DE102008010371A1 - Electrostatic precipitator and method for determining a particle concentration of an exhaust gas flowing through an electrostatic precipitator - Google Patents

Electrostatic precipitator and method for determining a particle concentration of an exhaust gas flowing through an electrostatic precipitator Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Partikelkonzentration in einem Partikelstrom eines mit elektrischer Energie betriebenen elektrostatischen Abscheiders (1), umfassend die Schritte: Zuführen einer Menge elektrischer Energie zu dem elektrostatischen Abscheider (1) und Verbrauchen zumindest eines Teils der Menge der elektrischen Energie durch Erzeugung einer Coronaentladung an einer Elektrode (6). Weiter betrifft die Erfindung einen elektrostatischen Abscheider (1), insbesondere für eine Abgasleitung (2) einer Abgasreinigungsanlage und ein Heizungssystem zur Erzeugung von Energie mittels Verbrennen von einem Energieträger mit einem elektrostatischen Abscheider (1). Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen elektrostatischen Abscheider (1) und ein Verfahren zu schaffen, welche die Nachteile gemäß dem Stand der Technik überwinden und die insbesondere eine Partikelkonzentration im Abgas des elektrostatischen Abscheiders (1) erfassen oder signalisieren. Gekennzeichnet ist das Verfahren durch die Schritte: Erfassen der zugeführten Menge an Energie und Erzeugen eines Signals anhand der Veränderung der zugeführten Menge an Energie, welches den Zustand des elektrostatischen Abscheiders (1) repräsentiert. Gekennzeichnet ist der elektrostatische Abscheider (1) dadurch, dass dieser Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.The invention relates to a method for detecting a particle concentration in a particle stream of an electro-electric electrostatic precipitator (1), comprising the steps of: supplying an amount of electrical energy to the electrostatic precipitator (1) and consuming at least a portion of the amount of electrical energy Generation of a corona discharge at an electrode (6). Furthermore, the invention relates to an electrostatic precipitator (1), in particular for an exhaust pipe (2) of an exhaust gas purification system and a heating system for generating energy by burning an energy source with an electrostatic precipitator (1). It is an object of the invention to provide an electrostatic precipitator (1) and a method which overcome the disadvantages of the prior art and in particular detect or signal a particle concentration in the exhaust gas of the electrostatic precipitator (1). The method is characterized by the steps of: detecting the amount of energy supplied and generating a signal based on the change in the amount of energy supplied, which represents the state of the electrostatic precipitator (1). The electrostatic precipitator (1) is characterized in that it has means for carrying out the method according to the invention.

Description

Aus der DE 10 2007 056 704 geht ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines mit elektrischer Energie betriebenen elektrostatischen Abscheiders mit mindestens einer Elektrode zum Abscheiden von Abgaspartikeln in der Umgebung der Elektrode hervor, insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider in einer Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage. Umfasst sind darin die Schritte: Zuführen einer Menge elektrischer Energie zu der Elektrode über eine Betriebsdauer des Abscheiders, um eine vorgebbare Coronaentladung zu erzeugen, und Verbrauchen zumindest eines Teils der Menge der elektrischen Energie für die Coronaentladung an der Elektrode (auch Mittelelektrode oder Coronaelektrode genannt) zum Aufladen der Abgaspartikel. Kennzeichnend sind ferner die Schritte: Erfassen der zugeführten Menge an Energie während zumindest zweier Zeitpunkte der Betriebsdauer, Bestimmen einer Veränderung der erfassten Menge an Energie und Erzeugen eines Signals anhand der bestimmten Veränderung, welches den Zustand des elektrostatischen Abscheiders repräsentiert. Kernpunkt ist die Bestimmung des Verschmutzungszustandes der Coronaelektrode.From the DE 10 2007 056 704 is a method for determining a state of an electrically powered electrostatic precipitator with at least one electrode for the deposition of exhaust particles in the vicinity of the electrode, in particular for an electrostatic precipitator in an exhaust pipe of an exhaust gas purification system. It includes the steps of supplying a quantity of electrical energy to the electrode over a period of operation of the precipitator to produce a predeterminable corona discharge and consuming at least a portion of the amount of electrical energy for the corona discharge at the electrode (also called center electrode or corona electrode). for charging the exhaust particles. Also characteristic are the steps of detecting the amount of energy supplied during at least two times of the operating time, determining a change in the detected amount of energy and generating a signal based on the determined change representing the state of the electrostatic precipitator. The key point is the determination of the contamination state of the corona electrode.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Partikelkonzentration in einem Partikelstrom eines mit elektrischer Energie betriebenen elektrostatischen Abscheiders, insbesondere in einem der Coronaelektrode unmittelbar benachbarten Strömungskanalbereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung einen elektrostatischen Abscheider, insbesondere für eine Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.The The invention relates to a method for detecting a particle concentration in a particle stream of an electro-electric electro-powered Separator, especially in one of the corona electrode directly adjacent flow channel area according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an electrostatic Separator, in particular for an exhaust pipe of an emission control system, according to the preamble of claim 8.

Aufgrund der Emissionen von Heizungsanlagen und globaler Bemühungen, derartige Emissionen zu reduzieren – siehe zum Beispiel das Kyoto-Abkommen – werden bei Heizungsanlagen entsprechende Abgasreinigungsanlagen verwendet. Diese sollen insbesondere die schädlichen Stoffe und Partikel aus Abgasen herausfiltern, so dass das verbleibende, gereinigte Abgas bedenkenlos an die Umwelt abgegeben werden kann. Insbesondere werden derartige Abgasreinigungsanlagen bei Biomasse-Heizanlagen eingesetzt, bei denen neben ansonsten ökonomischen und ökologischen Vorteilen eine erhöhte Emission an Schadstoffen in den Abgasen auftreten kann. Gerade die relativ hohe Emission an Feinstaub als ein Schadstoffanteil ist bei Biomasse-Heizungsanlagen ein Problem.by virtue of emissions from heating systems and global efforts, reduce such emissions - see for example the Kyoto agreement - will be appropriate for heating systems Emission control systems used. These are in particular the filter out harmful substances and particles from exhaust gases, so that the remaining, purified exhaust gas without hesitation to the environment can be delivered. In particular, such exhaust gas purification systems used in biomass heating systems, where in addition to otherwise economic and environmental benefits an increased emission may occur in pollutants in the exhaust gases. Especially the relative high emission of particulate matter as a pollutant is in biomass heating systems a problem.

