 1/f ist, wobei f die Impulsfrequenz ist; und

daß Ik oder Linearkombinationen von Ai verwendet werden, um die Kombination von Frequenz, Ladung und Dauer des pulsierenden Gleichstroms zu wählen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Uref bestimmt wird, indem der obere Pegel, der untere Pegel, der durchschnittliche Pegel und/oder ein irgendwie definierter Pegel der Spannung U für eine Anzahl von verschiedenen Impulsströmen bei ein und der gleichen Impulswiederholungsfrequenz gemessen werden;

daß dieser Pegel oder die jeweiligen Pegel als eine Funktion der Quadratwurzel des Stroms I durch den Abscheider aufgetragen wird/werden; daß die Funktion oder Funktionen mit Ausdrücken der ersten Ordnung approximiert wird/werden; und

daß die Spannung, für die zwei der Funktionen den gleichen Strom aufweisen, oder die Spannung bei der eine der Funktionen die Spannungsachse schneidet, als Uref gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß Uref bestimmt wird, indem der obere Pegel, der untere Pegel, der durchschnittliche Pegel der Spannung U und/oder ein irgendwie definierter Spannungspegel für eine Anzahl von verschiedenen Impulsströmen bei ein und der gleichen Impulswiederholungsfrequenz gemessen werden;

daß dieser Pegel oder die jeweiligen Pegel als eine Funktion des Stroms 1 durch den Abscheider aufgetragen wird/werden;

daß die Funktion oder Funktionen in Bezug zu niedrigeren Strompegeln extrapoliert wird/werden; und

daß die Spannung, für die zwei der extrapolierten Funktionen den gleichen Strom aufweisen oder die Spannung bei der eine der extrapolierten Funktionen die Spannungsachse schneidet, als Uref gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Uref bestimmt wird, indem der obere Pegel und untere Pegel der Spannung U für eine Anzahl von verschiedenen Impulsströmen bei ein und der gleichen Impulswiederholungsfrequenz gemessen werden;

daß die oberen Pegel und die unteren Pegel als eine Funktion der Quadratwurzel des Stroms I durch den Abscheider aufgetragen werden;

daß die Funktionen mit Ausdrücken der ersten Ordnung approximiert werden; und

daß die Spannung, für die die Funktionen den gleichen Strom aufweisen, als Uref gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß Uref bestimmt wird, indem der untere Pegel der Spannung U für eine Anzahl von verschiedenen Impulsströmen bei ein und der gleichen Impulswiederholungsfrequenz gemessen werden;

daß der untere Pegel als eine Funktion der Quadratwurzel des Stroms I durch den Abscheider aufgetragen wird;

daß die Funktion mit Ausdrücken der ersten Ordnung approximiert wird; und daß die Spannung, für die die Funktion die Spannungsachse schneidet, d.h. die Spannung, für die der Strom Null ist, als Uref gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Zeitintervall gleich oder im wesentlichen gleich zu der Zeit gesetzt wird, während der eine Corona-Entladung während eines Stromimpulses auftritt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Zeitintervall beginnt, wenn der Stromimpuls beginnt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Zeitintervall endet, wenn der Widerstand R des Abscheiders, definiert mit

R= (ty-tx) / (C ln(Ux/Uy)]

wobei C die Kapazität des Abscheiders ist, einen gegebenen Pegel übersteigt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Zeitintervall endet, wenn der Widerstand R des Abscheiders, definiert durch die Entladungsfunktion

R=-U/ (C dU/dt)

wobei C die Kapazität des Abscheiders ist, einen gegebenen Pegel übersteigt.

. 10. Verfahrennach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Zeitintervall endet, wenn die Spannung U unter einen definierten Pegel gefallen ist, oder von dem oberen Pegel um einen gegebenen Betrag der Differenz zwischen dem gegenwärtigen oberen Pegel und dem gegenwärtigen unteren Pegel abgefallen ist.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Zeitintervall endet, wenn der folgende Stromimpuls beginnt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß Ui gemessen und Ai an Zeitpunkten berechnet wird, die während des definierten Zeitintervalls gleichmäßig verteilt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Pegel Am von Ai in dem definierten Zeitintervall berechnet wird und daß die Kombination von Frequenz, Ladung und Dauer, die in dieser Weise den höchsten Pegel von Am ergibt, gewählt wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination von Frequenz, Ladung und Dauer, die den höchsten Pegel von Ik ergibt, gewählt wird.







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