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Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters für
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die Gasentstaubung und Vorrichtung dazu Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrofilters für die Gasentstaubung, insbesondere
von Rauchgas und von Abgas bei hüttenmännischen Schmelzprozessen, mit gesteuerter
Versorgungs-Hochspannung.
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üblicherweise werden derartige Elektrofilter in der Weise betrieben,
daß ihre Versorungs-Hochspannung auf einem möglichst hohen Spannungswert eingestellt
oder gesteuert und somit der höchstmögliche Abschedegrad des Staubes erzielt wird.
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Meist wird dieses Prinzip mit Hilfe eines Filterspannungsreglers in
folgender Weise verwirklicht. Nach dem Einschalten der Versorgungsanlage, nach dem
Löschen von Stehlichtbögen oder sonstigen überlastereignissen wird die abgeschaltete
Versorgungsspannung hochgefahren, bis die Durchbruchspannung des Filters erreicht
ist. Dabei treten kurzzeitige überschläge, vielfach Wischer genannt, auf mit der
Folge, daß der Filterspannungsregler ein weiteres Ansteigen der Versorgungsspannung
stoppt bzw. die Spannung um einen kleinen Betrag absenkt. Durch die Wahl der Geschwindigkeit
des Spannungsanstieges und des Betrages der Spannungsabsenkung kann eine maximal
zugelassene Oberschlagzahl je Zeiteinheit vorgewählt werden, die durch den Filterspannungsregler
eingehalten wird.
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Bei vielen Anwendungsfällen hat es sich gezeigt, daß während des Betriebes
der zu entstaubenden Anlagen die maßgeblichen Zustandsgrößen des Rohgases, insbesondere
sein Staubgehalt, erheblichen Schwankungen unterworfen sind. Die erörterte bekannte
Betriebsweise der Elektrofilter gewährleistet zwar eine maximale Entstaubung des
Rohgases während der gesamten Betriebsdauer, jedoch wird die Entstaubung des Gases
während der Betriebsphasen mit relativ geringer Belastung des Staubfilters erheblich
zu weit getrieben. Das Reingas hat daher vielfach einen Staubgehalt, der wesentlich
unter dem geforderten Maximalwert liegt, Dementsprechend haben derartige Elektrofilter
eine relativ hohe Aufnahme elektrischer Leistung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebsweise von Elektrofilteranlagen
dahingehend zu verbessern, daß der geforderte obere Grenzwert für den Staubgehalt
des Reingases während der Betriebszeit der zu entstaubenden Anlage nicht überschritten
wird und gleichwohl das Elektrofilter mit einer möglichst geringen elektrischen
Leistung zu betreiben it.
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Die Lösung besteht darin, daß der momentane Staubgehalt des Reingases
kontinuierlich gemessen wird und der Meßwert bei einer Abweichung vom eingestellten
Sollwert die Hochspannung derart steuert, daß sie mit fallendem Staubgehalt abnimmt
und mit steigendem Staubgehalt ansteigt.
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Die genannte Maßnahme ermöglicht die Einstellung des Elektrofilters
auf jeden beliebigen, insbesondere auf einen geforderten maximalen Staubgehalt des
Reingases unabhängig von einem während der Betriebsdauer schwankenden Zustand, insbesondere
Staubgehalt des Rohgases.
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Wenn infolge des Einflusses einer Störgröße der Reingas-Staubgehalt
und die dementsprechend gesteuerte Betriebsspannung des Filters sich während des
Betriebes ändern, dann wird der Staubgehalt selbsttätig auf den Sollwert hSngeführt.
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Im einzelnen läßt sich die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
weiter ausgestalten.
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Bei einem Elektrofilter üblicher Ausstattung, dessen Versorgungs-Hoch-
spannung
von einem die Filter-Durchbruchspannung abtastenden Regler gesteuert wird, wird
zweckmäßig in der Weise vorgegangen, daß ein vom Meßwert des Reingas-Staubgehaltes
abhängiges Signal dem Regler für die Hochspannung zugeleitet wird. Durch die Ansteuerung
des Reglers für die Hochspannung wird die Filterbetriebsspannung in einen Bereich
wesentlich unterhalb der Durchschlagspannung abgesenkt, so daß kurzzeitige überschläge,
wenn überhaupt, dann höchstens noch als seltene Zufallsereignisse vorkommen und
daher die mechanische Belastung der Abscheidesysteme auf ein Minimum beschränkt
wird. Insbesondere bei Anlagen mit brennbaren Gasen oder Stäuben wird der Filterbetrieb
bedeutend sicherer, weil die als Zündinitiale wirkenden überschläge praktisch entfallen.