Aus der EP 1 193 445 A2 ist eine Abgasreinigungsanlage bekannt, welche für Biomasse Heizungsanlagen zur Verringerung von Feinstaubemission verwendet wird. Die dort beschriebene Vorrichtung ist in einen Rauchgaskanal einbaubar und weist hierzu einen Deckel auf, der gasdicht auf eine zugehörige Öffnung an einem Rauchgaskanal aufsetzbar ist. An der Innenseite des Deckels ist über eine isolierende Halterung eine Sprühelektrode, zum Beispiel in Form eines gespannten Stabes, gehalten. Ein Hochspannungs-Transformator mit Gleichrichterfunktion erlaubt den Aufbau einer hohen Gleichspannung zwischen dem Draht und dem Deckel, welcher elektrisch leitend mit dem Ofenrohr verbunden ist, so dass dieses als Kollektorelektrode wirkt.From the EP 1 193 445 A2 an emission control system is known, which is used for biomass heating systems to reduce particulate matter emission. The device described therein can be installed in a flue gas channel and for this purpose has a lid which can be placed gas-tight on an associated opening on a flue gas channel. On the inside of the lid, a spray electrode, for example in the form of a tensioned rod, is held over an insulating holder. A high-voltage transformer with rectifier function allows the construction of a high DC voltage between the wire and the lid, which is electrically connected to the furnace tube, so that it acts as a collector electrode.

Ein derartiger Elektrofilter mit Sprühelektrode und Kollektorelektrode ist auch als elektrostatischer Abscheider bekannt. Dieser wird zur Abgasreinigung in einer Abgasleitung einer Heizungsanlage eingesetzt. Dabei wird durch die Sprühelektrode, welche etwa mittig durch die Abgasleitung verläuft und deshalb auch als Mittelelektrode bezeichnet wird, und eine umgebende Mantelfläche der Abgasleitung ein Kondensator gebildet, der bei einer zylinderrohrförmigen Ausbildung der Abgasleitung auch als Zylinderkondensator bezeichnet wird. Die Sprüh- oder Mittelelektrode weist in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt in Strömungsrichtung des Abgases auf, wobei der Durchmesser des Querschnitts oder auch der Krümmungsradius im Allgemeinen relativ klein ausgebildet ist (zum Beispiel kleiner als 0,4 mm). Um nun die Schadstoffe, genauer die nicht an die Umwelt abzugebenden Partikel, des Abgases aus dem Abgasstrom abzuscheiden, wird durch die Mittelelektrode und die durch die Mantelfläche gebildete Kollektorelektrode ein quer zur Strömungsrichtung verlaufendes Feld mit Feldlinien von der Mittelelektrode zur Kollektorelektrode gebildet. Hierzu wird an die Mittelelektrode eine Hochspannung angelegt, zum Beispiel in dem Bereich von 15 kV. Dadurch bildet sich eine Corona-Entladung aus, durch welche die in dem Abgas durch das Feld strömenden Partikel unipolar aufgeladen werden. Aufgrund dieser Aufladung wandern die Partikel durch die elektrostatischen Coulomb-Kräfte zur Innenwand der Abgasleitung, welche als Kollektorelektrode dient.One Such electrostatic filter with spray electrode and collector electrode is also known as an electrostatic precipitator. This becomes the Exhaust gas cleaning used in an exhaust pipe of a heating system. It is through the spray, which is approximately in the middle through the exhaust pipe and therefore also as a center electrode is designated, and a surrounding lateral surface of the exhaust pipe a capacitor formed in a cylindrical tube Design of the exhaust pipe also referred to as a cylinder capacitor becomes. The spray or center electrode usually has a circular cross-section in the flow direction of the exhaust gas, wherein the diameter of the cross section or also the radius of curvature is generally made relatively small is (for example, less than 0.4 mm). To now the pollutants, more precisely the non-polluting particles, the exhaust gas from the Exhaust gas flow is separated by the center electrode and the a collector electrode formed by the lateral surface transverse to the flow direction field with field lines formed from the center electrode to the collector electrode. For this a high voltage is applied to the center electrode, for example in the range of 15 kV. This forms a corona discharge through which the gases flowing through the field in the exhaust gas Particles are charged unipolar. Hike due to this charge the particles by the electrostatic Coulomb forces to the inner wall of the exhaust pipe, which serves as a collector electrode.

Genauer ist die Funktionsweise von elektrostatischen Abscheidern folgende:
In einem elektrostatischen Abscheider werden durch lokale Gasentladungen (Coronaentladungen an einer Sprühelektrode) freie Ladungsträger in Form von Ionen in einen Filterbereich um den elektrostatischen Abscheider eingebracht. Treffen die Ionen auf die sich im Rauchgas befindenden Ruß- oder Aschepartikel, so werden die Ladungen auf die Partikel übertragen (unipolare Aufladung). Das zur Ladungsträgererzeugung dienende elektrische Feld treibt die geladenen Partikel dann von der Elektrode, welche auch als Sprühelektrode bezeichnet wird, weg. Ein Großteil der Partikel lagert sich schließlich auf der Niederschlagselektrode (hier Rohr- oder Kaminwand) an und bleibt dort haften. Von dort können die Partikel durch spezielle Abreinigungseinrichtungen entfernt werden.More specifically, the operation of electrostatic precipitators is as follows:
In an electrostatic precipitator, free charge carriers in the form of ions are introduced into a filter area around the electrostatic precipitator by local gas discharges (corona discharges at a spray electrode). If the ions hit the soot or ash particles in the flue gas, the charges are transferred to the particles (unipolar charging). The charge generating electric field then drives the charged particles away from the electrode, which is also referred to as a spray electrode. A large part of the particles finally settles on the precipitation electrode (in this case the tube or chimney wall) and sticks there. From there, the particles can be removed by special cleaning equipment become.

