DE3227543C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Verbesserung der Staubabscheidung in Elektrofiltern, mit einer Abgas­ leitung, einer daran anschließenden Verdampfungsstrecke vorgegebenen Volumens und am Beginn der Verdampfungsstrec­ ke angeordneten Düsen zum Eindüsen von Wasser in das Ab­ gas, denen ein verstellbares Absperrorgan zugeordnet ist.

Aus der Praxis ist es bekannt, staubhaltige Abgase durch Wasserzusatz so zu konditionieren, daß die Staubabschei­ dung in Elektrofiltern verbessert wird. Dazu wird am Be­ ginn einer Verdampfungsstrecke Wasser in das Abgas in ei­ ner solchen Menge eingedüst, daß bei dem vorgesehenen Be­ triebspunkt der betreffenden Anlage das eingedüste Wasser vollständig verdampft, das Abgas dementsprechend nebel­ frei ist, d.h. praktisch ohne in ihm dispergierte Wasser­ tröpfchen zum Elektrofilter gelangt, und alle Anlagen­ teile 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 kon­ stanten Wert. Wenn allerdings der Betriebszustand sich ändert, wird im Hinblick auf das vorhandene Verdampfungs­ volumen 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 unvoll­ kommene Konditionierung und Kühlung der Abgase stattfindet. Das Elektrofilter arbeitet dann nicht optimal.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Staubabscheidung in Elektrofiltern zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs be­ schriebenen Gattung dadurch gelöst, daß ein Regelkreis zum Regeln der Abgasfeuchte vorgesehen ist, zu dem ein am Ende der Verdampfungsstrecke angeordneter Sensor zum Er­ fassen der Regelgröße gehört, dessen Meßsignal einem als Regler dienenden Prozessor als Ist-Wert zugeführt wird, wobei der Prozessor nach einem Soll-Ist-Vergleich ein Stellsignal an das als Stellglied in den Regelkreis ge­ schalteten Absperrorgan abgibt. Damit läßt sich die bei einem vorgegebenen bzw. installierten Verdampfungsvolumen der Verdampfungsstrecke die einzudüsende Wassermenge so regeln, 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 nachgeschal­ teten Elektrofilter gelangt. Nässe- bzw. Schlammbildung in der Verdampfungsstrecke werden auf jeden Fall vermieden. Die Regelung arbeitet unabhängig von der Art der jeweils eingesetzten Düsen bzw. Düsensysteme. Je nach dem schal­ tungstechnischen Aufwand kann eine Zweipunkt-Regelung oder eine kontinuierliche Regelung verwirklicht werden.

Grundsätzlich kann mit einem feuchtigkeitsempfindlichen Sensor gearbeitet werden, der die absolute oder die re­ lative Feuchtigkeit des Abgases als Regelgröße erfaßt. Man kann aber auch mit einem temperaturempfindlichen Sen­ sor arbeiten, der die Abgastemperatur als Regelgröße er­ faßt. Dann ist es zweckmäßig, in Strömungsrichtung vor den Düsen einen Temperaturfühler anzuordnen, dessen Meß­ signal ebenfalls dem Prozessor zugeführt wird.

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 Feuchtig­ keit der Abgase am Ende der Verdampfungsstrecke und ver­ gleicht das Ergebnis mit dem betreffenden Meßwert am Ende der Verdampfungsstrecke. Unter Vernachlässigung von Wär­ meverlusten 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 die Feuchtigkeit niedriger ist als die errechnete, wird zuviel Wasser eingedüst, so daß das vom Regler bzw. vom Prozessor erzeugte Ausgangssignal zu einer Ansteuerung des Absperrorgans in dem Sinne führt, daß die eingedüste Wassermenge reduziert wird. Wenn die errechnete und die gemessene Temperatur oder die errechnete und die gemesse­ ne Feuchtigkeit übereinstimmen, wird die Wassermengenrate erhöht.

