EP0039817B1

EP0039817B1 - Verfahren zum Regeln der Spannung eines in einer Anlage eingesetzten Elektrofilters

Info

Publication number: EP0039817B1
Application number: EP81103149A
Authority: EP
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Herklotz; Günter Mehler; Franz Dipl.-Ing. Neulinger; Helmut Dipl.-Ing. Schummer; Horst Dr. Dipl.-Ing. Daar; Walter Dipl.-Ing. Schmidt; Heinrich Winkler
Original assignee: Metallgesellschaft AG; Siemens AG
Current assignee: GEA Group AG; Siemens AG
Priority date: 1980-05-08
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1984-08-08
Also published as: AU7024481A; DE3017685A1; US4432061A; EP0039817A1; ZA813032B; JPS574245A; DE3165352D1; ATE8849T1; AU534688B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Spannung eines in einer Anlage eingesetzten Elektrofilters mit einem Computer, bei dem zur Regelung dienende Parameterwerte prozeßabhängig derart berücksichtigt werden, daß bei einem Durchschlag die Filterspannung um einen vorgegebenen Wert abgesenkt und anschließend mit einem vorgegebenen zeitlichen Spannungsgradienten bis zum erneuten Durchschlag gesteigert wird.
Mit diesem Oberbegriff wird auf ein Verfahren Bezug genommen, wie es beispielsweise in der US-A-3 893 828 in allgemeiner Form beschrieben ist.
Hier werden im Rahmen einer Rechnersteuerung für ein Elektrofilter vorgegebene Parameterwerte, wie z. B. Strom, Spannung oder Überschlagshäufigkeit, mit vorgegebenen Sollwerten verglichen und hieraus Steuerbefehle abgeleitet.
Einzelheiten über die zu regelnden Parameter bei Elektrofiltern sind beispielsweise auch aus der Siemens-Zeitschrift 1971, Heft 9, Seiten 567 bis 572 zu entnehmen.
Da die Wirksamkeit eines Elektrofilters etwa mit dem Quadrat der anliegenden Gleichspannung steigt, muß man bestrebt sein, diese so hoch wie möglich einzustellen. Durch die Durchbruchsfestigkeit des Gases ist allerdings diese Spannung nach oben hin begrenzt. Da es außer dem Durchbruch selbst kein Kriterium für die maximal mögliche Spannung gibt, müssen in bestimmten Zeitabständen Durchbrüche herbeigeführt werden, um diese Grenze abzutasten.
Im Durchbruchsbetrieb arbeitet die Steuerung also so, daß nach Erreichen der Betriebsspannung die Filterspannung der jeweiligen Durchbruchsspannung durch Abtasten der Durchbruchsgrenze angepaßt wird. Nach jedem Durchbruch wird die Stromzufuhr zum Filter unverzüglich gesperrt und nach Ablauf einer Entionisierungszeit mit einem schnellen Hochlauf auf eine Spannung hochgefahren, die um einen kleinen Betrag niedriger ist als die Spannung vor dem Durchbruch. Von diesem Wert aus wird dann die Steuerspannung und damit die Filterspannung mit einer einstellbaren Geschwindigkeit wieder langsam bis zu einem erneuten Durchbruch gesteigert, worauf sich die vorstehend beschriebenen Maßnahmen wiederholen. Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich, ist also die Durchschlagshäufigkeit von dem Betrag der Spannungsabsenkung nach jedem Durchschlag und dem zeitlichen Spannungsgradienten der Spannungssteigerung abhängig.
Neben weiteren Faktoren ist auch noch der Nennstrom der Anlage von Interesse. Bei niedrigem Staubwiderstand kann nämlich die Nennstromgrenze der Anlage früher erreicht werden als die Durchbruchsgrenze. Auch in einem solchen Fall muß die Steuerungsautomatik den Strom begrenzen, wobei die Strombegrenzung ebenfalls einstellbar sein sollte.
Im Regelfall werden bei bisher bekannten Steuerungen die vorstehend erwähnten Werte bei der Inbetriebnahme des Filters einmal fest eingestellt und anschließend praktisch nicht mehr verändert. Da sich jedoch die Betriebsbedingungen eines Filters - bedingt durch den Gesamtzustand der Anlage, in der das Elektrofilter nur einen Teil darstellt - ändern können, ist ersichtlich, daß fest vorgegebene Werte dieser Größen nicht in allen Betriebsfällen zu optimalen Arbeitspunkten führen werden; z. B. wird unter Umständen mehr Energie den Filtern zugeführt, als zum Erreichen einer bestimmten Reingasstaubbeladung notwendig ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß der Arbeitspunkt des Filters möglichst optimal an die wechselnden Betriebszustände der Gesamtanlage angepaßt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) bei der Inbetriebnahme des Filters werden jeweils für jeden der Parameter Spannungsabsenkung, Spannungsgradient und Nennstrom eine Reihe von Parameterwerten in Halbleiterspeicher eingegeben, und
b) die zur Regelung dienenden Parameterwerte jedes Parameters werden prozeßabhängig aktiviert.