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Größere Elektrofilteranlagen bestehen regelmäßig aus mehreren Feldern
mit voneinander unabhängiger Spannungsversorgung und Reglern,.denen das vom Reingas-Staubgehalt
abhängige Signal gemeinsam zugeführt werden kann. Die Erfindungsaufgabe einer möglichst
geringen Leistungsaufnahme der Filteranlage läßt sich aber auch dadurch vorteilhaft
lösen, daß das vom Meßwert des Reingas-Staubgehaltes abhängige Signal den Reglern
der Abscheidefelder einzeln oder gemeinsam in wechselnder Folge zugeschaltet wird.
Es kann auch eine Vorrangschaltung in der Weise vorgesehen sein, daß die Zuschaltung
eines spannungsmindernden Signales vorrangig auf ein in den Durchbruchzustand geratenes
Filterfeld erfolgt.
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Die elektrische Leistungsaufnahme der einzelnen Filter-Felder innerhalb
einer Filteranlage ist in der Regel nicht gleichmäßig und hat je nach Lage des Feldes
einen unterschiedlichen Einfluß auf den Abscheidegrad.
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Dem trägt eine zweckmäßige Ausführungsform Rechnung, bei der sämtliche
bezüglich des Gasstromes in Reihe geschalteten Abscheidefelder in einstellbaren
Intervallen in an sich bekannter Weise auf ihre jeweilige maximale Betriebsspannung
mit kurzzeitigen Durchschlägen hochgefahrrn und nachfolgend diese Betriebsspannungen
durch Zuschaltung des Reingas-Staubgehal tmeßwertes abgesenkt werden.
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Wenn man die Zuschaltungsfolge der Signale gegebenenfalls unter Einsatz
eines Prozeßrechners steuert, dann kann eine ständige Optimierung der
Leistungsverteilung
auf die einzelnen Felder erzielt und die gesamte Leistungsaufnahme der Filteranlage
besonders gering gehalten werden.
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Die beschriebene Betriebsweise des Elektrofilters arbeitet nach dem
Prinzip der Rückwärtssteuerung und hat eine entsprechende Regel totzeit.
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Auch bei Verwendung einer schnell reagierenden Regeleinrichtung erfüllt
die Regel geschwindigkeit des Reingas-Staubgehaltes wegen der Trägheit der Gasabscheide-
und Strömungsvorgänge noch nicht höchste Anforderungen. Daher kann es vorteilhaft
sein, zusätzlich eine Vorwärtssteuerung anzuwenden, indem mindestens ein Meßfühler
auf der Rohgasseite des-Elektrofilters die Versorgungs-Hochspannung mitsteuert.
Welche Zustandsgröße des zu reinigenden Rohgases der Meßfühler erfaßt, hängt vom
einzelnen Anwendungsfall ab und ist insbesondere von der Dauer und dem Streubereich
der Einflußgrößen während der gesamten Betriebszeit der Anlage bestimmt. Wird beispielsweise
ein stark schwankender Staubgehalt des Rohgases vom Meßfühler erfaßt, so kann der
wegen des konstant gehaltenen Reingas-Staubgehaltes sich entsprechend ändernde Abscheidegrad
praktisch verzögerungsfrei durch die direkt gesteuerte Versorgungs-ochspannung des
Filters eingestellt werden. Die durch den Meßfühler für den Staubgehalt des Reingases
geführte Regelung braucht dann nur noch die Vorwärtssteuerung zu überwachen bzw.
zu korrigieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung mit Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch ein Elektrofilter mit vereinfachtem
Schaltbild der Anlage zur Hochspannungsversorgung, Fig. 2 ein Elektrofilter mit
mehreren, getrennt spannungsversorgten Filterfeldern und den vereinfachten Signalflußplan
der Versorgungsanlage, Meßeinrichtungen und Regler.
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Nach Fig. 1 hat das Elektrofilter 1 einen Rohgas-Einlaß 2 und einen
Reingas-Auslaß 3. Die auf negativer Hochspannung liegenden Sprühelektroden 4 bilden
ein elektrisches Feld aus zu den elektrisch an Masse liegenden Niederschlagselektroden
5, an denen sich der Staub abscheidet. Mittels der Zellenradschleuse 6 wird der
Staub aus dem Filter ausgetragen .
