DE3227543A1 - Einrichtung zur konditionierung von abgasen, insbesondere zur verbesserung der staubabscheidung in elektrofiltern - Google Patents

Einrichtung zur konditionierung von abgasen, insbesondere zur verbesserung der staubabscheidung in elektrofiltern

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DE3227543A1 DE19823227543 DE3227543A DE3227543A1 DE 3227543 A1 DE3227543 A1 DE 3227543A1 DE 19823227543 DE19823227543 DE 19823227543 DE 3227543 A DE3227543 A DE 3227543A DE 3227543 A1 DE3227543 A1 DE 3227543A1
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    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
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    • B03C3/014Addition of water; Heat exchange, e.g. by condensation
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Description

  • Einrichtung zur Konditionierung von Abgasen, insbesondere
  • zur Verbesserung der Staubabscheidung in Elektrofiltern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Konditionierung von Abgasen, insbesondere zur Verbesserung der Staubabscheidung in Elektrofiltern, mit einer Verdampfungsstrecke vorgegebenen Volumens und am Beginn der Verdampfungsstrecke angeordneten Düsen zum Eindüsen von Wasser in das Abgas, denen ein verstellbares Absperrorgan zugeordnet ist.
  • Aus der Praxis ist es bekannt, staubhaltige Abgase durch Wasserzusatz so zu konditionieren, daß die Staubabscheidung in Elektrofiltern verbessert wird. Dazu wird am Beginn einer Verdampfungsstrecke Wasser in das Abgas in einer solchen Menge eingedüst, daß bei dem vorgesehenen BetrieDpunkt der betreffenden Anlage das eingedüste Wasser vollständig verdampft, das Abgas dementsprechend nebelfrei ist, d.h.
  • praktisch ohne in ihm dispergierte Wassertröpfchen zum Elektrofilter gelangt, und alle Anlagenteile ohne Feuchtigkeitsniederschläge bleiben. Die Menge des eingedüsten Wassers beim Betrieb der Anlage ist durch ein einstellbares Absperrorgan wählbar und ergibt sich aus der Regelung der Austrittstemperatur auf einen konstanten Wert. Wenn allerdings der Betriebszustand sich ändert, wird im Hinblick auf das vorhandene Verdampfungsvolumen bzw. dessen Durchsatzleistung entweder zu wenig oder zu viel Wasser eingedüst, wobei im letzteren Fall das unverdampfte Wasser zu Nässe- bzw. Schlammbildung in der Anlage führt, während im ersten Fall eine nur unvollkommene Konditionierung und Kühlung der Abgase stattfindet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, das zur Verfügung stehende Verdampfungsvollumen auch bei wechselnden Betriebszuständen optimal zu nutzen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das verstellbare Absperrorgan als Stellglied in einen Regelkreis geschaltet ist, dessen Regelgröße die Feuchte des Abgases am Ende der Verdampfungsstrecke ist. Damit läßt sich bei einem vorgegebenen bzw. installierten Verdampfungsvolumen der Verdampfungsstrecke die einzudüsende Wassermenge so regeln bzw. steuern, daß bei jedem sich in Strömungsrichtung vor den Düsen einstellenden Betriebszustand die Verdampfung am Ende der Verdampfungsstrecke vollständig abgeschlossen ist und das Abgas optimal konditioniert zum nachgeschalteten Elektrofilter gelangt. Unabhängig davon können mit dieser Einrichtung Gase aber auch für alle auftretenden Betriebszustände in optimaler Weise gekühlt werden. Nässe- bzw. Schlammbildung in der Verdampfungsstrecke werden auf jeden Fall vermieden. Die Regelung arbeitet unabhängig von der Art der jeweils eingesetzten Düsen bzw. Düsensysteme. Unter dem Begriff Feuchte im vorstehenden Sinne werden die absolute Feuchtigkeit, die relative Feuchtigkeit und/oder die Nebel feuchte mit im Abgas dispergierten Wassertröpfchen verstanden.
  • Eine einfache Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Verdampfungsstrecke ein die Regelgröße erfassender Sensor angeordnet ist, dessen Ausgangssignal den Ist-Wert für den Regelkreis liefert. Der Regler bildet aus dem IstWert zusammen mit einem eingegebenen Soll-Wert das Signal, die dann das Absperrorgan der Düsen steuert. Es handelt sich hierbei meist um einen Zweipunktregler. Dabei kann mit geringem schaltungstechnischen Aufwand die Erfindungsaufgabe gelöst werden.