Auf diese Weise kann der Filterbetrieb den sich jeweils wechselnden Prozeßverhältnissen angepaßt werden. Als Beispiel möge hierfür die einem Konverter nachgeschaltete Elektrofilteranlage dienen. Es ist ersichtlich, daß während der verschiedenen Betriebszustände der Konverteranlage auch der Staubanfall unterschiedlich sein wird. Hier ist es dann vorteilhaft, wenn je nach dem jeweiligen Betriebspunkt auch der Arbeitspunkt des Elektrofilters oder der Elektrofilteranlage so eingestellt wird, daß nicht unnötig Energie vergeudet wird. Weitere Beispiele hierzu sind am Schluß der Beschreibung angeführt.
Besteht die Anlage aus einer Reihe von Elektrofiltern, denen jeweils ein eigenes Mikrocomputersystem zugeordnet ist, so kann mit Vorteil die Veränderung der Parameterwerte auch von einem übergeordneten Leitrechner vorgenommen werden, der über den jeweiligen Zustand des Gesamtprozesses informiert ist und dementsprechend Optimierungstrategien berechnen kann.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 den Aufbau einer Elektrofiltersteuerung,
Fig. einen idealisierten Verlauf der Filterspannung aufgetragen über der Zeit,
Fig. 3 die Ausbildung der Regeleinrichtung des Elektrofilters als Mikrocomputersystem und
Fig.4 eine Steuerung einer aus mehreren Elektrofiltern bestehenden Anlage mit einem übergeordneten Leitrechner.