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Die Versorgungsanlage für die Hochspannung ist wie folgt ausgebildet:
Der Hochspannungstransformator 7 wird primärseitig aus dem Netz über Sicherungen
8, ein Abschaltschütz 9 und Bimetallauslöser 10 mit Spannung versorgt. Zur Einstellung
der Hochspannung befindet sich in einem primärseitigen Leitungszweig eine Einrichtung
11 zur Filterspannungsregelung, deren Regelstrecke aus zwei antiparallel geschalteten
Thyristoren 12 mit einem Impedanzglied 13 besteht. Die Thyristoren 12 sind durch
einen Impulsgeber 14 gesteuert, der seinerseits durch den Regler 15 gesteuert wird.
An die Hochspannungsseite des Transformators 7 ist ein Brückengleichrichter 16 angeschlossen,
der.über die Leitung 17 das Elektrofilter 1 spannungsversorgt. Zwischen den Gleichrichter
16 und elektrischer Masse ist ein Meßglied 17 zwischengeschaltet, das ein Referenzsignal
für die Filterhochspannung erzeugt. Dieses Referenzsignal 18 wird dem Regler 15
als Eingangsgröße zugeschaltet.
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Die Regeleinrichtung 11 ermöglicht es, wenn es ggf. zeitweilig betrieblich
erwünscht oder erforderlich erscheint, in der eingangs bereits erörterten bekannten
Weise die Filterhochspannung im Bereich der Durchschlagspannung zu fahren, so daß
eine vorgegebene zeitliche Häufigkeit von kurzzeitigen Oberschlägen des Filters
eingehalten bzw. nicht überschritten wird.
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Im Reingas-Auslaß 3 des Filters 1 ist ein optisches Meßgerät 19 zur
Bestimmung einer vom Staubgehalt abhängigen Lichtabsorption angeordnet.
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Der Lichtstrahl einer nicht dargestellten Lichtquelle des Meßgerätes
tritt über eine Linse 20 in den Reingaskanal 3, wird von einem Spiegel 21 reflektiert
und von einem nicht dargestellten Lichtempfänger des Gerätes 19 aufgenommen. Die
festgestellte Lichtschwächung ist abhängig vom Staubgehalt des Reingases. Derartige
mit guter Meßgenauigkeit arbeitende Geräte sind bekannt; sie arbeiten meist nach
dem Prinzip der Autokollimation und haben einen Meßlichtstrahl und einen Referenzlichtstrahl.
Das erhaltene Meßsignal 22 wird einem Signalwandler 23 zugführt, dessen Ausgang
auf den Regler 15 geschaltet ist.
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Das Meßgerät 19 wird auf eine Lichtabsorption eingestellt, die dem
gewünschten Staubgehalt des Reingases entspricht. Der momentane Staub-
gehalt
des Reingases wird kontinuierlich gemessen. Wenn eine Abweichung vom eingestellten
Sollwert auftritt, steuert der Meßwert des Gerätes 19 über den Regler 15 die Filter-Hochspannung
derart, daß sie mit fallendem Staubgehalt abnimmt und mit steigendem Staubgehalt
ansteigt. Durch diese gegenläufige Steuerung der Versorgungsspannung gelingt es,
den jeweils geforderten Staubgehalt des Reingases mit genügend geringer Schwankung
während der Betriebsdauer einzuhalten.
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Während bei den bekannten Filterspannungsreglern der geschlossene
Regelkreis sich nur elektrischer Glieder bedient, ist bei dem Verfahren nach der
Erfindung das Elektrofilter in den Regelkreis mit einbezogen.
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Die Betriebsspannung des Filters liegt bedeutend-niedriger, sein Leistungsbedarf
ist erheblich geringer als bei der übTichen Betriebsweise.
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Im Betrieb befindliche Anlagen ergaben eine Verringerung der Leistungsaufnahme
auf weniger als 50 % des Wertes bei üblicher Betriebsweise, insbesondere bei Anlagen
mit diskontinuierlicher oder niedriger Durc'r.-schnittsauslastung.
