DE3245826A1

DE3245826A1 - Elektrische entladungsanordnung

Info

Publication number: DE3245826A1
Application number: DE19823245826
Authority: DE
Inventors: Allan Patrick Stockton on Tees Cleveland George; Alan Lawrence Redcar Cleveland Hare
Original assignee: Tioxide Group Ltd
Current assignee: Tioxide Group Ltd
Priority date: 1981-12-10
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1983-06-16
Also published as: FR2518353B1; NO824121L; ZA828177B; US4436984A; FR2518353A1; JPS58106796A; CA1184977A; SE8207011D0; SE8207011L; GB2111772A; AU9069682A; NO161099B; NO161099C; GB2111772B; SE458329B; AU551587B2

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsanordnung mit einer Spannungsversorgung und Elektroden, insbesondere eine elektrische Bogenentladungsanordnung zur industriellen Anwendung in chemischen Prozessen.

Erfindungsgemäß ist bei einer derartigen elektrischen Entladungsanordnung vorgesehen,

daß die Spannungsversorgung einen Mehrphasentransformator, eine Bogenstabilisierungsanordnung und wenigstens zwei, jeweils ein Paar von Spannungsversorgungsausgangen besitzende Gleichrichterbrücken aufweist, und daß die Elektroden

ein erstes Elektrodenpaar, von denen die eine elektrisch an den einen Ausgang eines ersten ausgewählten Paars von Spannungsversorgungsausgangen und die andere an den anderen Ausgang des ersten ausgewählten Paars von Spannungsversorgungsausgangen angekoppelt ist, und ein zweites Elektrodenpaar, von denen die eine elektrisch an den einen Ausgang eines zweiten ausgewählten, vom ersten verschiedenen Paars von Spannungsversorgungsausgangen und die andere an den anderen Ausgang des zweiten ausgewählten Paars von Spannungsversorgungsausgangen angekoppelt ist,

umfassen, wegen der sehr kurzen, für die Spannungsversorgung notwendigen Ansprechzeit zur Aufrechterhaltung eines stabilen Betriebs eines Bogens ist es für notwendig befunden worden, daß jeder Bogen seine eigene Spannungsversorgung mit einer getrennten Bogenstabilisierungsanordnung aufweist, da eine Stabilisierungsanordnung nicht auf größere unvorhergesehene dynamische Lasten von mindestens zwei Bögen ansprechen kann, speziell, wenn die einzelnen Bögen unabhängig voneinander gezündet und gelöscht werden sollen.

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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird lediglich eine Spannungsversorgung und eine Bogenstabilisierungsanordnung für mehrere Bögen verwendet, wobei die Bögen ohne Hilfsspannungsversorgungen in durch eine Bedienungsperson gewählten Zeitpunkten getrennt gezündet werden können.

Die Spannungsversorgung besitzt speziell einen als Mehrphasentransformator ausgebildeten, an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Transformator. Der Transformator IQ muß die nötigen Spannungen und Ströme, welche für die Bögen nach Gleichrichtung erforderlich sind, liefern können.

Typischerweise können die Ausgangsgrößen für die Bogen in Abhängigkeit vom speziellen Verwendungszweck bei Spannungen von bis zu 100 kV und Strömen bis zu 100 000 A, speziell in einem Spannungsbereich von 1 bis 10 kV und in einem Strombereich von 100 bis 10 000 A liegen.

Die mehrphasigen Ausgangsgrößen des Transformators in Form von Wechselgrößen machen die Verwendung wenigstens einer Gleichrichterbrücke zur Erzeugung eines Gleichstroms am Ausgang möglich. Jede Brücke liefert dabei Leistung zu einem Paar von Ausgängen.

Gemäß besonderer Ausgestaltungen der Erfindung enthält die Spannungsversorgung eine Stabilisierungsanordnung für den Bogen, wobei die Spannungsversorgung eine solche mit Seriendrosselsteuerung oder mit sättigbarer Drosselsteuerung sein kann.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung können die Stabilisierungsanordnung und die Gleichrichterbrücken in Form von Brücken mit gesteuerten Siliziumgleichrichtern (Thyristoren) kombiniert sein. Dabei können zusätzliche Induktivitäten zur Sicherstellung einer Langzeit-Bogenstabilität zweckmäßig sein.