Aus einem Wechselspannungsnetz N wird über ein Thyristorstellglied 2 und einen Hochspannungstransformator 3 der die Gleichspannung für das Elektrofilter 1 liefernde Hochspannungsgleichrichter 4 gespeist. Die Steuerspannung U_st für den Steuersatz 5 des Thyristorstellgliedes 2 wird von einem z. B. digitalen Regler 6 erzeugt, dem istwertseitig unter anderem dem Primärstrom Ip, dem Filterstrom I_F und der Filterspannung U_F proportionale Signale zugeführt werden. Zusätzlich wird dem Regler 6 auch ein Signal D zugeführt, das einen Durchschlag anzeigt. Eine derartige hochspannungsseitige Durchschlagserfassung ist beispielsweise in dem eingangs genannten Aufsatz aus der Siemens-Zeitschrift 1971 beschrieben.
Es ist jedoch durchaus möglich, das Signal für den Durchschlag aus dem Vergleich aufeinanderfolgender Halbwellen der pulsierenden Filtergleichspannung abzuleiten.
Wie bereits eingangs beschrieben, wird beim Auftreten eines Durchschlages die Spannung um einen vorgegebenen Wert herabgesetzt. Dieser Wert kann als prozentualer Wert k der jeweils vorliegenden Filterspannung gewählt werden; d. h. die Filterspannungsabsenkung beträgt
wobei k z. B. zwischen 1 und 5% schwanken kann.
Eine Reihe dieser Parameterwerte k wird bei der Inbetriebnahme der Steuerung in einen dem Regler 6 zugeordneten Speicher 61 eingeschrieben.
Nach der Spannungsabsenkung wird die Spannung dann erneut mit einem vorgegebenen zeitlichen Spannungsgradienten a bis zum nächsten Durchschlag erhöht. Auch hier wird eine Reihe von unterschiedlichen Gradienten in einen weiteren Speicher 62 bei der Inbetriebnahme der Steuerung hinterlegt.
In gleicher Weise werden auch bei der Inbetriebnahme eine Reihe von verschiedenen Filternennstromwerten I_FN in einem Speicher 63 hinterlegt.
Zusätzlich zu den genannten Werten können - wie eingangs erläutert - bei der Inbetriebnahme auch noch weitere Parameterwerte, wie z. B. zulässige Unterspannung des Filters usw., angegeben und gespeichert werden.
Wie durch die Schalter 64 angedeutet, die über eine strichlierte Linie 65 mit einem Steuergerät 7 verbunden sind, kann nun während des Betriebes zwischen diesen einzelnen Parameterwerten umgeschaltet werden. Hierzu erhält das Steuergerät vom Prozeß abhängige Signale, wie z. B. durch Leitung 11 dargestellt. Als prozeßabhängige Signale können z. B. Meldesignale über den Betriebszustand der Gesamtanlage dienen, z. B. Blasbetrieb bei einem Konverter oder Angaben über Gasgeschwindigkeit und Gasfeuchte. Zusätzlich oder alternativ können die prozeßabhängigen Signale auch von einem im Elektrofilter 1 vorgesehenen Staubbeladungsmeßgerät 8 abgeleitet sein.
Das Steuergerät 7 kann relativ einfach aufgebaut sein, z. B. in Form eines Decoders, es braucht nur jeweils einer bestimmten Anforderung und Meldung von Betriebszuständen auf der Leitung 11 eine entsprechende Schalterstellung der Schalter 64 zu entsprechen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, die einen idealisierten Verlauf der Filtergleichspannung darstellt, tritt zum Zeitpunkt t_o ein Filterdurchschlag D auf. Aufgrund dieses Durchschlages wird das Filter kurzzeitig gesperrt und die Filterspannung dann - gegebenenfalls nach Ablauf einer gewissen Entionisierungszeit und Wartezeit - auf einen um den Betrag JU verringerten neuen Wert eingestellt, wobei der Verringerungsbetrag ΔU proportional zur Filterspannung ist, d. h.
Von diesem Spannungswert aus wird dann - gegebenenfalls nach Ablauf einer gewissen Wartezeit - die Spannung mit dem vorgegebenen Gradienten α bis zum erneuten Durchschlag D im Zeitpunkt t₁ gesteigert, worauf sich dann das Spiel von neuem wiederholt.
Fig. 3 zeigt den Aufbau des digitalen Reglers 6 als Mikrocomputersystem 9. Wie ersichtlich, besteht das Mikrocomputersystem im wesentlichen aus zwei Mikroprozessoren 91 und 92, von denen der Mikroprozessor 91 zur eigentlichen Regelung dient und der Mikroprozessor 92, der als Slaveprozessor arbeitet, die Meßwertaufbereitung und Durchschlagserfassung vornimmt. An den Bus 96, an den die beiden Mikroprozessoren 91 und 92 angeschlossen sind, ist auch noch eine Ein-/Ausgabe 95 angeschlossen, über der das Mikrocomputersystem die Meßwerte von der Elektrofilteranlage hereinnimmt und die Steuerspannung U_st an das Stellglied 5 ausgibt. An den gleichen Bus 96 ist ferner noch ein Halbleiterspeicher 93 für das Systemprogramm und die Daten angeschlossen. Über einen ebenfalls vorgesehenen Koppelbaustein 94 ist - wie durch die Leitung 99 angedeutet - eine Kommunikation mit einem übergeordneten Leitrechner möglich.
Bei der Inbetriebnahme werden in das für alle Filteranlagen gleichartig aufgebaute Mikrocomputersystem über ein Einspeisegerät 97 die einzelnen Parameterwerte mit Hilfe eines Programmiergerätes 98 eingegeben. Auf diese Weise kann die an sich gleiche Steuerung individuell an die unterschiedlichen Filter und Filterzonen angepaßt werden.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung einer Elektrofilteranlage, die aus den Elektrofiltern I bis 111 besteht, durchströmt das zu reinigende Gas 12 die einzelnen Filter nacheinander in Richtung des Pfeiles. Das einzelne Filter, z. B. I umfaßt dabei die in Fig. 1 mit 1 bis 5 bezeichneten Bauteile. Jedem der Elektrofilter 1-111 ist ein zur Regelung dienendes Mikrocomputersystem 9 zugeordnet, das über einen Bus 99 mit einem übergeordneten Leitrechner 10 kommuniziert. Mit diesem Leitrechner können dann Optimierungsstrategien errechnet werden und abhängig von der durch ein Meßgerät 8 erfaßten Staubbeladung und/oder den über Leitung 11 angelieferten Betriebszuständen der Anlage diejenigen Parameterwerte in den Steuerungen 9 aktiviert werden, die einen optimalen Gesamtwirkungsgrad der Anlage ergeben; z. B. ist es denkbar, daß in der Zeit eines niedrigen Staubanfalles die Filter 1 und 2 in ihrer Leistung herabgefahren werden und nur noch das Filter 3 mit voller Leistung betrieben wird.
Als prozeßabhängige Signale können z. B. Meldungen über Bandstillstand bei einer Sinteranlage dienen oder bei einem Zementwerk Meldungen über eine Temperaturänderung im Drehofen, über das Zuschalten oder den Stillstand der Zementmühle oder dergleichen mehr.
Als Prozeßsignale können ferner verwendet werden: Temperatur, Staubfraktion, Gaszusammensetzung (CO, H₂ usw.), Rohgasstaubmenge, Reingasstaubgehalt, Druck, Gasgeschwindigkeit, Staubwiderstand und Gasfeuchtigkeit; bei einem Kraftwerk: Lastzustand, Laständerungsgradient, Art der verfeuerten Kohle (Schwefelgehalt) und bei einer Müllverbrennung: Art des zu verbrennenden Mülls (Zusammensetzung), Art der zusätzlichen Feuerung (Öl, Erdgas, Kohle).
Als durch Parameter beeinflußte Größen kommen u. a. in Betracht: Filterstrom, Filterspannung, erlaubte Unterspannungsgrenze, erlaubte Durchschlagsanzahl, Gradient der Abtastung, Höhe der Filterspannungsabsenkung während der Klopfmaßnahmen, Aufnahme der Filtercharakteristik erlaubt (ja/nein), Pausenzeit der Klopfung, Laufzeit der Klopfung, Häufigkeit der Klopfmaßnahmen, Zugabemenge von Konditionierungsadditivs (z. B. S0₃, H₂0), Art der Reaktion auf einen Durchschlag (z. B. Länge der Entionisierungszeit, Hochlaufzeit, Spannungsabsenkung), zeitliche Länge der Suchperioden (für Optimierungsstrategien) und zeitliche Länge der Konstanthaltung der Filterspannung (bis Durchschlagsgrenze erneut abgetastet wird).