Über einen Zeitraum von mehreren hundert Betriebsstunden hinweg baut sich entsprechend der Partikelkonzentration in dem Abgas eine Partikelschicht auf der Sprühelektrode des Abscheiders auf. Die anwachsende Partikelschicht bewirkt eine Verkleinerung der aktiven Oberfläche der Sprühelektrode, was die Bildung der zur Partikelabscheidung notwendigen Anzahl an Ionen verringert.about a period of several hundred operating hours according to the particle concentration in the exhaust gas, a particle layer on the spray electrode of the separator. The growing Particle layer causes a reduction of the active surface the spray electrode, causing the formation of the particle separation necessary number of ions reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen elektrostatischen Abscheider zu schaffen, mit welchen die Partikelkonzentration im Abgas des elektrostatischen Abscheiders erfasst wird. Genauer ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Partikelkonzentration zu erfassen, diese zu überwachen und/oder ggf. erforderliche Schritte zur optimierten Regelung des elektrostatischen Abscheiders einzuleiten.Of the Invention is based on the object, a method and an electrostatic To create separators with which the particle concentration in the Exhaust gas of the electrostatic precipitator is detected. Is more accurate it is an object of the invention to detect the particle concentration, to monitor these and / or possibly necessary steps to initiate optimized control of the electrostatic precipitator.

Erfindungsgemäß wird dies durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention this by the method with the features of claim 1 and by the subject matter with the features of the claim 8 solved. Advantageous developments are the subclaims refer to.

Das Verfahren zur Erfassung einer Partikelkonzentration in einem Partikelstrom eines mit elektrischer Energie betriebenen, elektrostatischen Abscheiders mit mindestens einer Elektrode zum Abscheiden von Abgaspartikeln in der Umgebung der Elektrode, insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider in einer Abgasleitung einer Abgasreinigungsanlage, umfassend die Schritte: Zuführen einer Menge elektrischer Energie zu der Elektrode über eine Betriebsdauer des Abscheiders, um eine vorgebbare Coronaentladung zu erzeugen, und Verbrauchen zumindest eines Teils der Menge der elektrischen Energie für die Coronaentladung an der Elektrode zum Aufladen der Abgaspartikel, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte umfasst sind: Erfassen der zugeführten und/oder verbrauchten Menge an Energie während zumindest zweier Zeitpunkte der Betriebsdauer, Bestimmen einer Veränderung der erfassten Menge an Energie und Erzeugen eines Signals anhand oder basierend auf der bestimmten Veränderung, welches die Partikelkonzentration in dem Partikelstrom des elektrostatischen Abscheiders repräsentiert.The Method for detecting a particle concentration in a particle stream a powered by electrical energy, electrostatic precipitator with at least one electrode for the separation of exhaust particles in the vicinity of the electrode, in particular for an electrostatic precipitator in an exhaust pipe of an exhaust gas purification system, comprising Steps: Applying a lot of electrical energy the electrode over a period of operation of the separator, to generate a predetermined corona discharge, and consume at least part of the amount of electrical energy for the corona discharge at the electrode for charging the exhaust particles, is characterized in that the steps include: detecting the amount of energy supplied and / or consumed during at least two points in time of operation, Determining a change in the detected amount of energy and generating a signal based on or based on the determined one Change in the particle concentration in the particle stream of the electrostatic precipitator.