Jedes Paar von Spannungsversorgungsausgangen liefert eine elektrische Spannung zu einem Elektrodenpaar, zwischen dem ein Bogen erzeugt werden soll. Die erfindungsgemäße Anordnung enthält wenigstens zwei solcher Paare von Elektroden zur Erzeugung von zwei Bögen. Eine Elektrode des ersten Elektrodenpaars ist elektrisch mit einem Spannungsversorgungsausgang eines ausgewählten Paars von Ausgängen und die andere Elektrode mit dem anderen Spannungsversorgungsausgang des ausgewählten Paars von Spannungsversorgungsausgängen verbunden.

Entsprechend ist das zweite Paar von Elektroden mit einem zweiten Paar von Spannungsversorgungsausgangen verbunden. Jedes zusätzliche Elektrodenpaar ist an ein gesondertes zusätzliches Paar von Spannungsversorgungsausgangen angeschlossen, so daß jeder Bogen im Effekt unabhängig mit Leistung versorgt werden, wobei jedoch für alle Bögen lediglich eine einzige Spannungsversorgung vorhanden ist.

°ie Elektroden können jede gewünschte Form besitzen und im Bedarfsfall so aufgebaut sein, daß der Bogen geblasen, d.h., in einem Plasma in einem Strom eines zwischen den Elektrodenpaaren strömenden Gases ausgebildet werden kann. Die Elektroden eines Paars können rohrförmig ausgebildet und in einer Linie angeordnet sein. Im Bedarfsfall können die Elektroden geeignete Kühleinrichtungen, beispielsweise eine Wasserkühlung, sowie Einrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Feldes aufweisen, durch das der Fuß des Bogens zwecks Kleinhaltung einer lokalisierten Erosion einer Elektrode in Drehung versetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich speziell zur Erzeugung eines Paars von elektrischen Bögen zur Aufheizung von Gasströmen in chemischen Reaktionen, wie beispielsweise eine Gasphasenoxidation etwa eines Metallhalids zur Herstellung eines Metalloxids. Ein typisches Beispiel einer

derartigen Verwendung ist die Erhitzung eines Sauerstoffstroms zur Oxidation von Titantetrachlorid bei der Erzeugung von pigmentierten Titandioxid.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines Schaltbildes gemäß der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert.

In der Figur der Zeichnung ist schematisch ein erstes Paar von Elektroden 1,2 und ein zweites Paar von Elektroden 3, 4 dargestellt. Die Elektroden 1,2 sind an ein Paar von Ausgängen 5, 6 einer Gleichrichterbrücke 7 angekoppelt. Die Elektroden 3, 4 sind entsprechend an ein Paar von Ausgängen 8, 9 einer zweiten Gleichrichterbrücke 10 angekoppelt. Drosseln 11, 12 liegen zwischen der Elektrode 2 und dem Ausgang 6 bzw. zwischen der Elektrode 3 und dem Ausgang 8. Zur Messung der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgängen jedes Paars sind Voltmeter 13 und 14 und zur Messung des Stromflusses Amperemeter 15 und 16 vorgesehen.

Die Gleichrichterbrücken 7, 10 werden aus einem einzigen Transformator 17 mit sättigbarer Drosselsteuerung gespeist, der über ein Schaltgerät 19 an ein Dreiphasennetz 18 angekoppelt ist.

Jedes Paar von Elektroden besitzt eine Feldwicklung 20 bzw. 21. Die Feldwicklung 21 erhält über einen durch das Netz 18 gespeisten Feldtransduktor 23 Leistung aus einer Gleichrichterbrücke 24. Das Voltmeter 24 und das Amperemeter 25 liegen ebenfalls im Feldwicklungskreis.

Die andere Feldwicklung 20 ist an ein Paar von Ausgängen 26 und 27 eines zusammengeschalteten Paars von Gleichrichterbrücken 28 und 29 angeschaltet, die jeweils aus mit dem Netz 18 gekoppelten Transduktoren 30 und 31 mit Lei-

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stung gespeist werden. Das Voltmeter 32 und das Amperemeter 33 liegen ebenfalls in diesem Kreis. Anstelle der beiden dargestellten Transduktoren 30 und 31 kann auch lediglich ein einziger Transduktor verwendet werden. 5

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden hohl und mit Einrichtungen versehen, mit denen zur Erzeugung von geblasenen Bögen Gas durch sie hindurchgeleitet werden kann. Das Elektrodenpaar 1, 2 besitzt eine Anorde mit einem Bohrungsdurchmesser von 9,5 mm und das Elektrodenpaar 3 und 4 eine Anode mit einem Bohrungsdurchmesser von 15,5 mm.