  • Für eine feinfühligere Regelung reicht es im allgemeinen aus, wenn.
  • am Ende der Verdampfungsstrecke zwei in Strömungsrichtung der Gase im Abstand hintereinander angeordnete, die Regelgröße erfassende Sensoren vorgesehen sind, deren Ausgangssignale der Regelstrecke aufgeschaltet sind.
  • Wenn die Meßsignale der beiden Sensoren, die nach Anspruch 4 ausgebildet und gemäß Anspruch 3 angeordnet sind, nebelfreies Abgas anzeigen, wird zu wenig Wasser eingedüst. Zeigen beide Sensoren nebelhaltiges Abgas an, ist die Wassereindüsung zu groß. Dementsprechend reagiert der Regler mit einer Vergrößerung bzw. einer Verringerung der Wasserzufuhr. Der erwünschte quasistationäre Zustand liegt dann vor, wenn der in Strömungsrichtung des Abgases vordere Sensor nebelhaltiges Gas und der hintere Sensor nebelfreies Gas anzeigt. Hierbei kann eine sehr einfache Regelanlage verwendet werden.
  • Die Empfindlichkeit der Regelung läßt sich weiter verbessern, und insbesondere eine stetige Regelung im Stellbereich erzielen, wenn in Strömungsrichtung vor den Düsen ein Temperaturfühler oder ein für die absolute oder relative Feuchtigkeit des Abgases empfindlicher Sensor sowie ein Gasmengenmesser angeordnet sind, wenn zwischen den Düsen und ihrem verstellbaren Absperrorgan ein Wassermengenmesser geschaltet ist und wenn ein Prozessor zur Verarbeitung der am Anfang und am Enuß der Verdampfungsstrecke anfallenden Meßsignale als Führungsgröße oes Regelkreises vorgesehen ist. Der Prozessor, dem die physikalischen Parameter der zu behandelnden Gase analytisch oder grafisch eingegeben worden sind, ermittelt aus den Meßwerten rechnerisch die Temperatur, oder die absolute bzw. die relative Feuchtigkeit der Abgase am Ende der Verdampfungsstrecke und vergleicht das Ergebnis mit dem betreffenden Meßwert am Ende der Verdampfungsstrecke. Unter Vernachlässigung von Wärmeverlusten ist die für das Ende der Verdampfungsstrecke errechnete Temperatur ein Minimalwert oder die (absolute bzw. relative) Feuchtigkeit ein Maximalwert für den Fall, daß die Verdampfung des eingedüsten Wassers vollständig abgeschlossen ist. Solange die gemessene Temperatur höher oder Feuchtigkeit niedriger ist als die errechnete, wird zuviel Wasser ein- gedüst, so daß das vom Regler bzwicvom Prozessor, wenn dieser auch die F-unktion-des Reglers über'nimmt',erzeugte Ausgangssignal zu einer Ansteuerung des Absperrorgans in dem Sinne führt, daß die eingedüste Wassermenge reduziert wird. Wenn die errechnete und die gemessene Temperatur bzw. die (absolute bzw. relative) Feuchtigkeit Ubereinstimmen; steuert der Regler'dte Einrichtung so, daß die Wassermengenrate erhöht wird.
  • Als Sensor zum Nachweis, ob in staubhaltigen Gasen mit hoher Temperatur Wassernebel, d.h.im Abgas disper-gierte Wassertröpfchen, vorhanden ist,- hat sich eine Vorritchtung als besonders geeignet erwiesen, bei der mindestens zwei) vorziIgsweise stabartige metallische Meßelektroden mit gegenseitigem abstand i-n-einem Isolierkörper gehaltert sind und im Bereich des Elektrodenaustritts aus dem Isolierkörper eine Vertiefung zur Aufnahme von Abgasstaub vorhanden ist.