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Zur weiteren Verbesserung des Regelverhaltens kann zusätzlich im Rauchgas-Einlaß
2 des Filters 1 ein dem Meßgerät 19 entsprechendes optisches Meßgerät 24 mit Linse
25 und Reflektorspiegel 26 angeordnet sein, dessen Meßgröße 27 ebenfalls dem Signalwandler
23 zugeführt wird. Hierdurch kann insbesondere die Regel geschwindigkeit der Einrichtung
erhöht werden. Wenn der Staubgehalt des Rohgases starken Schwankungen unterworfen
ist, so hat das - wegen des durch das Meßgerät 19 konstant gehaltenen Reingas-Staubgehaltes
- einen sich entsprechend ändernden Abscheidegrad des Staubes im Filter 1 zur Folge,
der, wenn das Meßgerät 24 nicht vorhanden ist, durch Rückwärtssteuerung der Filterhochspannung
sich einstellt. Die zusätzliche Vorwärtssteuerung durch den Rohgas-Me3fühler 24
stellt entsprechende Anderungen der Filterhochspannung wesentlich schneller ein.
Die durch den Meßfühler 19 für den Staubgehalt des Reingases geführte Regelung braucht
dann nur noch die Vorwärtssteuerung durch den Meßfühler 24 zu überwachen und mit
geringem Schlsankungsbereich korrigierend zu arbeiten.
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In Fig. 2 ist ein Elektrofilter 1 mit vier Abscheidefeldern 28 schema-
tisch
dargestellt und der Signalflußplan gezeigt. Das zu entstaubende Rohgas tritt bei
29 in das Filter 1 ein; das Reingas verläßt das Filter am Ausgang 30. Jedes Abscheidefeld
28 ist mit einer Hochspannungsanlage 31 mit zugehöriger Regeleinrichtung 32 ausgerüstet,
wie sie vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 im einzelnen erläutert worden sind.
Insbesondere entsprechen die Regeleinrichtungen 32 in ihrem Aufbau der Regeleinrichtung
11 von Fig. 1.
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Am Reingas-Ausgang 30 ist ein vereinfacht dargestellter Meßfühler
33 für den Staubgehalt angeordnet, der das Meßgerät 34 mit Signalumwandler speist.
Dieses Meßgerät kann entsprechend den Geräten 19 bzw. 24 aus Fig. 1 ausgebildet
sein. Mit dem Schalter 35 ist das Meßgerät 34 abschaltbar, so daß die Hochspannungsanlagen
31 im Bedarfsfalle auch in bekannter Weise mit den üblichen Filterspannungsreglern
32 arbeiten können. Der Regler 36 ist ein Zweipunktregler, dessen Ausgangssignal
37 im einfachsten Fall über Signaleinsteller 38 den vier Regeleinrichtungen 32 zugeführt
wird. Die Signaleinsteller dienen dazu, die Betriebsspannungen der einzelnen Filterfelder
einzustellen und so deren Abscheidegrade aufeinander optimal abzustimmen. Die Abscheidefelder
28 werden auch hier in der Regel so gefahren, daß ihre Betriebsspannungen wesentlich
unterhalb der Durchbruchspannung für kurzzeitige überschläge liegen.
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Bei einer modifizierten Ausführungsform, die im einzelnen in Fig.
2 nicht dargestellt ist, kann das vom Reingas-Staubgehalt abhängige Signal 37 des
Reglers 36 den vier Regeleinrichtungen 32 in wechselnder Folge zugeschaltet werden,
so daß sich eine ständige Optimierung der Leistungs-Gesamtaufnahme des Elektrofilters
ergibt. Da der elektrische Zustand der einzelnen Filterfelder 28 zeitweilig erheblich
unterschiedlich werden kann, kann das Signal des Reglers 36 gegenüber der Folgeschaltung
vorranyig einem solchen Abscheidefeld 28 zwecks Spannunysabsenkung zuyeschaltet
werden, das während des Betriebsablaufes in einen Durchbruchzustand mit kurzzeitigen
überschlagen geraten ist.
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Bewährt hat sich auch eine Betriebsweise mit derart wechselnder Zuschaltungsfolge,
daß in einstellbaren Intervallen ein Zuschalten der
bekannten Spannungshöchstwertregelung
anstelle der erfindungsgemäßen Steuerung durch den Reingas-Staubgehalt erfolgt und
anschließend die erfindungsgemäße Steuerung die Betriebsspannungen der einzelnen
Abscheidefelder 28, beispielsweise um einen vorgewählten Betrag, absenkt.
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Hierdurch wird erreicht, daß die Spannungsunterschiede zwischen den
einzelnen, bezüglich des Gasstromes in Reihe geschalteten Abscheidefeldern 28 den
jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt bleiben und die Gesamtleistungsaufnahme
optimal auf die einzelnen Felder verteilt wird.
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L e e r s e i t e