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Spannung eines in einer Anlage eingesetzten Elektrofilters (1) mit einem Computer (6), bei dem zur Regelung dienende Parameterwerte prozeßabhängig derart berücksichtigt werden, daß bei einem Durchschlag die Filterspannung (U_F) um einen vorgegebenen Wert (ΔU) abgesenkt und anschließend mit einem vorgegebenen zeitlichen Spannungsgradienten (α) bis zum erneuten Durchschlag (D) gesteigert wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) bei der Inbetriebnahme des Filters (1) werden jeweils für jeden der Parameter Spannungsabsenkung (ΔU), Spannungsgradient (a) und Nennstrom (J_FN) eine Reihe von Parameterwerten in Halbleiterspeicher (61-63) eingegeben, und

b) die zur Regelung dienenden Parameterwerte jedes Parameters (ΔU, α, J_FN) werden prozeßabhängig aktiviert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich für weitere Parameter verschiedene Werte bei der Inbetriebnahme abgespeichert und zur Regelung prozeßabhängig aktiviert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameterwerte abhängig von den Signalen eines Staubbeladungsmeßgerätes (8) aktiviert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameterwerte durch Befehle eines überlagerten Leitrechners (10) aktiviert werden, der für eine Vielzahl von Elektrofiltern (I-III) vorgesehen ist.