EP0031056B1 - Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilters - Google Patents

Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilters Download PDF

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EP0031056B1
EP0031056B1 EP80107568A EP80107568A EP0031056B1 EP 0031056 B1 EP0031056 B1 EP 0031056B1 EP 80107568 A EP80107568 A EP 80107568A EP 80107568 A EP80107568 A EP 80107568A EP 0031056 B1 EP0031056 B1 EP 0031056B1
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Günter Mehler
Franz Dipl.-Ing. Neulinger
Helmut Dipl.-Ing. Schummer
Horst Dr. Dipl.-Ing. Daar
Walter Dipl.-Ing. Schmidt
Heinrich Winkler
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Siemens AG
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Metallgesellschaft AG
Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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 determining the filter current limit of an electrostatic filter, which e.g. is fed from an alternating current network via a thyristor actuator and in which the control voltage of the actuator can be changed up to a predetermined filter current limit depending on filter operating values.
  • This generic term refers to a control method, as described in more detail, for example, in Siemens magazine 1971, pp. 567-572.
  • Such a breakdown-dependent regulation must ensure that the current carrying capacity of the system is not exceeded.
  • a further increase in the control voltage is prevented by an adjustable current limitation when the set value is reached. If the current increases due to a reduction in the dust resistance, the current limitation causes the control voltage to slowly decrease until the current has dropped to its set value.
  • filter current limitation In addition to this nominal current limitation, another type of filter current limitation is of interest. Under certain operating conditions of the electrostatic filter, e.g. In sintering plants or in bypass operation in the cement plant, either a filter voltage maximum or a filter voltage saturation can occur. The goal of the "Current limitation" function is to determine the maximum or saturation in order to prevent unnecessarily high filter currents.
  • the object of the present invention is to determine the filter current limit dependent on the operating state of the filter in such a way that there is an optimal ratio of separator power to energy expenditure. According to the invention, this object is achieved in that during the filter operation, the control voltage is changed automatically in predetermined steps up to a minimum value and from here again to the original value during the filter operation, in that the ratios of change in the control voltage and change in the filter voltage are continuously reduced Changes in the filter current are calculated and that when falling below predetermined limit values of these ratios or when changing the sign of two successive ratio values, the associated filter current determines the filter current limit.
  • the filter current limit from which a further increase in the filter performance is prevented is advantageously selected such that it is 3 to 15% above the filter current at which the criteria mentioned above are present.
  • the values of filter current and filter voltage associated with each step are also advantageously stored and the filter characteristic that can be determined from them is displayed. On the one hand, this gives the operating personnel information about the operating behavior of the filter and, on the other hand, it can be of interest for higher-level optimization strategies of several filters.
  • the ratio of the change in the filter voltage and the change in the control voltage is also advantageously calculated. If it is found that the relative change in the filter voltage when the control voltage changes is greater than the change in the filter current, a defined voltage reduction is carried out when the filter breaks down. If the reverse occurs, a defined current reduction is carried out in the event of breakdowns. In this way it can be decided whether the current or the voltage should be reduced by a predetermined amount in response to a breakdown, so that e.g. remains within the specified breakthrough frequency.
  • the times for the recording of the filter characteristic are selected such that the control voltage is only varied in each case with one filter.
  • the filter characteristic is recorded every 15 minutes and the recording takes one second each, it can be seen that this practically does not affect the separating operation.
  • the electrostatic filter 1 is fed from an AC voltage network 6 via a high-voltage rectifier 2, a high-voltage transformer 3 and a thyristor actuator 4 consisting of anti-parallel-connected thyristors.
  • the controller 5 controls voltage U st determined for the thyristor actuator 4 so that optimal filter operating values result.
  • a control of this type is described, for example, in the article mentioned at the beginning. In the course of today's digitalization of technology, it is advantageous if this controller 5 is designed today as a digital controller, ie essentially consists of a microcomputer system.
  • filters 7 and 8 are indicated.
  • the digital controllers 5 of the individual filters run via a data bus 92 with a superordinate control computer 9, to which a display 91 is assigned.
  • the individual operating parameters and setting values can be specified from the host computer 9 and optimization strategies for the filters can be calculated if necessary.