Die Partikelkonzentration ist zu einem Coronastrom korrelierbar. Der Coronastrom hängt sowohl von einer angelegten Hochspannung und von einem Verschmutzungsgrad der Elektrode als auch von der Partikelkonzentration im Partikelstrom ab. Dies bedeutet, dass einerseits die zur Erzeugung einer konstanten Coronaentladung (Konstantstrommodus) benötigte Hochspannung mit zunehmender Elektrodenverschmutzung zunimmt. Dieser Effekt kann mittels einer charakteristischen Strom-/Spannungskennlinie des Abscheiders beispielsweise an der Hochspannungsversorgung gemessen werden und wird als Degradation der Strom-/Spannungskennlinie bezeichnet. Die entsprechende Kennlinie verschiebt sich innerhalb von mehreren hundert Betriebsstunden mit anwachsender Partikelschicht in Richtung höherer Betriebsspannungen. Hält man andererseits die Hochspannung konstant (Konstantspannungsmodus), so korrelieren kurzfristige Schwankungen (wenige Sekunden bis Minuten) der Partikelkonzentration im Rauchgas mit gleichermaßen kurzfristigen Veränderungen im Coronastrom. Erfindungsgemäß wird dieser Effekt genutzt, um über die Strom-/Spannungsversorgung der Elektrode die Partikelkonzentration im Abgas zu bestimmen. Im Betrieb wird intermittierend zwischen beiden Betriebsarten umgeschaltet. Die kurzfristigen Schwankungen des Stroms bei konstanter Spannung korrelieren mit der Partikelkonzentration im Abgas. Das langfristige konstante Ansteigen der notwendigen Spannung, um den Wert des Coronastromes konstant zu halten, korreliert mit der Dicke der Feinstaubschicht, welche die Elektrode verschmutzt und diese mit der Zeit außer Betrieb setzt.The Particle concentration is correlatable to a corona stream. Of the Coronastrom depends on both a high voltage applied and a degree of contamination of the electrode as well as the particle concentration in the particle stream. This means, on the one hand, that to produce required a constant corona discharge (constant current mode) High voltage increases with increasing electrode contamination. This Effect can be achieved by means of a characteristic current / voltage characteristic of the Separator, for example, measured at the high voltage supply are and is referred to as degradation of the current / voltage characteristic. The corresponding characteristic shifts within several one hundred operating hours with increasing particle layer towards higher Operating voltages. On the other hand, if you keep the high voltage constant (constant voltage mode), short-term fluctuations (few Seconds to minutes) of the particle concentration in the flue gas equally short-term changes in corona current. According to the invention, this effect is used to over the current / voltage supply of the electrode the particle concentration to determine in the exhaust gas. In operation intermittently between switched over to both operating modes. The short-term fluctuations of the current at constant voltage correlate with the particle concentration in the exhaust. The long-term constant increase of the necessary tension, to keep the value of the corona current constant correlates with the thickness of the fine dust layer which contaminates the electrode and puts them out of service over time.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schritt Bestimmen einer Veränderung der erfassten Menge an Energie den Schritt umfasst: Bestimmen mindestens eines Mittelwertes der Veränderung über eine Zeitdauer. Die Bestimmung der Veränderung der erfassten Menge an Energie kann kontinuierlich oder diskret durchgeführt werden. Bevorzugt ist es, dass der Schritt Bestimmen mindestens eines Mittelwertes die Schritte umfasst: Bestimmen mehrerer Mittelwerte der Veränderung über Zeitdauern und Bestimmen der Veränderung der Mittelwerte über die Zeitdauern. Die Zeitdauern können gleich lang sein.In According to an embodiment, it is provided that the step Determining a change in the detected amount of energy the step comprises: determining at least one mean value of Change over a period of time. The determination The change in the detected amount of energy can be continuous or discreetly. It is preferred that the step of determining at least one mean value the steps comprising: determining a plurality of mean values of the change over Time periods and determining the change in the average over the time periods. The durations can be the same length.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erfassen der zugeführten Menge an Energie den Schritt umfasst: Erfassen einer zugeführten Strommenge. Alternativ ist in einem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Erfassen der zugeführten Menge an Energie den Schritt umfasst: Erfassen einer zugeführten Spannungsmenge. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Kombination der beiden Schritte vorgesehen.In According to an embodiment, the detection the amount of energy supplied comprises the step of: detecting an amount of electricity supplied. Alternatively, in another Embodiment provided that the detection of the amount supplied energy comprises the step of: detecting an input Amount of voltage. In yet another embodiment a combination of the two steps is provided.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt Bestimmen einer Veränderung die Schritte umfasst: Zuordnen der erfassten Werte zu vorgegebenen Partikelkonzentrationswerten unter Berücksichtigung der Veränderung der Mittelwerte und bei Vorliegen einer Veränderung der Mittelwerte, die über einem Grenzwert liegt, Durchführen einer neuen Zuordnung der erfassten Werte zu vorgegebenen Partikelkonzentrationswerten.A preferred embodiment provides that the step Determine a change that involves the steps: Assign the detected values to predetermined particle concentration values taking into account the change in means and if there is a change in the mean values over is a limit, performing a new assignment the detected values to predetermined particle concentration values.

Zur Bestimmung einer Veränderung wird eine zugeführte Ausgangsmenge an Energie in einem Ausgangszustand der Elektrode erfasst, eine zugeführten Istmenge an Energie erfasst und eine maximal zuführbare Menge an Energie erfasst. Die zugeführte Istmenge an Energie wird mit der zugeführten Ausgangsmenge an Energie, der zuvor erfassten Istmenge an Energie und/oder der maximal zuführbaren Menge an Energie verglichen. Aus dem Vergleich, d. h. der so bestimmten Veränderung, wird ein Signal berechnet oder durch Zuordnung ermittelt, welches als Ergebnis die Partikelkonzentration des Abgases repräsentiert. Der Vorgang Erfassen schließt das Vorgeben, Voreinstellen, manuelles Eingeben und dergleichen ein.to Determining a change will be an applied Initial amount of energy in an initial state of the electrode recorded, a supplied actual amount of energy recorded and recorded a maximum deliverable amount of energy. The supplied Actual amount of energy becomes with the supplied output quantity in energy, the previously recorded actual amount of energy and / or the maximum supplied amount of energy compared. From the comparison, d. H. the change thus determined, a signal is calculated or determined by assignment, which as a result the particle concentration represents the exhaust gas. The capture process closes presetting, presetting, manual input and the like one.

Der Schritt Erzeugen eines Signals kann weiter die Schritte umfassen: Simulieren eines Betriebs des elektrostatischen Abscheiders und Erzeugen eines Signals anhand des simulierten Betriebs. Das Simulieren erfolgt dabei bevorzugt modellbasiert.Of the Step generating a signal may further comprise the steps: Simulating an operation of the electrostatic precipitator and Generating a signal based on the simulated operation. The simulation takes place preferably model-based.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt Erzeugen eines Signals eine Wiedergabe, eine Weitergabe und oder eine Weiterverarbeitung des erzeugten Signals umfasst. Die Wiedergabe kann zum Beispiel auf einem Display optisch, oder auch akustisch erfolgen. Die Weitergabe kann zum Beispiel an eine Leitstelle erfolgen. Für eine automatische Regelung kann das Signal in einem Regler weiterverarbeitet werden. Durch die Bestimmung der Partikelkonzentration kann entsprechend die Regelung zum Beispiel der Feuerungsbedingungen, der Energiezufuhr und dergleichen optimiert werden, ohne dass spezielle Partikelmesstechnik erforderlich ist.A Another embodiment provides that the step Generate a signal a reproduction, a forwarding and or further processing of the generated signal includes. The playback can be on for example a display visually, or acoustically. The sharing For example, it can be sent to a control center. For one automatic control can process the signal in a controller become. By determining the particle concentration can be appropriate the regulation of, for example, the firing conditions, the energy supply and the like can be optimized without special particle measurement technology is required.