Der Bogen zwischen den Elektroden 3 und 4 wird durch Zuführung von Sauerstoff mit Helium und durch eine ausreichende Spannung gezündet. Der andere Bogen wird in gleichartiger Weise gezündet, wobei der Sauerstoffstrom auf 18,8 Normalkubikmeter pro Stunde und der Strom auf 100 A bei etwa 350 V erhöht wird. Helium wird lediglich zur Zündung der Bogen verwendet.

Die erste Bogenspannung wird auf etwa 585 V bei einem Strom von 100 A und einem Sauerstoffstrom von 21,5 Normalkubikmeter pro Stunde erhöht.
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Die Bögen werden für etwa 8 Stunden auf diesen Bedingungen gehalten.

Dieses Beispiel zeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung verwendet werden kann, um Bögen zwischen ungleichen Elektrodenpaaren unter unterschiedlichen Bedingungen der Leistungszufuhr aus einer Versorgungsquelle aufrechtzuerhalten. Natürlich können gleichartige Elektrodenpaare unter gleichartigen Bedingungen der elektrischen Leistung leicht betrieben werden.

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Bei einer anderen Ausführungsform wird der Transformator mit sättigbarer Drosselsteuerung durch einen einzigen Transformator mit Seriendrossel ersetzt. Der erste Bogen wird in einem Sauerstoffstrom von 50 Normalkubikmeter pro Stunde und der zweite Bogen mit einem Sauerstoffstrom von 45 Normalkubxkmeter pro Stunde gezündet. Nach der Zündung wird der Sauerstoffstrom durch beide Einheiten auf 170 Normalkubikmeter pro Stunde erhöht, um eine Bogenspannung von 1350 V zu realisieren. Der Bogen brennt für über 20 Stunden ohne merkliche Abnahme der Bogenstabilität im Gegensatz mit lediglich einer Bogenanordnung pro Spannungsversorgung.

Leerseite

Claims

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Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, uipl.-Phys. Dr. K. Fi.ncke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86 \ 0. DSL POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22 TELEFON (089) 98 03 52 DXIIIA TELEX522621

TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÜNCHEN

Tioxide Group PLC

Stratton Street, London W1A 4XP

Großbritannien

Elektrische Entladungsanordnung

Patentansprüche

/ 1.J Elektrische Entladungsanordnung mit einer Spannungsver-

^- sorgung und Elektroden,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Spannungsversorgung (7, 11, 17, 18, 19, 20 bis 23, 28 bis 31) einen Mehrphasentransformator (17), eine Bogenstabilisierungsanordnung und wenigstens zwei, jeweils ein Paar von Spannungsversorgungsausgangen (5, 6, 8, 9) besitzende Gleichrichterbrücken (7, 10) aufweist, und daß die Elektroden (1, 2, 3, 4) ein erstes Elektrodenpaar (1, 2), von denen die eine

(1) elektrisch an den einen Ausgang (5) eines ersten ausgewählten Paars von Spannungsversorgungsausgangen (5, 6) und die andere (2) an den anderen Ausgang (6) des ersten ausgewählten Paars von Spannungsversorgungsausgangen (5,6) angekoppelt ist,

und ein zweites Elektrodenpaar (3, 4), von denen die eine (3) elektrisch an den einen Ausgang (8) eines zweiten ausgewählten, vom ersten verschiedenen Paars von Spannungsversorgungsausgangen (8., 9) und die andere

(4) an den anderen Ausgang (9) des zweiten ausgewählten

Paars von Spannungsversorgungsausgängen (8, 9) angekoppelt ist,
umfassen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (17) die Ausgangspaare (5, 6, 8, 9) mit elektrischer Leistung aus bis zu 100 kV und bis zu 100 000 A versorgt.
IQ 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (17) die Ausgangspaare (5, 6, 8, 9) mit elektrischer Leistung aus 1 bis 10 kV und 100 bis 10 000 A versorgt.
j_5 4, Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung (7, 10, 17, 18, 19, 20 bis 23, 28 bis 31) eine solche mit Drosselsteuerung ist,
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung (7, 10, 17, 18, 19, 20 bis 23, 28; bis 31) eine solche mit sättigbarer Drosselsteuerung ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsanordnung und die Gleichrichterbrücken (7, 10) in Form von Brücken mit gesteuerten Siliziumgleichrxchtern (Thyristoren) kombiniert sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2, 3, 4) jedes Paars rohrförmig ausgebildet und in einer Linie angeordnet sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2, 3, 4) Kühleinrichtungen aufweisen.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2, 3, 4) Einrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Feldes aufweisen? durch das der Bogenfußpunkt um die Elektrode gedreht werden kann. 10