  • the filter current function as a function of the peak voltage or the arithmetic mean value or the effective value of the filter voltage is referred to below as the filter characteristic. It is among others depends on the current operating conditions of the electrostatic filter and must therefore be cyclical, e.g. at intervals of 15 minutes at a time when the breakdown limit is not being scanned.
  • the current control voltage U st is first stored and this value is output again to the thyristor controller 4 after the filter characteristic recording has been completed.
  • the assigned values of filter voltage and filter current are saved.
  • the control voltage is reduced by a constant increment AU st until a minimum value of, for example, 1 volt is reached, which is given by the lower possible control voltage.
  • the control voltage U st is then ramped up from this minimum value in the same increment back to the current value at the start of the recording. If, for example, it is assumed that the entire filter characteristic is divided into 32 support points, which is completely sufficient for normal operating conditions, a maximum duration of approximately 0.5 to 1 second is to be expected for the recording of the filter characteristic.
  • the values of the filter voltage U F i, U F i +1 etc. and the filter current I F assigned to each control voltage Us t are stored during the lowering phase and arithmetically averaged with the corresponding values of the start-up phase. The characteristic calculated from this can then be displayed on the display 91.
  • the maximum filter current and the filter and control voltage values assigned to it are stored. You limit e.g. the control range of a flue gas density control or the passing of the breakdown limit.
  • the switchover point can be determined from the recording of the filter characteristic, i.e. the point from which a defined voltage or current drop should advantageously be made in the event of a breakdown.
  • the changeover point assumed as a criterion for this choice is determined by calculating the ratio of the change in filter voltage to changing the control voltage and the ratio of changing the filter current to changing the control voltage and by comparing these two ratio values with one another. If there is a relatively greater response of the filter current than the filter voltage when the control voltage changes, then breakdowns with a defined current reduction are used, since this is then more favorable from a procedural point of view. The reverse applies if the relative voltage change is greater than the relative current change when the control voltage changes.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilters, das z.B. über ein Thyristorstellglied aus einem Wechselstromnez gespeist ist und bei dem die Steurerspannung des Stellgliedes abhängig von Filterbetriebswerten bis zu einer vorgegebenen Filterstromgrenze änderbar ist.
  • Mit diesem Oberbegriff wird auf ein Steuerverfahren Bezug genommen, wie es beispielsweise in der Siemens-Zeitschrift 1971, S. 567-572 näher beschrieben ist.
  • Da die Wirksamkeit eines Elektrofilters etwa mit dem Quadrat der anliegenden Spannung steigt, muss man bestrebt sein, die Filterspannung so hoch wie möglich einzustellen. Die Durchbruchsfestigkeit des Gases begrenzt allerdings diese Spannung nach oben. Da es ausser dem Durchbruch selbst kein Kriterium für die maximal mögliche Spannung gibt, müssen in bestimmten Zeitabständen Durchbrüche herbeigefürt werden, um diese Grenze abzutasten. Da sich die Durchbruchsgrenze sehr schnell ändern kann, muss relativ häufig abgetasted werden.
  • Bei einer derartigen durchschlagabhängingen Regelung muss dafür gesorgt werden, dass die Strombelastbarkeid der Anlage nicht überschritten wird. Bei der bekannten Anordnung wird durch eine einstellbare Strombegrenzung bei Erreichen des eingestellten Wertes ein weiteres Ansteigen der Steuerspannung verhindert. Steigt der Strom wegen einer Verkleinerung des Staubwiderstandes an, dann bewirkt die Strombegrenzung ein langsames Absenken der Steuerspannung, bis der Strom auf seinen eingestellten Wert abgesunken ist.
  • Neben dieser Nennstrombegrenzung ist noch eine andere Art der Filterstrombegrenzung von Interesse. Unter bestimmten Betriebsbedingungen des Elektrofilters, z.B. in Sinteranlagen oder im Bypassbetrieb im Zementwerk kann entweder ein Filterspannungsmaximum oder auch eine Filterspannungssättigung eintreten. Hier ist das Ziel der Funktion «Strombegrenzung» das Maximum bzw. die Sättigung festzustellen, um unnötig hohe Filterströme zu verhindern.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vom Betriebszustand des Filters abhängige Fil terstromgrenze so zu bestimmen, dass sich ein optimales Verhältnis von Abscheiderleistung zum Energieaufwand ergibt.
    Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass während des Filterbetriebes in vorgegebenen Zeitabständen die Steuerspannung selbsttätig in vorgegebenen Schritten bis zu einem Minimalwert und von hier aus wieder bis zum ursprünglichen Wert geändert wird, dass dabei fortlaufend die Verhältnisse von Anderung der Steuerspannung und Anderung der Filterspannung zur Änderung des Filterstromes berechnet werden und dass beim Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte dieser Verhältnisse oder bei einer Vorzeichenänderung zweier aufeinanderfolgender Verhältniswerte der jeweils zugehörige Filterstrom die Filterstromgrenze bestimmt.
  • Auf diese Weise lassen sich Sättigungserscheinungen bzw. Maximalwerte der Filterspannung erkennen, ab denen eine weitere Steigerung der Energiezufuhr zum Filter, d.h. Stromerhöhung, keine wesentliche Erhöhung der Abscheiderleistung mehr ergibt.
  • Das Erkennen derartiger Grenzwerte ist im Hinblick auf einen wirtschlaftlichen Betrieb des Elektrofilters von grossen Interesse.
  • Vorteilhafterweise wird die Filterstromgrenze, ab der eine weitere Streigerung der Filterleistung verhindert wird, etwa so gewählt, dass sie 3 bis 15% über dem Filterstrom liegt, an dem die vorstehend erwähnten Kriterien vorliegen.
  • Vorteilhafterweise werden ferner die zu jedem Schritt gehörigen Werte von Filterstrom und Filterspannung gespeichert und die daraus bestimmbare Filtercharakteristik angezeigt. Dies gibt zum einen dem Bedienungspersonal einen Aufschluss über das Betriebsverhalten des Filters und kann andererseits von Interesse für übergeordnete Optimierungsstrategien mehrerer Filter sein. Bei der Aufnahme der Filtercharakteristik wird ferner vorteilhafterweise das Verhältnis von Anderung der Filterspannung und Anderung der Steuerspannung berechnet. Ergibt sich, dass die relative Anderung der Filterspannung bei einer Änderung der Steuerspannung grösser ist als die Anderung des Filterstromes, so wird bei Durchschlägen des Filters eine definierte Spannungsabsenkung vorgenommen. Ergibt sich der umgekehrte Fall, so wird bei Durchschlägen eine definierte Stromabsenkung vorgenommen. Auf diese Weise kann entschieden werden, ob als Reaktion auf einen Durchbruch zweckmässigerweise der Strom oder die Spannung um einen vorgegebenen Betrag abzusenken ist, damit man z.B. im Rahmen der vorgegebenen Durchschlagshäufigkeit bleibt.
  • Vorteilhafterweise werden ferner bei Vorhandensein mehrerer hintereinander oder parallelgeschalteter Filter die Zeitpunkte für die Aufnahme der Filtercharakteristik so gewählt, dass jeweils nur bei einem Filter die Steuerspannung variiert wird. Sei z.B. angenommen, dass die Filtercharakteristik alle 15 minuten aufgenommen wird und die Aufnahme jeweils eine Sekunde dauert, ist einzusehen, dass hierdurch der Abscheidebetrieb praktisch nicht berührt wird.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:
    • Figur 1 das elektrische Schaltungsschema einer Filteranlage mit Steuerung,
    • Figur 2 zwei Filtercharakteristiken, d.h. Abhängigkeit von Filterspannung und Filterstrom und
    • Figur 3 den Verlauf der Filterspannung in Abhängigkeit von der Steuerspannung am Stellglied.
  • Bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung wird das Elektrofilter 1 über Hochspannungsgleichrichter 2, Hochspannungstransformator 3 und ein aus antiparallelgeschlalteten Thyristoren bestehendes Thyristorstellglied 4 aus einem Wechselspannungsnetz 6 gespeist. In Abhängigkeit von Filterbetriebswerten, wie z.B. Primärstrom und Primärspannung, Sekundärspannung, Sekundärstrom und Zahl der Durchschläge im Filter, wird durch einen Regler 5 die Steuerspannung Ust für das Thyristorstellglied 4 so bestimmt, dass sich optimale Filterbetriebswerte ergeben. Eine Steuerung dieser Art ist beispielsweise in dem eingangs genannten Aufsatz beschrieben. Im Zuge der heutigen Digitalisierung der Technik ist es von Vorteil, wenn dieser Regler 5 heute als digitaler Regler ausgebildet wird, d.h. im wesentlichen aus einem Mikrocomputersystem besteht.