Der elektrostatische Abscheider ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei einem elektrostatischen Abscheider mit einem Strömungskanal mit einer Kanalwandung und einem Kanalinneren, durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas in einer Strömungsrichtung strömt, einer sich in dem Kanalinneren im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstreckenden Elektrode zur Erzeugung einer Coronaentladung in dem Strömungskanal und einer Elektrodenzuführung, um die Elektrode mit elektrischer Energie zu speisen, weiter mindestens ein Sensor zur Erfassung einer zugeführten Menge an Energie und ein Signalgenerator zum Erzeugen eines Signals anhand oder basierend auf einer Veränderung der zugeführten Menge an Energie, welches die Partikelkonzentration des Abgases repräsentiert, vorgesehen sind. Der Sensor kann dabei als Teil der Hochspannungsversorgung und/oder der Elektrodenzuführung gestaltet sein.Of the Electrostatic precipitator is characterized in that this Means for carrying out the inventive Has method. In particular, it is envisaged that at a electrostatic precipitator with a flow channel with a Channel wall and a channel interior, through which a particle-containing Exhaust flows in a flow direction, a in the channel interior substantially in the flow direction extending electrode for generating a corona discharge in the Flow channel and an electrode feed, to feed the electrode with electrical energy, at least further a sensor for detecting a supplied amount of energy and a signal generator for generating or based on a signal on a change in the amount supplied Energy, which represents the particle concentration of the exhaust gas, are provided. The sensor can be used as part of the high voltage supply and / or the electrode feed.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, der Signalgenerator mindestens einen Datenspeicher mit vorgebbaren Partikelkonzentrationswerten, welche korrelierbar zu den durch den Sensor erfassten Signalen sind, und einen Prozessor zur Berechnung von Mittelwerten und Durchführen von Vergleichsoperation aufweist, um anhand der erfassten Signale Mittelwerte und Veränderungen der Mittelwerte zu berechnen und unter Berücksichtigung der Veränderung der Mittelwerte eine Zuordnung der erfassten Signale zu den damit korrelierenden Partikelkonzentrationswerten durchzuführen.In an embodiment of the invention is provided, the Signal generator at least one data memory with predefinable particle concentration values, which are correlatable to the signals detected by the sensor, and a processor for calculating mean values and performing Comparative operation to the basis of the detected signals averages and calculate changes in averages and below Consideration of the change in the mean values an assignment of the detected signals to the correlating therewith To carry out particle concentration values.

In dem Strömungskanal ist durch die mit Hochspannung gespeiste Elektrode und die als Gegenelektrode fungierende Kanalwandung ein elektrisches Feld in dem Kanalinneren erzeugt, wobei die Feldlinien quer zur Strömungsrichtung des Abgases verlaufen, bevorzugt rechtwinklig zu der Elektrode. Quer zu der Elektrode ist eine Elektrodenzuführung vorgesehen, welche die Elektrode mit Hochspannung von einer externen Spannungsquelle versorgt. Damit keine Entladung der Elektrode über die Elektrodenzuführung erfolgt, ist diese mit einem Isolator zumindest teilweise ummantelt. Der Isolator ist bevorzugt aus einem isolierenden Material umfassend Keramik und dergleichen gebildet.In the flow channel is fed by the high voltage Electrode and acting as counter electrode channel wall generated electric field in the channel interior, wherein the field lines run transversely to the flow direction of the exhaust gas, preferably perpendicular to the electrode. An electrode feed is provided transverse to the electrode. which the electrode with high voltage from an external voltage source provided. So that no discharge of the electrode over the Electrode feed occurs, this is at least with an insulator partially encased. The insulator is preferably made of an insulating Material comprising ceramics and the like formed.

Das Verfahren und/oder der elektrostatische Abscheider können in einem Heizungssystem angewendet werden. Das entsprechende Heizungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Energie mittels Verbrennen von einem Energieträger wie Biomasse mit einer Feinstaub emittierenden Heizungsanlage wie eine Biomasse-Heizungsanlage zum Verbrennen des Energieträgers, wobei partikelbeinhaltende Abgase entstehen, ein erfindungsgemäßer elektrostatischer Abscheider vorgesehen ist bzw. das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet.The Method and / or the electrostatic precipitator can be applied in a heating system. The corresponding heating system is characterized in that for generating energy by means of Burning of an energy source such as biomass with a Particulate matter emitting heating system such as a biomass heating system for burning the energy carrier, particle-containing Exhaust gases arise, an inventive electrostatic Separator is provided or the invention Procedure applies.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen elektrostatischen Abscheider und dem erfindungsgemäßen Heizungssystem werden insbesondere die folgenden Vorteile realisiert:
Innerhalb bestimmter Zeitintervalle muss der elektrostatische Abscheider gereinigt werden, da die Sprühelektrode mit Partikeln zugesetzt und die Abscheideeffizienz damit herabgesetzt wird. Durch die Erfindung ist es möglich, den Betreiber immer über die momentane Partikelkonzentration im Abgas zu informieren. So können rechtzeitig geeignete Schritte eingeleitet werden, die Partikelkonzentration zu reduzieren, beispielsweise durch Änderung der Feuerungsbedingungen oder der Leistung des Abscheiders. Dadurch wird eine optimale Staubabscheidung aus dem Rauchgas der Biomasse-Heizanlage gewährleistet. Der Betreiber erhält ohne eine aufwendige Kontrolle der Abscheideeffizienz oder direkte Partikelmessungen mittels Partikelmesstechnik Informationen über eine optimale Regelung des Abscheiders.With the method according to the invention, the electrostatic precipitator according to the invention and the heating system according to the invention, in particular the following advantages are realized:
Within certain time intervals, the electrostatic precipitator must be cleaned, as the spray electrode is added with particles and thus the deposition efficiency is reduced. The invention makes it possible to always inform the operator about the instantaneous particle concentration in the exhaust gas. Thus, suitable steps can be taken in time to reduce the particle concentration, for example by changing the firing conditions or the performance of the separator. This ensures optimal dust separation from the flue gas of the biomass heating system. The operator receives information about an optimal control of the separator without a complex control of the separation efficiency or direct particle measurements by means of particle measurement.

Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie den Zusammenhang von Coronastrom und Hochspannung bzw. Coronaspannung und Filtereffizienz dar und zeigen in mehreren Figuren:The Drawings illustrate an embodiment of the invention and the relationship between corona current and high voltage or corona voltage and filter efficiency and show in several figures:

1 schematisch einen elektrostatischen Abscheider in einem Querschnitt, 1 schematically an electrostatic precipitator in a cross section,

2 schematisch ein Funktionsdiagramm der Korrelation von Coronastrom und Partikelkonzentration über die Zeit und 2 schematically a functional diagram of the correlation of corona current and particle concentration over time and

3 schematisch ein Funktionsdiagramm von Coronastrom und Abscheideeffizienz. 3 schematically a functional diagram of corona current and separation efficiency.

1 zeigt schematisch einen elektrostatischen Abscheider 1 in einem Querschnitt. Der elektrostatische Abscheider 1 ist in einer Abgasleitung 2 (nur teilweise dargestellt) einer hier nicht dargestellten Abgasreinigungsanlage angeordnet und umfasst: einen Strömungskanal 3. Der Strömungskanal 3 ist als rohrförmiger Abschnitt der Abgasleitung 2 ausgebildet und umfasst eine Kanalwandung 4 und ein Kanalinneres 5. Durch den Strömungskanal 3 strömt ein hier durch Pfeile P dargestelltes, partikelbeinhaltendes Abgas in die ebenfalls durch die Pfeile P dargestellte Strömungsrichtung. Im Inneren des Strömungskanals 3 erstreckt sich in Strömungsrichtung P eine Elektrode 6, die auch als Mittelelektrode oder Coronaelektrode bezeichnet wird. Der Strömungskanal 3 ist bevorzugt im Querschnitt in Strömungsrichtung P rotationssymmetrisch ausgebildet um eine Mittelachse A. Die Elektrode 6 erstreckt sich entlang dieser Mittelachse A. Gespeist wird die Elektrode 6 über eine Elektrodenzuführung 7, welche mit einem Isolator 8, der bevorzugt aus einer Keramik gefertigt ist, ummantelt ist. Zusammen mit der Kanalwandung 4 bildet die Elektrode 6 eine Aufladeeinheit, in welcher Partikel S elektrisch aufgeladen werden können. Hierzu bildet die Elektrode 6 mit der Kanalwandung 4 unter Anlegen einer Hochspannung ein elektrisches Feld aus, dessen Feldlinien im Wesentlichen radial zu der Elektrode 6 bzw. der Kanalwandung 4 verlaufen, im Wesentlichen quer, genauer rechtwinklig, zur Strömungsrichtung P. An der Elektrode 6 können Partikel S anhaften und eine Partikelschicht bilden, welche das Erzeugen des elektrischen Feldes bzw. der Corona-Entladung beeinträchtigt. Je größer die Partikelschicht ist, desto mehr wird die Erzeugung des elektrischen Feldes bzw. der Corona-Entladung beeinträchtigt. D. h. zur Erzeugung eines ausreichenden, vorbestimmten elektrischen Feldes wird eine größere Menge an Energie benötigt. 1 shows schematically an electrostatic precipitator 1 in a cross section. The electrostatic precipitator 1 is in an exhaust pipe 2 (only partially shown) arranged an exhaust gas purification system, not shown here, and includes: a flow channel 3 , The flow channel 3 is as a tubular portion of the exhaust pipe 2 formed and includes a channel wall 4 and a channel inside 5 , Through the flow channel 3 A particle-containing exhaust gas, represented here by arrows P, flows in the flow direction likewise represented by the arrows P. Inside the flow channel 3 extends in the flow direction P an electrode 6 , which is also referred to as a center electrode or corona electrode. The flow channel 3 is preferably formed in cross-section in the flow direction P rotationally symmetrical about a central axis A. The electrode 6 extends along this central axis A. The electrode is fed 6 via an electrode feed 7 , which with an insulator 8th , which is preferably made of a ceramic, is sheathed. Together with the duct wall 4 forms the electrode 6 a charging unit in which particles S can be electrically charged. For this purpose, the electrode forms 6 with the duct wall 4 under application of a high voltage, an electric field whose field lines substantially radially to the electrode 6 or the channel wall 4 run, substantially transversely, more precisely at right angles, to the flow direction P. At the electrode 6 Particles S can adhere and form a particle layer, which impairs the generation of the electric field or the corona discharge. The larger the particle layer, the more the generation of the electric field or the corona discharge is impaired. Ie. To generate a sufficient predetermined electric field, a larger amount of energy is needed.

Die Menge an Energie, die zur Speisung der Elektrode 6 erforderlich ist, wird über einen Sensor 9 erfasst. Der Sensor 9 kann zum Beispiel die Strommenge, die Spannungsmenge und dergleichen erfassen. Weiter weist der dargestellte elektrostatische Abscheider 1 einen Signalgenerator 10 auf, der anhand der Veränderung der erfassten Menge an Energie ein Signal erstellt, welches die Konzentration der Partikel S repräsentiert. Dieses Signal kann über Anzeigemittel 11 ausgegeben werden. Die Anzeigemittel 11 können zum Beispiel als LEDs ausgebildet sein.The amount of energy needed to feed the electrode 6 required is via a sensor 9 detected. The sensor 9 For example, it may detect the amount of current, the amount of voltage, and the like. Next, the illustrated electrostatic precipitator 1 a signal generator 10 on, based on the change in the detected amount of energy creates a signal representing the concentration of the particles S. This signal can via display means 11 be issued. The display means 11 For example, they may be configured as LEDs.