  • Weitere Ausgestaltungen eines derartigen Nebelsensors sind den Unteransprüchen 9 bis 12 zu entnehmen. Im Bereich der Elektrodenhalterung in einer Isoliermasse sammelt sich Staub aus dem Abgas an, so daß die Zustandsübergänge nebelfreies nebehaltiges Abgas zuverlässig ermittelt werden können, weil dabe'i die Leittfähigkeit zwischen den beiden Elektroden sich sprunghaft- ändert -entsprechend dem zugeordneten Zustand trockener oder feuchter Stauboberfläche. Entsprechende Sensoren üblicher Bauart haben unter den herrschenden Betriebsbedingungen hoher Feuchtigkeit, hohen Staubanfalles, hoher Temperatur und hoher Strömungsgeschwindigkeit den Nachteil mangelhaft reproduzierbarer Meßergebnisse sowie kurzer Lebensdauer und sie bedürfen regelmäßig besonderer Schutzmaßnahmen.l Im folgenden werden anhand der Zeichnung A:LlsführungSbei'spiele der Erfindung erläutert; es zeigen / Fig. 1 in schematischer Darstellun"g -eine Einrichtung zur Konditionietung von Abgase mit einer stetigen Regelung, Fig. 2 schematisch eine einfachere Ausführungsform, Fig. 3 einen Sensor für den Nachweis nebeihaltiges/nebelf'reies Abgas.
  • An eine Abgasleitung 1 für staubbeladene Abgase schließt sich eine Verdampfungsstrecke 2 an, die einen gegenüber der Abgasleitung 1 größeren Querschnitt aufweist. Das Ende der Verdampfungsstrecke 2 geht in eine weiterführende Abgas leitung 3 über, die beispielsweise an ein nicht dargestelltes Elektrofilter angeschlossen ist. Am Beginn der Verdampfungsstrecke 2 sind Düsen 4 angeordnet, denen über eine Leitung 5 mit einstellbarem Absperrorgan 6 Wasser zugeführt wird, welches in das Abgas eingesprüht wird. Das Absperrorgan 6 besitzt einen Antrieb 7, der über ein Steuergerät 8 angesteuert ist.
  • Damit bei einem vorgegebenen bzw. installierten Volumen der Verdampfungsstrecke 2 eine maximale Wassermenge in, das heiße Abgas eingedüst werden kann und diese Wassermenge am Ende der Verdampfungsstrecke vollständig verdampft ist, sind mehrere Meßstellen und ein Regelkreis vorgesehen. Im übergangsbereich zwischen Abgas leitung 1 und Verdampfungsstrecke 2 sind in Strömungsrichtung vor den Düsen 4 jeweils ein Gasmengenmesser 9 und ein Temperaturfühler (Sensor 10) angeordnet. Am Ende der Verdampfungsstrecke 2 befindet sich im übergangsbereich zu der weiterführenden Abgasleitung 3 ebenfalls ein Temperaturfühler (Sensor 11). Ferner ist ein Wassermengenmesser 12 in die Leitung 5 zwischen Düsen 4 und Absperrorgan 6 geschaltet. Die Ausgänge aller dieser Meßgeräte bzw. Sensoren sind zu einem Prozessor 13 geführt, der die eingehenden Meßsignale verarbeitet und daraus ein Signal bildet, das das Steuergerät 8 des Antriebs 7 für das Absperrorgan U beaufschlagt. Da der Prozessor 13 beim dargestellten Ausführungsbeispiel gleichzeitig auch die Funktionen eines Reglers übernimmt, ist insoweit ein Regelkreis gebildet, der dafür sorgt, daß am Ende der Verdampfungsstrecke 2 das eingedüste Wasser vollständig verdampft ist. Die Regel einrichtung ist unabhängig von der Art der verwendeten Düsensysteme 4 und von der Form und Größe der Verdampfungsstrecke 2.
  • Der Regelkreis arbeitet wie folgt: Dem Prozessor 13 sind die physikalischen Parameter des zu behandelnden Abgases einprogrammiert.
  • Unter Berücksichtigung dieser Daten und aus den eingehenden Meßsignalen ermittelt der Prozessor rechnerisch die bei vollständiger Ver- dampfung am Ende der Verdampfungsstrecke 2 zu erwartende Abgastemperatur, insbesondere aufgrund der Gaseingangstemperatur und der Temperaturabnahme zufolge der Verdampfung der eingedüsten Wasserströpfchen, und vergleicht diese mit dem Meßsignal des Temperatursensors 11. Solange die gemessene Temperatur höher ist als die errechnete, wird zuviel Wasser eingedüst. Der Prozessor 13 gibt dementsprechend ein Ausgangssignal ab, das über das Steuergerät 8 und den Antrieb 7 das Absperrorgan 6 so verstellt, daß die eingedüste Wassermenge reduziert wird, bis die gemessene Temperatur am Ausgang der Verdampfungsstrecke 2 mit dem rechnerisch ermittelten Wert übereinstimmt.