  • Zusätzlich zu dem gerade beschriebenen Filter sind noch weitere Filter 7 und 8 angedeutet. Die Digitalregler 5 der einzelnen Filter verkehren über einen Datenbus 92 mit einem übergeordneten Leitrechner 9, dem eine Anzeige 91 zugeordnet ist. Vom Leitrechner 9 her können die einzelnen Betriebsparameter und Einstellwerte vorgegeben werden und gegebenenfalls Optimierungsstrategien für die Filter berechnet werden.
  • Die Funktion Filterstrom als Funktion der Scheitelspannung bzw. des arithmetischen Mittelwertes oder des Effektivwertes der Filterspannung sei nachfolgend als Filtercharakteristik bezeichnet. Sie ist u.a. von den momentanen Betriebsverhältnissen des Elektrofilters abhängig und muss daherzyklisch, z.B. im Abstand von 15 Minuten ermittelt werden, und zwar zu einemZeitpunkt, an dem nicht gerade die Durchschlagsgrenze abgetasted wird.
  • Bei der Aufnahme der Filtercharakteristik wird zunächst die aktuelle Steuerspannung Ust gespeichert und dieser Wert nach Abschluss der Filtercharakteristikaufnahme erneut an den Thyristorsteller 4 ausgegeben. Gleichzeitig werden die zugeordneten Werte von Filterspannung und Filterstrom gespeichert. Anschliessend wird zu Beginn jeder Halbwelle der Primärspannung die Steuerspannung um ein konstantes Inkrement AUst vermindert bis zum Erreichen eines Minimalwertes von z.B. 1 Volt, der durch die untere mögliche Steuerspannung gegeben ist. Anschliessend wird die Steuerspannung Ust von diesem Minimalwert mit dem gleichen Inkrement wieder bis zum aktuellen Wert am Beginn der Aufnahme hochgefahren. Sei z.B. angenommen, dass die gesamte Filtercharakteristik in 32 Stützpunkte unterteilt sei, was für die normalen Betriebverhältnisse völlig ausreicht, so ist dabei mit einer Maximaldauer von etwa 0,5 bis 1 Sekunde für die Aufnahme der Filtercharakteristik zu rechnen.
  • Die jeder Steuerspannung Ust zugeordneten Werte der Filterspannung UFi, UFi+1 usw. und des Filterstromes IF werden während der Absenkphase gespeichert und mit den entsprechenden Werten der Hochlaufphase arithmetisch gemittelt. Die hieraus berechnete Charakteristik kann dann in der Anzeige 91 angezeigt werden.
  • Nach Erreichen des Anfangswertes der Steuerspannung wird geprüft, ob die Filterstrombegrenzung verändert werden muss und der aktuelle Umschaltpunkt zwischen Strom- und Spannungsabsenkung bei Durchschlägen berechnet. In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, dass beim Auftreten eines Durchschlages während der Aufnahme der Filtercharakteristik die normale Spannungs- bzw. Stromabsenkungsroutine eingreift und die Aufnahme der Charakteristik abgebrochen wird, da während des eigentlichen Durchschlages keine brauchbaren Verhältniswerte berechenbar sind.