Während der Verbrennung eines Energieträgers bewirken die hohen Verbrennungstemperaturen (bis ca. 1200°C) eine Ionisation der Gase (thermionische Entladung). Die entstehenden positiven und negativen Ionen erzeugen elektrostatisch aufgeladene Partikel S. Wenn der Partikelstrom die Sprühelektrode 6 des Abscheiders 1 erreicht, lagert sich ein Teil der positiv geladenen Partikel S auf ihr ab, bevor diese negativ aufgeladen werden können. Durch die Ionisation der Luftmoleküle an der Sprühelektrode 6 wird ein Teil in positive Ionen und Elektronen aufgespaltet. Die Teilchen bewegen sich im elektrischen Feld entsprechend ihrer Ladung zur positiven bzw. negativen Elektrode 6. Dabei können positiv geladene Partikel S entstehen, welche sich auf der Sprühelektrode 6 anlagern können. Je mehr Partikel S auf der Elektrode 6 angelagert sind, desto ineffektiver arbeitet der Abscheider 1. Durch entsprechende Anzeigemittel 11, wie LEDs, akustische Signale etc. kann signalisiert werden, dass die Konzentration an Partikeln S im Partikelstrom zu groß ist und geeignete Schritte eingeleitet werden müssen, um einen effektiven und optimalen Betrieb des Abscheiders 1 zu bewirken.During the combustion of an energy carrier, the high combustion temperatures (up to approx. 1200 ° C) cause an ionization of the gases (thermionic discharge). The resulting positive and negative ions generate electrostatically charged particles S. When the particle flow is the spray electrode 6 of the separator 1 reaches, some of the positively charged particles S deposited on it before they can be negatively charged. By the ionization of the air molecules at the spray electrode 6 a part is split into positive ions and electrons. The particles move in the electric field according to their charge to the positive or negative electrode 6 , In this case, positively charged particles S can arise, which are located on the spray electrode 6 can attach. The more particles S on the electrode 6 are attached, the more ineffective the separator works 1 , By appropriate display means 11 , such as LEDs, acoustic signals, etc. can be signaled that the concentration of particles S in the particle stream is too large and appropriate steps must be taken to ensure effective and optimal operation of the separator 1 to effect.

2 zeigt schematisch ein Funktionsdiagramm der Korrelation von Coronastrom und Partikelkonzentration über die Zeit. Auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen und auf der Ordinate der Coronastrom bzw. die Partikelkonzentration. Die obere der beiden Funktionslinien kennzeichnet die Partikelkonzentration und die untere Funktionslinie den Coronastrom. Die beiden Funktionslinien laufen im Wesentlichen parallel zueinander über die gemessene Zeit, so dass von einer direkten Korrelation zwischen Coronastrom und Partikelkonzentration ausgegangen werden kann. Dieser Korrelations-Effekt wird dazu genutzt, um aus der Messung des Coronastroms auf die Partikelkonzentration zu schließen. 2 schematically shows a functional diagram of the correlation of corona current and particle concentration over time. On the abscissa the time is plotted and on the ordinate the Coronastrom or the particle concentration. The upper of the two functional lines identifies the particle concentration and the lower functional line indicates the corona current. The two functional lines run essentially parallel to one another over the measured time, so that a direct correlation between corona current and particle concentration can be assumed. This correlation effect is used to deduce the particle concentration from the measurement of the corona current.

3 zeigt schematisch ein Funktionsdiagramm von Coronastrom und Abscheideeffizienz. Auf der Abszisse ist der Coronastrom, genauer die Coronastromstärke, und auf der Ordinate die Abscheideeffizienz aufgezeichnet. Mit zunehmendem Coronastrom läuft der Coronastrom gegen einen oberen Grenzwert der Abscheideeffizienz. Der effiziente Bereich Be liegt in dem heller schraffierten Bereich oder Gebiet bei einer Abscheideeffizienz von >= 90%. Anhand dieses Zusammenhangs lässt sich beispielsweise über LED's die Abscheideeffizienz anzeigen. 3 schematically shows a functional diagram of corona current and deposition efficiency. On the abscissa is the Coronastrom, more precisely the Coronastromstärke, and recorded on the ordinate the deposition efficiency. With increasing corona current, the corona current runs against an upper limit of the separation efficiency. The efficient area Be lies in the light shaded area or area at a deposition efficiency of> = 90%. Based on this relationship, the deposition efficiency can be indicated, for example, via LEDs.

Erfindungsgemäß wird somit die Messung der Energie genutzt, um so eine Partikelkonzentration, insbesondere eine nicht mehr tolerierbare Partikelkonzentration zu erkennen, so dass frühzeitig geeignete Schritte eingeleitet werden können.According to the invention thus using the measurement of energy so as to have a particle concentration, in particular a no longer tolerable particle concentration to recognize, so that appropriate steps are taken early can be.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - EP 1193445 A2 [0004] - EP 1193445 A2 [0004]

