EP0030657B1 - Verfahren zum selbsttätigen Führen der Spannung eines Elektrofilters an der Durchschlagsgrenze und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum selbsttätigen Führen der Spannung eines Elektrofilters an der Durchschlagsgrenze und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0030657B1
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Franz Dipl.-Ing. Neulinger
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Heinrich Winkler
Günter Mehler
Helmut Dipl.-Ing. Schummer
Walter Dipl.-Ing. Schmidt
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Siemens AG
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Metallgesellschaft AG
Siemens AG
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    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/903—Precipitators

Definitions

  • the invention relates to a method for automatically guiding the voltage of an electrostatic precipitator at the breakdown limit by increasing the filter voltage as a function of time until it breaks down and then reducing it as a function of breakdown.
  • This generic term refers to a method as described, for example, in DE-B-11 48 977.
  • the degree of separation of an electrostatic precipitator is higher the closer the operating voltage is to the flashover limit. Since the rollover limit changes during operation depending on several influencing factors, such as. B. gas composition, dust content and temperature changes, the voltage of the electrostatic precipitator must be controlled depending on the amount of the rollover limit.
  • Devices for voltage regulation are known in which the voltage is increased up to the rollover limit. If one or more rollovers occur, the voltage is reduced by a certain fixed amount below the rollover limit and then increased again to the rollover limit.
  • a control capacitor is charged depending on the filter current via a resistor.
  • a continuously controllable tube is connected in parallel to this control capacitor, which in turn is controlled by a capacitor.
  • This capacitor is charged depending on the breakdown and continuously discharged via a parallel resistor.
  • the voltage at the control capacitor serves as a control voltage for a primary-side actuator.
  • the current dependency of the charging voltage for the control capacitor is such that a relatively rapid increase in voltage is achieved with small separator currents and a relatively slow increase with large separator currents. Due to the constant discharge of the control capacitor - depending on the flashover - the separator voltage after flashover is reduced by an amount given by the number or duration of the flashover.
  • the object of the present invention is to optimize the control method in stationary operation, in which the breakdown limit is continuously scanned as a function of time, so that one drives at the breakdown limit as far as possible, but the number of breakdowns required to drive at this limit - during its duration yes the actual separation is not possible - is kept within predetermined limits.
  • This object is achieved in that after each breakdown the voltage or the current is reduced by a percentage of the breakdown voltage or the breakdown current which is dependent on the breakdown frequency in a predetermined period of time and that the waiting time until a new one Voltage increase is reduced when the measured voltage amplitude during breakdown has increased to the measured voltage amplitude during the previous breakdown and vice versa.
  • the voltage is reduced by a percentage, which is determined on the one hand by the breakdown voltage and on the other hand by the history of the breakdown; the waiting time is also determined so that no impermissible breakdown frequency occurs.
  • the filter voltage is advantageously increased to a breakdown with a fixed, preselectable voltage gradient that depends on the operating state of the system.
  • the voltage increase provided at the end of the waiting time advantageously does not take place, but the new waiting time running from this point in time is shortened.
  • the waiting time can advantageously also be changed in stages of different sizes, e.g. B. the steps can be selected in the form of a geometric series.
  • a microcomputer is advantageously provided for specifying the control voltage to the actuator, which is made up of the measured and stored Filter values, the required reduction and the waiting time as well as other parameters are calculated.
  • an electrostatic filter 5 is fed from an alternating current network 1 via a rectifier 4 and a high-voltage transformer 3.
  • an alternating current regulator 2 consisting of anti-parallel thyristors is provided, the lattice control unit 21 of which receives its control voltage U st from a digital regulator 6, which is shown with a broken line.
  • This dashed-edged digital controller 6 today generally consists - as indicated by the equal sign 8 - of the microcomputer system shown in FIG Measured values and data from the periphery can be entered and output.
  • the digital controller is shown in the form of hard-wired function blocks.
  • the control voltage U st is supplied by a control module 61 which determines the filter voltage U or the filter current I.
  • the gradient of the increase in the filter voltage up to the breakdown is predetermined by the module 63.
  • the setting value for this gradient is taken from a memory 62 depending on the operating conditions of the filter. If the filter voltage reaches the breakdown value, which is determined from the primary current I P and / or the breakdown of the secondary-side voltage U F , the breakdown detection element 70 issues a corresponding voltage reduction command to the voltage control unit 61 via a percentage amount adjuster 66 and a voltage reduction element 65.