  • In Figur 2 sind zwei Filtercharakteristiken, d.h. Filterstrom IF in Abhängigkeit von der Filterspannung UF aufgetragen, und zwar zeigt die Kurve a eine Filtercharakteristik mit einem Spannungsmaximum und die Kurve b eine Filtercharakteristik mit Sättigungserscheinungen. Eine Filterspannungssättigung liegt vor, wenn,
    Figure imgb0001
    wobei ΔUFi, ΔIFi und ΔUsti normierte Inkremente von Filterspannung, Filterstrom und Steuerspannung im Messpunkt i sind, mit Δ≤ i ≤ 32 Als Schwellwert sei z.B. E =0,005 vereinbart. Wird also während der Aufnahme der Filtercharakteristik dieser Wert 8 unterschritten, so wird in diesem Fall der maximale Filtergrenzstrom auf den Wert IFmax=X . I'F begrenzt, wobei I'F derjenige Wert ist, an dem das betreffende Kriterium festgestellt wurde und x zwischen 103% und 115% gewählt ist. Ein Filterspannungsmaximum liegt vor, wenn das Vorzeichen eines Filterspannungsinkrementes ungleich dem Vorzeichen des nächsten Filterspannungsinkrementes bei veränderter Steuerspannung ist (vgl. Kurve a), d.h. also Vorzeichen
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
    wobei mit i die Abtastpunkte der Filtercharakteristik bezeichnet sind. Auch in diesem Fall wird der maximale Filterstrom auf den Wert begrenzt: IFmax= X . I'F
  • Der maximale Filterstrom sowie die ihm zugeordneten Werte der Filter-und der Steuerspannung werden gespeichert. Sie begrenzen z.B. den Stellbereich einer Rauchgasdichteregelung oder das Abstaten der Durchschlagsgrenze.
  • Zusätzlich kann noch aus der Aufnahme der Filtercharakteristik der Umschaltpunkt festgelegt werden, d.h. der Punkt, ab dem bei einem Durchschlag vorteilhafterweise eine definierte Spannungs- oder Stromabsenkung vorgenommen werden soll. Der als Kriterium für diese Wahl angenommene Umschaltpunkt wird dadurch ermittelt, dass das Verhältnis von Änderung der Filterspannung zur Änderung der Steuerspannung und das Verhältnis von Änderung des Filterstromes zur Änderung der Steuerspannung berechnet wird und dass diese beiden Verhältniswerte miteinander verglichen werden. Ergibt sich eine relativ grössere Reaktion des Filterstromes als der Filterspannung bei Änderung der Steuerspannung, so wird bei Durchschlägen mit definierter Stromabsenkung gearbeitet, da dies dann verfahrenstechnisch günstiger ist. Das Umgekehrte gilt, falls die relative Spannungsänderung höher als die relative Stromänderung bei Änderung der Steuerspannung ist.

Claims (5)

1. Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilters (1), das über ein Stellglied (4) aus einem Wechselstromnetz (6) gespeist ist und bei dem die Steuerspannung (Ust) des Stellgliedes abhängig von Filterbetriebswerten bis zu einer vorgegebenen Filterstromgrenze (lFmax) änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass während des Filterbetriebes in vorgegebenen Zeitabständen die Steuerspannung (Ust) in vorgegebenen Schritten (AUst) bis zu einem Minimalwert und von hier aus wieder bis zum ursprünglichen Wert geändert wird, dass dabei fortlaufend die Verhältnisse von Änderung der Filterspannung (UF) zur Änderung der Steuerspannung und Änderung des Filterstromes (lF) berechnet werden und dass bei Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte ( ) dieser Verhältnisse oder bei einer Vorzeichenänderung zweier aufeinanderfolgender Verhältniswerte der jeweils zugehörige Filterstrom (I'F) die Filterstromgrenze (lFmax) bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstromgrenze (lFmax) zu etwa 3 bis 15% über demjenigen Filterstrom (l'F) liegt, bei dem eines der Kriterien erfüllt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu jedem Schritt gehörigen Werte von Filterstrom (lF) und Filterspannung (UF) gespeichert werden und die resultierende Filtercharakteristik angezeigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein mehrerer hintereinander oder parallelgeschalteter Filter (1, 7, 8) die Zeitpunkte für die Aunahme der Filtercharakteristik so gewählt sind, dass jeweils nur bei einem Filter die Steuerspannung (Ust) variiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Änderung der Filterspannung (UF) und Änderung des Filterstromes (lF) zur Änderung der Steuerspannung (Ust) berechnet wird und durch den jeweils grösseren relativen Wert festgelegt ist, ob als Reaktion auf die Durchschläge des Filters eine definierte Spannungs- oder Stromänderung durchgeführt wird.
EP80107568A 1979-12-11 1980-12-03 Verfahren zum Ermitteln der Filterstromgrenze eines Elektrofilters Expired EP0031056B1 (de)

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