Die oben angegebene Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung auch dadurch gelöst, daß ein Regelkreis zum Regeln der Abgasfeuchte vorgesehen ist, zu dem zwei am Ende der Verdampfungsstrecke in Strömungsrichtung hinter­ einander angeordneten Sensoren zum Erfassen der Nebel­ feuchte im Abgas vorgesehen sind, deren Meßsignale einer­ seits einem UND-Gatter und andererseits einem negativen UND-Gatter zugeführt werden, wobei die Ausgänge der UND-Gatter mit einem Steuergerät zu Stellsignalen für das als Stellglied in den Regelkreis geschaltete Absperrorgan verarbeitet werden. Wenn beide Sensoren nebelfreises Ab­ gas anzeigen, wird zu wenig Wasser eingedüst und die Was­ serzufuhr wird vergrößert. Wenn beide Sensoren nebelhalti­ ges Abgas anzeigen, wird die Wasserzufuhr verringert. Der erwünschte quasistationäre Zustand liegt dann vor, wenn der in Strömungsrichtung des Abgases vordere Sensor nebel­ haltiges Abgas und der hintere Sensor nebelfreies Abgas anzeigt. Diese Regelung ist als Zweipunkt-Regelung sehr einfach.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbei­ spiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Verbesserung der Staubabscheidung in Elektrofil­ tern,

Fig. 2 schematisch eine einfachere Ausführung des Ge­ genstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 in schematischer Darstellung einen Sensor zum Erfassen der Nebelfeuchte bei der Ausführung nach Fig. 2.

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 Abgasleitung 3 über, die 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 Verdamp­ fungsstrecke 2 eine maximale Wassermenge in das heiße Abgas einge­ düst werden kann und diese Wassermenge am Ende der Verdampfungsstrecke vollständig verdampft ist, sind mehrere Meßstellen und ein Regelkreis vorgesehen. Im Übergangsbereich zwischen Abgasleitung 1 und Verdamp­ fungsstrecke 2 sind in Strömungsrichtung vor den Düsen 4 jeweils ein Gasmengenmesser 9 und ein Temperaturfühler (Sensor 10) angeord­ net. Am Ende der Verdampfungsstrecke 2 befindet sich im Übergangs­ bereich zu der weiterführenden Abgasleitung 3 ebenfalls ein Tempe­ raturfühler (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 Ab­ sperrorgan 6 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 vollstän­ dig verdampft ist. Die Regeleinrichtung ist unabhängig von der Art der verwendeten Düsensysteme 4 und von der Form und Größe der Ver­ dampfungsstrecke 2.

Der Regelkreis arbeitet wie folgt: Dem Prozessor 13 sind die physi­ kalischen Parameter des zu behandelnden Abgases einprogrammiert. Unter Berücksichtigung dieser Daten und aus den eingehenden Meßsig­ nalen ermittelt der Prozessor rechnerisch die bei vollständiger Ver­ dampfung am Ende der Verdampfungsstrecke 2 zu erwartende Abgastempe­ ratur, insbesondere aufgrund der Gaseingangstemperatur und der Tem­ peraturabnahme zufolge der Verdampfung der eingedüsten Wasserströpf­ chen, 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 re­ duziert wird, bis die gemessene Temperatur am Ausgang der Verdamp­ fungsstrecke 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 Konditionie­ rung der Abgase in der Weise eingestellt, daß am Ende der Verdamp­ fungsstrecke 2 zwei Sensoren in Strömungsrichtung der Gase hinter­ einander angeordnet sind. Diese Sensoren 14, 15 ermitteln die Zustände nebelfreies Abgas bzw. nebelhaltiges Abgas. Wenn beide Sensoren ne­ belhaltiges Abgas feststellen, wird zuviel Wasser eingedüst; wenn beide Sensoren nebelfreies Abgas anzeigen, wird zu wenig Wasser ein­ gedüst. 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 Schalt­ glieder: 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 wei­ terhin an einem zweiten Gatter 20, in dem beide Eingangssignale "ne­ giert" sowie "und" verknüpft werden, und dessen digitales Ausgangs­ signal über die Leitung 21 am Steuergerät liegt. Das digitale Aus­ gangssignal "1" am Gatter 18 entspricht dem Zustand "die beiden Sen­ soren 14, 15 messen nebelfreies Abgas" und bewirkt über das Steuer­ gerät 8 und den Motor 7 eine vorbestimmt erhöhte Wassereindüsung.