  • Bei Übereinstimmung von errechneter und gemessener Temperatur wird die Wassermengenrate ggf. stufenweise gesteigert, bis eine Abweichung dieser beiden Temperaturwerte sich einstellt.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird die optimale Konditionierung der Abgase in der Weise eingestellt, daß am Ende der Verdampfungsstrecke 2 zwei Sensoren in Strömungsrichtung der Gase hintereinander angeordnet sind. Diese Sensoren 14,15 ermitteln die Zustände nebelfreies Abgas bzw. nebelhaltiges Abgas. Wenn beide Sensoren nebelhaltiges Abgas feststellen, wird zuviel Wasser eingedüst; wenn beide Sensoren nebelfreies Abgas anzeigen, wird zu, wenig Wasser eingedüst. Die richtige Konditionierung liegt vor, wenn der vordere Sensor 14 nebelhaltiges und der hintere Sensor 15 nebelfreies Abgas anzeigen. Der Regelkreis enthält im Eingang einfache binäre Schaltglieder: Die beiden Meßsignale an den Leitungen 16,17 werden einem ersten UND-Gatter 18 zugeführt, dessen digitales Ausgangssignal über die Leitung 19 am Steuergerät 8 liegt. Beide Meßsignale liegen weiterhin an einem zweiten Gatter 20, in dem beide Eingangssignale "negiert sowie "und" verknüpft werden, und dessen digitales Ausgangssignal über die Leitung 21 am Steuergerät liegt. Das digitale Ausgangssignal "1" am Gatter 18 entspricht dem Zustand "die beiden Sensoren 14,15 messen nebelfreies Abgas und bewirkt über das Steuergerät 8 und den Motor 7 eine vorbestimmt erhöhte Wassereindüsung.
  • Das digitale, invertierte Ausgangssignal 111 11 am Gatter 20 entspricht dem Zustand die beiden Sensoren 14,15 messen nebelhaltiges Abgas" und bewirkt infolge entgegengesetzter Drehrichtung des Motors 7 eine vorbestimmt verringerte Wassereindüsung. Die richtige Abgaskonditionierung mit der Sensor 14 mißt nebelhaltiges, der Sensor 15 mißt nebelfreies Gas, ergibt an den beiden Leitungen 19,21 die beiden digitalen Signale"O; O", so daß die eingedüste Wassermengenrate unverändert bleibt.
  • Die Nebelsensoren 14,15 nach Fig. 2 sind in Fig. 3 im einzelnen näher dargestellt. Zwei stabartige Meßelektroden 22,23 sind mit einem Abstand von 25 mm in Isoliermasse 24 aus gestampfter Schamotte eingebettet, die in das stirnseitige zentrische Sackloch eines Haltekörpers 25 mit einem Durchmesser von 80 mm eingebracht ist. Die nach außen gerichtete Oberfläche der Isoliermasse 24 liegt um beispielsweise 5 mm tiefer als die Stirnfläche des Sachloches, so daß ein bundartig umrahmter Raum 26 entsteht, der sich mit Staub aus dem Abgas zusetzt. Zwei Meßleitungen 27 mit aus einem Transformator 28 eingeprägter Spannung führen zu einem Meßpotentiometer 29, an dem das Ausgangssignal abgegriffen werden kann. In die Schamotteschicht ist nahe deren Oberfläche ein elektrisch gespeistes Heizelement 30 angeordnet.
  • Es hat sich gezeigt, daß die Staubschicht sehr gut reproduzierbare Meßergebnisse hinsichtlich der Zustände nebelfreies bzw. nebelhaltiges Abgas ergibt. Der Obergang von nebelfreiem zu nebelhaltigem Abgas führt zu einer mehr oder weniger oberflächlichen Anfeuchtung der Staubschicht derart, daß mit ausreichend kurzer Verzögerung die elektrische Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektroden sprunghaft sich erhöht und ein entsprechend sprunghaft verändertes Meßsignal erhalten wird. Andererseits sorgt die hohe Temperatur der Abgase ggf. unter Zuhilfenahme des Heizelements dafür, daß auch der über gang von nebelhaltigem Abgas zu nebelfreiem Abgas ausreichend verzögerungsarm durch eine stark verminderte Leitfähigkeit zwischen den Elektroden im Meßsignal feststellbar ist. Die stabartige Ausbildung der Elektroden erhält die Betriebsfähigkeit des Sensors auch dann, wenn sich zwischen den Elektroden eine Staubmasse vorbaut.