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines mit elektrischer Energie betriebenen elektrostatischen Abscheiders (1) mit mindestens einer Elektrode (6) zum Abscheiden von Abgaspartikeln in der Umgebung der Elektrode (6), insbesondere für einen elektrostatischen Abscheider (1) in einer Abgasleitung (2) einer Abgasreinigungsanlage, umfassend die Schritte: Zuführen einer Menge elektrischer Energie zu der Elektrode (6) über eine Betriebsdauer des Abscheiders (1), um eine vorgebbare Coronaentladung zu erzeugen, und Verbrauchen zumindest eines Teils der Menge der elektrischen Energie für die Coronaentladung an der Elektrode (6) zum Aufladen der Abgaspartikel, nach Patentanmeldung DE 10 2007 056 704 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung einer Partikelkonzentration in einem Partikelstrom folgende Schritte umfasst sind: Erfassen der zugeführten Menge an Energie während zumindest zweier Zeitpunkte der Betriebsdauer, Bestimmen einer Veränderung der erfassten Menge an Energie und Erzeugen eines Signals anhand der bestimmten Veränderung, welches die Partikelkonzentration in dem Partikelstrom des elektrostatischen Abscheiders (1) repräsentiert.Method for determining a state of an electric energy-operated electrostatic precipitator ( 1 ) with at least one electrode ( 6 ) for separating off exhaust particles in the vicinity of the electrode ( 6 ), in particular for an electrostatic precipitator ( 1 ) in an exhaust pipe ( 2 ) an exhaust gas purification system, comprising the steps of: supplying a quantity of electrical energy to the electrode ( 6 ) over a period of operation of the separator ( 1 ) to generate a predetermined corona discharge, and consuming at least a portion of the amount of electrical energy for the corona discharge at the electrode ( 6 ) for charging the exhaust particles, according to patent application DE 10 2007 056 704 characterized in that for detecting a particle concentration in a particle stream comprising the steps of: detecting the amount of energy supplied during at least two times of the operating time, determining a change in the detected amount of energy and generating a signal based on the determined change, the particle concentration in the particle flow of the electrostatic precipitator ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Bestimmen einer Veränderung der erfassten Menge an Energie den Schritt umfasst: Bestimmen mindestens eines Mittelwertes der Veränderung über eine Zeitdauer.Method according to claim 1, characterized in that in that the step of determining a change in the detected Amount of energy includes the step of determining at least one Mean value of the change over a period of time. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Bestimmen mindestens eines Mittelwertes die Schritte umfasst: Bestimmen mehrerer Mittelwerte der Veränderung über Zeitdauern und Bestimmen der Veränderung der Mittelwerte über die Zeitdauern.Method according to claim 1 or 2, characterized that the step of determining at least one mean value the steps comprising: determining a plurality of mean values of the change over time periods and determining the change in the mean values the time periods. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Erfassen der zugeführten Menge an Energie den Schritt umfasst: Erfassen einer zugeführten Strommenge.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the step of detecting the supplied Amount of energy includes the step of: detecting an input Electricity. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Erfassen der zugeführten Menge an Energie den Schritt umfasst: Erfassen einer zugeführten Spannungsmenge.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the step of detecting the supplied Amount of energy includes the step of: detecting an input Amount of voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Bestimmen einer Veränderung die Schritte umfasst: Zuordnen der erfassten Werte zu vorgegebenen Partikelkonzentrationswerten unter Berücksichtigung der Veränderung der Mittelwerte und bei Vorliegen einer Veränderung der Mittelwerte, die über einem Grenzwert liegt, und Durchführen einer neuen Zuordnung der erfassten Werte zu vorgegebenen Partikelkonzentrationswerten.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the step of determining a change the steps comprises: assigning the detected values to predetermined ones Particle concentration values taking into account the change average values and if there is a change in the Averages above a threshold and performing a new assignment of the detected values to predetermined particle concentration values. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Erzeugen eines Signals die Wiedergabe, Weitergabe und oder Weiterverarbeitung des erzeugten Signals umfasst.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the step of generating a signal the reproduction, transmission and / or processing of the generated Includes signal. Elektrostatischer Abscheider (1), insbesondere für eine Abgasleitung (2) einer Abgasreinigungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.Electrostatic separator ( 1 ), in particular for an exhaust pipe ( 2 ) of an exhaust gas purification system, characterized in that it comprises means for carrying out the method according to one of claims 1 to 7. Elektrostatischer Abscheider (1), nach Anspruch 8, mit einem Strömungskanal (3) mit einer Kanalwandung (4) und einem Kanalinneren (5), durch welchen ein partikelbeinhaltendes Abgas (P) in einer Strömungsrichtung strömt, einer sich in dem Kanalinneren (5) im Wesentlichen in Strömungsrichtung (P) erstreckenden Elektrode (6) zur Erzeugung einer Coronaentladung in dem Strömungskanal (3) und einer Elektrodenzuführung (7), um die Elektrode (6) mit elektrischer Energie zu speisen, wobei weiter mindestens ein Sensor (9) zur Erfassung einer zugeführten Menge an Energie und ein Signalgenerator (10) zum Erzeugen eines Signals anhand einer Veränderung der zugeführten Menge an Energie, welches die Partikelkonzentration des Abgases (P) repräsentiert, vorgesehen sind.Electrostatic separator ( 1 ), according to claim 8, with a flow channel ( 3 ) with a channel wall ( 4 ) and a channel interior ( 5 ), through which a particle-containing exhaust gas (P) flows in a flow direction, in the channel interior ( 5 ) substantially in the flow direction (P) extending electrode ( 6 ) for generating a corona discharge in the flow channel ( 3 ) and an electrode feed ( 7 ) to the electrode ( 6 ) with at least one sensor ( 9 ) for detecting a supplied amount of energy and a signal generator ( 10 ) are provided for generating a signal based on a change in the supplied amount of energy representing the particulate concentration of the exhaust gas (P). Elektrostatischer Abscheider (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator (10) mindestens einen Datenspeicher mit vorgebbaren Partikelkonzentrationswerten, welche korrelierbar zu den durch den Sensor (9) erfassten Signalen sind, und einen Prozessor zur Berechnung von Mittelwerten und Durchführen von Vergleichsoperation aufweist, um anhand der erfassten Signale Mittelwerte und Veränderungen der Mittelwerte zu berechnen und unter Berücksichtigung der Veränderung der Mittelwerte eine Zuordnung der erfassten Signale zu den damit korrelierenden Partikelkonzentrationswerten durchzuführen.Electrostatic separator ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the signal generator ( 10 ) at least one data memory with predefinable particle concentration values, which can be correlated to the data obtained by the sensor ( 9 ) and a processor for calculating mean values and performing comparison operation in order to use the detected signals to calculate mean values and changes in the mean values and to perform an association of the detected signals with the correlating particle concentration values taking into account the change in the mean values.
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