  • the reduction amount in the event of a breakdown is calculated or where X is a value between 0.2 and 1, n is the reduction stage and U F is the current filter voltage. The same applies if there is not a filter voltage reduction, but a filter current reduction ⁇ I F of the filter current I F.
  • the value n is determined from the history of the filter, namely the number k of carbon copies during a previous search period of z. B. 10 to 30 minutes depending. If the number k of the breakdowns not caused by the scanning of the filter voltage limit is greater than a preselectable limit kg of z. B. 1,000, the reduction level n. increased and a new search period started. Then the reduction amounts ⁇ u are calculated and saved.
  • the reduction level n initially remains unchanged. If k is also less than kg in the following search period, the reduction level n is reduced. Then the new current reduction amounts ⁇ u are also calculated and saved.
  • the waiting time T until the filter voltage starts up again is changed as a function of the breakdown, specifically the value of the breakdown voltage U FV stored in a memory 69 is compared with the current breakdown voltage U Fa during the previous breakdown. If it is found that the measured voltage amplitude during the breakdown has increased to the measured voltage amplitude during the previous breakdown, the waiting time is reduced by the amount ⁇ T in the time change element 67 by the comparison element 68.
  • This amount of time change .DELTA.T then changes the waiting time T of the waiting stage 64 accordingly.
  • FIG. 2 shows the voltage profiles on the filter.
  • the cut control and the rectifiers on the secondary side cause pulsating half-waves. If a provoked breakdown occurs at point D1, the filter voltage U F initially breaks down, the recurring filter voltage is then reduced by an amount ⁇ u, which is calculated according to the equation given above. This is followed by a waiting time T closes up to the point S on, is increased from which the filter voltage U F again to provoked breakdown D2, after which the voltage U F is also lowered again to a value .DELTA.u.
  • the voltage comparison values which are decisive for the waiting time are obtained the peak values of the voltage half-waves determined immediately before the breakdowns.
  • the peak values are continuously recorded and stored and those values (e.g. U Fa , U FV ) that are immediately before the breakthrough are used for the comparison.
  • the filter voltage is optimally guided at the breakdown limit.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selbsttätigen Führen der Spannung eines Elektrofilters an der Durchschlagsgrenze durch zeitabhängige Steigerung der Filterspannung bis zum Durchschlag und anschließende durchschlagsabhängige Absenkung.
  • Mit diesem Oberbegriff wird auf ein Verfahren Bezug genommen, wie es beispielsweise in der DE-B-11 48 977 beschrieben ist.
  • Der Abscheidegrad eines elektrostatischen Abscheiders ist umso höher, je näher die Betriebsspannung an der Überschlagsgrenze liegt. Da die Überschlagsgrenze sich während des Betriebs in Abhängigkeit von mehreren Einflußgrößen, wie z. B. Gaszusammensetzung, Staubgehalt und Temperatur ändert, muß die Spannung des elektrostatischen Abscheiders in Abhängigkeit von der Höhe der Überschlagsgrenze geregelt werden.
  • Es sind Einrichtungen zur Spannungsregelung bekannt, bei denen die Spannung bis an die Überschlagsgrenze erhöht wird. Kommen ein oder mehrere Überschläge, so wird die Spannung um einen bestimmten fest vorgegebenen Betrag unter die Überschlagsgrenze abgesenkt und anschließend wieder bis zur Überschlagsgrenze erhöht.
  • Bei dem Verfahren nach der vorgenannten DE-B-1 148 977 wird über einen Widerstand ein Regelkondensator filterstromabhängig aufgeladen. Als Entladewiderstand ist diesem Regelkondensator eine stetig steuerbare Röhre parallelgeschaltet, die ihrerseits wieder von einem Kondensator angesteuert wird. Dieser Kondensator wird durchschlagsabhängig aufgeladen und fortlaufend über einen Parallelwiderstand entladen. Die Spannung am Regelkondensator dient als Steuerspannung für ein primärseitiges Stellglied. Die Stromabhängigkeit der Ladespannung für den Regelkondensator ist so getroffen, daß bei kleinen Abscheiderstromstärken eine relativ schnelle, bei großen Abscheiderstromstärken eine relativ langsame Spannungserhöhung erreicht wird. Durch die stetige Entladung des Regelkondensators - abhängig von den Überschlägen - wird die Abscheiderspannung nach Überschlägen um einen durch die Zahl bzw. Dauer der Überschläge gegebenen Betrag herabgesetzt.