  • In diesem Fall gelangt man ebenfalls zu gut reproduzierbaren, nicht nachteilig beeinträchtigten Meßergebnissen.
  • BEZUGSZETCllENLISTE 1 Abgasleitung 2 Verdampfungsstrecke 3 Abgasleitung 4 Düsen 5 Leitung 6 Absperrorgan 7 Antrieb 8 SteuergerXt 9 Gasmengenmesser 10 Temperatur- oder Feuchtigkeitsfühler (Sensor) 11 Temperatur- oder Feuchtigkeitsfühler (Sensor) 12 Wassermengenmesser 13 Prozessor 14 Nebelsensor 15 Nebelsensor 16 Leitung 17 Leitung 18 UND-Gatter 19 Ausgangsleitung von 18 . negierendes UND-Gatter 21 Ausgangsleitung von 20 22 Meßelektrode 23 Meßelektrode 24 Isoliermasse 25 Haltekörper 26 Stirnfläche 27 Meßleitungen 28 Transformator 29 Meßpotentiometer 30 Heizelement Leerseite

Claims (12)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Konditionierung von Abgasen, insbesondere zur Verbesserung der Staubabscheidung in Elektrofiltern, mit einer Verdampfungsstrecke vorgegebenen Volumens und am Beginn der Verdampfungsstrecke angeordneten Düsen zum Eindüsen von Wasser in das Abgas, denen ein verstellbares Absperrorgan zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Absperrorgan (6) als Stellglied in einen Regelkreis geschaltet ist, dessen Regelgröße die Feuchte des Abgases am Ende der Verdampfungsstrecke (2) ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Verdampfungsstrecke (2) wenigstens ein die Regelgröße erfassender Sensor (11;14) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal den Ist-Wert für den Regelkreis liefert.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Verdampfungsstrecke (2) zwei in Strömungsrichtung der Gase im Abstand hintereinander angeordnete, die Regelgröße erfassende Sensoren (14,15) vorgesehen sind, deren Ausgangssignale die Eingangssignale der Regelstrecke sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder vorzugsweise nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (14,15) die Meßgröße Nebelfeuchte ermitteln.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (11) die absolute oder die relative Feuchtigkeit des Abgases ermitteln.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (11) die Meßgröße Abgastemperatur ermitteln.
  7. 7. Einrichtung anch eindem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor den Düsen (4) ein Temperatur- fühler (10) oder ein feuchtigkeitsempfindlicher Sensor sowie ein Gasmengenmesser (9) angeordnet sind, daß zwischen den Düsen (4) und ihrem verstellbaren Absperrorgan (6) ein Wassermengenmesser (5) geschaltet ist und daß ein Prozessor (13) zur Verarbeitung der am Anfang und am Ende der Verdampfungsstrecke (2) anfallenden Meßsignale zur Führung des Regelkreises vorgesehen ist.
  8. 8. Vorrichtung zur Messung der Nebelfeuchte staubhaltiger Gase, vorzugsweise von Rauchgasen, insbesondere bei einer Einrichtung zur Gaskonditionierung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei, vorzugsweise stabartige metallische Meßelektroden (22,23) mit gegenseitigem Abstand in einem Isolierkörper (24,26) gehaltert sind und im Bereich des Elektrodenaustritts aus dem Isolierkörper eine Vertiefung zur Aufnahme von Abgasstaub vorhanden ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden (22,23) in einem stirnseitigen zentrischen Sackloch eines Haltekörpers (25) in Isoliermasse (24) eingebettet sind, deren nach außen gerichtete Oberfläche gegenüber der Stirnfläche (26) des Sackloches zurückspringt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Isoliermasse (24) ein Heizelement (30), vorzugsweise nahe dessen Oberfläche, angeordnet ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden (22,23) aus rostfreiem Stahl bestehen.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliermasse (24) aus gestampfter Schamotte besteht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE504359C (de) 1926-06-19 1930-08-02 Walter Lubach Elektrisches Hygrometer mit auf Isoliermaterial aufgebrachten elektrischen Leitern
DE1227769B (de) * 1963-03-12 1966-10-27 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur Regelung des Gaszustandes in Muehlen
DE2106806A1 (de) 1970-02-13 1971-09-16 Chetral Des Ind Electr Lab Gerät zum Messen der Luftfeuchtigkeit

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