Das digitale, invertierte Ausgangssignal "1" 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 Abgaskonditio­ nierung mit "der Sensor 14 mißt nebelhaltiges, der Sensor 15 mißt nebelfreies Gas", ergibt an den beiden Leitungen 19, 21 die beiden digitalen Signale "0; 0", 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 Ab­ stand von 25 mm in Isoliermasse 24 aus gestampfter Schamotte einge­ bettet, die in das stirnseitige zentrische Sackloch eines Haltekör­ pers 25 mit einem Durchmesser von 80 mm eingebracht ist. Die nach außen gerichtete Oberfläche der Isoliermasse 24 liegt um beispiels­ weise 5 mm tiefer als die Stirnfläche des Sackloches, 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. nebelhal­ tiges Abgas ergibt. Der Übergang 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 ver­ zögerungarm durch eine stark verminderte Leitfähigkeit zwischen den Elektroden im Meßsignal feststellbar ist. Die stabartige Aus­ bildung 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.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Verbesserung der Staubabscheidung in Elektrofiltern, mit einer Abgasleitung, einer daran anschließenden Verdampfungsstrecke vorgegebenen Volumens und am Beginn der Verdampfungsstrecke ange­ ordneten Düsen zum Eindüsen von Wasser in das Abgas, denen ein verstellbares Absperrorgan zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis zum Regeln der Abgasfeuchte vorgesehen ist, zu dem ein am Ende der Verdampfungsstrecke (2) angeordneter Sensor (11) zum Erfassen der Regelgröße gehört, dessen Meßsignal einem als Regler dienenden Prozessor (13) als Ist- Wert zugeführt wird, wobei der Prozessor (13) nach einem Soll/Ist-Vergleich ein Stellsignal an das als Stellglied in den Regelkreis geschaltete Absperrorgan (6) abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ei­ nen feuchtigkeitsempfindlichen Sensor (11), der die absolute oder die relative Feuchtigkeit des Abgases als Regelgröße erfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen temperaturempfindlichen Sensor (11), der die Abgastemperatur als Regelgröße erfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor den Düsen (4) ein Tem­ peraturfühler (10) angeordnet ist, dessen Meßsignal dem Prozessor (13) zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Absperrorgan (6) und die Düsen (4) ein Wassermengenmesser (9) geschaltet ist, dessen Meßsignal dem Prozessor (13) zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Verbesserung der Staubabscheidung in Elektrofiltern, mit einer Abgasleitung, einer daran anschließenden Verdampfungsstrecke vorgegebenen Volu­ mens und am Beginn der Verdampfungsstrecke angeordneten Düsen zum Eindüsen von Wasser in das Abgas, denen ein verstellbares Absperrorgan zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis zum Regeln der Ab­ gasfeuchte vorgesehen ist, zu dem zwei am Ende der Verdampfungsstrecke (2) in Strömungsrichtung hinter­ einander angeordnete Sensoren (14, 15) zum Erfassen der Nebelfeuchte im Abgas vorgesehen sind, deren Meß­ signale einerseits einem UND-Gatter (18) und anderer­ seits einem negierten UND-Gatter (20) zugeführt wer­ den, wobei die Ausgänge der UND-Gatter (18, 20) mit einem Steuergerät (8) zu Stellsignalen für das als Stellglied in den Regelkreis geschaltete Absperrorgan (6) verarbeitet werden.