  • Bei diesem Steuerverfahren geht die Vorgeschichte des gerade vorliegenden Durchschlages nur relativ gering bzw. weitgehend undefiniert in die Spannungsabsenkung bzw. den Hochlauf bis zur Durchschlagsgrenze ein.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, im stationären Betrieb, bei dem laufend zeitabhängig die Durchschlagsgrenze abgetastet wird, das Regelverfahren so zu optimieren, daß man möglichst an der Durchschlagsgrenze fährt, jedoch die Zahl der zum Fahren an dieser Grenze erforderlichen Durchschläge - während deren Dauer ja die eigentliche Abscheidung nicht möglich ist - in vorbestimmten Grenzen gehalten wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach jedem Durchschlag die Spannung bzw. der Strom um einen prozentualen Betrag der vorliegenden Durchschlagsspannung bzw. des Durchschlagsstromes abgesenkt wird, der von der Durchschiagshäufigkeit in einer vorhergehenden festgelegten Zeitperiode abhängig ist und daß die Wartezeit bis zu einer erneuten Spannungssteigerung verringert wird, wenn sich die gemessene Spannungsamplitude beim Durchschlag zur gemessenen Spannungsamplitude beim vorhergehenden Durchschlag vergrößert hat und umgekehrt.
  • Auf diese Weise wird die Spannung um einen prozentualen Betrag abgesenkt, der einerseits durch die Durchschlagsspannung und andererseits durch die Vorgeschichte des Durchschlags bestimmt ist ; ebenso wird auch die Wartezeit so festgelegt, daß keine unzulässige Durchschlagshäufigkeit auftritt.
  • Um definierte Verhältnisse beim Hochlauf zu erreichen, wird vorteilhafterweise die Filterspannung mit einem festen, vom Betriebszustand der Anlage abhängigen vorwählbaren Spannungsgradienten bis zum Durchschlag erhöht.
  • Tritt während der Wartezeit ein Durchschlag auf, so unterbleibt vorteilhafterweise die beim Ablauf der Wartezeit vorgesehene Spannungssteigerung, es wird jedoch die von diesem Zeitpunkt an laufende neue Wartezeit verkürzt.
  • Damit wird erreicht, daß nicht eine unkontrollierte Zahl von Durchschlägen aufeinanderfolgt. Zur Berücksichtigung des sich ändernden Filterverhaltens in bezug auf die Wartezeit ist vorteilhafterweise ferner die Wartezeit in Stufen unterschiedlicher Größe veränderbar, z. B. können die Stufen in Form einer geometrischen Reihe gewählt sein.
  • Da heute normalerweise für Elektrofilter Thyristoren als Stellglieder verwendet werden, deren Anschnittsteuerung sich gleichspannungsseitig in einer Pulsation der Filterspannung bemerkbar macht, werden vorteilhafterweise - um definierte Punkte für die Vergleiche zu erhalten - die Scheitelwerte der gleichspannungsseitigen Spannungshalbwellen unmittelbar vor den Durchschlägen miteinander verglichen.
  • Bei einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Merkmalen, bei der das Elektrofilter über einen Gleichrichter, einen Hochspannungstransformator und ein Stellglied von einem Wechselspannungsnetz gespeist ist, wird vorteilhafterweise zur Vorgabe der Steuerspannung an das Stellglied ein Mikrocomputer vorgesehen, der aus den gemessenen und gespeicherten Filterwerten die erforderliche Absenkung und die Wartezeit sowie sonstige Parameter berechnet.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert ; es zeigen :
    • Figur 1 die übliche Spannungsversorgung eines Elektrofilters mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Digitalregler,
    • Figur 1a den Ersatz dieses Digitalreglers durch ein Mikrocomputersystem und
    • Figur 2 die Spannungsverhältnisse beim Abtasten der Durchschlagsgrenze.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird ein Elektrofilter 5 über einen Gleichrichter 4 und einen Hochspannungstransformator 3 aus einem Wechseistromnetz 1 gespeist. Primärseitig ist zwischen Hochspannungstransformator 3 und Wechselstromnetz 1 ein aus antiparallelgeschalteten Thyristoren bestehender Wechselstromsteller 2 vorgesehen, dessen Gittersteuersatz 21 seine Steuerspannung Ust von einem Digitalregler 6 erhält, der gestrichelt umrandet dargestellt ist. Dieser gestrichelt umrandete Digitalregler 6 besteht heute im Regelfall - wie durch das Gleichheitszeichen 8 angedeutet - aus dem in Figur 1a dargestellten Mikrocomputersystem, und zwar umfaßt dieses Mikrocomputersystem als wesentlichen Bestandteil die Zentraleinheit 81, den Speicher 82 und die Ein- und Ausgabe 83, mit der Meßwerte und Daten aus der Peripherie eingegeben und ausgegeben werden können.
  • Zur besseren Verständlichkeit des Regelverfahrens ist jedoch der Digitalregler in Form festverdrahteter Funktionsbausteine dargestellt.
  • Wie aus der Figur 1 ersichtlich, wird die Steuerspannung Ust von einem Steuerbaustein 61 geliefert, der die Filterspannung U bzw. den Filterstrom I bestimmt. Der Gradient der Steigerung der Filterspannung bis zum Durchschlag wird durch den Baustein 63 vorgegeben. Der Einstellwert für diesen Gradienten wird aus einem Speicher 62 je nach den Betriebsbedingungen des Filters entnommen. Erreicht die Filterspannung den Durchbruchswert, der aus Primärstrom IP und/oder dem Zusammenbrechen der sekundärseitigen Spannung UF bestimmt wird, so gibt das Durchschlagserfassungsglied 70 über einen prozentualen Betragseinsteller 66 und ein Spannungsabsenkungsglied 65 einen entsprechenden Spannungsverminderungsbefehl auf die Spannungssteuereinheit 61. Der Absenkungsbetrag im Durchschlagsfall errechnet sich aus
    Figure imgb0001
    oder
    Figure imgb0002
    wobei X einen Wert zwischen 0,2 und 1, n die Absenkungsstufe und UF die aktuelle Filterspannung bedeuten. Entsprechendes gilt, falls nicht eine Filterspannungsabsenkung, sondern eine Filterstromabsenkung ΔIF des Filterstromes IF vorgenommen wird. Der Wert n bestimmt sich aus der Vorgeschichte des Filters, und zwar ist er von der Anzahl k der Durchschläge während einer vorhergehenden Suchperiode von z. B. 10 bis 30 Minuten abhängig. Ist die Anzahl k der nicht durch die Abtastung der Filterspannungsgrenze hervorgerufenen Durchschläge größer als ein vorwählbarer Grenzwert kg von z. B. 1 000, so wird die Absenkungsstufe n . erhöht und eine neue Suchperiode begonnen. Anschließend werden jeweils die Absenkungsbeträge Δu berechnet und gespeichert. Ist die Zahl der Durchschläge in der Suchperiode kleiner als der Grenzwert kg, so bleibt die Absenkungsstufe n zunächst unverändert. Ist in der folgenden Suchperiode ebenfalls k kleiner als kg, so wird die Absenkungsstufe n erniedrigt. Anschließend werden ebenfalls die neuen aktuellen Absenkungsbeträge Δu berechnet und gespeichert. Um sich ändernden Betriebsbedingungen anzupassen, wird auch die Wartezeit T bis zu einem neuen Hochlauf der Filterspannung durchschlagsabhängig verändert, und zwar wird der in einem Speicher 69 niedergelegte Wert der Durchbruchsspannung UFV beim vorhergehenden Durchbruch mit der aktuellen Durchbruchsspannung UFa verglichen. Ergibt sich, daß sich die gemessene Spannungsamplitude beim Durchschlag zur gemessenen Spannungsamplitude beim vorhergehenden Durchschlag vergrößert hat, so wird durch das Vergleichsglied 68 die Wartezeit um den Betrag ΔT im Zeitänderungsglied 67 verringert. Dieser Zeitänderungsbetrag ΔT ändert dann entsprechend die Wartezeit T der Wartestufe 64. Die Änderung der Wartezeiten sind dabei in z. B. einer geometrischen Reihe gestuft. Ergeben z. B. die Vergleiche, daß die aktuelle Durchschlagsspannung immer größer als die vorhergehende Durchschlagsspannung wird, so werden die Wartezeiten um Beträge ΔT verkürzt, die z. B. in einer geometrischen Reihe ansteigen. Für den Fall, daß die Werte immer niedriger werden, gilt das umgekehrte. Tritt während der Wartezeit mindestens ein Durchschlag auf, so wird die bei Ablauf der Wartezeit vorgesehene Spannungssteigerung unterlassen, jedoch die von diesem Zeitpunkt an laufende Wartezeit ebenfalls um den Betrag ΔT nach der gerade aktuellen Veränderungsstufe verkürzt.
  • Figur 2 zeigt die Spannungsverläufe am Filter. Wie ersichtlich, treten durch die Anschnittssteuerung und die Gleichrichter sekundärseitig am Filter pulsierende Halbwellen auf. Tritt an der Stelle D1 ein provozierter Durchschlag auf, so bricht die Filterspannung UF zunächst zusammen, die wiederkehrende Filterspannung wird dann um einen Betrag Δu verringert, der sich nachder vorstehend angegebenen Gleichung berechnet. Daran schließt sich eine Wartezeit T bis zum Zeitpunkt S an, von dem an die Filterspannung UF erneut bis zum provozierten Durchschlag D2 gesteigert wird, worauf dann die Spannung UF ebenfalls um einen Wert Δu wieder abgesenkt wird.
  • Da die eigentliche Durchschlagsspannung wegen der Pulsation der Spannungen relativ schwer erfaßbar ist, werden die für die Wartezeit maßgebenden Spannungsvergleichswerte aus den Scheitelwerten der Spannungshalbwellen unmittelbar vor den Durchschlägen ermittelt. Hierzu werden laufend die Scheitelwerte erfaßt und gespeichert und diejenigen Werte (z. B. UFa, UFV) für den Vergleich herangezogen, die unmittelbar vor dem Durchbruch liegen.
  • Auf die vorstehend beschriebene Weise erhält man eine optimale Führung der Filterspannung an der Durchschlagsgrenze.

Claims (7)

1. Verfahren zum selbsttätigen Führen der Spannung eines Elektrofilters (5) an der Durchschlagsgrenze durch zeitabhängige Steigerung der Fitterspannung (UF) bis zum Durchschlag und anschließende durchschlagsabhängige Absenkung, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Durchschlag die Spannung bzw. der Strom (Ur, IF) um einen prozentualen Betrag (Δu, Δl) der Durchbruchsspannung bzw. des Stromes abgesenkt wird, der von der Durchschlagshäufigkeit (k) In einer vorhergehenden festgelegten Zeitperiode abhängig ist und daß die Wartezeit (T) bis zu einer erneuten Spannungssteigerung verringert wird, wenn sich die gemessene Spannungsamplitude (UFa) beim Durchschlag zur gemessenen Spannungsamplitude (UFV) beim vorhergehenden Durchschlag vergrößert hat und umgekehrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterspannung (UF) mit einem festen, vorwählbaren Spannungsgradienten bis zum Durchschlag erhöhbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten mindestens eines Durchschlages während der Wartezeit (T) die beim Ablauf der Wartezeit vorgesehene Spannungssteigerung unterbleibt, jedoch die von diesem Zeitpunkt an laufende neue Wartezeit (T) verkürzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wartezeit (T) in Stufen unterschiedlicher Größe verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen in Form einer geometrischen Reihe gewählt sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelwerte (UF) der Spannungshalbwellen unmittelbar vor den Durchschlägen miteinander verglichen werden.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 bei einem Elektrofilter (5), das über einen Gleichrichter (4), einen Trafo und ein Stellglied (2) aus einem Wechselspannungsnetz (1) gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe der Steuerspannung (USt an das Stellglied (2) ein Mikrocomputer (8) vorgesehen ist, der aus gemessenen und gespeicherten Filterwerten und Daten die erforderliche Absenkung (Au, Δl) der Filterspannung bzw. des Filterstromes bei Durchschlag und die Wartezeit (T) bis zur erneuten Steigerung der Filterspannung (UF) berechnet.
EP80107357A 1979-12-11 1980-11-25 Verfahren zum selbsttätigen Führen der Spannung eines Elektrofilters an der Durchschlagsgrenze und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired EP0030657B1 (de)

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